在桥接的VLAN中的用户优先级映射 【技术领域】
本发明涉及包括桥接器和类似的数据处理设备的数据通信网络。本发明特别地涉及桥接器和在桥接器中执行的用于维护虚拟LAN(VLAN)中的具有不同优先级的数据帧的不同处理的方法。数据可以在VLAN的段中通过基于连接的网络，例如一个异步传输模式(ATM)网络或一个多协议标签交换(“MPLS”)网络中的连接来传送。
背景技术
在本公开地申请中，术语虚拟LAN(“VLAN”)意思是包含多个通过根据与网络段的协议不同的联网协议工作的链路连接到一起的段的数据通信网络。例如，以太网的2个段可以通过基于连接的网络中的信道进行连接。信道可以是，例如，在异步传输模式(ATM)网络中的一个虚拟电路。网络段的每一个可以通过桥接器连接到基于连接的网络。
数据可以以很多种方法中的任何一种在段之间传送。例如，在段包含以太网段和连接段的网络包含ATM网络的地方，以太网的帧可以根据标准，例如本地网络仿真(“LANE”)，在ATM上的多协议(“MPOA”)或ATM上的IP在段之间传送。数据可以在MPLS网络中的一个路径上运送。数据在网络段之间传送的特定的格式对于本发明是不重要的。
IEEE标准802.1Q提供一系列允许媒质接入控制(MAC)桥接器定义和管理其中多个广播域在一单个物理媒介上能够共存的网络的性能。IEEE标准使用术语“VLAN”描述这样的网络。在本公开中，术语VLAN不象在IEEE802.1Q中同样的含义被使用(尽管该发明可被应用到根据IEEE802.1Q工作或包括根据IEEE802.1Q工作的部分的网络中)。IEEE标准802.1D描述MAC桥接器的工作。
各种网络协议允许分配给数据优先级(有时称为“用户优先级”)。通过使用这些协议，具有不同优先级等级的数据可以区别对待。例如，服务质量(QoS)的某些等级被规定用于每个优先级等级。分配用户优先级的联网协议的例子是与以太网网络相关的IEEE802.1D标准。IEEE标准802.1D的附录H描述了把用户优先级映射到服务队列的方法。
美国专利6,175,569公开了一种用于扩展QoS保证给一个令牌环LAN上的站的方法。该方法包含发起一个请求通过ATM网络连接到一个远程ATM站或一个远程LAN站的LAN站。一个LAN/ATM接口设备接收该请求并企图建立请求的连接。
美国专利5,978,378公开了一种用于识别与一个VLAN相关的帧并从与VLAN不相关的端口去除这样的帧的方法。
存在一种对在VLAN中分配用户优先级的方法的需求。
【发明内容】
本发明涉及用于处理桥接器中和桥接的VLANS中具有不同优先级的数据帧的方法和装置。本发明的一个方面提供一种用于处理数据帧的数据处理装置，其中每个数据帧与多个优先级中的一个相关联。该装置包含：具有多个桥接器端口的桥接器，具有多个服务接口的第一桥接器端口，每个服务接口能够与基于连接的网络中的一个信道相关联；与第一桥接器端口相关联的一个映射，该映射提供在多个优先级中的一个和服务接口中的一个之间的对应关系；和发送系统，配置为读取通过第一端口转发到基于连接的网络的数据帧的优先级，标识由映射指示的对应于读取的用户优先级的服务接口并把数据帧经由与标识的服务接口相关联的基于连接的网络中的一个信道转发。
在一些实施例中，每个服务接口与由一个预定的连接标识符所标识的信道相关联。基于连接的网络可以包含一个ATM网络，基于连接的网络中的每一个信道由一个包含VPI和VCI的连接标识符标识。与第一桥接器端口相关联的每个服务接口与具有相同的预定VPI的信道相关联。
本发明的另一个方面是提供一种用于连接LAN的段到基于连接的网络的桥接器。该桥接器包含：多个桥接器端口；用于读取由桥接器直接连接到至少第一桥接器端口的数据帧的优先级的装置；与第一桥接器端口相关联的多个服务接口，每个服务接口能够与基于连接的网络中的一个信道相关联；用于确定与基于连接的网络中的有效信道相关联的多个服务接口的装置；用于至少部分地根据与基于连接的网络中的有效信道相关联的多个服务接口，在由用于读取数据帧的优先级的装置所读取的用户优先级和与基于连接的网络中的有效信道相关联的服务接口之间建立映射的装置；和用于根据用户优先级和映射分配帧给服务接口的装置。
本发明的更进一步的方面是提供一种用于经由基于连接的网络在VLAN的段之间传递帧的方法。该方法包含：在连到VLAN的第一段的第一桥接器端口处接收寻址到VLAN的第二段的节点的一个帧；把帧转发到与VLAN的第二段相关联的第二桥接器端口并确定帧的用户优先级；并且根据用户优先级，把帧分配给与第二桥接器端口相关联的多个服务接口中的一个，每个服务接口能够通过基于连接的网络中的一个相应的信道传递数据给VLAN的第二段。
本发明的进一步的方面和本发明的特定的实施例的特征在下面进行了描述。
【附图说明】
在示意本发明的非限制的实施例的图形中：
图1是具有多个经基于连接的网络中的信道连接的以太网的段的网络的原理图；
图2是示意根据本发明的实施例的桥接器的方框图；
图3示意通过基于连接的网络的多个信道互联的一对VLAN段；
图4是示意接收数据帧并根据用户优先级和信道之间的一个当前有效的映射，通过多个有效信道转发数据帧的一组服务接口的图形，其中每一个服务接口可以与多个不同的用户优先级中的一个相关联。
图5A至5H示意对于不同数目的可用信道，包含用户优先级和信道之间的多个映射的方案；
图5I表示一旦信道出现故障，重新映射用户优先级给信道的一种方法的例子；和
图6是示意一种根据本发明的一个实施例，转发数据帧的方法的流程图。
【具体实施方式】
贯穿下面的描述，为了提供对本发明的更全面的理解，提出了特定的细节。然而，本发明可以不管这些特定细节进行实施。在其它情况下，为了避免不必要地使本发明不明显，对熟知的部分未表示或未详细地描述。相应地，说明书和附图作为示意的意义而不是限制的意义。
图1示意一个简单的网络10。网络10包含三个以太网段12A，12B和12C。以太网段12A，12B和12C由基于连接的网络14来互联。基于连接的网络14可以包含例如一个ATM网络或一个MPLS网络。桥接器16A，16B和16C(合起来为桥接器16)分别提供以太网段12A，12B和12C与基于连接的网络14之间的接口。基于连接的网络14提供能够在桥接器16之间传送数据的信道(也可以是虚拟电路)。虚拟电路可以包含，例如交换型虚拟电路(“SVC”)，软性永久虚拟电路连接(“SPVC”)，永久虚拟电路连接(“PVC”)或其它能够在桥接器16之间传送数据的信道。
如图2中所示，在本发明的一个实施例中，每个桥接器16包含一个通过设备结构24连接到一个信元中继卡22的以太网卡20。信元中继卡22提供到基于连接的网络14的接口。设备结构24将基于连接的网络14的信道扩展到以太网卡20。以太网卡20提供到LAN段的本地接口23。
一个桥接系统27在以太网卡20上。桥接系统27包含通过它可以发送和/或接收数据的多个桥接器端口。为方便描述，发送数据到连接到本地网段的本地接口23和从本地接口23接收数据的桥接器端口由附图标记25指示，而通过设备结构24发送和接收数据的桥接器端口由附图标记26指示。每个桥接器端口可以与多个服务相关联。服务可以是例如，通过基于连接的网络14中的连接发送数据到不同的目的地，在连接的以太网网络中以优先级队列维护数据，发送以太网数据帧或类似的。
在示意的实施例中，桥接器16包含一个包括过滤数据库28A的过滤系统28。过滤数据库28A保存将已知的目的地与通过它数据能够发送到那些已知的目的地的桥接器端口相关联的记录。过滤系统28丢下寻址到位于分组被接收的相同的端口上的目的地的分组。当过滤系统28在一个桥接器端口接收了一个寻址到已知的与另一个桥接器端口相关联的目的地的分组时，过滤系统28转发分组到其它的桥接器端口。当过滤系统28在一个桥接器端口接收了指定到一个过滤数据库28A不知道的目的地的分组时，过滤系统28可以发送分组给所有其它的桥接器端口，从而如果它是在可以从桥接器16到达的段12上，分组能够到达它的目的地。网络桥接器中的过滤系统和过滤数据库的结构和使用对于本技术领域的熟练人员是熟知的，因此在这里未作详细描述。
桥接器16接收来自连接到第一桥接器端口25的本地接口23处的连接的LAN段12的分组。桥接器16可以包含连接到与不同的LAN段相关联的附加的本地接口(未示出)的附加的桥接器端口。桥接器16同时通过桥接器端口25传递从其它源(例如其它的LAN段)接收的数据到LAN段12。桥接器端口25可以实现处理具有不同用户优先级的分组转发到LAN段12的一组服务队列。服务队列例如可以根据IEEE802.1D和802.1Q标准实现。
桥接系统27具有一个或多个桥接器端口26，其中每一个可被用来通过基于连接的网络14发送和接收数据。在图2所示意的实施例中，有3个这样的桥接器端口26A，26B和26C。这些桥接器端口26的每一个与多个服务接口30相关联。每个服务接口30可以通过信元中继网络14与一个信道相关联。
例如，在基于连接的网络14中包含一个ATM网络的地方，那么桥接器端口26A，26B和26C中的每一个可以通过ATM网络14与一个或多个虚拟电路相关联。每个信道由一个连接标识符标识。连接标识符可以包含一对虚拟路径标识符(“VPI”)和虚拟信道标识符(“VCI”)。
在本发明的特定的实施例中，每个服务接口30与标识结构24(这可被认为是ATM网络14的一个扩展)中的一个连接的一个特定的连接标识符相关联。在本发明的某些实现中，在设备结构24中的连接由VPI/VCI对来标识，并且每个桥接器端口26与一个预定的VPI相关联。与桥接器端口26的每一个相关联的不同的服务接口30(在这个例子中，每个服务接口30提供一个到ATM网络14中的一个虚拟电路的连接)可以使之与一个不同的VCI相对应。每个服务接口30从而具有与设备结构24中的一个特定信道的一个预定的关联，它由与服务接口30相关联的端口26相关联的VPI和与服务接口30相关联的VCI获得的VPI/VCI对来标识。
在典型的应用中，对于每个桥接器端口26可用的信道的集合延伸到一个共同的目的地。在该例中，每个信道延伸到另一个桥接器16上的一个相应的桥接器端口26。在一个给定的时间，每个桥接器端口26A，26B和26C可以通过与那个桥接器端口26相关联的服务接口30接入到基于连接的网络14中的多个(0，1或多个)可用的信道。总之，每个桥接器端口26可用的信道数目是不同的。可用的信道数目可以改变。从一个时刻到另一个时刻，由于在基于连接的网络14中的资源的重新分配，可以使得额外的信道对桥接器端口26是可用的或者一些信道变成不可用的。由于在基于连接的网络14中的连接故障，某些信道也变成不可用。
图3示意VLAN10的一部分，其中2个桥接器16通过基于连接的网络14与多个(在该例中为8)信道15相互联。有6个信道可用于传递数据。用虚线画出的信道15中的2个是不能用的。在有多个连接段12A和12B的可用的信道15的地方，每个可用的信道被分配运送不同优先级的数据。
在每个LAN段12上的数据分组可以与一个用户优先级相关联。例如，VLAN标记和优先级标记的以太网帧具有包括3比特用户优先级字段的标题。用户优先级字段可以保持在0到7范围内的值。典型地，用户优先级值0指示没有分配给帧优先级。在1到7范围内的用户优先级值指示不同的优先级级别，7指示最高优先级，1指示最低优先级。用户优先级可以例如根据IEEE标准802.1D的附录H来分配。也可以使用分配用户优先级给数据帧的其它方案。
桥接系统27维护用户优先级和在信元中继网络14中可用的信道之间的映射。在优选的实施例中，对于每个桥接器端口26，维护一个映射。映射可以包含，例如一个管理端口26的系统可访问的查找表。该映射将在无论什么系统中都用到的用户优先级的每一个用户优先级与基于连接的网络14中的可以通过与端口26相关联的服务接口30接入的信道15相关联。该映射可以在用户优先级和信道预定的连接标识符之间作映射。例如，桥接系统27如上面描述的，可以包含与具有VPI的每个桥接器端口26相关联的数据和与具有VCI的每个服务接口30相关联的数据。等效地，该映射可以在用户优先级和服务接口30之间作映射。
提供在桥接器端口26和信道标识符(例如VPI)之间的预定的映射可以允许基于连接的网络中的信道无缝地延伸到桥接器端口26。
在信元中继网络14中的不同信道15可以被配置为提供不同需要的QoS等级。例如，低优先级的帧可以经由包含一个未规定比特速率(UBR)虚拟电路的信道15发送。更高优先级的帧可以经由包含可变比特速率(VBR)虚拟电路的信道15发送。通过给虚拟电路分配不同的ATM业务参数，LAN传送的多个级别被建立。不同的信道15可以通过信元中继网络14采取不同的路由。
在一个优选的实施例中，对于每个桥接器端口26，在信元中继网络14中最多有一个信道15用于每个用户优先级。在每个桥接器端口26中，一个或多个用户优先级可以被映射到每个服务接口30。这确保了在相同的桥接器端口26中接收的帧的次序在任何用户优先级的级别内被保存并与用于网络配置的扩展树协议的要求兼容。在桥接器端口26发起的所有信道15优选地在相同的位置(例如，在另一个桥接系统27中的桥接器端口26)终止。
图6使用根据本发明的用于转发以优先级标记的数据帧的方法100。一个帧在方框102中被接收。在方框104和106中，帧的优先级被确定并且该帧被转发到用于传递到目的地的桥接器端口。方框104和106可以以任何次序发生。在方框108中，该帧被分配到一个信道(或等效地与一个可用的信道相关联的服务接口)。分配帧给信道可以包含查找在方框104中确定的映射中优先级。之后在方框110中，该帧在该信道上被发送。
由桥接系统27使用的用于桥接器端口26的映射将取决于桥接器端口26可用的信道的数目(例如，连接到网络14中的有效信道的服务接口30的个数)。由于可用的连接15的数目可以随时间改变，一种包含多个映射的方案被提供。随着可用信道15的个数的改变，从方案中选择不同的映射。例如，在对于一个特定的桥接器端口26，只有一单个信道15可用的地方，映射是不重要的。通过桥接器端口26的所有数据必须在一单个可用的信道上流动。随着更多的信道15变得可用，在用户优先级和信道15之间的对应关系可以重新被映射，从而具有不同用户优先级的帧可以经由不同的信道15发送。映射可以存储在一个查找表中，每次信道被加入或去掉时，查找表可以被更新。
桥接系统27可以以各种方式跟踪端口26的服务接口30处可用的信道，包括接收和处理来自管理网络14(或它的一部分)的系统的连接请求或经由网络14中的信令接收有关信道的信息。
优选地，由桥接系统27使用的映射的方案是这样的：当一个信道15被加入，只有具有优先级的在新加入的信道上运送的帧需要被重新映射。表I示意一个用于将具有不同用户优先级的帧映射到不同数目的信道的(从1数到8)例子的方案。图5A到5H示意可以提供1到8个可用信道的映射。在表I中，信道被从1编号到8，数字1被分配给第一可用的信道，数字2被分配给下一个可用的信道，依此类推。
表I的方案使当信道被加入或去除时优先级的重新映射最小化。可以看出，例如当第3个信道变得可用时，根据表I的映射方案，只有那些具有用户优先级6和7的帧被重新映射。其中只有由加入或去除的信道所运送的那些优先级需要重新映射的其它等效的方案也提供了这个好处。 表I-用于不同数目的信道的信道优先级的分配信道个数1 2 3 4 5 6 7 8优先级 用于优先级的连接0 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 4 4 4 4 42 1 1 1 4 4 4 4 83 1 1 1 1 1 6 6 64 1 2 2 2 2 2 2 25 1 2 2 2 5 5 5 56 1 2 3 3 3 3 3 37 1 2 3 3 3 3 7 7
优选地，信道1到8按次序变得可用(除非一个或多个信道失效)。在信道按次序变得可用的地方，直到所有的较低编号的信道已建立时，更高编号的信道才建立。
如果未作标记的数据(即不包括明确的用户优先级)到达一个信道上的桥接器16，那么桥接器16可以使用信道(或服务接口)和用户优先级之间的映射和标识数据到达的信道(或服务接口)的信息去分配数据的优先级并用分配的优先级给数据作上标记。如果多于一个用户优先级被分配给相同的信道，那么桥接器16可以根据一个准则分配一个优先级给到达那个信道的数据。例如，桥接器16可以分配给数据一个当前映射到数据被接收的信道的最低的优先级。
优选地，与桥接系统27的端口相关联的信道可以是所有点到点(P2P)连接的端点，点到多点(P2MP)连接的叶端点或P2MP连接的根端点。所有信道优选地在相同的设备处终止。这简化了配置。
桥接器16可以允许对用户优先级的支持无效。在对用户优先级的支持无效的地方，所有的VLAN业务将经由每个端口一单个信道通过基于连接的网络14来传送。
在对应于桥接系统27的每个服务接口30的连接标识符(例如VPI/VCI值)是预定的情况中，信道可以使用信令，通过基于连接的网络14建立一个信道给桥接系统27的一个特定的服务接口30。在信元中继网络14包含一个ATM网络的地方，在网络14中的信道可以通过连接到服务接口30的软性永久虚拟电路(SPVC)来提供。如果SPVC需要重新路由，那么它能够不需重新配置而重新连接到服务接口30，原因是服务接口30有一个预定的VPI/VCI分配。
桥接器16优选地被配置为适应一个或多个信道可能失效的可能性。桥接器16可以接收指示信道已失效的信号。消息可以由任何合适的故障检测机制来产生。一个这样的机制被描述，例如，在共同拥有和待审的申请，题目为“用于检查叶到根的VLAN连接的连续性的方法和装置”(METHOD AND APPARATUS FOR CHECKINGCONTINUITY OF LEAF-TO-ROOT VLAN CONNECTIONS)，它的公开事项由此引述作为参考。一旦信道失效(或一旦信道次序错乱)，桥接器16可以以各种方式作出反应，包括：
●排挤掉具有已分配给失效的信道的每个用户优先级的数据给处理下一个较低用户优先级的信道。
●排挤掉具有已分配给失效的信道的用户优先级(或优先级)给处理信道仍然可用的最低优先级的帧的信道。
●丢下具有与失效的信道相关联的用户优先级(或优先级)的帧。
在N个信道被提供并且信道中的一个失效时，那么桥接器16也可以通过重新映射用户优先级和根据表I可用的信道之间的关联来作出反应，对于这种情况，有N-1个信道(信道重新编号以排除失效的信道)。取决于N的值和失效的信道是哪一个，这将导致重新分配帧，除了那些否则已在失效信道上被传送的帧以外。优选地，桥接系统27对失效信道作出反应的方式是可以配置的。
图5I示意在标记为3的信道失效之后可能存在的一种情形。与用户优先级“6”相关联的原来在信道3上运送的帧被改换路由到在信道5上运送(原先只运送用户优先级5的帧)。这是一个把已分配给失效信道的每个用户优先级分配给处理下一个较低的用户优先级的信道的例子。
如上面提到的，在本发明的一些实施例中，桥接系统27是位于桥接器16中的一个卡20上并且每个信道15的最终部分通过桥接器16内部的一个设备结构24延伸。在这些情况下，VPI/VCI或分配给终止在桥接系统27的服务接口30的信道的其它的连接标识符可以在桥接器16的内部。
那些在本技术领域的熟练人员可以从以上说明中理解以提供在用户优先级信道之间的一个预定的映射的方式能够实现本发明。当更多的信道变得能传送数据时，更多的优先级可以被自动支持。在本发明的优选实施例中，当信道被加入和去除时，不必对所有数据业务重新分配路由。一旦信道失效，业务将自动改换路由到一个较低的优先级。
本发明的某些实现包含执行引起处理器执行本发明的方法的软件指令的计算机处理器。例如，桥接系统27可以包含执行导致处理器将端口30的特定一个与信元中继网络14上的特定信道相关联的软件指令的计算机处理器。本发明同时可以以程序产品的形式被提供。程序产品可以包含传送当由计算机处理器执行时，引起数据处理器执行本发明的方法的指令的一组计算机可读的信号的任何介质。程序产品可以是很多形式中的任何一种。程序产品可以包含的物理介质，例如，包括软盘、硬盘驱动器的磁数据存贮介质，包括CD ROM，DVD的光数据存贮介质和包括ROM，快闪RAM或类似的电子数据存贮介质或象数字或模拟通信链路的传输类型介质。
其中上面提到的部件(例如，软件模块，处理器，组件，设备，电路等等)，除非指示，所提到的部件(包括所谓的“装置”)应该解释为包括执行描述的部件的功能的任何部件的等同物(即功能上等效)，包括结构上与公开的结构不等效但执行本发明的示意的示例性实施例的功能的部件。
根据前面公开的内容，对那些在本技术领域的熟练人员很显然，在不偏离其中的精神或范围的该发明的实现中，许多变更和改变是可能的。例如，映射象上面描述的那样包含查找表。映射也可以包含能够维护用户优先级和服务接口30(或等效地，信道15中可用的信道)之间的对应关系的其它硬件、软件或硬件和软件的组合。本发明可以应用到桥接器以外的设备。例如，本发明可以应用到象以太网LAN服务单元(“ELSU”)的设备，它只简单显示所有以太网业务到连接的信道例如ATM虚拟信道，并从连接的信道接收业务但不必提供经常由桥接器提供的其它的功能。相应地，根据由下面的权利要求限定的主旨，可以构建本发明的范围。