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由于各種原因，以太網(wǎng)經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生各種二層事件，此時(shí)，交換機(jī)就必須做相應(yīng)的處理。交換機(jī)對(duì)二層事件處理是否得當(dāng)，處理響應(yīng)的速度是否及時(shí)，將直接影響到網(wǎng)絡(luò)的可靠性和快速收斂性。
一、二層事件描述
二層事件通常有兩類(lèi)：一類(lèi)是普通二層事件；另外一類(lèi)是環(huán)路中的鏈路改變事件。
1．普通的二層事件
普通的二層事件都是基本的事件，一般只會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成局部的影響。普通二層事件具體包括：端口UP/DOWN事件；端口INCLUDE/EXCLUDE事件，當(dāng)端口加入到某個(gè)VLAN中時(shí)就會(huì)產(chǎn)生INCLUDE事件，反之，EXCLUDE事件則是指端口離開(kāi)某個(gè)VLAN時(shí)產(chǎn)生；VLANDOWN/UP事件，如果將VLAN也看成一個(gè)端口，則VLANDOWN/UP事件與端口UP/DOWN事件沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，當(dāng)一個(gè)VLAN中所有端口都變成DOWN時(shí)，該VLAN也就會(huì)變成DOWN；VLANDELETE事件，刪除VLAN時(shí)產(chǎn)生VLAN DELETE事件；端口DELETE事件，刪除端口時(shí)產(chǎn)生端口DELETE事件，當(dāng)帶電拔出單板時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生端口DELETE事件。
2．環(huán)路中的鏈路改變事件
環(huán)路可以增加網(wǎng)絡(luò)的可靠性，但同時(shí)也有可能形成網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有多條冗余路徑時(shí)，數(shù)據(jù)流過(guò)環(huán)選擇路徑時(shí)必須有所取舍。當(dāng)發(fā)生了普通的二層事件時(shí)，數(shù)據(jù)流往往會(huì)選擇不同的路徑過(guò)環(huán)，這時(shí)就稱為發(fā)生了鏈路改變事件。
二、以太網(wǎng)組播中對(duì)普通二層事件處理的分析與設(shè)計(jì)
1．組播轉(zhuǎn)發(fā)概述
組播是一種單點(diǎn)發(fā)送多點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)包傳輸方式，當(dāng)有多臺(tái)主機(jī)同時(shí)成為一個(gè)數(shù)據(jù)包的接收者時(shí)，出于對(duì)帶寬和CPU負(fù)擔(dān)的考慮，組播成為了一種最佳選擇。組播只會(huì)將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)數(shù)據(jù)包感興趣的接收者，這樣能夠節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬，降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)，以組播轉(zhuǎn)發(fā)表為依據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)表的正確與否直接關(guān)系到組播數(shù)據(jù)能否到達(dá)正確的接收者手中。組播轉(zhuǎn)發(fā)表的一般格式如圖1所示。
圖1
由圖1可知，組播轉(zhuǎn)發(fā)表中每一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)由三部分組成：VLANID、組地址與出端口。由于組播數(shù)據(jù)不能跨越VLAN傳輸，因此每一個(gè)表項(xiàng)第一部分是VLANID，當(dāng)交換機(jī)收到組播數(shù)據(jù)包時(shí)，數(shù)據(jù)包只能在數(shù)據(jù)包入端口所在的VLAN內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)。然后根據(jù)數(shù)據(jù)包中的組地址檢索組播轉(zhuǎn)發(fā)表，最后將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到檢索結(jié)果中的所有出端口上。
2．對(duì)端口UP/DOWN事件的處理
交換機(jī)是根據(jù)組播轉(zhuǎn)發(fā)表來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)的，正是由于組播轉(zhuǎn)發(fā)表的存在，才得以實(shí)現(xiàn)對(duì)組播數(shù)據(jù)的按需轉(zhuǎn)發(fā)。圖2為組播轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)示意圖，為了簡(jiǎn)化分析，我們假定只有一個(gè)VLAN，而且只有一個(gè)組播組（組播組對(duì)應(yīng)多個(gè)出端口）。
圖2
由圖2知，若只有與端口p1、p3相連的主機(jī)才對(duì)組播組的數(shù)據(jù)感興趣，則交換機(jī)只會(huì)將組播數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到端口p1與p3上。假設(shè)交換機(jī)上所有的端口都屬于VLAN1，并且與端口p1、p3相連的主機(jī)對(duì)組地址為226.0.0.1的組播組的數(shù)據(jù)感興趣，此時(shí)組播轉(zhuǎn)發(fā)表如圖3所示。
圖3
當(dāng)端口P1的狀態(tài)變DOWN時(shí)（如果交換機(jī)不做任何處理），當(dāng)有組播數(shù)據(jù)來(lái)時(shí)，交換機(jī)仍會(huì)向端口P1轉(zhuǎn)發(fā)。而由于端口P1物理層面上已經(jīng)DOWN掉，組播數(shù)據(jù)流根本無(wú)法達(dá)到與端口P1相連的主機(jī)，這樣無(wú)形中給CPU增加了無(wú)謂的負(fù)擔(dān)。因此當(dāng)端口P1的狀態(tài)變成DOWN時(shí)，應(yīng)該在組播轉(zhuǎn)發(fā)表中刪除掉與端口P1相關(guān)的轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)，處理之后的轉(zhuǎn)發(fā)表如圖4所示。由于端口P3的狀態(tài)沒(méi)有變化，所以端口P3仍然在出端口列表中。
圖4
假定與端口P4相連的主機(jī)也對(duì)組播組的數(shù)據(jù)感興趣，但由于端口P4的狀態(tài)一直是DOWN，所以端口P4不在出端口列表中。現(xiàn)假定端口P4的狀態(tài)突然變成UP，如果交換機(jī)不響應(yīng)UP事件，那么即使與端口P4相連的主機(jī)對(duì)組播組的數(shù)據(jù)感興趣，它也收不到組播數(shù)據(jù)。此時(shí)，組播轉(zhuǎn)發(fā)表就沒(méi)有能反應(yīng)出真實(shí)的轉(zhuǎn)發(fā)需求。因此當(dāng)端口P4的狀態(tài)變成UP時(shí)，應(yīng)該在組播轉(zhuǎn)發(fā)表中相應(yīng)組播組的出端口列表中增加端口P4，處理之后的轉(zhuǎn)發(fā)表如圖5所示。
圖5
以上只是對(duì)最簡(jiǎn)單的情況進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，當(dāng)遇到非常復(fù)雜的組播轉(zhuǎn)發(fā)表時(shí)，處理原理也是一樣的：當(dāng)端口狀態(tài)變DOWN時(shí)，應(yīng)該在組播轉(zhuǎn)發(fā)表中刪除與該端口相關(guān)的轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)，以防止增加CPU的負(fù)擔(dān)；反之，當(dāng)端口狀態(tài)變UP并且與該端口相連的主機(jī)對(duì)組播組數(shù)據(jù)感興趣時(shí)，應(yīng)該在組播轉(zhuǎn)發(fā)表相應(yīng)表項(xiàng)的出端口列表中增加該端口。另外，如果對(duì)端口UP/DOWN事件處理不及時(shí)，可能會(huì)造成丟包或者CPU超負(fù)荷的情況發(fā)生，因此，系統(tǒng)對(duì)二層事件的響應(yīng)速度將直接影響網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
3．對(duì)其它普通二層事件的處理
對(duì)其它普通二層事件的處理與對(duì)端口UP/DOWN事件的處理原理上是一致的。
當(dāng)發(fā)生端口INCLUDE事件并且與端口相連的主機(jī)對(duì)組播組數(shù)據(jù)感興趣時(shí)，則需要在端口加入的VLAN內(nèi)增加相應(yīng)的表項(xiàng)；反之，當(dāng)發(fā)生端口EXCLUDE事件時(shí)，則需要在端口離開(kāi)的VLAN內(nèi)刪除相應(yīng)的出端口或表項(xiàng)。
當(dāng)發(fā)生VLANDOWN時(shí)，刪除VLAN內(nèi)的所有轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)；反之，當(dāng)發(fā)生VLANUP時(shí)，則添加VLAN內(nèi)所有端口相應(yīng)的表項(xiàng)。對(duì)于VLANDELETE、端口DELETE，處理方式分別與VLAN DOWN、端口DOWN相同，但級(jí)別應(yīng)該要更高一些，也就是應(yīng)該優(yōu)先處理VLAN DELETE和端口DELETE，因?yàn)檫@兩個(gè)事件造成的影響在一般情況下比別的事件要大。
三、以太網(wǎng)組播中對(duì)環(huán)路事件處理的分析與設(shè)計(jì)
1．網(wǎng)絡(luò)環(huán)路以及環(huán)路事件概述
網(wǎng)絡(luò)環(huán)路是為交換網(wǎng)絡(luò)提供冗余鏈路時(shí)形成的，現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)要求交換網(wǎng)絡(luò)中必須具備冗余鏈路，以避免單點(diǎn)故障引起的網(wǎng)絡(luò)中斷。由于環(huán)路的存在，導(dǎo)致了交換網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生廣播風(fēng)暴的可能。為了防止產(chǎn)生廣播風(fēng)暴，必然要阻塞一些冗余鏈路上的端口，即只允許數(shù)據(jù)從其中一條鏈路上通行，當(dāng)允許通行的鏈路發(fā)生故障時(shí)，為了保證數(shù)據(jù)不中斷，應(yīng)能立即恢復(fù)阻塞端口的通行能力。
在交換網(wǎng)絡(luò)的環(huán)路中，有三種環(huán)路事件：端口BLOCK事件，即阻塞數(shù)據(jù)從該端口通過(guò)，以防止產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴；端口UNBLOCK事件，解除阻塞狀態(tài)；LINKCHANGE事件，即鏈路改變事件，當(dāng)一條鏈路上發(fā)生故障時(shí)，選擇另一條冗余的鏈路通行。
2．對(duì)環(huán)路事件的處理
對(duì)端口BLOCK/UNBLOCK事件的處理與對(duì)端口DOWN/UP事件的處理方式相同。當(dāng)某個(gè)端口BLOCK時(shí)，除了一些特定的環(huán)路協(xié)議包之外，一般的組播包不允許通過(guò)。這時(shí)如果仍向該端口轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)，只會(huì)給CPU增加無(wú)謂負(fù)擔(dān)。所以當(dāng)端口BLOCK時(shí)，應(yīng)該刪除該端口對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)或出端口，反之，當(dāng)端口UNBLOCK時(shí)，則應(yīng)該增加相應(yīng)的出端口或表項(xiàng)信息。
當(dāng)一個(gè)端口BLOCK，而另一個(gè)端口UNBLOCK時(shí)，自然就發(fā)生了LINKCHANGE事件。發(fā)生LINKCHANGE事件時(shí)，需要根據(jù)IGMP請(qǐng)求報(bào)文重新學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)，而且還要更新路由器端口信息。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，以圖6所示的簡(jiǎn)單環(huán)路情況為例進(jìn)行分析。
圖6
圖6所示的環(huán)路中，由于端口P1的狀態(tài)是BLOCK，所以組播流從端口P2轉(zhuǎn)發(fā)下來(lái)，協(xié)議報(bào)文（IGMP報(bào)文）也是走右側(cè)的路徑。當(dāng)最下面的交換機(jī)接收到從上游下來(lái)的IGMP查詢報(bào)文時(shí)，便認(rèn)為端口P4是路由器端口，以后有主機(jī)發(fā)出IGMP請(qǐng)求報(bào)文時(shí)，交換機(jī)便會(huì)從端口P4將報(bào)文發(fā)往上游。如果發(fā)生LINKCHANGE事件，可用鏈路切換到左側(cè)，但是在鏈路收斂之前，組播數(shù)據(jù)仍然會(huì)從發(fā)往端口P2通過(guò)，而且主機(jī)發(fā)送的IGMP請(qǐng)求報(bào)文仍然會(huì)發(fā)往端口P4，由于右側(cè)鏈路已經(jīng)不通，所以IGMP請(qǐng)求報(bào)文無(wú)法達(dá)到最終路由器。等到上游路由器發(fā)出通用IGMP查詢報(bào)文時(shí)，最下游的交換機(jī)才能學(xué)會(huì)新的路由器端口，主機(jī)發(fā)送的IGMP請(qǐng)求報(bào)文才開(kāi)始從左側(cè)上傳，繼而學(xué)會(huì)新的表項(xiàng)。
由此可見(jiàn)，當(dāng)發(fā)生LINKCHANGE事件時(shí)，在上游路由器發(fā)出通用IGMP查詢報(bào)文前（嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，應(yīng)該是學(xué)會(huì)新的表項(xiàng)前），組播數(shù)據(jù)無(wú)法正確到達(dá)下游主機(jī)。為了保證鏈路快速收斂，也就是為了組B播數(shù)據(jù)能迅速切換到左側(cè)鏈路，當(dāng)發(fā)生LINKCHANGE事件時(shí)，最上游的交換機(jī)應(yīng)該模擬路由器發(fā)出一個(gè)通用IGMP查詢報(bào)文，使下游交換機(jī)能迅速學(xué)會(huì)新的路由器端口，從而保證主機(jī)發(fā)送的IGMP請(qǐng)求報(bào)文能順利到達(dá)上游交換機(jī)與路由器，最終快速更新組播轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)。
