[0001]环网及其保护方法
[0002]技术领域
[0003]本发明涉及网络通信领域，尤其涉及一种链路层环网的保护方法、应用该方法的环网及其上的网络设备。
[0004]背景技术
[0005]随着以太网技术在城域网和接入网领域的发展，以太环网得到越来越多的应用。以太环网是一种冗余结构的链路层网络，具有故障切换和故障恢复功能。生成树协议(STP，SpanningTreeProtocol)可以用来实现环网的故障切换和恢复，但STP只能支持7个节点，并且其切换和恢复的收敛速度长达数十秒，不能满足城域网的服务供应商向用户提供电信级容错能力的需求。
[0006]现有技术中采用EAPS(EthernetAutomaticProtectedSwitching，以太网自动保护倒换)来实现以太环网的保护。EAPS将环网上的一个节点设置为主节点，在环网正常工作时主节点将与环网连接的一个端口阻断；当环网发生故障时，与故障点相邻的节点将环网故障通知主节点，主节点收到故障通知后打开阻断的端口，并发送刷新FDB(ForwardingDatabase，转发表)报文使环上所有节点更新转发表，在转发表更新后故障切换完成。故障恢复的过程与此类似。
[0007]采用EAPS，在发生故障时，故障检测、故障通知、FDB的刷新都需要节点CPU(CentralProcessUnit，中央处理器)进行处理，而报文转发必须在上述过程完成后才能切换到正常的链路上，否则业务不能恢复。可见，EAPS故障切换速度依赖于节点CPU的响应速度，因而实际应用中EAPS的故障切换很难达到50ms(毫秒)的电信级容错需求。
[0008]发明内容
[0009]本发明要解决的是现有技术中以太环网故障切换时需要进行故障通知和刷新转发表的问题。
[0010]本发明中环网的保护方法，所述环网为以太环网，所述环网包括至少两个节点，每个节点通过第一环上端口和第二环上端口连接在环上，所有的环上端口在链路层互通，环上端口与所有节点的至少一个其他端口在网络层连通，所述方法包括以下步骤：
[0011]设置环上端口的链路层转发以广播方式进行；
[0012]在环网发生故障时，与故障点相邻的两个正常工作的节点将连接故障点的环上端口环回到另一个环上端口。
[0013]优选地，所述环网每个节点的第一环上端口连接至一端相邻节点的第二环上端口，其第二环上端口连接至另一端相邻节点的第一环上端口；
[0014]所述方法还包括：
[0015]节点对上环转发的报文从第一环上端口转发；
[0016]当节点从第二环上端口接收的报文中源链路层地址与本节点的链路层地址相同时，丢弃该报文。
[0017]可选地，所述环网故障为节点故障；
[0018]所述方法还包括：与原故障节点相连的两个节点收到原故障节点发送的故障恢复通知报文后，在连接原故障节点的环上端口取消环回。
[0019]可选地，所述环网故障为节点故障；
[0020]所述方法还包括：
[0021]原故障节点在其环上端口的工作方式配置完成后，启动环上端口工作；
[0022]与原故障节点相连的两个节点在连接原故障节点的环上端口取消环回。
[0023]可选地，所述环网故障为链路故障；
[0024]所述方法还包括：当环网故障对两个与原故障点相邻的节点都恢复时，所述两个相邻节点在连接原故障点的环上端口取消环回。
[0025]优选地，所述方法还包括：
[0026]在每个节点上维护环网的当前拓扑数据库；
[0027]当节点接收的报文中源链路层地址与该节点上当前拓扑数据库中所有节点的链路层地址不同时，丢弃该报文。
[0028]可选地，当所述环网故障时，所述方法还包括：节点将从第一环上端口接收的广播报文重定向到第二环上端口发送。
[0029]优选地，所述报文为组播报文；
[0030]所述方法还包括：
[0031]将组播节点的第一环上端口加入组播组，在组播节点的第二环上端口启动网络层组播；所述组播节点为对该组播组的组播报文进行网络层转发的节点；
[0032]当所述环网故障时，组播节点将从第一环上端口接收的该组播组的组播报文重定向到第二环上端口发送。
[0033]优选地，所述环网故障为链路故障；
[0034]所述方法还包括：
[0035]与原故障点相邻的两个节点在确认原故障链路对双方都恢复后，在与原故障点连接的环上端口取消环回；
[0036]与原故障点相邻的节点在取消环回之后、当前拓扑数据库中原故障链路恢复之前，丢弃从第二环上端口接收的报文。
[0037]优选地，所述在两个节点确认原故障链路对双方都恢复后取消环回具体为：
[0038]检测到链路恢复的节点向另一个与原故障点相邻的节点发送链路恢复征询报文；
[0039]接收到链路恢复征询报文的节点在与其连接的链路也恢复时，返回链路恢复确认报文；
[0040]接收到链路恢复确认报文的节点在与原故障点连接的环上端口取消环回，并向另一个与原故障点相邻的节点发送取消环回通知报文；
[0041]接收到取消环回通知报文的节点在与原故障点连接的环上端口取消环回；
[0042]所述在取消环回之后、当前拓扑数据库中原故障链路恢复之前丢弃从第二环上端口接收的报文的节点为接收到链路恢复确认报文的节点。
[0043]优选地，所述环网故障为节点故障；
[0044]所述方法还包括：
[0045]原故障节点恢复后，向其相邻节点发送节点恢复通知报文；
[0046]接收到节点恢复通知报文的节点在其与该报文源节点连接的环上端口取消环回；
[0047]原故障节点在发送节点恢复通知报文之后、当前拓扑数据库中与两个相邻节点的连接恢复之前，丢弃从第二环上端口接收的报文。
[0048]优选地，所述原故障节点恢复具体为：原故障节点在其环上端口的工作方式配置完成后，启动环上端口工作；
[0049]所述方法还包括：节点在检测到与原故障节点的连接恢复后启动计时，如果预定时间内没有接收到节点恢复通知报文，则在其与原故障节点连接的环上端口取消环回。
[0050]本发明提供的一种应用于环网的网络设备，包括将其连接在链路层环网上的第一环上端口和第二环上端口，所述环网为以太环网，其特征在于，还包括故障检测单元、端口环回单元和协议转发单元，其中：
[0051]故障检测单元用来检测第一环上端口和第二环上端口连接的部分环网的工作状态，并在检测到发生故障和确认故障恢复时通知端口环回单元；
[0052]端口环回单元连接协议转发单元，用来在接到故障通知时，将发生故障的部分环网所连接的环上端口环回至另一个环上端口；在接到故障恢复通知时，将故障恢复的部分环网所连接的环上端口的环回取消；
[0053]协议转发单元用来进行接收报文的协议处理、网络层转发和链路层广播转发。
[0054]优选地，所述协议转发单元的网络层转发对单播报文以第一环上端口为环网的入口；
[0055]所述网络设备还包括单播处理单元，连接第二环上端口与协议转发单元，用来从第二环上端口接收的单播报文中识别出源链路层地址与该网络设备的链路层地址相同的报文，并丢弃该报文；将其他单播报文输出至协议转发单元。
[0056]优选地，所述第二环上端口为至少一个组播组的成员端口；所述协议转发单元对组播报文进行网络层转发，对进入环网的组播报文以第二环上端口为出端口；
[0057]所述网络设备还包括组播处理单元，分别连接两个环上端口与协议转发单元，用来从第一环上端口接收的其所在组播组的组播报文中识别出源链路层地址与该网络设备的链路层地址相同的报文，并丢弃该报文；将从第二环上端口接收的其所在组的组播报文输出至第一环上端口发送；将其他组播报文输出至协议转发单元。
[0058]优选地，所述网络设备还包括环网拓扑维护单元，连接组播处理单元，用来建立并维护环网的当前拓扑信息；
[0059]组播处理单元在从第一环上端口接收的组播报文中识别出源链路层地址与当前环网上所有网络设备的链路层地址不同的报文，并丢弃该报文。
[0060]可选地，所述环网拓扑维护单元连接所述单播处理单元，单播处理单元在从第二环上端口接收的单播报文中识别出源链路层地址与当前环网上所有设备的链路层地址不同的报文，并丢弃该报文。
[0061]优选地，所述协议转发单元对环网的广播报文以第二环上端口为出口；
[0062]所述网络设备还包括广播处理单元，分别连接两个环上端口、协议转发单元与环网拓扑维护单元，用来丢弃从第一环上端口接收的广播报文中源链路层地址与该网络设备的链路层地址相同的报文；将从第二环上端口接收的广播报文输出至第一环上端口发送；丢弃从第一环上端口接收的广播报文中源链路层地址与当前环网上所有设备的链路层地址不同的报文；将其他广播报文输出至协议转发单元。
[0063]优选地，所述网络设备还包括故障恢复处理单元，在故障检测单元确认故障恢复之后、环网拓扑维护单元的拓扑信息中该故障消除之前，丢弃从第一环上端口接收的组播报文和从第二环上端口接收的单播报文。
[0064]本发明提供的一种应用于链路层环网节点的报文转发方法，所述节点包括将节点连接在环网上的第一环上端口和第二环上端口，以及至少一个环外端口，连接环外端口的节点与所述环网在网络层连通，包括以下步骤：
[0065]将在网络层转发至环网的报文在第一环上端口发送；
[0066]对进行链路层转发的报文以广播方式发送；
[0067]当与节点连接的部分环网发生故障时，将由连接发生故障的部分环网的环上端口发送的报文环回至另一个环上端口发送。
[0068]优选地，所述方法还包括：丢弃第二环上端口接收的源链路层地址与本节点链路层地址相同的报文。
[0069]优选地，所述方法还包括：丢弃第二环上端口接收的源链路层地址与当前环网上能够连通的所有节点的链路层地址不同的报文。
[0070]优选地，所述报文包括单播报文；
[0071]所述方法还包括：如果接收的单播报文的目的链路层地址与本节点链路层地址相同，对该报文进行网络层转发。
[0072]优选地，所述报文包括广播报文；
[0073]所述方法还包括：对从第一环上端口接收的广播报文，将其重定向至第二环上端口发送。
[0074]优选地，所述报文包括组播报文；
[0075]所述方法还包括：
[0076]对从第二环上端口接收的组播报文，如果第一环上端口为该报文所在组播组的成员端口，则对该报文进行网络层转发或协议处理，并将其复制到第一环上端口发送；否则将该报文进行链路层广播转发；
[0077]对从第一环上端口接收的其所在组播组的组播报文，将其重定向至第二环上端口发送。
[0078]优选地，所述方法还包括：在取消端口环回之后、确认原环回端口所连接的部分环网正常转发报文之前，丢弃从第二环上端口接收的报文。
[0079]本发明提供的一种链路层环网，包括至少两个节点，每个节点的第一环上端口连接至一端相邻节点的第二环上端口，其第二环上端口连接至另一端相邻节点的第一环上端口以形成环网，环上所有节点包括至少一个环外端口连接与环网在网络层连通的网络，其中：
[0080]源节点将在网络层转发至环网的单播报文在第一环上端口发送，所述源节点为起始在环网中发送该报文的节点；
[0081]节点将从第二环上端口接收的以其为源节点的单播报文丢弃；
[0082]每个节点的链路层转发以广播方式进行；
[0083]当连接的部分环网发生故障时，与故障点相邻的节点将由连接故障点的环上端口发送的报文环回到另一个环上端口发送。
[0084]优选地，对组播报文：
[0085]源节点将在网络层转发至环网的组播报文在第二环上端口发送；
[0086]节点从第一环上端口接收到其第二环上端口所在组播组的组播报文时，如果该组播报文以其为源节点，丢弃该组播报文；否则对该组播报文进行网络层转发或协议处理并复制该组播报文从第二环上端口发送；
[0087]节点从第二环上端口接收到该端口所在组播组的组播报文时，将该组播报文重定向到第一环上端口发送。
[0088]优选地，节点将从第二环上端口接收到的源节点与当前环网上能够连通的所有节点不同的单播报文丢弃；
[0089]节点将从第一环上端口接收到的源节点与当前环网上能够连通的所有节点不同的组播报文丢弃。
[0090]优选地，当环网故障恢复时，因原故障点进行端口环回的节点在与原故障点连接的环上端口上取消环回。
[0091]本发明提供的另一种网络设备，包括将其连接在环网上的两个环上端口，以及故障通知单元、环回单元和协议处理单元，所述环网为以太环网，其中：
[0092]故障通知单元用来检测两个环上端口连接的部分环网的工作状态，并在检测到某个环上端口连接的部分环网发生故障时发出故障通知；
[0093]环回单元用来接收故障通知，并将本来从上述连接环网故障点的环上端口转发的单播报文环回到另一个环上端口转发；
[0094]协议转发单元用来进行接收报文的协议处理、网络层转发和链路层广播转发。
[0095]优选地，所述网络设备还包括报文过滤单元，用来滤除第二次接收的以所述网络设备为源节点的单播报文。
[0096]本发明在环网上采用广播方式进行链路层转发，同时利用环网节点的端口环回功能，将应由链路故障点相邻的环上端口发送的报文分别环回至其所在节点的另一个环上端口转发，使报文能够到达其目的节点；本发明在故障切换时不需要更新转发表和进行故障通知，同时本发明的故障检测不需要由节点CPU处理，实现了低于50ms的快速切换和恢复；
[0097]进一步地，本发明通过将报文从一个环上端口转发，同时丢弃在另一个环上端口接收的由本节点发送的报文，可对所有报文实现环网链路故障切换和恢复；
[0098]进一步地，本发明通过过滤故障节点发送的报文，可对所有报文实现节点故障切换和恢复。
[0099]附图说明
[0100]图1为环网的典型网络结构示例图；
[0101]图2为本发明所述环网保护方法的流程图；
[0102]图3为本发明所述环网链路故障恢复方法的流程图；
[0103]图4为本发明所述环网节点故障恢复方法的流程图；
[0104]图5为应用本发明所述保护方法的环网上的网络设备的结构图；
[0105]图6为应用本发明所述保护方法的环网节点的报文转发流程图。
[0106]具体实施方式
[0107]环网由组成环网的节点一一串接而成，其典型的组网结构可参见图1。图1为由4个节点组成的环网，节点110、120、130和140各有两个端口连接在环网上，称之为环上端口；每个节点通常还有至少1个端口用来连接环网以外的网络，称之为环外端口，即端口113、123、133、134、143和144。
[0108]本发明所应用的环网为二层环网，即所有的环上端口在链路层连通。而环外端口所连接的网络与环网之间在网络层连通。将报文从环外端口所连接的网络转发至环网称之为上环转发，而报文从环网转发至环外端口所连接的网络称之为下环转发，则上环转发和下环转发都是三层转发。在本文中，将报文起始在环网中发送的节点称为该报文的源节点，起始在环网中发送包括上环转发、生成报文并在发送至环网中。
[0109]对上环转发的报文，其出口可能是转发节点的任一个环上端口，沿不同的环绕方向到达该报文的目的节点。将每个节点的环上端口按其出口报文的转发方向分类，则端口111、121、131和141为一类，其出口报文沿顺时针方向转发；端口112、122、132和142为一类，其出口报文沿逆时针方向转发。在本发明中称这两类端口为第一环上端口和第二环上端口。可见，每个节点在一端由第一环上端口与此端相邻节点的第二环上端口连接，在另一端由第二环上端口与彼端相邻节点的第一环上端口连接。
[0110]在本发明的实施例一中，二层环网用来转发单播报文。本实施例中环网保护方法的流程为：
[0111]在每个节点上设置其环上端口的进行链路层广播转发；
[0112]环网发生故障，某两个节点之间的链路连接中断；
[0113]故障链路两边的节点将其连接故障链路的环上端口环回至另一个环上端口。
[0114]在本发明中，节点上的端口环回是物理层的环回，将端口A环回至端口B意味着从端口A发送的报文直接由端口A接收，再从端口B将其发送出节点。如果节点配置了对从端口A发送和接收的报文进行特殊处理，则该报文在发送出端口B之前要经过同样的处理过程。
[0115]上环转发的单播报文以源节点以外的环网上节点为目的节点，当目的节点接收到该单播报文时，对该报文进行三层下环转发。因此，当本发明中的环网上用来传输单播报文时，在正常工作的情况下不会形成广播风暴。同时，单播报文的源节点可以以任意一个环上端口为单播报文的出口，单播报文沿着转发方向到达目的节点。
[0116]接收到单播报文的节点比较报文中目的链路层地址与本节点的链路层地址，如果相同则本节点为该报文的目的节点，对该报文进行三层下环转发；如果不同，则进行链路层广播转发，将报文从另一个环上端口发送至下一个节点。链路层地址可以是节点三层接口的MAC地址，也可以是节点的三层接口MAC地址和VLAN(VirtualLocalAreaNetwork，虚拟局域网)标识。
[0117]节点判断对报文进行二层广播转发或三层转发，以及进行二层广播转发和三层转发的过程本发明与现有技术相同。设置环上端口的二层广播转发可以通过在节点上禁止环上端口的MAC地址学习实现；当所有环上端口属于一个VLAN时，也可以通过在每个节点上禁止该VLAN的MAC地址学习来实现。
[0118]为描述简便，请参见图1中的环网，当节点120和节点130之间的链路发生故障时，节点120将端口121环回至端口122，节点130将端口132环回至端口131。此时，节点140从端口144将某个单播报文上环转发至端口141，该报文的目的节点为130。该报文由节点110从端口111广播转发至节点120，节点120本应将该报文从端口121发送，在端口121环回至端口122后，该报文从端口122发送至节点110；该报文由节点110和节点140广播转发至节点130；节点130对该报文进行三层下环转发。这样，单播报文的转发不受链路故障的影响。
[0119]在本发明的实施例二中，二层环网用来转发单播报文。本实施例中环网保护方法的流程为：
[0120]在每个节点上设置其环上端口进行链路层广播转发；
[0121]节点将上环转发的报文从第一环上端口转发；
[0122]节点将从第二环上端口接收的以本节点为源节点的报文丢弃，该报文的源链路层地址与本节点的链路层地址相同；
[0123]环网发生故障；
[0124]故障点两边的节点将其连接故障点的环上端口环回至另一个环上端口。
[0125]在本实施例中，所有报文的上环转发都按设定的方向进行。丢弃从第二环上端口接收的某类报文可以通过在第二环上端口下发相应的ACL(AccessControlList，访问控制列表)规则实现。
[0126]以图1所示的环网为例，当节点120发生故障时，与故障点相邻的节点为节点110和节点130，节点110将端口111环回至端口112，节点130将端口132环回至端口131。设端口141为第一环上端口，节点140从端口144将以节点120为目的节点的单播报文上环转发至端口141，由于节点120故障，该报文将从与节点110连接的端口141环回至与节点130连接的第二环上端口142；节点140从第二环上端口142接收到源节点为本节点的报文，即丢弃该报文，而不再从端口141广播，以避免该报文在环网上重复循环。这样，本实施例中环网单播报文转发在节点故障和链路故障的情形下仍能正常工作。
[0127]节点对环网故障和恢复的检测可以采用802.3ah或UDLD(UnidirectionalLinkDetection，单向链路检测)等协议进行，在与节点相连接的部分环网发生故障或故障恢复时，连接该部分环网的环上端口检测到连接失效或恢复，会通过中断方式通知该节点。
[0128]在环网故障恢复后，环网上因该故障进行端口环回的两个节点取消环回。在本实施例中的节点故障恢复时，故障节点的环上端口一启动，与之连接的两个节点就会产生中断，但在一些情况下，此时故障节点的环上端口还未完成工作方式配置，环上端口只具有基本转发功能而不具有完成环网保护流程所需的功能。如果这时相邻节点取消环回，可能造成环网上单播报文转发的异常。可以采用以下两种方法解决这一问题：
[0129]其一是令故障节点在完成环上端口的工作方式配置后向相邻节点发送故障恢复通知报文，相邻节点在收到故障恢复通知报文后再取消端口环回；
[0130]其二是修改节点的启动顺序，先完成端口的工作方式配置，再对端口进行启动，这样可以确保在相邻节点上产生中断时，原故障节点已经能够正常转发报文了。
[0131]在实施例一和本实施例中的链路故障恢复时，由于节点都处于工作状态，对单播报文的处理正常进行，不会形成广播风暴，因而与原故障点连接的环上端口恢复连接后在节点上产生中断，节点可以直接在该端口取消环回，恢复到其正常工作状态。
[0132]在实施例三中，二层环网用来转发单播报文和广播报文。在实施例二中的流程上增加如下步骤：
[0133]在环网上的每个节点建立并维护环网的当前拓扑数据库，保留当前环网上各个能够连通的节点信息和彼此的相邻关系；
[0134]节点判断接收报文的源节点是否在当前环网的拓扑数据库中，如果不在则丢弃该报文；
[0135]对在第一环上端口接收的广播报文，节点将其重定向到第二环上端口发送。
[0136]在节点上建立环网的当前拓扑数据库可以采用LLDP(LinkLayerDiscoveryProtocol，链路层发现协议)或HDP(HuaweiDiscoveryProtocol，华为拓扑发现协议)协议实现；节点可以通过比较接收报文中的源链路层地址与当前环网拓扑数据库节点信息中的链路层地址来判断接收报文的源节点是否在线；节点对第一环上端口接收报文的重定向也可以采用在第一环上端口下发ACL规则实现。
[0137]在环网正常工作时，每一个节点发送的广播报文会沿着第一环上端口的环绕方向在遍历其他节点后返回源节点的第二环上端口，由于在每个节点上都对以本节点为源节点的报文进行过滤，广播报文不会在环网上重复循环。
[0138]在图1的环网中，当节点120和节点130之间的链路发生故障时，节点120将端口121环回至端口122，节点130将端口132环回至端口131。设端口141为第一环上端口，节点140将某广播报文从第一环上端口141发送至节点110，并由节点110发送至节点120，这一过程中节点110和120从第二环上端口接收并处理该广播报文；在节点120广播该报文时，由于端口121环回，广播报文被节点120由端口122发送至节点110的端口111，此时该广播报文的接收端口变为第一环上端口，因而该广播报文被直接重定向到第二环上端口发送，避免了对该报文的二次处理；直至该广播报文从节点130的端口132环回至端口131发送，到达其源节点140的第二环上端口142被丢弃。这样，可以确保广播报文遍历每个节点同时不会形成广播风暴。
[0139]当节点发生故障时，如果故障节点不是广播报文的源节点，则该广播报文的二层转发收敛过程与上述链路故障一致。如果源节点在发送广播报文后发生故障，其他正常工作的节点会在其上维护的拓扑数据库中删除源节点，而因该广播报文的源节点不在拓扑数据库中，该广播报文将作为未知来源的报文被丢弃。
[0140]实施例四中的环网用来转发组播报文，其保护方法的流程如图2所示。在步骤S210，在每个节点上设置其环上端口的链路层转发以广播方式进行。
[0141]在步骤S220，在环网上的每个节点建立并维护环网的当前拓扑数据库，保留当前环网上各个能够连通的节点的信息和彼此的相邻关系。
[0142]在步骤S230，以环网上需要对某个组播组的组播数据报文进行三层转发、对其组播协议报文进行协议处理的节点为该组播组的组播节点，将组播节点的第一环上端口加入该组播组，在组播节点的第二环上端口启动网络层组播。
[0143]在步骤S240，节点将上环转发的报文从第一环上端口转发。
[0144]在步骤S250，对从第二环上端口接收的源链路层地址与本节点的链路层地址相同的报文丢弃，即由本节点发送或上环转发的报文，节点将其丢弃。
[0145]在步骤S260，环网发生故障。
[0146]在步骤S270，在故障点两边的节点将其连接故障点的环上端口环回至另一个环上端口。
[0147]在步骤S280，组播节点对在第一环上端口接收的其所在组播组的组播报文，将其重定向到第二环上端口发送；
[0148]在步骤S290，对接收的源节点不在当前环网的拓扑数据库中的组播报文，节点将该报文作为未知来源的报文丢弃。
[0149]仍以图1所示的环网为例，设一个组播组的组播报文要从节点140上环转发，从节点120和节点130下环转发，则节点120、130和140为该组播组的组播节点且节点140为上游节点。设端口141为节点140的第一环上端口，则端口121和端口131分别为节点120和130的第一环上端口。将端口121、131和141加入该组播组，成为该组播组的成员端口，相应地，在端口122、132和142上启动三层组播。
[0150]在环网正常工作的情况下，节点140将来自环外端口的组播数据报文上环转发，从端口141发送到环网上；节点110的端口不是该组播组的成员，将该组播数据报文进行二层广播转发，从端口111发送至节点120的端口122；由于已在端口122上启动网络层组播，同时端口121还是该组播组的成员端口，节点120对该组播数据报文进行下环转发，同时将复制该组播数据报文至端口121并进行链路层转发；节点130对该报文的处理与节点120相同；当节点140在第二环上端口142接收到遍历过环网节点的该组播数据报文时，因该报文以本节点为源节点而将之丢弃。
[0151]当环网发生链路故障或节点故障时，对组播数据报文的处理除了在组播节点要进行三层转发和复制外，其余过程与实施例三中对广播报文的处理并无不同，此处不再重复。
[0152]环网在正常工作、链路故障或节点故障时对组播协议报文，除了在组播节点上对组播数据报文要进行三层转发，而对组播协议报文则应根据其协议进行相应地协议处理之外，与对组播数据报文的处理过程相同，不再重复。
[0153]组播报文和广播报文必须遍历环网上的每一个节点，且每个节点应当只对组播报文和广播报文进行一次协议或三层转发处理。与单播报文到达目的节点即被下环转发相比，对组播报文和广播报文的处理要更为复杂一些，尤其要注意避免可能造成的广播风暴。
[0154]因此，在实施例三和实施例四的故障恢复时，根据故障点的不同可以采用不同的恢复流程。
[0155]在对链路故障进行恢复时，故障链路有可能在一端恢复，而在另一端尚未恢复，如果此时恢复一端的节点根据环上端口连接恢复产生的中断取消端口环回，会导致环网工作的异常状态。所以与原故障点相邻的两个节点在确认原故障链路对双方都已恢复后，才在与原故障点连接的环上端口取消环回。另外，由于两个节点有可能不是同时取消端口环回，为了避免这一极为短暂的过程中可能造成的环网工作异常，令与原故障点相邻的节点在取消环回之后、当前拓扑数据库中原故障链路恢复之前，丢弃从第二环上端口接收的报文。
[0156]图3所示为链路故障的恢复流程，其中第一相邻节点为检测到链路故障恢复的相邻节点，第二相邻节点为该故障链路的另一个相邻节点。在步骤S310，第一相邻节点检测到故障链路恢复。
[0157]在步骤S320，第一相邻节点向第二相邻节点发送链路恢复征询报文，通知第二相邻节点己方链路恢复的同时询问对方的链路是否恢复。
[0158]在步骤S330，第二相邻节点如果已经检测到与其连接的链路恢复，则向第一相邻节点返回链路恢复确认报文，告知对方己方的链路也已经恢复；否则不对接收到的链路恢复征询报文进行应答。
[0159]在步骤S340，第一相邻节点接收到链路恢复确认报文后，在连接原故障链路的环上端口取消环回，同时向第二相邻节点发送取消环回通知报文，指令第二相邻节点也取消端口环回。
[0160]在步骤S350，第一相邻节点在取消环回之后、本节点上当前拓扑数据库中原故障链路恢复之前，丢弃从第二环上端口接收的报文。
[0161]在步骤S360，第二相邻节点接收到取消环回通知报文后，在连接原故障链路的环上端口取消环回。
[0162]如果第一相邻节点没有接收到第二相邻节点的链路恢复征询报文，则不取消端口环回。只要链路恢复的状态持续，第一相邻节点将以预定征询周期重复发送链路恢复征询报文，直到收到第二相邻节点的链路恢复确认报文。
[0163]为了避免链路故障在刚刚恢复时因不稳定而反复出现连通和连接断开的情况，可以令相邻节点在检测到链路恢复时等待一定时间后，再发送链路恢复征询报文来启动故障恢复的过程。
[0164]图4所示为节点故障的恢复流程。在步骤S410，原故障节点恢复。原故障节点可以在完成端口的工作方式配置之后再对端口进行启动。
[0165]在步骤S420，原故障节点向两端相邻节点发送节点恢复通知报文，告知两端相邻节点本节点的故障已经恢复。
[0166]在步骤S430，原故障节点在发送节点恢复通知报文后、本节点上当前拓扑数据库中与两个相邻节点的连接恢复前，丢弃从第二环上端口接收的报文。
[0167]在步骤S440，原故障节点的相邻节点接收到节点恢复通知报文。
[0168]在步骤S450，接收到节点恢复通知报文的节点在与该报文源节点连接的环上端口取消环回。
[0169]同样，为了避免节点故障在刚刚恢复时因不稳定而反复出现故障和恢复的情况，可以令原故障节点在恢复后等待一定时间，再发送节点恢复通知报文来启动节点恢复的过程。
[0170]另外，对不支持在端口工作方式配置和端口启动完成之后发送节点恢复通知报文的节点，可以采用超时机制打开环回，以便预留足够的时间使原故障节点完成启动和配置过程。由于原故障节点恢复时与相邻节点的连接建立，会在相邻节点上产生中断。可以令相邻节点在中断后启动计时，如果在一个设定时间内没有接收到原故障节点的节点恢复通知报文，则在与原故障节点连接的端口取消环回。
[0171]图5所示为在应用上述保护方法的环网上工作的网络设备的结构图，故障检测单元503、端口环回单元504、协议转发单元505、环网拓扑维护单元509、故障恢复处理单元510分别连接在第一环上端口501和第二环上端口502之间；端口环回单元504分别连接故障检测单元503与协议转发单元505；单播处理单元506、组播处理单元507、广播处理单元508分别连接在协议转发单元505、环网拓扑维护单元509和故障恢复处理单元510之间。
[0172]故障检测单元503对网络设备的第一环上端口501和第二环上端口502所连接的部分环网的工作状态进行检测。当检测到所连接的部分环网发生故障时，故障检测单元503将故障发生和连接故障点的环上端口通知端口环回单元504；端口环回单元504将连接故障点的环上端口环回至另一个环上端口，应由协议转发单元505从连接故障点的环上端口发送的报文将从另一个环上端口发送。当确认发生故障的部分环网恢复正常工作时，故障检测单元503将故障恢复和连接原故障点的环上端口通知端口环回单元504，同时启动故障恢复处理单元510工作；端口环回单元504在连接原故障点的环上端口上取消环回，报文由协议转发单元505正常发送。故障检测单元503可以根据实施例二、或实施例三和实施例四中的故障恢复方法来对发生故障的部分环网是否恢复正常工作进行确认。
[0173]协议转发单元505在链路层对报文进行广播转发，对协议报文按照协议规定进行相应地处理，以及进行网络层转发。
[0174]协议转发单元505对在网络层上环转发的报文可以以第一环上端口501为出端口进入环网，也可以以第二环上端口502为出端口进入环网。为适当地分配流量，可以根据在环网上传输的报文类型分别从第一环上端口501和第二环上端口502转发到环网上。例如，令单播报文以第一环上端口501为上环转发的出端口，令组播报文以第二环上端口502为上环转发的出端口，令广播报文从第二环上端口502发送。
[0175]环网拓扑维护单元509建立并维护环网的当前拓扑数据库，存储当前环网上每个能够连通的网络设备的信息和彼此的相邻关系，所存储的信息中包括网络设备的链路层地址。
[0176]对从第一环上端口501和第二环上端口502接收的报文，先经故障恢复处理单元处理510，再根据报文的类型分别经单播处理单元506、组播处理单元507或广播处理单元508处理后，才能进入协议转发单元505。
[0177]故障恢复处理单元510在收到故障检测单元503的故障恢复通知后启动工作，不断检测环网拓扑维护单元509存储的拓扑信息中所通知恢复的原故障点是否已正常工作。在检测到该故障在当前拓扑数据库中消除前，故障恢复处理单元510根据接收报文的类型和该类型报文由协议转发单元505转发的出端口对报文进行处理。例如，当协议转发单元505以第一环上端口501为单播报文的上环转发出端口时，故障恢复处理单元510丢弃从第二环上端口502接收的单播报文；当协议转发单元505以第二环上端口502为组播报文和广播报文的上环转发出端口时，故障恢复处理单元510丢弃从第一环上端口501接收的组播报文和广播报文。一旦故障恢复处理单元510检测到所通知恢复的原故障点在当前拓扑数据库中消除，即停止工作，此时从第一环上端口501和第二环上端口502接收的报文自由通过故障恢复处理单元510。
[0178]当协议转发单元505以第一环上端口501为单播报文的上环转发出端口时，单播处理单元506对单播报文的处理包括：在从第二环上端口502接收的单播报文中识别出以本节点为源节点的单播报文，丢弃该报文；在与环网拓扑维护单元509连接时，单播处理单元506可以在从第一环上端口501或第二环上端口502接收的单播报文中识别出源节点不在当前环网拓扑数据库中的报文，并丢弃该报文；对其他的单播报文，单播处理单元506将其输出至协议转发单元505。
[0179]当协议转发单元505以第二环上端口502为某个组播组的组播报文的上环转发出端口时，第二环上端口502是该组播组的成员端口。组播处理单元507对接收的第二环上端口502所在组播组的组播报文进行处理：如果该组播报文是从第一环上端口501接收的，则丢弃其中以本网络设备为源节点的报文；如果该组播报文是从第二环上端口502接收的，则将其直接输出至第一环上端口501发送；如果组播处理单元507与环网拓扑维护单元509相连接，则将从第一环上端口501接收的组播报文中源节点不在当前环网拓扑数据库中的报文丢弃；其他组播报文由组播处理单元507输出至协议转发单元。
[0180]当协议转发单元505以第二环上端口502为广播报文的出端口时，广播处理单元508对广播报文的处理包括：在从第一环上端口501接收的广播报文中识别出以本网络设备为源节点的报文，将其丢弃；将从第二环上端口502接收的广播报文直接输出至第一环上端口501发送；在从第一环上端口501接收的广播报文中识别出源节点不在当前环网拓扑数据库中的报文，将其丢弃；将其他广播报文输出至协议转发单元505。
[0181]对应于前述四个实施例中的环网保护方法，不难理解，当环网只对单播报文转发的链路故障进行保护时，环网上的网络设备只需要第一环上端口501、第二环上端口502、故障检测单元503、端口环回单元504和协议转发单元505就可以实现其功能了。当环网需要对单播报文转发的节点故障进行保护时，再增加单播处理单元506即可。对应于环网上转发报文的类型和保护的环网故障，可以参考前述各个实施例增加相应地单元，此处不再一一列举。
[0182]对应用本发明保护方法的环网，其上节点通常具有第一环上端口、第二环上端口和至少1个环外端口，第一环上端口和第二环上端口将该节点连接在环网上，环外端口所连接的网络与环网之间在网络层连通。环网上这样的节点采用如图6所示的流程对报文进行转发：
[0183]在步骤S601，节点接收到报文。
[0184]在步骤S602，判断该报文是否来源于环外端口并向环网转发，如果是，执行步骤S603；如果否，执行步骤S604。
[0185]在步骤S603，对报文以第一环上端口为出端口进行上环转发，转步骤S615。
[0186]在步骤S604，判断该报文是否为在取消端口环回之后、确认原环回端口所连接的部分环网正常转发报文之前从第二环上端口接收的报文，如果是，丢弃该报文；如果否，执行步骤S605。
[0187]在步骤S605，判断该报文是否从第二环上端口接收并且以本节点为源节点，即从第二环上端口接收报文的源链路层地址是否与本节点的链路层地址相同，如果是，丢弃该报文；如果否，执行步骤S606。
[0188]在步骤S606，判断该报文的源节点是否是当前环网上能够连通的节点，即判断该报文的源链路层地址与当前环网上能连通的节点之一的链路层地址相同，如果否，丢弃该报文；如果是则继续。
[0189]步骤S601至步骤S606中的报文可以是单播报文、广播报文、组播报文中的一种或其组合。
[0190]在步骤S607，对单播报文，判断该报文的目的链路层地址是否与本节点的链路层地址相同，如果是，执行步骤S608；如果否，执行步骤S609。
[0191]在步骤S608，对该单播报文进行网络层下环转发。
[0192]在步骤S609，对广播报文，判断该报文是否由第一环上端口接收，如果是，执行步骤S610；如果否，执行步骤S611。
[0193]在步骤S610，将该报文重定向至第二环上端口转发，转步骤S615。
[0194]在步骤S611，对组播报文，判断该报文是否为第一环上端口所在组播组的组播报文并且该报文由第一环上端口接收，如果是，执行步骤S610；如果否，转步骤S612。
[0195]在步骤S612，对组播报文，判断该报文是否为第一环上端口所在组播组的组播报文并且该报文由第二环上端口接收，如果是，执行步骤S613；如果否，执行步骤S614。
[0196]在步骤S613，对该组播报文进行网络层下环转发，同时将该组播报文复制后由第一环上端口进行链路层广播转发，转步骤S615。
[0197]在步骤S614，对该报文进行链路层广播转发。
[0198]在步骤S615，判断该节点所连接的部分环网是否发生故障，如果是，执行步骤S616；如果否，将该报文正常发送。
[0199]在步骤S616，将连接环网故障点的环上端口环回至另一环上端口后发送该报文。
[0200]以上所述的节点报文转发流程是当该环网用来传输单播、组播和广播报文时，可用来保护链路和节点故障的完整流程。需要说明的是，流程中对报文特征进行判断的各个步骤S605、S606、S607、S609、S611、S612可以任意排序，只要其判断结果所对应的报文处理方式不变，都可以实现本发明。
[0201]当环网不传输某个类型的报文时，涉及该类型报文的步骤即可省略，而当环网所需保护的故障类型减少时，相应的步骤也可以省略。可以省略的步骤本领域技术人员参考前述四个实施例即可显而易见地得出结论，此处不再赘述。
[0202]应用本发明中保护方法的环网为链路层环网，即在各节点在二层连通。环网上有两个以上的节点，每个节点的第一环上端口连接与该环上端口相邻的节点的第二环上端口，而每个节点的第二环上端口连接与该环上端口相邻的节点的第一环上端口。环网通过其上节点的至少一个端口与其他网络在网络层连通。
[0203]环网上每个节点的链路层转发以广播方式进行。当环网发生故障时，与故障点相邻的两个节点将连接故障点的环上端口环回至另一个环上端口。当环网故障恢复时，因该故障进行端口环回的两个节点将连接原故障点的环上端口的环回取消。
[0204]对单播报文，源节点以第一环上端口为出端口进行上环转发。每个节点从第二环上端口接收到以本节点为源节点的单播报文时，将该单播报文丢弃；当接收到目的链路层地址与本节点链路层地址相同的单播报文时，对该报文进行三层下环转发；当从第二环上端口接收到源节点与当前环网上能够连通的所有节点不同的单播报文时，将其丢弃。
[0205]对组播报文，源节点以第二环上端口为出端口进行上环转发。每个节点从第一环上端口接收到该节点的第二环上端口所在组播组的组播报文时，如果该组播报文以本节点为源节点，丢弃该报文；否则对该报文进行三层转发或者协议处理，并复制该报文从第二环上端口进行链路层广播转发；当从第二环上端口接收到其所在组播组的组播报文时，将该组播报文重定向到第一环上端口发送；当从第一环上端口接收到源节点与当前环网上能够连通的所有节点不同的组播报文时，将其丢弃。
[0206]对广播报文，源节点以第二环上端口为出端口发送。每个节点从第一环上端口接收到以本节点为源节点的广播报文时，丢弃该报文；当从第二环上端口接收到广播报文时，将该广播报文重定向到第一环上端口发送；当从第一环上端口接收到源节点与当前环网上能够连通的所有节点不同的广播报文时，将其丢弃。
[0207]对用来转发单播报文的环网，通过环上端口连接在环网上的网络设备包括互相连接的故障通知单元和环回单元。故障通知单元对两个环上端口连接的部分环网的运行情况进行检测，当检测到某个环上端口所连接的部分环网发生故障时，向环回单元发出故障通知。环回单元接收到故障通知后，将由连接发生故障的部分环网的环上端口发送的单播报文环回至另一个环上端口发送。这样，环网的链路故障可以得以恢复。
[0208]为恢复环网的节点故障，可以在上述网络设备中增加报文过滤单元，连接环回单元，将第二次接收的以本网络设备为源节点的单播报文滤除掉。在网络设备第二次接收以本网络设备为源节点的单播报文时，说明该报文的目的节点发生故障，此时应将该报文予以滤除。
[0209]本发明通过端口环回和链路层广播转发来实现环网的容错，在确保每个节点只对报文进行一次处理的同时对遍历环网的报文和未知来源的报文进行过滤，避免了广播风暴。本发明能够实现50ms的电信级收敛速度，并且无需在环网中设置主节点、主端口及从端口，也无需阻塞端口；本发明对节点的端口没有特殊要求，可以支持各种类型的端口；同时在环网上应用本发明不会影响其他协议的运行。
[0210]以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
