（通信与信息系统专业论文）以太网交换机中gvrp协议研究及实现.pdf

南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 在成员频繁变化的虚拟局域网( v l a n ，v i r t u a ll o c a la r e a n e t w o r k ) 中，采用动态 v l a n 注册协议g v r p ( g a r pv l a nr e g i s t r a t i o np r o t o c 0 1 ) 自动管理v l a n ，可以大大减 轻管理员的配置负担，同时也能极好的增强v l a n 的功能；其中，g a r p ( g e n e r i ca t t r i b u t e r e g i s t r a t i o np r o t o c 0 1 ) 为通用属性注册协议， g v r p 是建立在g a r p 上的一个应用协议， 基于g 6 脚工作机制，管理交换成员中的动态v l a n 信息。论文总结了笔者参与二层以太网 交换机技术研发工作心得，参照i e e e8 0 2 1 d 和i e e e 8 0 2 1 q 等标准规范，系统地分析了 g a r p 协议的框架特点，深入的研究了g v i 冲协议在以太网交换机中的实现技术，使用c 语 言在基于v x w o r k s 的系统上开发完成具有较好可扩展性和移植性的g a r p g v r p 协议栈软 件，在以太网交换机中的实际使用稳定可靠。 论文首先回顾了以太网交换技术的发展，描述了以太网中的v l a n 技术，引出 g 越冲g v i 冲协议。其次系统地分析了g a r p g v r p 协议框架与功能。论文同时讨论了在城 域网环境中g v i 冲的应用和扩展。笔者结合参与以太网交换机的开发经验，从不同方面论 述了g a r p g v r p 协议实现技术。最后，论文对g v r p 协议的进一步完善做了展望。 南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业：工学通信与信息系统 研究方向：i p 与宽带网络技术 作者：2 0 0 4 级研究生孙克勇 题 目：以太网交换机中g v r p 协议研究及实现 英文题目：t h es t u d yo ng v r pp r o t o c o la n di t si m p l e m e n t a t i o ni n e t h e r n e ts w i t c h 主题词： 以太网交换机g v r p 协议协议实现 k e y w o r d s ：e t h e r n e ts w i t c hg v r pp r o t o c o l p r o t o c o li m p l e m e n t a t i o n 南京邮电大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t a u t o m a t i cm a n a g e m e n to fv l a nm m u a ll o c a la r e an e t w o r k ) w i t hg v r p ( o a r pv l a n r e g i s t r a t i o np r o t o c 0 1 ) i nv l a n sw i t hm e m b e r sf r e q u e n t l yc h a n g i n gc a ng r e a t l ya l l e v i a t et h e c o n f i g u r a t i o nb u r d e no ft h ea d m i n i s t r a t o r sa n de x p a n dt h ev l a n sc a p a b i l i t i e sa sw e l l g a r p ， g e n e r i ca t t r i b u t er e g i s t r a t i o np r o t o c o l ，a na p p l i c a t i o np r o t o c o lo nt o po fg a r pm a i n t a i n s v l a nd y n a m i cr e g i s t r a t i o ni n f o r m a t i o ni nt h em e m b e rs w i t c h e sb a s e do ng a p & w o r k i n g m e c h a n i s m t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n te x p e r i e n c eo fl a y e r2e t h e m e ts w i t c h e s 谢廿if o c u s o nv l a n m e m b e r s h i pm a n a g e m e n t i ss u m m a r i z e di nt h i st h e s i s b a s e do ns y s t e m a t i cr e s e a r c h o ng a r pa n di t sa p p l i c a t i o nt e c h n o l o g i e si ne t h e r n e ts w i t c h e s 谢t l lc o m p l i a n tt oi e e e8 0 2 1 d a n da ni e e e8 0 2 1 qs p e c i f i c a t i o n , ag a r p g v r pp r o t o c o ls t a c ka p p l i c a b l et ov x w o r k si s r e a l i z e du s i n gcp r o g r a m m i n gl a n g u a g e t h es o t t w a r ei so fg o o ds e a l a b i l i t ya n dm a yb e t r a n s p o r t e dt oo t h e rs y s t e m se a s i l y ；i tp r o v e st ob er e l i a b l ea n ds t a b l ei np r a c t i c a ls y s t e m s f i r s t l y , t h es w i t c h i n gt e c h n o l o g i e s a r e r e v i e w e d ，e m p h a s i z i n g o nv l a n t h e n , g a r p g v r pp r o t o c o li si n t r o d u c e d s e c o n d l y , t h ef r a m e w o r ka n dm o d u l e so fp r o t o c o la r e s y s t e m a t i c a l l ya n a l y z e d a d d i t i o n a l l y , t h ea p p l i c a t i o na n de x t e n s i o no fg v r p i nm e t r oa r e a n e t w o r ka l ed i s c u s s e d t h i r d l y , t h ea u t h o re x p a t i a t et h ei m p l e m e n t a t i o nt e c h n o l o g yo ft h e g a r p g v r pf r o md i f f e r e n ta s p e c t s 、析mr e f e r e n c et ot h ea u t h o rr & de x p e r i e n c eo ft h e e t h e m e ts w i t c h e s a tl a s t ，t h ep r o s p e c to ft h ef u r t h e ra p p l i c a t i o n so fg v r pi sp r e s e n t e d 南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业：工学通信与信息系统 研究方向：i p 与宽带网络技术 作者：2 0 0 4 级研究生孙克勇 题 目：以太网交换机中g v r p 协议研究及实现 英文题目：t h es t u d yo ng v r pp r o t o c o la n di t si m p l e m e n t a t i o ni n e t h e r n e ts w i t c h 主题词： 以太网交换机g v r p 协议协议实现 k e y w o r d s ：e t h e r n e ts w i t c hg v r pp r o t o c o l p r o t o c o li m p l e m e n t a t i o n 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：麴：查曩日期：垄亟垒! 。 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：多廿i 氪易 导师签名： 南京邮电大学硕士研究生学位论文 1 1 以太网技术发展和要求 第一章引言 以太网技术起源于3 0 年前局域网组网协议和技术，发展到今天，9 7 以上的终端用户 通过以太网接口进行数据的发送和接收，实现各种形式的联网。由于以太网技术配置简单、 组网灵活、价格低廉，而且技术本身已经被大多数人所熟悉和接受，因此以太网组网技术 得到很大发展。各种迹象表明，以太网在局域网中表现出的种种优势，正在逐渐使其成为 城域网甚至广域网中的承载网络，必将成为主流传送网技术之一。随着交换式以太网技 术的发展，数据处理速度已经从最初的1 0 m b p s 到目前达到了1 0 g b p s ，带宽已经增长了 1 0 0 0 倍，很好的满足了用户的需求。 伴随着以太网技术的快速发展，以太网的网络处理器芯片技术也在发展和成熟之中， 以太网交换机的功能也越来越强大，从原来单纯的数据转发发展到现在支持各种协议和管 理功能。在接入网中，二层以及带部分三层功能的以太网交换机在组网中越来越成为主要 角色，二层以太网交换机主要功能进行数据交换与转发，同时为更好的实现网络的管理以 及对其他功能的支持，以太网交换中对二层协议的支持是一个关键点。 1 2g a r p g v r p 协议的引入 目前随着以太网技术的快速发展，二层以及带部分三层功能的以太网交换机在接入网 的组网中扮演主要角色。但是由于二层网络没有划分子网的功能，整个网络是一个广播域， 对广播地址的报文或者未知目的地址的单播报文，很容易使的报文在广播域中无限循环扩 大，容易形成广播风暴，影响网络的性能。虚拟局域网( v i r t u a ll o c a la r e an e t w o r k ，v l a n ) 就是为解决二层网络中的广播风暴而提出的，它将一个物理网络划分为多个逻辑工作组的 逻辑网段，每个逻辑网段是一个小广播域。当一个小广播域产生广播风暴时，它只对自己 所在的广播域产生影响，而不会波及整个网络，从而隔离了风暴，减少了风暴强度。另外， 分为逻辑网段后，也便于管理等。因此，它是一种先进的网络构造和组织方式。v l a n 不 是一个物理网络，但存在于一个物理网络上，使用v l a n 技术可以将整个网络划分为若干 个逻辑上的子网，除非进行设置，否则这些子网之间是分离的，就像在同一个网络上构造 出若干个独立的网络。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章引苦 以太网交换机中v l a n 的支持是一个很重要的功能，通过v l a n 的支持，对二层网络 进行划分子网，提高网络性能，降低网络风暴的危害。由于v l a n 是虚拟的，需要由网络 管理员进行配置，当网络的规模比较大时，对v l a n 的管理比较复杂，在一个大的、v l a n 成员变化频繁的网络中，都由管理员来设置和改变，对管理员而言是一个沉重的负担，而 且容易引起不同v l a n 间的用户交叉，对网络的安全性是一个严竣的考验。因此在这样的 网络上，需要一种技术能够进行动态的v l a n 管理，这样就可以大大减轻管理员的负担， 同时能够快速进行整个网络v l a n 的配置，达到网络中v l a n 的统一，使网络上的所有交 换机都能在v l a n 配置上互相一致，实现自由通信。 i e e e 于1 9 9 8 年在i e e e 8 0 2 1 d 标准中提出的g a r p ( g e n e r i ca t t r i b u t er e g i s t r a t i o n p r o t o c 0 1 ) 协议，为处于同一个网络内的交换成员之间提供了分发、传播、注册某种属性 信息的手段，这里的属性信息可以是v l a n 标识，多播组地址等，这些属性通过g a r p 协议 传播到整个网络中，以达到整个网络内的设置的统一，交换成员就是支持该协议的交换机 等设备。g a r p 协议的操作允许g a r p 参与者在一个给定的g a r p 应用上迸行属性声明和去 除声明，通过属性声明和去除声明然后进行属性的注册和注销。 g a r p 协议可作用于各种具体的应用，当该协议为v l a n 服务时，就可以在整个网络内 动态分发v l a n 信息，进行v l a n 的动态注册与注销，实现了网络内v l a n 的自动管理。 i e e e 于2 0 0 3 年为了规范这种应用在i e e e 8 0 2 i q 标准中为此制定了标准协议g v r p ( g a r p v l a nr e g i s t r a t i o np r o t o c 0 1 ) 协议，在支持g v r p 协议的网络中，动态传播v l a n 属性，实 现v l a n 的动态注册与注销。g v r p 是g a r p 协议的一个应用协议，它通过基于g a r p 协议 的机制动态维护v l a n 属性。g a r p 为g v r p 协议提供统一的框架和状态机变迁，以及提供 统一的信息格式以及信息处理流程，维持整个网络中v l a n 的统一。g v r p 协议提供了动态 管理v l a n 的能力，解决了网络管理员配置v l a n 的负担，同时对v l a n 应用起到了很大的 支持作用。对g v r p 特性的支持使得不同的交换机上的v l a n 属性信息可以根据协议来动态 维护和更新，用户只需要对少数交换机进行v l a n 配置即可应用到整个网络，无需耗费大 量时间进行网络拓扑分析和配置管理，协议会自动根据网络中v l a n 的配置情况动态地传 播v l a n 信息并配置在相应的端口上。 1 3 论文主要内容及本人所做工作 本论文研究内容主要来源于笔者参与的二层以太网交换机研发工作，通过对以太网交 换机中二层协议g a r p g v r p 的研究，在此基础上开发了g a r p 协议实现框架，然后，在 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章引言 这个框架基础上实现了g v r p 协议应用，最终，实现对以太网交换机中v l a n 进行动态管 理。 论文内容安排如下： 论文第二章系统分析了以太网交换机技术。系统的分析了以太网交换机原理及结构， 对以太网交换机支持的二层协议进行了分析，同时指出了g a r p g v r p 协议在以太网交换 机系统中的位置以及与其他模块的关系。 论文第三章对g a r p 协议进行了系统的分析，深入研究了g a r p 协议功能和原理。并 在此基础上深入分析了g a r p 协议框架结构，消息类型及消息格式，详细分析了g a r p 协 议操作过程。 论文第四章笔者主要对g v r p 协议在g a r p 协议框架基础上进行了分析，结合g a r p 协议对g v r p 协议进行了分析与研究。同时研究了g v r p 协议的在局域网环境和城域网环 境中的应用，对g v r p 协议在城域环境中的应用进行了扩展，更好的发挥其在城域环境中 的应用优势。 论文第五章详细阐述了g a r p g v r p 协议的实现，在二层以太网交换机的研发过程中， 笔者承担了g a r p g v r p 协议在基于v x w o r k s 嵌入式实时操作系统中的开发工作。在深入 理解和掌握g a r p g v r p 协议规范的基础上，笔者独立设计了g a r p g v r p 协议模型，使 用c 语言编码完成v x w o r k s 系统下运行稳定的g a r p g v r p 协议。笔者有针对性地分析 了协议建模、协议的几大组成模块，并对协议实现的性能进行了评估。在第五章的最后还 对协议存在的不足和今后的工作做了概括性的讨论。 南京邮电大学硕十研究生学位论文 第二章以太网交换技术概述 第二章以太网交换技术概述 2 1 二层交换技术概述 当今，由于交换技术具有高性能、高端口密度、操作简化和价格低廉等显著特点，越 来越成为网络连接设备的主流技术，它是桥接技术的复杂交换技术在o s i 参考模型数据链 路层上的体现。在数据网中，交换技术的应用可以有多种不同的形式，用交换技术可以定 义一种在不同局域网( l a n ) 网段之间快速传递数据包的技术，也可以用交换技术实现一 个端到端的交换体系结构。交换可以有多种形式，l a n 交换可用于在相同或者不同网段上 的工作站之间传递分组；广域网( w a n ) 交换通常采用的形式是在两个终端节点之间提供 一条虚连接。不管其所处的环境如何，所有的二层交换形式都有如下共同的基本属性： 工作于任何协议栈第二层和二层以下，对运行在高层的协议和应用程序是透明的。 交换由硬件实现，交换机把从一个输入端口上接收到的数据分组交换发送到一个 输出端口，这个工作过程不受其他处理器的干预。 二层交换是按每一个报文中的m a c 地址决策信息转发。而这种转发决策一般不考虑 报文中隐藏的更深的其他信息。它在操作过程中不断收集信息去建立起它本身的一个m a c 地址表，这个表相当简单，基本上说明了某个m a c 地址是在哪个端口上被发现的。这样 当交换机收到一个以太网包时，它便会查看一下该以太网包的目的m a c 地址，核对一下 自己的地址表，以确认该从哪个端口把包发出去。但当交换机收到一个不认识的包时，也 就是说如果目的m a c 地址不在m a c 地址表中，交换机便会把该包“扩散”出去，即从所有 端口发出去，就如同交换机收到一个广播包一样。 2 2v l a n 概述 v l a n 全称为v i r t u a ll o c a la r e an e t w o r k ，就是虚拟局域网。它把一个物理网络划分为 多个逻辑的工作组的逻辑网段。v l a n 存在于一个物理网络上，一个v l a n 是一个逻辑的 子网或者由定义的成员组成的一个逻辑网络段，一个逻辑的子网v l a n 由被配置为该 v l a n 成员的设备组成，这些设备可以位于交换区块中的任何地方，但是它们在网络特性 上是一样的。v l a n 可以在同一台交换机上划分，如图2 1 所示；也可以在跨多个交换机 上划分，如图2 2 所示。 4 南京电 半m | ：i of ，学位t ith 女 交换挫m 概a 图2 - i 同一交换机上的v l a n 图2 - 2 跨交换机上的v l a n v l a n 解决了诌多交换型网络, g b “生的第二层问题。 首先，它有效的带宽利用，减少网络风暴。通过将网络分为小的广播域，v l a n 解决 了在大型网络中扩展性的问题。所有的数据流，包括广播和多橘，被限制在子网中。不同 的v l a n 叫通信足隔离的。 其次，它给网络用户增加了安全性。不同的v l a n 问不通过特殊手段不能通信，如果 要在不同v l a ni a j 进行1 - 通信，需要通过在v l a nf l 强制进行第三层路由选择，因此v l a n 保证了安全| 生。v l a n 提供的安全性有以f 两个方面：1 ) 对于保省要求高的用户，可以 分在一个v l a n 中，尽管其它人在刚一物理网段内，也不能透过虚拟局域网的保护访问保 密信息：2 ) 当经过路i “器通信时，可以利用传统路山器提供的保密，过滤等第- 层功能 对通信进行控制管理。 再次，列故障组件的隔离。使用v l a n 可以减少网络故障的影响。这单的故障组件指 设备、叫问环路、或者广播密集型应用等。在个扁甲的叫络中，台出故障的设格、网 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章以太网交换技术概述 间环路、或者广播密集型应用有可能潜在的影响整个网络，解决这种网络失效的最有效的 措施之一是正确的对网络进行分段，并在网间设置路由器。路由器可以有效防止故障扩散 到其它分段或者v l a n 上，将故障隔离在一个v l a n 上有限的几台设备内。 由于v l a n 是个逻辑组，与地理位置无关，所以易于网络管理。如果一个用户移到 另一个新的地点，不用重新拉线，只要在网管上把它拖到另一个虚拟网络中即可。有利于 节省时间，同时便于网络结构增改、扩展。 在网络中v l a n 都是在各自交换机上由管理员根据一定的规则进行配置，以保证整个 网络中v l a n 一致性。但是在交换机分布广泛，成员数量巨大的网络上对v l a n 进行配 置给管理员带来了很大的负担。因此，提供一种能够动态进行v l a n 管理的技术，可以大 大减少管理配置的负担，同时可以避免由人为配置过程中引起的错误配置，导致v l a n 成 员的不完整或者将不必要的成员加入v l a n 中，引起不同v l a n 间的用户交叉，导致信 息安全问题。动态v l a n 注册很好的解决了这个问题，g v r p 协议就是进行动态v l a n 管理的协议，它在整个网络中提供分发、传播、注册v l a n 信息。 2 3 以太网交换机概述 按照以太网标准实现的数据转发功能的交换设备就是以太网交换机。 以太网交换机以其良好的开放性、强大的交换能力、显著的成本优势成为网络建设的 主力，在整个网络的各个层面都有丰富的应用，新一代的以太网交换机更是在控制功能及 用户隔离机制上有了很大的改善，而且不同层次的交换机开始具备一定的协调工作能力， 使得在整个网络建设中以较低的投入实现端到端的业务保障成为可能。在这里笔者主要的 研究对象是在企业网和宽带i p 城域网的接入层的二层以太网交换机。 二层以太网交换机主要应用于企业网和宽带i p 城域网的接入层，提供不同数量的以 太网端口，适合作为信息化智能小区、商务楼、宾馆、大学校园网和企业网的用户侧接入 设备或者小型网络的汇聚设备，为用户提供高速、高效、高性价比的接入和汇聚方案。它 主要提供高速的数据转发能力，同时提供多种二层管理协议，实现网络的管理与规划。 以太网交换机主要特点包括以下几个方面： 1 ) 提供给各台设备的数据信息传输是相互独立的，信息传输安全可靠。 2 ) 每台设备提供了独立的传输信道，在传输大量数据信息，特别是对传输延时要求很高 的多媒体视频流信息时，能够很好的发挥网络的潜能。 3 ) 协议的透明性可以使交换机在配置软件时直接安装在多协议的网络系统中。 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章以太网交换技术概述 4 ) 交换机对工作站也是透明的，简化了对网络结点的增加，减少了网络系统本身结构变 化的操作。 第二层交换机与o s i 参考模型的对应关系，如图2 3 所示。 o s i 参考模型 o s i 参考模型 图2 3 第二层交换机与o s i 参考模型对应关系 2 4 以太网交换机体系结构 二层以太网交换机由其硬件和软件协同工作。交换机硬件有中央处理器c p u 、交换芯 片、存储器、时钟电路、电源等物理设备。软件系统主要完成系统的管理、控制、部分数 据软转发系统。它们协同维护交换机的正常启动、配置管理、协议运行、各种软件表的维 护、交换芯片设置、芯片表的管理、状态控制等工作。交换机硬件主要完成数据转发的执 行，软件进行管理和数据转发的决策。 2 4 1 以太网交换机硬件结构 以太网交换机硬件主要由供电系统、肘钟控制电路、交换控制电路以及接口控制电路 组成。图2 - 4 为以太网交换机硬件结构图。 7 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章以太网交换技术概述 图2 - 4 以太网交换机硬件结构 电源组成交换机的供电系统。c p u 、f l a s h 、d r a m 、b o o t r o m 组成控制硬件，它 完成数据处理、数据存储、保存交换机配置、系统日志记录等。交换芯片完成数据高速的 转发。r j 4 5 插座、p h y 芯片等组成接口控制电路，p h y 芯片是物理层收发设备。 2 4 2 以太网交换机软件结构 交换机的核心功能为数据转发，以及实现数据转发功能所需的控制功能，包括协议处 理，系统管理与维护等。交换机系统软件主要对交换机进行管理以及数据转发决策等。，其 中包括配置、管理协议以及数据转发决策等。软件结构主要包括硬件驱动模块，使硬件对 上层软件模块保持透明性；低层协议模块，支持各种二层协议，实现二层功能，包括生成 树计算，v l a n 功能，g a r p g v r p 功能等；配置管理模块，主要进行交换机配置信息的 管理保存：高层应用模块，它主要完成对交换机的一些管理，例如t e l n e t ，w e b 网管，i p 地址设置等：支撑模块，为各种软件应用提供支撑，提高软件应用的效率，对软件进行优 化。 笔者讨论的以太网交换机主要以二层数据转发为主，支持三层部分管理功能，例如i p 地址设置等。图2 5 为交换机软件结构图。该交换机是基于v x w o r k s 实时操作系统工作。 v x w o r k s 是一种嵌入式实时操作系统，为整个交换机软件提供一个运行平台。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章以太网交换技术概述 图2 5 交换机软件结构 2 5g a r p g v r p 协议在交换机中的位置 g a r p g v r p 协议在以太网交换机第二层上实现，以支持v l a n 的动态管理。因此 g a r p g v r p 协议要与以太网交换机的物理层交互，保证g v r p 协议报文的正确收发，同 时还要与相关其他功能模块结合，保证交换机正确高效的工作。 正常使用的二层以太网交换机中主要支持v l a n 、生成树协议、组播监听以及链路聚 合等协议，g a r p g v r p 协议主要对v l a n 进行管理，同时还必须与相关协议共同协同工 作，保证整个交换机多个协议间协同处理的完整性，在以太网交换中g v r p 主要与v l a n 关联紧密，同时还与链路聚合，生成树协议( s t p ，s p a n n i n gt r e ep r o t o c 0 1 ) 以及生成树协 议的升级版本快速生成树协议( r s t p ，r a p i ds p a n n i n gt r e ep r o t o c 0 1 ) 和多生成树协议 ( m s t p ，m u l t i p l es p a n n i n gt r e ep r o t o c 0 1 ) 相关联。图2 6 为g a r p g v r p 协议在交换机 软件系统中的位置。 9 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章以太网交换技术概述 图2 - 6g a r p g v r p 协议模块在交换机软件系统中的位置 g v r p 协议是g a r p 协议的一个应用协议，使用g a r p 协议作为协议操作的框架。整 个g a i 冲g v r p 协议模块需要由交换机管理员进行设置，同时还要将设置的信息保存到配 置保存文件中。 o a m 模块为操作维护管理模块，主要完全对交换机的配置等功能，g a r p g v r p 协议 模块需要由管理员通过o a m 模块进行管理，o a m 通过命令配置设置咖g v r p 协议 的开启与关闭，配置交换机机端口的g v r p 协议的开关。 配置保存模块主要对交换机配置信息进行保存，g a r p g v r p 协议模块在配置后，如 果需要保存配置的情况，要对配置保存模块进行操作，将协议配置信息保存于配置保存文 件中，在系统从新启动时，直接到配置保存文件中读取配置信息对协议进行设置。 v l a n 模块主要对交换机中的v l a n 进行管理，i e e e 标准规定了交换机上支持的最 大v l a n 数目为4 0 9 6 个，其中v l a n1 和v l a n4 0 9 6 为保留v l a n 。v l a n 按照不同 的划分法之间的关系也是不相同的，现在主要有基于端口的v l a n 、基于m a c 地址的 v l a n 、基于i p 地址的v l a n 以及基于组播的v l a n 四种，在交换机中使用的最多的就 是基于端口划分的v l a n 。g v r p 协议是基于端口的，主要对基于端口的v l a n 进行动 态管理，因此与v l a n 模块紧密相连，g v r p 协议对本地交换机中的v l a n 进行查询，然 后进行v l a n 信息声明，传播包含v l a n 属性信息的g v r p 报文到相连的启动g v r p 协 议的交换机中；相连交换机接收到g v r p 报文，g v r p 协议模块进行协议报文解析处理， 根据报文要求管理动态v l a n ，将动态v l a n 注册到v l a n 模块中，或者从v l a n 模块 中注销动态v l a n 。 链路聚合是交换机支持的一种功能，链路聚合使多个物理链路合并到一个逻辑链路 1 0 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章以太网交换技术概述 上，通过有效的合并，将多个端口合并为单个端口使用，允许交换机通过多个端口组成的 逻辑端口连接。g v r p 协议在交换机中是基于端口的，在端口上设置g v r p 协议，维护每 个端口的协议状态，因此g v r p 协议需要对链路聚合进行支持，保证所有端口，无论是实 际端口还是逻辑端口的都能设置。当端口为链路聚合的情况时，g v r p 协议设置时将链路 聚合端口看成一个独立的普通端口进行设置，在链路聚合端口改变时需要对g v r p 协议进 行更新与设置。 s t p , r r s t p m s t p 模块主要对交换机组成的网络中环路管理，当网络中出现环路时， 该模块设置备份路径，将端口状态设置为不能转发。该模块管理交换机端口，设置端口状 态。端口状态有转发和阻塞，只有转发状态的端口可以转发报文。g v r p 协议要根据该模 块计算的区域进行处理，g v r p 协议设置一个根据生成树域的信息的上下文，保证每个生 成树域中的端口工作状态为转发的才能够管理动态v l a n 。 驱动模块主要为上层应用与下层硬件间提供一个透明的接口，g v r p 协议报文接收和 发送都要经过驱动模块进行处理，保证报文收发的正确与及时。 g a r p g v r p 协议是一个二层协议，与其他二层协议并列，同时与其它二层协议间又 是相互关联的，需要其他协议的支持。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章g a r p 协议概述 第三章g a r p 协议概述 3 1g a r p 协议概述与原理 3 1 1g a r p 协议概述 g a r p ( g e n e r i ca t t r i b u t er e g i s t r a t i o np r o t o c 0 1 ) 全称为通用属性注册协议，它为处 于同一个网络内的交换成员之间提供了分发、传播、注册某种属性信息的手段。属性的类 型，以及属性所携带的属性值由g a r p 协议具体的应用所确定，这里的属性可以是v l a n 标识，组播m a c 地址和端口过滤模式等特征信息。g a r p 协议实际上可以承载多种交换机 需要传播的属性特性，所以g a r p 协议在交换机中存在的意义就是通过各种g a r p 应用协议 体现出来。 g a r p 协议和它相应的应用实体的工作过程是通过在一个网络中建立，维持和撤销属 性信息而体现。g a r p 协议应用有如下要求： 1 ) 允许g a r p 应用实体连接到网络中，发出和g a r p 应用相关的属性值的声明； 2 ) 允许g a r p 应用实体连接到交换机网络中，撤消和g a r p 应用相关的属性值的声明； 3 ) 通过网络连接的交换成员接收到声明信息后，要能够传播该声明到其他的交换成员； 4 ) 允许g a r p 应用实体在应用设备的每一个端口上维持指示当前属性声明和注册的状态 信息； 5 ) 允许g a r p 应用实体删除交换成员上不再活动的属性状态信息； 6 ) g a r p 协议要有对丢失报文的处理方法； 刀g a r p 协议要有对g a r p 应用实体失败的处理方法； 8 ) 在g a r p 应用实体网络中g a r p 协议的协议数据报文通信带宽的耗费占整个带宽的比 重要很小。 g a r p 应用实体之间相互协作完成协议的功能，维持整个网络中的每一个成员上的 g a r p 协议状态机的变化，维持属性的注册，注销等。g a r p 应用实体间相互协作有如下 要求： 1 ) 对每一个定义的g a r p 应用协议，都要有一个唯一的组播m a c 地址，也叫g a r p 应 用地址，作为在g a r p 应用实体间交换协议数据的目的m a c 地址。i e e e 定义了一系 列分配给相应g a r p 应用的组播m a c 地址。其中地址值从0 1 8 0 c 2 0 0 0 0 一2 0 到 1 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第三章g a r p 协议概述 0 1 8 0 - c 2 一一o o 2 f 十六个地址为g a r p 应用地址，0 1 8 0 c 2 一0 0 o o 2 l 为g v r p 协议地 址值。在执行g a r p 协议应用的交换成员上，接收到这个目的地址的协议帧交给协议 g a r p 应用协议进行处理。如果不支持g a r p 协议的交换成员收到o a r p 协议帧，则 对该帧进行一般的转发； 2 ) g a r p 应用实体间的o a r pp d u ( p r o t o c o ld a t au n i t ) 的收发要根据统一的格式进行封 装； 3 ) g a r p 应用实体如果接收到g a r pp d u 不是正确的封装，或者和应用相关的属性类型 和属性值编码不正确，要丢弃该报文。 3 1 2g a r p 协议原理 g a r p 协议主要提供属性声明、注册、注销等功能：g a r p 协议首先发起属性声明， 通知其他g a r p 成员，接收到g a r p 属性声明的g a r p 成员注册该属性到交换成员中。 g a r p 协议允许g a r p 的应用实体( p a r t i c i p a n t ) 发起或者撤销与属性值相关的声明，其他 的g a r p 应用实体根据声明或者撤销声明的动作进行属性的注册或者注销。g a r p 协议维 持一组状态机，g a r p 协议对属性的声明以及注册都是以这组状态机的状态为依据。g a r p 协议主要有两个大的状态机：申请成员( a p p l i c a n t ) 状态机和注册成员( r e g i s t r a r ) 状态 机。g a r p 应用实体根据申请成员状态机的状态变化，相应的对一个给定的属性值进行声 明或者撤消声明。交换机上的每个发起声明的端口维持一个申请成员状态机。 属性注册是根据g a r p 协议数据单元( p d u ，p r o t o c o ld a t au n i t ) 中携带的关于属性 的声明事件信息，在接收到g a r p 协议数据单元的端口上注册。端口上的属性值注册状态 是根据属性值的注册成员( r e g i s t r a r ) 状态机的变化而改变。在某一个端1 2 上对一个属性 值撤销注册，必须要求连接到这个端口的g a r p 应用实体撤消所有的属性声明。 图3 - 1 阐述了由一个独立的终端产生属性声明，在一个所有成员运行g a r p 协议的网 络中，进行属性值的注册和传播的方式。图中，e 1 为发起属性声明的终端，与e 1 相连的 l a n 3 中的交换机端口接收到e 1 传播的属性信息后，在该端口上注册该属性值，同时该端 口还通知交换机上其他需要发起声明端口，这些端口发起声明，并传播本交换机上v l a n 数据表中所有属性信息到其他的终端或者网络上。从图中可以看出，属性可以传播到整个 网络中各个网段上，但是传播方向的性质导致只有接收到信息的端口才能注册属性值。 1 3 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第三章g a r p 协议概述 l a nl a ：注册属性值aa ：声明属性值a 啼传播属性值a 的声明的方向 终端 图3 - 1 从一个终端上传播属性值的示例 图3 2 阐述了由两个在不同网段上的终端发起相同的属性声明，在一个所有成员运行 g a r p 协议的网络中，进行属性值的注册和传播的方式。图中，属性的声明是由终端e l 和e 2 发起，在e 1 和e 2 相连的路径上的交换机端口既发起属性声明，同时还对属性值进 行了注册。这样整个网络中的所有终端都可以注册该属性，交换机s 1 、s 2 、s 3 、s 4 上都 超过一个端口注册属性值。 1 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第三章g a r p 协议概述 l a nl 口潲机o 嗍 a ：注册属性值aa ：声明属性值a 传播属性值a 的方向 图3 - 2 从两个终端上传播属性值的示例 3 2g a r p 协议结构框架 g a r p 是一种m a c 层的协议，其协议结构框架如图3 3 所示。g a r p 协议主要由两部 分组成：g a r p 应用实体( g a r pp a r t i c i p a n t ) 和g a r p 信息传播组件( g i p ，g a r p i n f o r m a t i o n p r o p a g a t i o n ) 。其中g a r p p a r t i c i p a n t 又由两个部分组成：g a r p 应用组件( g a r p a p p l i c a t i o n ) 和g a r p 信息声明组件( g i d ，g a r pi n f o r m a t i o nd e c l a r a t i o n ) 。对每个g a r p 应用，交换机上的每一个端1 2 1 有一个g a r pp a r t i c i p a n t 。在同一个交换机上同一个应用的 g a r p p a r t i c i p a n t 之间的信息传播由g a r p 信息传播组件g i p 完成。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第三章g a r p 协汉概述 l l c ：l o g i cl i n kc o n t r o l ( 逻辑链路控制) m a c ：m e d i aa c c e s sc o n t r o l ( 媒体访问控制) g i d ：g a r pi n f o r m a t i o nd e c l a r a t i o n ( g a r p 信息声明) g i p ：g a r pi n f o r m a t i o np r o p a g a t i o n ( g a r p 信息传播) 图3 3g a r p 协议结构框架 g a r pp a r t i c i p a n t 中的g a r pa p p l i c a t i o n 组件负责定义相关的参数值、接收到g a r p p d u s 的操作以及产生发送的g a r pp d u s 。a p p l i c a t i o n 组件使用g i d 组件以及和g i d 相 关的状态机的状态变化来控制协议行为。 一个g i d 实例由一组状态机组成，这组状态机定义当前和g a p & p a r t i c i p a n t 相关的所 有属性值的注册和声明状态。g i d 完成属性声明和注册功能，并且对状态机进行更新。g i d 为属性声明以及撤销声明定义了两种服务原语供用户调用： g i d _ j o i n r e q u e s t ( a t t r i b u t e _ t y p e ，a t t r i b u t e _ v l a u e ) ： g i d _ l e a v e r e q u e s t ( a t t r i b u t e _ t y p e ，a t t r i b u t e _ v l a u e ) ； 同时g i d 还为属性值注册和注销定义了两种服务原语供用户调用： 1 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章g a r p 协议概述 g i d j o i n i n d i c a t i o n ( a t t r i b u t et y p e ，a t t r i b u t ev l a u e ) ； g i d l e a v e i n d i c a t i o n ( a t t r i b u t e _ t y p e ，a t t r i b u t e _ v l a