冉茂琪，李 文，張 益，王建兵，馮玖江，邢 川

（1.重慶金美通信有限責(zé)任公司，重慶 400030；2.中國(guó)人民解放軍軍事科學(xué)院 系統(tǒng)工程研究院，北京 100141）

0 引言

令牌在環(huán)網(wǎng)中沿著環(huán)網(wǎng)的總線，在環(huán)網(wǎng)上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)間依次傳遞。令牌自身不含有業(yè)務(wù)消息，只是為了控制環(huán)網(wǎng)信道的使用，即保證在某個(gè)時(shí)刻，僅有一個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠使用當(dāng)前信道。當(dāng)環(huán)網(wǎng)上節(jié)點(diǎn)處于空閑狀態(tài)時(shí)，令牌繼續(xù)沿著環(huán)網(wǎng)傳遞。環(huán)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)前必須取得令牌，所以不會(huì)造成碰撞。又因令牌在環(huán)網(wǎng)上是按一定順序依次傳遞的，因此對(duì)所有環(huán)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)而言，訪問權(quán)是公平的。

根據(jù)令牌環(huán)網(wǎng)的特性可以發(fā)現(xiàn)，在某一時(shí)刻，環(huán)網(wǎng)中只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠使用信道，因此采用令牌無(wú)法充分使用信道資源[5]，并且還需要不斷維護(hù)令牌[6]，一旦令牌控制異常，整個(gè)環(huán)網(wǎng)通信將會(huì)出現(xiàn)異常。

若為提高信道利用率而取消令牌機(jī)制，則當(dāng)環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)采用2 層交換通信，交換機(jī)的2 層接口收到廣播報(bào)文時(shí)，會(huì)在其廣播域內(nèi)向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)[7]，在環(huán)網(wǎng)拓?fù)渲?，?shù)據(jù)包將會(huì)被不斷復(fù)制和轉(zhuǎn)發(fā)，直至網(wǎng)絡(luò)癱瘓；若采用3 層交換通信[8]，由于生存時(shí)間（Time To Live，TTL）字段緣故（IPv4 包的第9個(gè)字節(jié)的TTL 字段取值范圍為0～255，該字段表示網(wǎng)際協(xié)議（Internet Protocol，IP）數(shù)據(jù)包在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中可以轉(zhuǎn)發(fā)的最大跳數(shù)，即最大跳數(shù)為255跳），IP 報(bào)文每通過一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行3 層轉(zhuǎn)發(fā)后，TTL 值將會(huì)減少1，直至到達(dá)目的地，若在到達(dá)目的地之前，TTL 已耗盡（值為0），則數(shù)據(jù)包將不會(huì)被繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)[9]，因此使得計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)受到一定的限制。

綜上所述，在環(huán)網(wǎng)通信中，亟需一種實(shí)現(xiàn)方法來減少維護(hù)令牌資源的成本，并提高環(huán)網(wǎng)通信信道利用效率，同時(shí)還需要該方法能防止環(huán)網(wǎng)廣播風(fēng)暴，解決TTL 對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)拓?fù)涞南拗频葐栴}。

本文針對(duì)上述問題，提出一種非令牌的環(huán)網(wǎng)中一跳轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的解決方法[10]，并在實(shí)際應(yīng)用中得以實(shí)施和驗(yàn)證。所提方法可以為有類似功能需求的讀者提供一種可參考的解決思路。

1 非令牌環(huán)網(wǎng)的構(gòu)建

1.1 物理鏈路層的搭建

根據(jù)不同的使用場(chǎng)景，環(huán)網(wǎng)拓?fù)鋾?huì)有多種結(jié)構(gòu)[11-12]，會(huì)出現(xiàn)單環(huán)模型與多環(huán)模型之分[13]，但其中核心的環(huán)網(wǎng)拓?fù)淇沙橄鬄閳D1。

本文旨在通過對(duì)經(jīng)權(quán)思想的歷史嬗變之梳理，對(duì)經(jīng)權(quán)思想內(nèi)涵的挖掘，冀望對(duì)翻譯理論的研究與實(shí)踐提供某種嘗試與探索。

圖1 中各節(jié)點(diǎn)可表示交換機(jī)節(jié)點(diǎn)或其他功能等同的設(shè)備，互聯(lián)鏈路為有線鏈路，節(jié)點(diǎn)1 的port2口與節(jié)點(diǎn)2 相連，節(jié)點(diǎn)2 與節(jié)點(diǎn)3 相連，以此類推，直到節(jié)點(diǎn)n與節(jié)點(diǎn)1 的port1 相連，即節(jié)點(diǎn)1 至節(jié)點(diǎn)n分別與其相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行互聯(lián)形成環(huán)網(wǎng)[14]。

需要說明的是，互聯(lián)鏈路并非一定是如圖1 所示的單鏈路，也可以是具有冗余備份的連接鏈路，即可以是等價(jià)為單鏈路的一組連接鏈路，如聚合鏈路。

1.2 非令牌環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)流程

非令牌環(huán)網(wǎng)則是在環(huán)網(wǎng)架構(gòu)下，不使用令牌機(jī)制，而使用其他方法來實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)間的通信功能。為此，設(shè)計(jì)出非令牌環(huán)網(wǎng)軟件的基本實(shí)現(xiàn)流程，如圖2 所示。

采用非令牌通信機(jī)制進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間通信，首先要對(duì)環(huán)網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)上互聯(lián)端口進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)配置；其次在節(jié)點(diǎn)上使用多生成樹協(xié)議（Multiple Spanning Tree Protocol，MSTP）消除通信環(huán)路、防止廣播風(fēng)暴，同時(shí)還要采用策略控制捕獲預(yù)設(shè)類型的協(xié)議報(bào)文，進(jìn)行識(shí)別處理；最后采用2 層通信與所述策略控制相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)間通信數(shù)據(jù)一跳到達(dá)。

2 環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)配置

2.1 節(jié)點(diǎn)端口PVLAN 配置

為解決IP 報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)受TTL 限制的問題，采用2 層轉(zhuǎn)發(fā)方法，實(shí)現(xiàn)一跳轉(zhuǎn)發(fā)。

以圖1 環(huán)網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)1 為例，采用基于端口的虛擬局域網(wǎng)（Virtual Local Area Network，VLAN）配置方式來配置節(jié)點(diǎn)1 的port1 與port2。設(shè)置port1 與port2 為ACCESS 類型，ACCESS 類型下的端口只能屬于1 個(gè)VLAN，該VLAN 通常被稱為端口的私有VLAN（Private VLAN，PVLAN），并且配置port1與port2 的PVLAN 值相等。

環(huán)網(wǎng)中其他節(jié)點(diǎn)的端口配置可參照節(jié)點(diǎn)1，不同節(jié)點(diǎn)上的PVLAN 值可以不相同。

2.2 MSTP 配置

MSTP 主要用于解決以太網(wǎng)環(huán)路問題，防止形成通信環(huán)路，實(shí)現(xiàn)鏈路冗余備份。

MSTP 兼容快速生成樹協(xié)議（Rapid Spanning Tree Protocol，RSTP）和生成樹協(xié)議（Spanning Tree Protocol，STP），具有收斂快、多實(shí)例等特點(diǎn)，因此以圖1 中環(huán)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)1 為例，對(duì)節(jié)點(diǎn)1 的port1、port2 啟用MSTP 協(xié)議[1]，其他節(jié)點(diǎn)端口配置MSTP的方法與之相同。

2.3 策略控制

環(huán)網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的通信存在協(xié)議交互，例如鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議、路由協(xié)議、節(jié)點(diǎn)控制協(xié)議等協(xié)議報(bào)文，往往包含組播通信、廣播通信，而部分協(xié)議又只需要與相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，而不需要與遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)通信。由于在本方法設(shè)計(jì)中，主體通信方法采用的是2 層轉(zhuǎn)發(fā)通信，在數(shù)據(jù)包是組播、廣播的情況下，將會(huì)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)至環(huán)網(wǎng)中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)，因此需要將這類報(bào)文識(shí)別出來，進(jìn)行重定向處理，對(duì)于不符合通信業(yè)務(wù)需求的報(bào)文設(shè)置為丟棄，防止其通過二層轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)送至下一節(jié)點(diǎn)。

網(wǎng)絡(luò)通信中的交換設(shè)備，通常有對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行策略控制的模塊，其主要實(shí)現(xiàn)流程為截獲數(shù)據(jù)報(bào)文，識(shí)別特定字段，執(zhí)行動(dòng)作。執(zhí)行動(dòng)作又主要有重定向、丟棄、修改報(bào)文數(shù)據(jù)等。策略控制主要用于對(duì)符合識(shí)別條件的數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行特殊處理，以此來滿足對(duì)應(yīng)的功能需求。

策略控制處理流程如圖3 所示，對(duì)捕獲的報(bào)文進(jìn)行識(shí)別匹配，若匹配成功則執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作（重定向或丟棄或其他）；若匹配失敗，則不對(duì)該報(bào)文進(jìn)行特殊處理，依據(jù)其原有處理規(guī)則進(jìn)行處理。

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建

由于真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，不可能存在無(wú)限多個(gè)節(jié)點(diǎn)，因此實(shí)驗(yàn)測(cè)試主要采用有限個(gè)節(jié)點(diǎn)組成環(huán)網(wǎng)，旨在驗(yàn)證本文所提出的方法的可行性。

如圖4 所示，搭建具有6 個(gè)節(jié)點(diǎn)的環(huán)網(wǎng)，節(jié)點(diǎn)間采用光纖接口相連，并為各節(jié)點(diǎn)配置IP 地址，其中節(jié)點(diǎn)2 具有雙IP 地址，其目的是驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)之間的IP 地址即使在不同網(wǎng)段，也能實(shí)現(xiàn)通信。同時(shí)按照前文所述，配置相應(yīng)端口參數(shù)、路由協(xié)議、自定義協(xié)議、MSTP 功能、策略控制等。

圖4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)境拓?fù)?/p>

3.2 MSTP 狀態(tài)查詢

完成拓?fù)浯罱ê?，為保證通信環(huán)路未成環(huán)，查詢各個(gè)節(jié)點(diǎn)中的MSTP 狀態(tài)。圖5 為節(jié)點(diǎn)1 至節(jié)點(diǎn)5 的端口狀態(tài)，均為轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)（forwarding，F(xiàn)WD）。圖6 為節(jié)點(diǎn)6 的端口狀態(tài)，其中節(jié)點(diǎn)6 的port1 為阻塞狀態(tài)（blocking，BLK）。

圖5 節(jié)點(diǎn)1 至節(jié)點(diǎn)5 的端口狀態(tài)

圖6 節(jié)點(diǎn)6 的端口狀態(tài)

結(jié)合各節(jié)點(diǎn)中的MSTP 狀態(tài)，可將環(huán)路的通信拓?fù)涞刃閳D7，節(jié)點(diǎn)1 至節(jié)點(diǎn)6 依次連接，而節(jié)點(diǎn)1 與節(jié)點(diǎn)6 之間為斷開狀態(tài)。

圖7 MSTP 狀態(tài)下的等效通信拓?fù)?/p>

3.3 路由狀態(tài)查詢

節(jié)點(diǎn)間已配置相應(yīng)路由參數(shù)與策略控制，因此使得節(jié)點(diǎn)所需的自定義協(xié)議報(bào)文、路由報(bào)文等，可以只轉(zhuǎn)發(fā)給鄰居節(jié)點(diǎn)，而不轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)，從而減少協(xié)議報(bào)文對(duì)環(huán)網(wǎng)資源的占用。

以節(jié)點(diǎn)1 為例，查看節(jié)點(diǎn)1 路由信息如圖8 所示。對(duì)于節(jié)點(diǎn)1 而言，發(fā)往其他節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)消息，其出接口均為節(jié)點(diǎn)2，從物理接口上看即是以太網(wǎng)光口3，符合預(yù)期設(shè)置。

圖8 節(jié)點(diǎn)1 的路由表

3.4 節(jié)點(diǎn)通信測(cè)試

為測(cè)試圖4 中實(shí)驗(yàn)環(huán)境的通信情況，使用節(jié)點(diǎn)1（IP 為111.0.0.1）與節(jié)點(diǎn)6（IP 為116.0.0.1）進(jìn)行ping 包測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖9 所示，可以看出，節(jié)點(diǎn)1 與節(jié)點(diǎn)6 能實(shí)現(xiàn)正常通信。

圖9 節(jié)點(diǎn)1 與節(jié)點(diǎn)6 通信的鏡像數(shù)據(jù)

3.5 實(shí)驗(yàn)總結(jié)

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合，可得出本文所提出方法能達(dá)到預(yù)期效果，其中主要的驗(yàn)證點(diǎn)如表1所示，可以看出，所提方法達(dá)到了全部期望。

表1 驗(yàn)證點(diǎn)與期望結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)環(huán)網(wǎng)通信中存在的環(huán)路問題，所提方法使用MSTP 協(xié)議，在非令牌通信機(jī)制的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，進(jìn)行消除通信環(huán)路，而物理連接上仍然保持原有的環(huán)形拓?fù)洳蛔?。針?duì)部分協(xié)議報(bào)文會(huì)在同VLAN 下所有接口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的問題，所提方法采用策略控制，對(duì)特定的組播報(bào)文、廣播報(bào)文進(jìn)行識(shí)別、處理，使其不從環(huán)網(wǎng)中的端口轉(zhuǎn)發(fā)至下一節(jié)點(diǎn)，處理動(dòng)作主要為丟棄或重定向至其他接口。此外，針對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)受TTL 限制的問題，所提方法采用2 層轉(zhuǎn)發(fā)而非3 層轉(zhuǎn)發(fā)，可以使環(huán)形拓?fù)渲腥我还?jié)點(diǎn)發(fā)送IP 報(bào)文，實(shí)現(xiàn)一跳轉(zhuǎn)發(fā)，進(jìn)而可以增加通信節(jié)點(diǎn)數(shù)量。該方法目前已應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目中，并在真實(shí)應(yīng)用環(huán)境中驗(yàn)證了其有效性。