基于源抑制表項防止堆疊報文成環的實現方法

劉璟緯，陳錢

（南京理工大學江蘇南京210094）

基于源抑制表項防止堆疊報文成環的實現方法

劉璟緯，陳錢

（南京理工大學江蘇南京210094）

IRF虛擬化堆疊技術能夠簡化組網結構，提高網絡穩定性。但是當堆疊的拓撲結構為三臺以上的設備環形連接時，會導致報文成環進而影響整個網絡的穩定性。基于防止堆疊系統報文成環的目的，文章從堆疊系統內部的流量走向入手，通過分析四框環堆系統的流量轉發路徑，提出了源抑制表項的算法，成功阻止了報文成環，并用此算法解釋了兩框堆疊無法形成環形連接的原因。最后通過實驗證明此算法的可行性，并提高了堆疊技術的穩定性。

堆疊；虛擬化；源抑制表項；報文成環

IRF（Intelligent Resilient Framework，智能彈性架構）是一種的軟件虛擬化技術，它的核心思想是將多臺設備連接在一起，進行必要的配置后，虛擬化成一臺設備。使用這種虛擬化技術可以集合多臺設備的硬件資源和軟件處理能力，實現多臺設備的協同工作、統一管理和不間斷維護。為了便于描述，這個“虛擬設備”也稱為IRF[1]。

IRF虛擬化堆疊系統由多臺分布設備虛擬而成，具有連接靈活、簡化網絡運行、強大網絡擴展能力、科學冗余等優點[2]。通常堆疊的物理連接分為鏈形連接和環形連接兩種，對于環形連接的堆疊系統，如何防止源設備發出的報文經過環路回到源設備從而導致報文成環，是堆疊功能實現過程中必須解決的問題。

1 堆疊的形成

IRF堆疊在形成基本系統之前，需要經過物理連接、拓撲收集、角色選舉等一系列階段，當這些階段結束之后，整個IRF系統才形成，所有的成員設備組成一臺設備存在于整個網絡中。

1.1 堆疊的物理連接

如果IRF堆疊系統需要正常運轉，則需要先將堆疊的成員設備進行物理連接。設備上用于堆疊連接的物理端口稱為堆疊物理端口。可以將堆疊物理端口配置成為堆疊口，堆疊口是一種邏輯接口。一個堆疊口可能對應一個堆疊物理端口，也可能由多個堆疊物理端口聚合[3]形成（稱為聚合堆疊口）以達到鏈路備份的效果。同一臺設備上，堆疊口的編號規定只能為1和2，有時我們也將1和2堆疊口分別稱為左口和右口。在華三公司高端路由器SR88的設備中，堆疊口在88X型號設備上規定是線卡板上的物理端口，而在88XS型號的設備上則規定是主控板上的物理端口。

堆疊物理端口之間可以使用專用線也可以使用光纖連接[4]:專用線具有更高的穩定性和可靠性；光纖可以將距離很遠的物理設備連接成為一個虛擬設備，使得應用更加靈活。

通過物理端口進行連接的堆疊拓撲有以下兩種[4]:

1）鏈形連接:使用堆疊電纜將一臺設備的左口（右口）和另一臺設備的右口（左口）連接起來，依次類推，第一臺設備的右口（左口）和最后一臺設備的左口（右口）沒有連接堆疊電纜。這種連接方式稱為鏈形連接，如圖1所示。

2）環形連接:將鏈形連接第一臺設備的右口（左口）和最后一臺設備的左口（右口）連接起來，這種連接方式稱為環形連接[5]，如圖1所示。

環形連接比鏈形連接更可靠，當環形鏈路中有兩臺設備的連接出現問題時，堆疊系統依然能夠維持正常狀態；當鏈形鏈路中任意兩臺設備的連接出現問題時，會引起堆疊分裂。

圖1 堆疊的物理連接示意圖

1.2 拓撲收集

堆疊系統中的每臺相鄰的設備都是用過相互之間交互HELLO報文來整合整個堆疊的拓撲關系的。HELLO報文自身會攜帶拓撲信息，其中包括成員設備編號、堆疊口連接關系、成員設備的成員橋MAC、系統運行時間、成員設備優先級等內容[6]。

而堆疊系統在設備之間交互HELLO報文的時候，有時會因為HELLO報文超時而導致堆疊系統無法建立，此時需要完成以下檢查[7]:

1）保證堆疊系統的堆疊口為左堆疊口與右堆疊口相連，而不是左口與左口相連或者右口與右口相連；

2）堆疊口是否已經切換成二層口；

3）進入bash使用命令more/proe/stm/message信息查看是否有“avtive up”關鍵字，此打印表明由于堆疊口多次檢查出無效導致堆疊口再可用時驅動只會向平臺報鏈路UP而不是堆疊口UP，此時只需要整框重啟即可。

經過一段時間的收集，所有設備上都會收集到完整的拓撲信息（稱為拓撲收斂）[8]。此時會進入角色選舉階段。

1.3 角色選舉

堆疊系統由多臺堆疊成員設備組成，每臺成員設備都會被分配一個固定的角色，即主設備（Master）或者從設備（Slave）[1]。確定成員設備角色的過程稱為角色選舉。

角色選舉會在拓撲發生變化的情況下產生，比如:堆疊建立、新設備加入、堆疊分裂或者兩個堆疊合并[9]。

角色選舉階段主設備（Master）還會負責成員編號沖突處理、軟件版本加載、堆疊合并管理等工作。

堆疊系統建立過程中，系統首先進行拓撲的收集，之后根據角色選舉的規則進行角色選舉。處理成功后，堆疊系統才能形成和正常運行[10]。

1.4 堆疊模式的切換

從堆疊切換成非堆疊模式，需要使用undo chassis convert mode命令，此接口調用DRV_ST ACK_GlobalCtl，下的命令是9號STACK_SET_STA CK_MODE；傳入參數為0。

從非堆疊切換成堆疊模式，先設置框號irf mem mem-id；再使用chassis convert mode命令切換成堆疊模式；此過程在chassis convert mode先下9號命令字，傳入參數1；再下2號命令字，傳入的參數為之前設置的框號。

2 四框環形連接的堆疊系統流量轉發路徑

當前華三的高端路由器SR88設備已經支持堆疊系統通過4臺相同型號的設備進行環形連接，稱為4框環堆。

2.1 四框環堆轉發路徑計算算法

當堆疊系統由4臺設備進行環形連接時，我們需要清楚流量在這4臺設備之間的轉發路徑是如何形成的。如圖2所示，4臺設備進行環形堆疊，設備1的1/2端口與設備2的2/1端口連接，設備2的2/2端口與設備3的3/1端口連接，設備3的3/2端口與設備4的4/1端口連接，設備4的4/2端口與設備1的1/1端口連接，這樣就形成了四框環堆的拓撲。此時，還可以通過dis irf topo再次確認拓撲形態[11]。

圖2 四框環堆的拓撲圖

當前在設置轉發表項時，首先各設備計算自己的轉發路徑，其轉發路徑計算算法[12]為:1）分別遍歷左右堆疊口，計算堆疊設備間相應跳數記錄到數組中；2）遍歷數組，比較左右堆疊口跳數值，取較小值所在堆疊口作為最短路徑的出端口；3）當左右堆疊口跳數相等時，框號大則選取右堆疊口，框號小則選取左堆疊口.因此得出轉發路徑的形式如表1所示。

表1 報文的轉發路徑形式

使用如下命令查看堆疊轉發路徑，該命令表示設備1去往設備2的報文應該從1號堆疊口（即1/1）出，去往設備3、4的報文應該從2號堆疊口（即1/2）出。這條路徑由當前的組網計算出來:

2.2 四框環堆環路抑制算法

中端為了防止報文成環，如設備1口發出的報文，又從自己的端口2收到了，并再次從端口1發出；或者從端口1發出的報文，繞成一個圈后，又從自己的端口1收到了。為此，中端通過源抑制表項來進行報文丟棄[13]。

根據轉發路徑和源抑制表項算法:1）堆疊口在轉發路徑上，或者目的框不可達，則不設置源抑制；否則，設置堆疊口源抑制；2）對于包含未配置恢復設備的環形拓撲，如果本設備就是指定的未恢復配置設備，對于連接相鄰目的框設備的堆疊口不設置源抑制；3）框左右堆疊口其中有一個堆疊口狀態不為轉發態，不設置源丟棄；4）任何情況下，設置本框的源丟棄[14]。

在圖2的設備1上可以如表2所示的源抑制表項。

表2 源抑制表項

上表表示對于設備1，從堆疊口1收到的報文，要做源丟棄檢測，如果報文的源為設備1，設備4就需要丟棄；對從堆疊口2接收到的報文，如果源為設備1、2、3，就直接丟棄。

即有以下兩個原則:

①源為本設備自己的報文，丟棄；

②如果到某設備的轉發路徑走的是堆疊口1，就需要在另一個端口設備對該設備的源丟棄。

這樣就可以保障任何情況下，都不會出現環路的可能。

3 源路抑制原理的應用：兩框堆疊無法形成環形連接

上述的算法在3框和4框環堆上可以很好的工作，但在兩框環堆上會直接導致有一條鏈路因源路抑制表項而不可用，且該鏈路可計算出來[15]。設框號為X和框號為Y的兩臺設備，其中X＜Y，如圖3所示。根據轉發路徑計算規則:因為X和Y到達對方均只需要1跳，而X＜Y，則設備X會選擇P1口作為其轉發路徑，設備Y選擇P2口作為其轉發路徑；可以看到設備X和設備Y選中X（P1）----Y（P2）這條路徑；而在X（P2）----Y（P1）這條路徑上會因為端口上設置了源抑制表項，將來自對框的報文過濾掉，包括HELLO報文；

設備X的源抑制表項情況如表3所示（Y表示設置源抑制，N表示不設置）。

設備Y的源抑制表項情況如表4所示。

4 結束語

四框環堆系統通過較大程度地強化系統的網絡拓展能力，并且相比于鏈形連接，此系統在一條堆疊鏈路故障的情形下仍然能夠正常工作，具有較高的穩定性[16]。但是對于環堆時遇到的報文轉發成環的問題，本文根據四框環堆報文的轉發路徑算法，提出了通過下發源路抑制表項的算法對報文成環問題進行了抑制，并成功解釋了為何兩臺設備無法進行環形堆疊的原因。最后經過實驗驗證，此方法切實可行。

圖3 兩框環堆的拓撲圖

表3 設備X的源抑制表項

表4 設備Y的源抑制表項

[1]劉靜波.設備虛擬化關鍵技術研究[D].鄭州：解放軍信息工程大學，2011．

[2]張衛東.新一代數據中心網絡虛擬化的IRF技術研究[J].電腦知識與技術，2011，7（36）:9375-9377．

[3]郭春梅，孟慶森.服務器虛擬化技術及安全研究[J].信息網絡安全，201l（9）:35-37．

[4]張劍飛.大規模數據中心可擴展交換與網絡拓撲結構研究[D].長春：吉林大學，2013．

[5]沈波，劉旭林，劉亞楠.基于VSS技術的萬兆以太網升級方案設計與實現[J].成都信息工程學院學報，2012，27（2）:162-167．

[6]陳麗佳.網絡設備IRF虛擬化堆疊技術的研究與實現[D].南京:南京郵電大學，2011.

[7]章筠.計算機網絡可靠性分析與設計[D].杭州：浙江大學，2012．

[8]王芳，李勇，周燁，等.基于分層抽象思想的虛擬化網絡實現平臺設計[J].清華大學學報，2012，52（11）：1535-1539.

[9]秦學東，陳大慶，崔曉松.基于開源虛擬化的高可用服務器架構[J].現代圖書情報技術，2011（6）:46-50.

[10]祝陳，陳新來，蔣朝陽.淺談交換機的級聯與堆疊的不同應用[J].數字技術與應用，2010（5）:93.

[11]陳光禮.基于堆疊系統業務不中斷升級的設計與實現[D].重慶：重慶大學，2014．

[12]李清固.數據中心安全網絡虛擬化[J].信息安全與技術，2012（10）:77-79.

[13]鹿南南.通信設備智能彈性架構系統的設計與實現[D].西安：電子科技大學，2011.

[14]陳光禮.基于堆疊系統業務不中斷升級的設計與實現[D].重慶：重慶大學，2014.

[15]錢歡.虛擬化堆疊技術研究與實現[J].電子測試，2013（18）:70-71，51.

[16]董紅茹.數據轉發不間斷技術實現原理及應用[J].電腦編程技巧與維護，2011（21）:20-24.

Method of preventing message looping of stack based on source quench entry

LIU Jing-wei，CHEN Qian
（Nanjing University of Science and Technology，Nanjing210094，China）

Virtual stack system is able to simplify the network structure and improve network reliability.However，when the topology of stack contains 3 or more device of loop connection，it will cause message looping and affect the network reliability.Based on the purpose of preventing the message looping of stack，this paper starts from the flow direction of stack.By analyzing the message forwarding path，this paper puts forward the algorithm of source quench entry to prevent the message looping and explains the reason why the stack of 2 device cannot make the loop connection.Finally，it proves the feasibility of the algorithm by means of experiment and improves the network reliability.

stack；virtualization；source quench entry；message looping

TN919

A

1674-6236（2017）23-0109-04

2016-10-27稿件編號：201610169

劉璟緯（1992—），男，江蘇南京人，碩士研究生。研究方向：網絡通信技術。