CN101110782A - 一种用于以太网交换机堆叠系统管理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于以太网交换机堆叠系统管理的方法，包括，初始化堆叠成员为正在等待加入堆叠系统，堆叠成员的属主信息均为空，确定主设备，并配置设备配置表；正在等待加入堆叠系统的堆叠成员向外发送加入请求报文请求加入堆叠系统；收到报文的堆叠成员，判断是否允许正在等待加入堆叠系统的堆叠成员加入堆叠系统，若允许加入，则发送加入应答报文；收到应答报文的堆叠成员，判断是否允许状态为正在等待加入堆叠系统的堆叠成员加入堆叠系统，若允许加入，则将其状态迁移为已加入堆叠系统状态。本发明方法，保证堆叠成员逐跳加入堆叠系统，减少了堆叠成员间拓扑管理报文的发起和转发数量，节省CPU和带宽资源，有效防止了报文环路和广播风暴。

Description

一种用于以太网交换机堆叠系统管理的方法

技术领域

本发明涉及数据通信领域的以太网交换机堆叠技术，尤其涉及用于以太网交换机堆叠系统管理的方法。

背景技术

随着信息技术的飞速发展，网络规模急剧扩大，往往在当前的网络规划中很难对未来的网络规模进行非常准确的预期，当规划的交换机接口数量不足以满足网络应用需求的时候，最好能在不改变原有网络规划拓扑的情况下增加交换机的接口数，同时又不增加网管的负担。此时交换机的堆叠技术应运而生，正好能够满足上述要求。

交换机的堆叠是指，用线缆通过堆叠接口将多台可堆叠交换机连接起来，实现单台交换机接口数量的扩充。堆叠技术不同于交换机的简单级联，因为级联的设备在逻辑上是相互独立的，而多台交换机堆叠在一起，从逻辑上来说，堆叠后的交换机相当于一台设备。

因此，堆叠技术能够增加交换机的接口密度，并且，一个堆叠系统只需要一个管理入口，通过堆叠增加接口之后，可以无需改变原有的网络拓扑结构和配置，进而能够实现交换机间的高效互联和统一管理，对于实际的网络维护和管理意义重大。

堆叠系统最常见的堆叠方式是单环型，即每台设备有两个接口作为堆叠接口，设备间用手拉手的方式组成一个圆环，其中如果有一条链路断开了形成的单链型结构则作为单环型结构的一种特殊情况来处理。每一个堆叠成员有一个唯一的设备号(Device ID)，用于堆叠系统内的配置管理和转发控制等。由于堆叠系统在逻辑上相当于一台设备，因此存在跨设备芯片级报文转发和协议管理，堆叠交换机(又称堆叠成员)之间传输的信息主要有两大类：一类为堆叠系统管理控制信息，负责维护堆叠系统芯片级通信和管理；另一类为跨交换机的用户数据信息。

上述两类传输信息均可能需要从一个堆叠成员传送到堆叠拓扑上的另一个成员或几个成员，即存在单播和多播两种类型的数据包。这种跨设备的芯片级数据转发是由拓扑决定，芯片控制的。

在单环型的堆叠拓扑结构下，单播报文的转发取决于目的设备和接口，如果目的设备不是当前设备本身，那么这个报文要往级联端口(堆叠接口)上转发，单环型系统的级联端口有两个，从不同的级联端口上转发，单播到目的设备的路径花费是不一样的，因此单播存在传送最优路径问题。

在单环型的堆叠拓扑结构下，多播存在一个多播最优阻断点的问题，也就是说，多播报文除了要按照最优路径传送到所有接收成员处以外，每一个成员对于收到的多播报文需要根据源设备号判断继续或者停止传送，以防止环路。

因此迫切需要一种能够对单环形的堆叠系统进行配置管理和报文转发控制的技术方案，不但能控制堆叠成员的加入和退出，还能监控链路情况，实时跟踪堆叠成员的上下线。

发明内容

本发明提出了一种堆叠系统的管理方法，用于实施对堆叠系统中堆叠成员进行配置管理且对报文进行转发控制。

本发明具体是这样实现的：

一种用于以太网交换机堆叠系统管理的方法，包括如下步骤：

步骤1，对堆叠成员进行初始化，初始化后的状态均为正在等待加入堆叠系统，所述堆叠成员的属主信息均为空，确定一堆叠成员作为主设备，且将其状态切换为主设备状态，在该堆叠成员上配置设备配置表；

步骤2，状态为正在等待加入堆叠系统的堆叠成员向外发送加入请求报文请求加入堆叠系统；

步骤3，收到加入请求报文的堆叠成员，根据其自身所处的状态判断是否允许所述状态为正在等待加入堆叠系统的堆叠成员加入堆叠系统，若不允许加入，则丢弃报文，否则，允许加入，则发送加入应答报文；

步骤4，收到加入应答报文的堆叠成员，根据自身的状态判断是否允许所述状态为正在等待加入堆叠系统的堆叠成员加入堆叠系统，若允许，则将其状态迁移为已加入堆叠系统状态，否则，不允许，则丢弃报文。

所述用于以太网交换机堆叠系统管理的方法还包括，步骤5，主设备向外发送设备配置表通告报文，控制状态为已加入堆叠系统的堆叠成员与主设备保持连接状态。

所述用于以太网交换机堆叠系统管理的方法，其中步骤1中：

所述确定一堆叠成员作为主设备是指，通过手工指定或者主备竞争来确定；

所述设备配置表，指定欲加入堆叠系统的堆叠成员的设备号，确定堆叠系统能支持的最大堆叠成员数，且能随时手动增删。

所述用于以太网交换机堆叠系统管理的方法中：

所述加入请求报文、加入应答报文和设备配置表通告报文为单播报文，通过堆叠成员的CPU转发，且报文中携带有计数转发次数的计数器；

所述计数器的初始值为堆叠系统所能支持的最大堆叠成员数，报文每被转发或发送一次计数器作减一处理，直至计数器的值为0，则丢弃报文。

所述用于以太网交换机堆叠系统管理的方法，其中步骤3中：

若所述收到加入请求报文的堆叠成员的状态为已加入堆叠系统，则向其他堆叠成员转发接收到的加入请求报文；

若所述收到加入请求报文的堆叠成员的状态为正在等待加入堆叠系统，则直接丢弃加入请求报文；

若所述收到加入请求报文的堆叠成员的状态为主设备，判断设备配置表中是否包含请求者的信息，若配置表中存在请求者的信息，则允许所述堆叠成员加入堆叠系统，发送加入应答报文，否则，丢弃加入请求报文。

所述用于以太网交换机堆叠系统管理的方法，其中步骤4中，

若所述收到加入应答报文的堆叠成员的状态为已加入堆叠系统，若报文中主设备信息与自身的属主信息一致，则转发报文，否则，丢弃报文；

若所述收到加入应答报文的堆叠成员的状态为正在等待加入堆叠系统，则判断报文中请求加入堆叠系统的成员的信息是否与自身信息一致，如果一致，则提取报文中的主设备的信息作为自身的属主信息，迁移状态到已加入堆叠系统；如果不一致，则丢弃报文；

若所述收到加入应答报文的堆叠成员的状态为主设备，则丢弃报文。

所述用于以太网交换机堆叠系统管理的方法，其中步骤4中：

所述堆叠成员在其状态从正在等待加入堆叠系统状态迁移为已加入堆叠系统状态时，启动一定时器，用以控制状态为已加入堆叠系统的堆叠成员与主设备保持连接状态。

在所述用于以太网交换机堆叠系统管理的方法中：

若所述状态为已加入堆叠系统的堆叠成员收到设备配置表通告报文，判断报文中的主设备信息与该堆叠成员自身的属主信息是否匹配，若匹配，则该堆叠成员与主设备保持连接状态，并重置所述定时器，然后转发报文，否则，丢弃报文。

在所述用于以太网交换机堆叠系统管理的方法中：

所述定时器若超时，则状态为已加入堆叠系统的堆叠成员与主设备失去连接，发送拓扑改变通知给其他堆叠成员，并将自身的状态迁移为正在等待加入堆叠系统。

在所述用于以太网交换机堆叠系统管理的方法中：

所述状态为已加入堆叠系统的堆叠成员与主设备失去连接是指，主设备从设备配置表中删除该堆叠成员，或者该堆叠成员与主设备间的通信中断。

所述用于以太网交换机堆叠系统管理的方法，其中步骤5中：

若所述收到设备配置表通告报文的堆叠成员为处于正在等待加入堆叠系统或者主设备状态，则直接丢弃报文。

本发明所述方法通过状态机的控制保证堆叠成员逐跳加入堆叠系统，且能指定允许加入堆叠系统的设备及控制加入堆叠设备的设备数量。通过状态机和属主信息的控制还有效减少了堆叠成员间拓扑管理报文的发起和转发数量，节省CPU和带宽资源，有效防止了报文环路和广播风暴。

附图说明

图1是本发明所述方法应用环境的典型堆叠拓扑结构图；

图2是本发明方法中的堆叠成员状态迁移图；

图3是本发明所述控制堆叠系统成员逐跳加入示意图；

图4是设备配置表通告报文的收发处理流程；

图5是实现本发明所述方法的主要流程图。

具体实施方式

本发明所述的方法实现的前提条件是：

1、为每一台堆叠成员指定一个唯一的设备号(device ID)；

2、为堆叠成员定义三种状态，IamMaster、SeekingMaster和FoundMaster依次表示：主设备、正在等待加入堆叠系统和已加入堆叠系统。

3、堆叠成员的角色分成主设备、从设备和备设备，所述Master(主设备)，是指在堆叠系统中充当控制者和管理者的设备；所述Slave(从设备)，是指在堆叠系统中充当被控制和被管理的设备；所述Backup(备设备)，是指在堆叠系统中充当主设备的备份设备的设备，该设备在堆叠系统中在有主设备时以Slave的身份运行，在堆叠系统中的主设备失效或缺失时自动切换成Master。

在一个堆叠系统一般主设备是1台，从设备可以是任意多台，特殊情况下可以没有，备设备可以为1台或者没有。

本发明所述方法的主要实现步骤如下：

步骤1，初始化堆叠系统内堆叠成员的状态均为SeekingMaster，属主信息为空。通过手工指定或者主备竞争来确定一台主设备，主设备的属主信息为其自身信息，将确定作为主设备的堆叠成员的状态切换为IamMaster状态。在主设备上手动配置一个设备配置表，指定欲加入堆叠系统的堆叠成员的设备号列表，确定堆叠系统能够支持的最大堆叠成员数(MaxMmbrNum)。

运行一段时间后各个堆叠成员的状态机可能为FoundMaster、IamMaster或SeekingMaster等任意一种状态，所述主设备上的手动配置的设备配置表是可随时手动增删的。

步骤2，状态为SeekingMaster的堆叠成员通过堆叠接口向外发送加入堆叠系统的ADD_REQ_PKT(加入请求报文)，主设备收到加入请求报文后，根据设备配置表，确认是否允许请求者加入堆叠系统，如果允许，则发送ADD_REPLY_PKT(加入应答报文)给请求者，收到ADD_REPLY_PKT的堆叠成员，加入堆叠系统，记录属主信息，即其所属的堆叠系统内的主设备的信息，该堆叠成员的状态迁移到FoundMaster。

状态为SeekingMaster的从设备定时向外发送ADD_REQ_PKT报文，而收到ADD_REQ_PKT报文的堆叠成员，根据其自身所处的状态，对接收到的报文进行相应的处理：

如果其状态为FoundMaster，则无条件转发接收到的请求加入报文，即向除接收此报文的堆叠接口以外的其他堆叠接口转发；

如果其状态为SeekingMaster，则丢弃ADD_REQ_PKT报文；

如果其状态为IamMaster，则从设备配置表查找请求者的device ID等信息，如果报文中携带的请求者的信息能与设备配置表中存在的请求的信息匹配，则允许加入，发送ADD_REPLY_PKT报文给请求者，否则，丢弃ADD_REQ_PKT报文。

ADD_REQ_PKT报文中携带有请求者的主要信息，包括请求者的device ID，设备类型等信息，而在ADD_REPLY_PKT报文中添加发送应答的主设备的信息。

收到ADD_REPLY_PKT报文的堆叠成员根据自身状态机进行如下处理：

如果其状态为FoundMaster，采用有条件转发的策略，即，如果报文中主设备信息与自身的属主信息一致，则转发此报文，否则，丢弃该报文，目的是防止设备转发来自其他堆叠系统内的报文。

如果其状态为SeekingMaster，则判断报文中请求者的信息是否与自身信息一致，如果一致，则提取报文中的主设备的信息作为自身的属主信息，迁移状态到FoundMaster，并停止转发；如果不一致，则丢弃报文，也停止转发。

如果其状态为IamMaster，则丢弃该报文。

从SeekingMaster状态迁移到FoundMaster状态的堆叠成员上立即启动一个定时器(On_Line_Timer)用于控制与主设备连接状态。

步骤3，主设备定时发送MASTER_NOTIFY(设备配置表通告)报文至堆叠成员，堆叠成员以此来判断与主设备是否处于连接状态。

只有状态为IamMaster的主设备才可以定时向外发送MASTER_NOTIFY报文，该MASTER_NOTIFY报文中包含该主设备自身的信息，即主设备的身份信息，以及该设备上的设备配置表中各设备的DeviceInfo(设备信息)，组成一个DevInfoList(设备配置列表)。

收到设备配置表通告报文的堆叠成员根据自身状态进行如下处理：

如果其状态为FoundMaster，则判断设备配置表报文中的主设备信息是否与自身的属主信息一致，如果一致，则重置On_Line_Timer定时器，并向相邻设备转发所述报文；如果不一致，则丢弃所述报文。

如果其状态为SeekingMaster，则丢弃所述报文。

如果其状态为IamMaster，则丢弃所述报文。

在所述步骤2和步骤3中，如果从设备的On_Line_Timer超时，则表示从设备失去与主设备的连接。若出现这种情况，则从设备应发送拓扑改变通知给拓扑中的其他堆叠成员，并将自身状态从FoundMaster迁移到SeekingMaster，其他堆叠成员据此确定该从设备下线。

所述报文均为单播报文，由堆叠成员的CPU负责转发，并具有延时重传机制，且报文中携带有转发次数计数器，所述计数器的初始值为堆叠系统能支持的堆叠成员的最大数目MaxMmbrNum，报文每被发送或转发一次，所述计数器的值就减1，当所述计数器的值为零时，则停止转发并丢弃报文，目的是防止报文被反复转发。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述：

图1是本发明所述方法应用环境的典型堆叠拓扑结构图。这是一个单环形结构，每台堆叠成员有两个堆叠接口，分别连接上游设备和下游设备，每一台堆叠成员有一个唯一的device ID，如图中所示的A、B、C、D、E、F即为每台堆叠成员唯一的device ID，图中B设备左右两侧的P25/P11表示B设备的两个堆叠接口的编号，分别为25和11。

实践中堆叠系统中堆叠设备一般采用数字描述device ID，在此为区分deviceID与堆叠接口号，将device ID用字母标示。

图2是本发明方法中的堆叠成员状态迁移图，其中堆叠系统中堆叠成员初始化时的状态机均为SeekingMaster。

S201通过主备竞争或手工指定等方式，确定一台设备为堆叠系统的主设备，主设备的状态机从SeekingMaster迁移到FoundMaster。

S202状态为SeekingMaster的设备定时由堆叠接口向外发送加入堆叠系统的ADD_REQ_PKT，直到拓扑上有主设备同意它的请求，并收到主设备发回的ADD_REPLY_PKT，则完成加入过程，该设备的状态机从SeekingMaster迁移到FoundMaster，成为从设备。

S203 FoundMaster状态下的从设备，如果失去与主设备的连接，则等待一个定时时间间隔之后，状态迁移到SeekingMaster。

与主设备失去连接有2种可能：

(1)主设备从设备配置表中删除了该从设备信息；

(2)从从设备到主设备之间的连接链路上出现了通信中断。

S204主设备被切换为SeekingMaster状态，此时主设备失效，这是由于系统重启或者在满足主备切换的情况下，备设备切换到主设备的状态。

S205 FoundMaster状态下的备设备在主备切换中切换为主设备。

图3是本发明所述控制堆叠系统成员逐跳加入示意图。如图所示，为了简化说明，以单链型结构进行绘图描述，在单环形结构下，在主设备的堆叠接口两个方向上的设备都是逐跳加入的。

S301初始化结束后主设备通过主备竞争将自身状态迁移到IamMaster，从设备状态都为SeekingMaster，B、C设备定时向各自的堆叠接口发送加入请求报文。B、C收到堆叠接口发送过来的加入请求报文，都进行丢弃，因为B、C的状态都是SeekingMaster，不进行转发。A只能收到B发来的加入请求报文，A检查自己的设备配置表，没有B的配置，就丢弃B发来的请求报文。

S302在A的设备配置表里增加B设备的配置，此时，A收到B的请求之后，同意B的请求，给B发送加入应答报文，B切换到FoundMaster状态。

S303 C继续往外发送加入请求报文，因B的状态已经为FoundMaster，故转发C的请求给A。

S304在A的设备配置表里增加C的配置之后，当A收到C的请求会给C发送加入应答报文，该应答报文由B进行转发，C收到允许应答报文之后将状态切换到FoundMaster。

图4是本发明所述主设备配置表通告报文收发处理流程。如图所示的左边主设备发送主设备配置表通告报文的流程，该流程是由定时器启动。

S401启动定时器；

S402判断主设备是否为IamMaster状态，如果不是，流程结束，否则，进入S403，

S403获取主设备上的堆叠成员设备配置表，设备配置表是手动配置的，指定成员的device ID。

S404组织主设备的设备配置表通告报文，填写报文基本信息，如报文类型，校验和，TTL等。

S405先将主设备的信息添加到DevInfoList的链表头。

S406将设备配置表中的成员信息逐个填写到报文DevInfoList中，至此完成了设备配置表通告报文主要内容的构建，

S407向所有的堆叠接口上发送设备配置表通告报文。

如图所示的右边，是堆叠成员接收主设备设备配置表通告报文的流程。

S501堆叠成员接收设备配置表通告报文；

S502堆叠成员判断自身当前的状态是不是FoundMaster，如果不是，则直接丢弃报文，反之，则转入S503；

S503解析报文内容，从报文的DevInfoList中提取出主设备的信息；

S504判断报文中的主设备信息是否与所述堆叠成员的属主信息一致，如果不一致，则直接丢弃报文，反之，则转入S505；

S505在DevInfoList中查找所述堆叠成员的设备信息；

S506判断是否查找到所述堆叠成员的信息，若没有找到，则直接丢弃报文，反之，则转入S507；

S507更新所述堆叠成员的On_line_Timer，表示与属主链路正常。

S508向其他堆叠接口转发此报文，以达到逐级传送的目的。

以上是为了使本领域普通技术人员理解本发明，而对本发明所进行的详细描述，但可以想到，在不脱离本发明的权利要求所涵盖的范围内还可以做出其它的变化和修改，这些变化和修改均在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种用于以太网交换机堆叠系统管理的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，对堆叠成员进行初始化，初始化后的状态均为正在等待加入堆叠系统，所述堆叠成员的属主信息均为空，确定一堆叠成员作为主设备，且将其状态切换为主设备状态，在该堆叠成员上配置设备配置表；

步骤2，状态为正在等待加入堆叠系统的堆叠成员向外发送加入请求报文请求加入堆叠系统；

步骤3，收到加入请求报文的堆叠成员，根据其自身所处的状态判断是否允许所述状态为正在等待加入堆叠系统的堆叠成员加入堆叠系统，若不允许加入，则丢弃报文，否则，允许加入，则发送加入应答报文；

步骤4，收到加入应答报文的堆叠成员，根据其自身的状态判断是否允许所述状态为正在等待加入堆叠系统的堆叠成员加入堆叠系统，若允许，则将其状态迁移为已加入堆叠系统状态，否则，不允许，则丢弃报文。

2.如权利要求1所述用于以太网交换机堆叠系统管理的方法，其特征在于还包括，

步骤5，主设备向外发送设备配置表通告报文，控制状态为已加入堆叠系统的堆叠成员与主设备保持连接状态。

3.如权利要求1或2所述用于以太网交换机堆叠系统管理的方法，其特征在于，所述步骤1中：

所述确定一堆叠成员作为主设备是指，通过手工指定或者主备竞争来确定；

所述设备配置表，指定欲加入堆叠系统的堆叠成员的设备号，确定堆叠系统能支持的最大堆叠成员数，且能随时手动增删。

4.如权利要求3所述用于以太网交换机堆叠系统管理的方法，其特征在于：

所述加入请求报文、加入应答报文和设备配置表通告报文为单播报文，通过堆叠成员的CPU转发，且报文中携带有计数转发次数的计数器；

所述计数器的初始值为堆叠系统所能支持的最大堆叠成员数，报文每被转发或发送一次计数器作减一处理，直至计数器的值为0，则丢弃报文。

5.如权利要求1或2所述用于以太网交换机堆叠系统管理的方法，其特征在于，所述步骤3中：

若所述收到加入请求报文的堆叠成员的状态为已加入堆叠系统，则向其他堆叠成员转发接收到的加入请求报文；

若所述收到加入请求报文的堆叠成员的状态为正在等待加入堆叠系统，则直接丢弃加入请求报文；

若所述收到加入请求报文的堆叠成员的状态为主设备，判断设备配置表中是否包含请求者的信息，若配置表中存在请求者的信息，则允许所述堆叠成员加入堆叠系统，发送加入应答报文，否则，丢弃加入请求报文。

6.如权利要求1或2所述用于以太网交换机堆叠系统管理的方法，其特征在于，所述步骤4中，

若所述收到加入应答报文的堆叠成员的状态为已加入堆叠系统，若报文中主设备信息与自身的属主信息一致，则转发报文，否则，丢弃报文；

若所述收到加入应答报文的堆叠成员的状态为正在等待加入堆叠系统，则判断报文中请求加入堆叠系统的成员的信息是否与自身信息一致，如果一致，则提取报文中的主设备的信息作为自身的属主信息，迁移状态到已加入堆叠系统；如果不一致，则丢弃报文；

若所述收到加入应答报文的堆叠成员的状态为主设备，则丢弃报文。

7.如权利要求6所述用于以太网交换机堆叠系统管理的方法，其特征在于，所述步骤4中，

所述堆叠成员在其状态从正在等待加入堆叠系统状态迁移为已加入堆叠系统状态时，启动一定时器，用以控制状态为已加入堆叠系统的堆叠成员与主设备保持连接状态。

8.如权利要求7所述用于以太网交换机堆叠系统管理的方法，其特征在于：

若所述状态为已加入堆叠系统的堆叠成员收到设备配置表通告报文，判断报文中的主设备信息与该堆叠成员自身的属主信息是否匹配，若匹配，则该堆叠成员与主设备保持连接状态，并重置所述定时器，然后转发报文，否则，丢弃报文。

9.如权利要求7或8所述用于以太网交换机堆叠系统管理的方法，其特征在于：

所述定时器若超时，则状态为已加入堆叠系统的堆叠成员与主设备失去连接，发送拓扑改变通知给其他堆叠成员，并将自身的状态迁移为正在等待加入堆叠系统。

10.如权利要求9所述用于以太网交换机堆叠系统管理的方法，其特征在于：

所述状态为已加入堆叠系统的堆叠成员与主设备失去连接是指，主设备从设备配置表中删除该堆叠成员，或者该堆叠成员与主设备间的通信中断。

11.如权利要求2所述用于以太网交换机堆叠系统管理的方法，其特征在于，所述步骤5中，

若所述收到设备配置表通告报文的堆叠成员为处于正在等待加入堆叠系统或者主设备状态，则直接丢弃报文。

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