CN100388703C - 一种以太网接口节点备份的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以太网接口节点备份的方法及系统，设备中两块互为主备的相同的接口线卡通过单独的网线连接到网络交换机或集线器上；通过主备竞争机制，各线卡运行于所决定的主用或备用工作状态，主用线卡通过以太网端口收发数据，检测本线卡以太网端口的状态，应答备用线卡的握手消息；备用线卡不收发数据，定时向主用线卡发送握手消息；主用线卡检测到端口失效或接收到倒换操作指令后，发出倒换请求，同时转换为备用工作状态；备用线卡接收到所述倒换请求或检测到主用线卡失效时，转换为主用工作状态。本发明用于第三代无线通讯系统设备和数据通讯设备时，对数据传输的稳定性、可靠性有很大作用，并且组网简单，数据流量小。

Description

一种以太网接口节点备份的方法及系统

技术领域

本发明涉及一种以太网通信的备份方法及系统，尤其涉及以太网接口节点备份的方法及其系统。

背景技术

在第三代无线通讯系统(3G)里和数据通讯领域，很多设备之间的数据传输都采用基于IP的技术，在实现时，都采用以太网作为接口节点，包括100M以太网FE和千兆以太网GE。如果该以太网节点失效，对于高速率通讯而言，会造成数据的大量丢失，所以做到以太网节点备份就很必要。

目前实现以太网节点备份的方法主要有两种：

一种是采用物理方法对以太网端口进行备份。中国专利申请(申请号为99117084.9)中公开了一种以太网端口的主备用结构，包括两组结构相同的控制器，以太网收发器，变压器，以及连结器，还包括主备控制电路及反向器；该发明申请是通过采用特殊的电路设计，实现以太网端口的主备用结构。

该结构缺点是，如果控制该接口节点的软件系统失效，数据无法收发，同样会造成以太网节点的失效。

一种是采用双接口节点同时收发数据，做到冗余。中国专利申请(申请号为98104275.9)中公开了一种以太网通信冗余方法，构成一个分布式控制系统的多节点通过相互独立的第一和第二条以太网通信线路相互连接。接收侧上的一个节点向第一和第二条以太网通信线路发送相同数据。接收侧的一个节点确定接收通过第一和第二以太网通信线路从发送侧节点发送来的相同数据中的一个数据，其中首先收到的数据为接收数据。

该方法的缺点是，需要两套独立的以太网，实际组网时增加了复杂程度。如果需要将具备该冗余节点的设备和路由器相连接，则需要将两套独立的以太网都接入路由器，目前的路由器多数不支持这种接入方法。另外由于每个节点在两套以太网上都同时接收和发送数据，在接收的时候还要处理从两套以太网上接收到的数据，无疑增加了处理器的负担，限制了能够处理的带宽。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种以太网接口节点的备份方法，能够提高节点备份的可靠性，并且组网简单，数据流量小。本发明还要提供一种可实现上述方法的系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种以太网接口节点备份的方法，包括以下步骤：

(a)将设备中两块互为主备的相同的接口线卡通过单独的网线连接到同一网络交换机或集线器上；

(b)所述两块接口线卡上电，软件启动；

(c)决定各线卡应该工作于主用或备用工作状态；

(d)各线卡的软件运行于所决定的主用或备用工作状态，主用接口线卡通过以太网端口接收和发送数据，定时检测本线卡上的以太网端口状态；备用接口线卡向主用接口线卡发出握手消息，不发送和接收任何数据；

(e)所述主用接口线卡检测到本线卡的端口失效后，向所述备用接口线卡发出倒换请求，同时从主用工作状态转换为备用工作状态；

(f)所述备用接口线卡在接收到所述倒换请求，或者未在设定时间内收到所述主用接口线卡的正确应答时，从备用工作状态转换为主用工作状态。

上述方法中，所述步骤(c)中各线卡的工作状态可通过所述设备内部的主备竞争机制来决定。

为了实现主备接口节点间的快速正确切换，所述主用接口线卡的ARP表和路由表条目更新时，通过设备内部总线将新的ARP表和路由表同步到所述备用接口线卡上。

有时需要由操作人员手动完成主备线卡的切换，因而上述方法中，所述主用接口线卡在接收到操作人员的倒换指令后，应向所述备用接口线卡发出倒换请求，同时从主用工作状态转换为备用工作状态。

当两块线卡的对应端口采用相同的IP地址和MAC地址时，所述备用接口线卡在转换为主用工作状态前，每一端口要先发出APR请求报文，使与主用和备用接口线卡连接的网络交换机或集线器更新所述端口MAC地址和所述网络交换机或集线器端口的映射关系。

本发明提供的可实现以太网接口节点备份的系统，包括与网络交换机或集线器相连的设备，其中所述设备包括：至少两块互为主备、可通过内部总线相互通讯的相同的接口线卡，各线卡包含至少一个端口，通过单独的网线连接到同一网络交换机或集线器上；进一步，所述接口线卡中包含：

数据接收和发送单元，用于在线卡处于主用工作状态时，通过端口接收和发送数据，在备用工作状态时则不进行数据的发送和接收；

端口状态检测单元，与端口相连，用于在线卡处于主用工作状态时，定时检测本线卡的端口状态，在端口失效时向主备转换控制单元发出端口失效消息；

主备转换控制单元，用于在线卡处于主用工作状态时，接收到所述端口失效消息后，通过内部总线向备用接口线卡发出倒换请求，同时将本线卡从主用工作状态转换为备用工作状态；

握手单元，用于在线卡处于主用工作状态时，通过内部总线对备用接口线卡发来的握手消息做出应答；而在线卡处于备用工作状态时，通过内部总线定时向主用接口线卡发出握手消息，当在设定时间内未接收到正确的应答消息时，向备主转换控制单元发出主用接口线卡失效消息；

备主转换控制单元，用于在线卡处于备用工作状态时，如果通过内部总线接收到从所述主用接口线卡发来的倒换请求，或者接收到握手单元发出的所述主用接口线卡失效消息时，将本线卡从备用工作状态转换为主用工作状态。

上述系统中，其特点是，所述设备还包括一个竞争电路，用于在两个线卡上电时，利用硬件检测决定它们各自的工作状态。

上述系统中，其特点是，所述接口线卡还包括一个ARP表和路由表同步单元，用于在线卡处于主用工作状态时，通过设备内部总线将新的ARP表和路由表数据发送到备用接口线卡；而在线卡工作于备用工作状态时，接收主用接口线卡发来的同步数据，生成本线卡上的ARP表和路由表。

上述系统中，其特点是，所述主备转换控制单元还用于接收操作人员的倒换指令，向所述备用接口线卡发出倒换请求，同时将本线卡从主用工作状态转换为备用工作状态。

为了节省MAC地址和IP地址的使用量，所述两块线卡的对应端口较佳采用相同的IP地址和MAC地址，此时，所述备主转换控制单元在进行工作状态的转换之前，每一端口先要发出APR请求报文，使所述网络交换机或集线器更新所述端口MAC地址和所述网络交换机或集线器端口的映射关系。

综上所述，本发明的以太网接口节点的备份方法及其系统，主用和备用的以太网接口节点采用的是两个独立的软件和硬件系统，与现有技术相比，具有简单可靠的特点。此外，由于本发明的主用和备用接口节点使用相同的MAC地址和IP地址，节省了MAC地址和IP地址的使用量；主用和备用接口节点同时接入同一个以太网，节省了组网的复杂程度，减少了以太网上数据流量。并且本发明的备份方法通过软件自动控制，可以实现主用和备用节点之间的快速切换，以及主用和备用节点之间的多次切换，极大地减少了因为以太网端口失效导致的数据丢失。

附图说明

图1是本发明实施例主用和备用接口线卡的组网以及连线示意图；

图2是本发明实施例方法总的流程图；

图3是本发明实施例接口线卡在主用工作状态的事件处理，以及倒换的示意图；

图4是本发明实施例接口线卡在备用工作状态的事件处理，以及倒换的示意图。

具体实施方式

图1是本发明实施例主用和备用接口线卡的组网以及连线示意图，如图所示，在一个需要接入以太网的设备1内配置有单独的主用以太网接口线卡2，作为主用以太网接口节点；以及单独的备用以太网接口线卡3，作为备用以太网接口节点。主用接口线卡2和备用接口线卡3在通过设备内部总线相连，实现数据的同步和信息的交互，对外则各自通过单独的以太网线同时接入相同的以太网交换机或者集线器4，图中，交换机或集线器4再经路由器5与广域网6相连。

本文中所说的“线卡”均指一般意义上的以太网接口线卡，可以由带网络处理器和以太网端口控制器的单板实现，可以具有一个或多个以太网端口。单板对外提供以太网接口，同时和设备内部总线相连接。主用接口线卡1和备用接口线卡2的硬件实现是完全一样的。并且，主用和备用接口线卡1、2采用的独立的嵌入式软件系统也完全相同，完全通过其上软件的运行状态来区分主用或备用，所以主用接口线卡和备用接口线卡可以来回多次倒换。

需要进一步说明的是，本实施例中，互为主备的两块线卡的以太网端口的IP地址和MAC地址都是相同的，这样可以节省了MAC地址和IP地址的使用量。

图2是本发明实施例方法总的流程图，包括以下步骤：

互为主备的两块线卡上电，软件启动，步骤100；

通过设备内部的主备竞争机制，各线卡得知自己应该工作于主用或备用状态，步骤110；

各线卡的软件运行于所决定的主用或备用工作状态，步骤120；

在满足设定条件时，由软件控制完成两块线卡的主用、备用工作状态的倒换，步骤130。

步骤100中，本实施例的主用和备用接口线卡的角色决定是通过两个线卡之间的硬件总线和设备内部的竞争电路，在两个线卡上电的时候利用硬件检测进行竞争来决定的。

如图3所示，步骤120中，当接口线卡工作于主用工作状态时需处理以下事件：

通过以太网端口接收和发送数据；

当有ARP表和路由表条目更新时，通过设备内部总线向备用接口线卡发送新的ARP表和路由表的同步数据；

定时检测本线卡上的以太网端口的状态；

接收从备用接口线卡发来的握手消息，并且回应；

通过内部总线接收操作人员的倒换指令。

如图4所示，步骤120中，当接口线卡工作于备用工作状态时需处理以下事件：

不发送任何数据，忽略从以太网口接收到的任何数据；

接收主用接口线卡通过内部总线发来的同步数据，生成本线卡上的ARP表和路由表，维护表结构；

随时接收从主用接口线卡发来的角色倒换请求；

通过设备内部总线，定时向主用接口线卡发送握手消息，并根据主用接口线卡的应答判断其是否失效。

在主用和备用接口线卡间进行APR表和路由表同步，是为了在备用接口线卡变为主用接口线卡后，可以马上利用维护的ARP表和路由表实现数据的发送和接收，不用再重新生成这些表，不会因为没有最新的ARP表和路由表造成数据接收和发送的延迟或丢弃，实现真正的快速倒换功能。

备用接口线卡和主用接口线卡进行握手联络时，备用接口线卡首先向主用接口线卡发送握手消息，等待主用接口线卡的正确回应，如果在设定时间内，主用接口线卡返回了正确的应答信息，表明主用接口线卡工作正确，备用接口线卡保持备用工作状态不变；如果在一定时间内，主用接口线卡还没有回应正确的应答消息，表明主用接口线卡工作异常，已经失效了。

请再参照图3，本实施例中，步骤140中接口线卡由主用工作状态转换为备用工作状态的设定条件是：主用接口线卡在检测中发现自己的以太网端口失效；或者主用接口线卡接收到操作人员发出的倒换命令。在满足这两种条件时，主用接口线卡通过内部总线通知备用接口线卡发起角色倒换，同时将自身的工作状态转换为备用工作状态(运行不同的软件)。其它事件均不引起主用接口线卡工作状态的改变。

请再参照图4，本实施例中，步骤140中接口线卡由备用工作状态转换为主用工作状态的设定条件是：备用接口线卡在与主用接口线卡进行握手联络时，发现主用接口线卡已经失效，则主动发起角色转换；或者通过设备内部总线，接收到主用接口线卡发来的倒换要求时，发起角色转换。其余事件均不改变本线卡的备用工作状态。本发明的备用接口线卡的主动转换功能使得主用接口线卡的软件系统失效时，也可以实现备份功能，因而提高了系统工作的可靠性。

在线卡要由备用工作状态转换为主用工作状态之前，虽然线卡上的MAC地址和IP地址都不用改变，但与主用和备用接口线卡同时相连的以太网交换机或集线器需更新端口MAC地址和交换机或集线器端口的映射关系，才能正确地进行数据的收发。为此可采用以下方法：备用接口线卡的每一个以太网端口都向外发送一个ARP请求报文，ARP请求报文的目的MAC地址和目的IP地址均为全1，源MAC地址和源IP地址分别为本以太网端口的MAC地址和IP地址。在以太网交换机或集线器更新所述端口MAC地址和交换机或集线器端口的映射关系后，备用接口线卡将自身的工作状态转换到主用工作状态。

在上述实施例的基础上，也可以作一些变换，如对于主用和备用工作状态的确定，也可以由所述设备的系统来指定，而每次指定的主用工作线卡可以交替。

综上所述，本发明采用的以太网接口节点的备份方法，主用和备用的以太网接口节点采用的是两个独立的软件和硬件系统，主用节点在端口失效或接收到倒换操作指令时，会向备用节点发出倒换请求，同时自己转换为备用工作状态，而备用节点在检测到主用节点失效或接收到倒换请求后，转换为主用工作状态。与现有技术相比，具有简单可靠的特点。

此外，本发明的主用接口节点和备用接口节点使用相同的MAC地址和IP地址，节省了MAC地址和IP地址的使用量；主用接口节点和备用接口节点同时接入同一个以太网，节省了组网的复杂程度，减少了以太网上数据流量，用于3G通讯设备和数据通讯设备时可提高数据传输的稳定性和性能。

此外，本发明的备份方法通过软件自动控制，可以实现主用和备用节点之间的快速切换，以及主用和备用节点之间的多次切换，极大地减少了因为以太网端口失效导致的数据丢失，用于第三代无线通讯系统(3G)设备和数据通讯设备时对数据传输的稳定性有很大作用。

为了实现本发明实施例方法中接口线卡的各项功能，本发明实施例的接口线卡包含以下功能单元：

数据接收和发送单元，用于在线卡处于主用工作状态时，接收和发送数据，而在备用工作状态时则不进行数据的发送和接收；

端口状态检测单元，用于在线卡处于主用工作状态时，定时检测本线卡的端口状态，在端口失效时发出端口失效消息；

主备转换控制单元，用于在线卡处于主用工作状态时，接收到所述端口失效消息，或者接收到操作人员的倒换指令后，向备用接口线卡发出倒换请求，同时将本线卡从主用工作状态转换为备用工作状态；

握手单元，用于在线卡处于主用工作状态时，对备用接口线卡发来的握手消息做出应答；而在线卡处于备用工作状态时，定时向主用接口线卡发出握手消息，当在一定时间内未接收到正确的应答消息时，发出主用接口线卡失效消息；

备主转换控制单元，用于在线卡处于备用工作状态时，如果接收到从主用接口线卡发来的所述倒换请求，或者接收到所述主用接口线卡失效消息时，每一端口先发出APR请求报文，使所述网络交换机或集线器更新所述端口MAC地址和交换机或集线器端口的映射关系，然后将本线卡从备用工作状态转换为主用工作状态。

ARP表和路由表同步单元，用于在线卡处于主用工作状态时，通过设备内部总线将新的ARP表和路由表数据发送到备用接口线卡；而在线卡工作于备用工作状态时，接收主用接口线卡发来的同步数据，生成本线卡上的ARP表和路由表。

Claims (10)

1.一种以太网接口节点备份的方法，包括以下步骤：

(a)将设备中两块互为主备的相同的接口线卡通过单独的网线连接到同一网络交换机或集线器上；

(b)所述两块接口线卡上电，软件启动；

(c)决定各线卡应该工作于主用或备用工作状态；

(d)各线卡的软件运行于所决定的主用或备用工作状态，主用接口线卡通过以太网端口接收和发送数据，定时检测本线卡上的以太网端口状态，并应答备用接口线卡发来的握手消息；备用接口线卡定时向主用接口线卡发出握手消息，不发送和接收任何数据；

(e)所述主用接口线卡检测到本线卡的端口失效后，向所述备用接口线卡发出倒换请求，同时从主用工作状态转换为备用工作状态；

(f)所述备用接口线卡在接收到所述倒换请求，或者未在设定时间内收到主用接口线卡的正确应答时，从备用工作状态转换为主用工作状态。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主用接口线卡的ARP表和路由表条目更新时，通过设备内部总线将新的ARP表和路由表同步到所述备用接口线卡上。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主用接口线卡在接收到操作人员的倒换指令后，向所述备用接口线卡发出倒换请求，同时从主用工作状态转换为备用工作状态。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)之前还包括步骤：为所述的两块线卡的对应端口设置相同的IP地址和MAC地址；此时，所述步骤(f)中，所述备用接口线卡在转换为主用工作状态前，每一端口先发出APR请求报文，使与主用和备用接口线卡连接的网络交换机或集线器更新所述端口MAC地址和所述网络交换机或集线器端口的映射关系。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(c)中，各线卡的工作状态是通过所述设备内部的主备竞争机制来决定。

6.一种可实现以太网接口节点备份的系统，包括与网络交换机或集线器相连的设备，其特征在于：所述设备包括至少两块互为主备、可通过内部总线相互通讯的相同的接口线卡，各线卡包含至少一个端口，通过单独的网线连接到同一网络交换机或集线器上；进一步，所述接口线卡中包含：

数据接收和发送单元，用于在线卡处于主用工作状态时，通过端口接收和发送数据，在备用工作状态时则不进行数据的发送和接收；

端口状态检测单元，与端口相连，用于在线卡处于主用工作状态时，定时检测本线卡的端口状态，在端口失效时向主备转换控制单元发出端口失效消息；

主备转换控制单元，用于在线卡处于主用工作状态时，接收到所述端口失效消息后，通过内部总线向备用接口线卡发出倒换请求，同时将本线卡从主用工作状态转换为备用工作状态；

握手单元，用于在线卡处于主用工作状态时，通过内部总线对备用接口线卡发来的握手消息做出应答；而在线卡处于备用工作状态时，通过内部总线定时向主用接口线卡发出握手消息，当在一定时间内未接收到正确的应答消息时，向备主转换控制单元发出主用接口线卡失效消息；

备主转换控制单元，用于在线卡处于备用工作状态时，如果通过内部总线接收到从主用接口线卡发来的倒换请求，或者接收到握手单元发出的所述主用接口线卡失效消息时，将本线卡从备用工作状态转换为主用工作状态。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述接口线卡还包括一个ARP表和路由表同步单元，用于在线卡处于主用工作状态时，通过设备内部总线将新的ARP表和路由表数据发送到备用接口线卡；而在线卡工作于备用工作状态时，接收主用接口线卡发来的同步数据，生成本线卡上的ARP表和路由表。

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述主备转换控制单元还用于接收操作人员的倒换指令，向所述备用接口线卡发出倒换请求，同时将本线卡从主用工作状态转换为备用工作状态。

9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述两块线卡的对应端口采用相同的IP地址和MAC地址，所述备主转换控制单元在进行工作状态的转换之前，每一端口先发出APR请求报文，使所述网络交换机或集线器更新所述端口MAC地址和所述网络交换机或集线器端口的映射关系。

10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述设备还包括一个竞争电路，用于在两个线卡上电时，利用硬件检测决定它们各自的工作状态。

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