CN101478490A - 一种支持tipc的多集群网络通信的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支持TIPC的多集群网络通信的方法和装置，该方法包括：在同一物理网络内根据各集群的实际功能划分出多个集群，并将各集群内的交换节点组合成一个交换集群；当各集群间进行数据传递时，源集群的交换节点接收待传递的数据包，对数据包的报头进行分析后获取数据包的目的节点号；以目的节点号为查表关键字进行单播查表或组播查表，获取目的集群交换节点的端口号，根据该端口号，修改数据包的报头，并将该数据包发送至目的集群的交换节点。该装置包括：交换集群获取单元、目的节点号获取单元、端口号获取单元和数据发送单元。本发明减少了在协议层软件转发对节点网络带宽和处理器能力的消耗，提高了多集群下的通信能力。

Description

一种支持TIPC的多集群网络通信的方法和装置

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种支持TIPC的多集群网络通信的方法和装置。

背景技术

集群Cluster是指通过计算机网络内的有效协同，使多台计算机对外提供统一的功能和强大处理能力服务的特性。TIPC(Transparent Inter-processCommunication，透明进程间通信)是目前新兴的集群网络通信协议，并且已经广泛的被应用在通信领域。TIPC通信中，对于Cluster内的各个通信节点，采用在全网络内建立连接的方式，使集群内所有节点有效分工协作，对外表现出统一而强大的性能和功能。

目前业界的TIPC集群应用，基本上关注的都是局限在一个集群的网络设计，应用往往关注单个集群的外部特性，忽略了集群之间的呼应和协作。有两个明显的缺陷。其一，单个集群由于其内部每两个节点间都需要维护连接，随着规模的扩大，内部通信和节点维护的成本会逐渐增加，使物理网络承担较重的负荷。比如一个包含N个节点的集群，内部的通信连接数目为N*(N-1)/2，这就意味着每新增一个节点，集群内维护的通信连接增加N条，相关的通信开销非常巨大，最终制约节点数目的增长。如图1所示，为支持TIPC的单个集群中各节点的网络拓扑图，图中为三个通信节点间的连接状态，其内部通信连接数目为3*(3-1)/2＝3条，节点A的地址为(Z1，C1，N1)，即表示该节点的地址编址为，Zone(区号)为Z1，Cluster(集群号)为C1，Node(节点号)为N1；其二，随着通信网络的日益复杂和功能的日益强大，往往需要多个集群的共同协作，而对于目前的TIPC，明显缺乏有效的软硬件技术支持。例如目前对于多集群的TIPC网络，往往是通过集群内一个或几个节点的协议层转发实现的。通过软件实现的转发，浪费转发节点的网络带宽和CPU(Central Processing Unit，中央处理器)处理能力，而且随着集群内节点数量的增加，通过软件转发的节点性能上会形成整个集群的瓶颈，制约集群功能扩充和性能增长。

发明内容

本发明提供一种支持TIPC的多集群网络通信的方法和装置，用以解决现有技术中存在的物理网络承担负荷较重和在协议层软件转发对节点网络带宽和处理器能力消耗较大的问题。

为达到上述目的，本发明提供一种支持TIPC的多集群网络通信的方法，包括：

A、在同一物理网络内根据各集群的实际功能划分出多个集群，并将各集群内的交换节点组合成一个交换集群；

B、当各集群间进行数据传递时，源集群的交换节点接收待传递的数据包，对所述数据包的TIPC报头进行分析后获取所述数据包的目的节点号；

C、当所述目的节点号所在集群不是源集群时，则以所述目的节点号为查表关键字进行单播查表或组播查表，获取目的集群交换节点的端口号；

D、根据所述目的集群交换节点的端口号修改所述数据包的MAC头，然后将该数据包发送至所述端口号对应的目的集群的交换节点。

其中，步骤A中的各交换节点还配置有交换集群的地址信息和该交换节点所在非交换集群的地址信息。

具体的，上述步骤A还包括：

当所述物理网络内增加新集群时，建立所述新集群内部的全连接，并将所述新集群内部的交换节点加入所述交换集群，通过所述交换节点向交换集群内各交换节点发起路由更新请求，使各交换节点根据请求消息添加新路由，并向所在的非交换集群各节点广播路由更新通知；

当所述物理网络内删除集群时，将待删除集群对应的交换节点在所述交换集群中删除，并通知交换集群内部的交换节点更新自身的路由表，所述各交换节点再向所在的非交换集群各节点发布路由更新通知。

上述步骤B中TIPC报头分析具体为检查TIPC版本号、检查生存时间TTL、检查地址范围和检查有效负载长度。

本发明提供的方法，所述步骤B与步骤C之间还包括：

根据所述目的节点号进行集群域直连检查，判断所述待传递数据包的目的节点号所在集群，当所述目的节点号所在集群为源集群时，直接转发所述数据包。

本发明还提供一种支持TIPC的多集群网络通信的装置，该装置包括：

交换集群获取单元，用于在同一物理网络内根据各集群的实际功能划分出多个集群，并将各集群内的交换节点组合成一个交换集群；

目的节点号获取单元，用于当各集群间进行数据传递时，通过源集群的交换节点接收待传递的数据包，对所述数据包的TIPC报头进行分析后获取所述数据包的目的节点号；

端口号获取单元，用于当所述目的节点号获取单元获取的目的节点号所在集群不是源集群时，以所述目的节点号为查表关键字进行单播查表或组播查表，获取目的集群的交换节点的端口号；

数据发送单元，用于根据所述端口号获取单元获取的目的集群的交换节点的端口号，修改所述数据包的MAC头，然后将该数据包发送至所述端口号对应的目的集群的交换节点。

其中，上述交换集群获取单元中各交换节点配置有交换集群的地址信息和该交换节点所在非交换集群的地址信息。

具体的，上述交换集群获取单元还包括：

集群增加子单元，用于当所述物理网络内增加新集群时，建立所述新集群内部的全连接，并将所述新集群内部的交换节点加入所述交换集群，通过所述交换节点向交换集群内各交换节点发起路由更新请求，使各交换节点根据请求消息添加新路由，并向所在的非交换集群各节点广播路由更新通知；

集群删除子单元，用于当所述物理网络内删除集群时，将待删除集群对应的交换节点在所述交换集群中删除，并通知交换集群内部的交换节点更新自身的路由表，所述各交换节点再向所在的非交换集群各节点发布路由更新通知。

上述目的节点号获取单元中对TIPC报头分析具体为检查TIPC版本号、检查生存时间TTL、检查地址范围和检查有效负载长度。

本发明提供的装置进一步包括：

集群域直连检查单元，用于根据所述目的节点号获取单元获取的目的节点号进行集群域直连检查，判断所述待传递数据包的目的节点号所在集群，当所述目的节点号所在集群为源集群时，直接转发所述数据包，否则触发所述端口号获取单元。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的支持TIPC的多集群的网络通信的方法，通过新增的交换集群的定期维护，提高了集群内设备资源和网络带宽的利用率，对系统的整体功能扩充和性能提升有较好的效果。并且通过划分不同的集群，还可以不受物理组网的限制，实现集群间网络隔离，减少单个集群中节点数量，从而减少集群内部维护的开销，大大提高了多集群系统处理能力，实现高效的集群间通信，很方便的通过增加集群数量实现系统功能扩展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有技术中支持TIPC的单个集群中各节点的网络拓扑图；

图2为本发明提供的支持TIPC的多集群网络通信方法流程图；

图3为本发明实施例中支持TIPC的多集群网络通信方法流程图；

图4为本发明实施例中支持TIPC的多个集群中各节点的网络拓扑图；

图5为本发明实施例中交换集群建立流程图；

图6为本发明实施例中交换集群中的路由表更新流程图；

图7为本发明提供的支持TIPC的多集群网络通信装置的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种支持TIPC的多集群网络通信的方法和装置，用以解决现有技术中存在的物理网络承担负荷较重和在协议层软件转发对节点网络带宽和处理器能力消耗较大的问题。

本发明提供一种支持TIPC的多集群网络通信的方法，如图2所示，该方法包括以下步骤：

步骤S201、在同一物理网络内根据各集群的实际功能划分出多个集群，并将各集群内的交换节点组合成一个交换集群。

该步骤中，上述各交换节点内配置有交换集群的地址信息和该交换节点所在非交换集群的地址信息。

需要说明的是，该步骤中，当物理网络内增加新集群时，建立新集群内部的全连接，并将新集群内部的交换节点加入交换集群，通过交换节点向交换集群内各交换节点发起路由更新请求，使各交换节点根据请求消息添加新路由，并向所在的非交换集群各节点广播路由更新通知；

当物理网络内删除集群时，将待删除集群对应的交换节点在交换集群中删除，并通知交换集群内部的交换节点更新自身的路由表，各交换节点再向所在的非交换集群各节点发布路由更新通知。

步骤S202、当各集群间进行数据传递时，源集群的交换节点接收待传递的数据包，对该数据包的TIPC报头进行分析后获取该数据包的目的节点号。

其中，TIPC报头分析具体为检查TIPC版本号、检查TTL(Time To Live，生存时间)、检查地址范围和检查有效负载长度。

在该步骤之后还包括：根据上述获取的目的节点号进行集群域直连检查，判断待传递数据包的目的节点号所在集群，当目的节点号所在集群为源集群时，直接转发待传递的数据包，否则继续步骤S203。

步骤S203、当上述获取的目的节点号所在集群不是源集群时，以获取的目的节点号为查表关键字进行单播查表或组播查表，获取目的集群交换节点的端口号。

步骤S204、根据目的集群交换节点的端口号，修改数据包的MAC(MediaAccess Control，介质访问控制)头，并将该数据包发送至端口号对应的目的集群的交换节点。

本发明提供的方法，通过新增的交换集群的定期维护，提高了集群内设备资源和网络带宽的利用率，对系统的整体功能扩充和性能提升有较好的效果。并且通过划分不同的集群，还可以不受物理组网的限制，实现集群间网络隔离，减少单个集群中节点数量，从而减少集群内部维护的开销，大大提高了多集群系统处理能力，实现高效的集群间通信，很方便的通过增加集群数量实现系统功能扩展。

下面通过一具体实施例来详细阐述本发明提供的支持TIPC的多集群网络通信方法的具体实施过程。本发明实施例提供的方法是在采用多集群的网络拓扑中，增加一个由各集群的交换节点组成的交换集群，该交换集群内部的各交换节点的交换芯片结合现场可编程门阵列FPGA实现各交换节点内部路由的维护和实现集群间TIPC数据包转发的功能。通过交换节点内部集群的交互，实时同步更新网络中的集群路由变化，从而实现快速TIPC在不同集群节点间的数据通信。整体上可以大大提高多集群系统处理能力，很方便的通过增加集群数量实现系统功能扩展。具体的，本实施例提供的支持TIPC的多集群网络通信方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤S301、在同一物理网络内划分出多个集群，将各集群中的交换节点设置在同一个交换集群中。

该步骤中，各集群中的交换节点配置有交换集群的地址信息和该交换节点所在非交换集群的地址信息。且各交换节点上使用专用交换芯片结合FPGA完成数据包的转发，该交换芯片结合FPGA实现了TIPC三层转发表查询和端口转发功能。当前，使用FPGA实现路由器功能，已经是比较成熟的技术了，但这些技术都是基于IP协议。本实施例中是通过FPGA实现TIPC报头分析、Cluster域直连检查、单播查表、组播查表等处理，并可以方便的扩展到QoS、安全检测等功能。

该步骤中，在同一物理网络内划分出的多个集群是按照各集群的实际功能进行划分的，每个集群内的计算机组提供相同业务功能。也就是在这种网络划分条件下，新建一个交换集群，该交换集群内的节点全部由原来各集群中承担交换路由功能的交换节点组成。

下面通过一个简单的实例来说明该步骤中交换集群的建立过程。该交换集群是建立在支持TIPC的多集群网络中，该多集群网络拓扑图如图4所示，图中交换集群由各集群中承担对外通信功能的交换节点组成，结合图4，该交换集群的建立过程，如图5所示，具体包括以下步骤：

步骤501、将各集群内(集群1，集群2，集群3)的节点建立全连接。例如，将集群1内的节点A，节点B与节点C建立TIPC全连接。

步骤502、将各集群中承担对外通信功能的交换节点配置一个交换集群地址。例如，在集群1中，承担对外通信功能的交换节点为节点C，该节点在集群1内的集群地址为(Z1，C1，N3)，由于其在集群1中的特殊作用，为其配置一个交换集群地址(Z3，C4，N1)。同理集群2中的节点D和集群3中的节点G加入TIPC网络后也需要多配置一个交换集群4的节点地址，分别为(Z3，C4，N0)和(Z3，C4，N2)。

步骤503、将所有集群中承担对外通信功能的交换节点联合起来组成一个交换集群。该交换集群由软件负责内部各交换节点的路由更新，保活检测，定期同步等功能。该交换集群可以有效的处理TIPC网络内各集群的变化，并实现各集群内部通信的隔离，完成不同集群节点间的数据转发。

需要说明的是，当有新集群加入上述物理网络中时，需首先建立新集群内部节点的全连接；然后为新集群中的交换节点配置交换集群的地址信息，最后将新集群的交换节点加入交换集群。该新集群通过加入交换集群即可实现接入TIPC网络，与各集群进行通信。

在新的交换节点加入交换集群后，交换集群子网上需发布路由表同步组播，以维护交换节点上的路由表。具体的，新的交换节点加入后由于交换集群发生变化，新的交换节点需要主动向交换集群内其它各交换节点发布路由更新请求，各交换节点收到路由更新请求后将新路由添加到转发引擎SRAM(Static RAM，静态存储内存)中以便今后的路由查找，并主动向自己所在的内部集群各节点发布路由更新通知，通知本集群内各节点更新自身路由表。

具体的，交换集群中增加新集群对应的交换节点时，交换集群内部各交换节点的路由更新流程，如图6所示，包括以下步骤：

步骤601、建立新集群内部节点的全连接。

步骤602、新集群通过自身内部的交换节点接入TIPC网络，并为该新交换节点配置交换集群的地址信息，加入交换集群。

步骤603、新交换节点加入交换集群，引起交换集群变化，该新交换节点向交换集群内部各交换节点发起路由更新请求；

步骤604、交换集群内各节点收到路由更新请求后，将新路由添加到转发引擎的SRAM中；

步骤605、交换集群中各交换节点向自己所在的非交换集群广播路由更新通知，使所有集群中各节点中都增加新集群的路由信息。

当从交换集群中删除某交换节点时，由于各交换节点属于一个单独的集群，根据TIPC自身提供的服务订阅功能，使该交换集群内的其它交换节点都能够收到待删除交换节点状态变化的通知，并通知自己所属的非交换集群内各节点更新自身路由表。

通过交换集群的更新发布和定期维护，使TIPC网络中所有集群的所有节点能够相互通信，很方便的实现增加或删除集群。

承接步骤S301，下面继续阐述本实施例提供的支持TIPC的多集群网络通信方法所需的步骤。

步骤S302、源集群的交换节点通过内部的交换芯片端口接收待传递的数据包，并存储该数据包。

步骤S303、按标准的TIPC协议对接收到的数据包进行TIPC报头截取。

步骤S304、对截取的TIPC报头进行分析，处理版本号等信息，提取目的节点号。

其中，报头分析主要是进行TIPC版本号检查、TTL检查、地址范围检查、有效负载长度检查。

步骤S305、根据目的节点号进行集群域直连检查，当目的节点号所在集群为交换节点所在的非交换集群中的节点时，直接将数据包转发至目的节点；否则转步骤S306。

步骤S306、当目的节点号所在集群不是源集群时，则以提取的目的节点号作为查表关键字，进行单播查表或组播查表以输出目的集群对应交换节点的端口号信息。

其中，进行单播查表或组播查表是由步骤S304中对TIPC报头分析出的地址范围确定的，当地址范围为单播地址时，进行单播查表；当地址范围为组播地址时，进行组播查表。

具体的，该步骤中，以提取的目的节点号作为查表关键字，进行单播查表具体为：

将目的节点号作为查表关键字输入，获得目的集群对应交换节点的端口号，并将该端口号作为查表结果保存在转发引擎的SRAM中的相应地址空间中；

以提取的目的节点号作为查表关键字，进行组播查表具体为：

将目的节点号作为查表关键字输入，获得所有的目的集群对应交换节点的端口号，并将所有端口号作为结果保存在转发引擎的SRAM中的相应地址空间中。

步骤S307、根据获得的目的集群对应交换节点的端口号信息，修改存储的数据包的MAC头。

步骤S308、将修改后的数据包发送到目的集群对应交换节点，完成输出。

本发明所提供的支持TIPC的多集群网络通信的方法，通过新增的交换集群的定期维护，结合FPGA实现的高效硬件转发特性优势，提高了集群内设备资源和网络带宽的利用率，对系统的整体功能扩充和性能提升有较好的效果。通过划分不同的集群，还可以不受物理组网的限制，实现集群间网络隔离，减少单个集群中节点数量，从而减少集群内部维护的开销。可以大大提高多集群系统处理能力，实现高效的集群间通信，很方便的通过增加集群数量实现系统功能扩展。

本发明还提供一种支持TIPC的多集群网络通信的装置，如图7所示，包括：

交换集群获取单元710，用于在同一物理网络内根据各集群的实际功能划分出多个集群，并将各集群内的交换节点组合成一个交换集群；

目的节点号获取单元720，用于当各集群间进行数据传递时，通过源集群的交换节点接收待传递的数据包，对数据包的TIPC报头进行分析后获取数据包的目的节点号；

其中，TIPC报头分析具体为检查TIPC版本号、检查TTL、检查地址范围和检查有效负载长度

端口号获取单元730，用于当目的节点号获取单元720获取的目的节点号所在集群不是源集群时，以获取的目的节点号为查表关键字进行单播查表或组播查表，获取目的集群的交换节点的端口号；

数据发送单元740，用于根据端口号获取单元730获取的目的集群的交换节点的端口号，修改数据包的MAC头，并将该数据包发送至获取的端口号对应的目的集群的交换节点。

其中，上述交换集群获取单元710中各交换节点配置有交换集群的地址信息和该交换节点所在集群的地址信息。

具体的，上述交换集群获取单元710还包括：

集群增加子单元711，用于当物理网络内增加新集群时，建立新集群内部的全连接，并将新集群内部的交换节点加入交换集群，通过交换节点向交换集群内各交换节点发起路由更新请求，使各交换节点根据请求消息添加新路由，并向所在的非交换集群各节点广播路由更新通知；

集群删除子单元712，用于当物理网络内删除集群时，将待删除集群对应的交换节点在交换集群中删除，并通知交换集群内部的交换节点更新自身的路由表，各交换节点再向所在的非交换集群各节点发布路由更新通知。

本发明提供的装置进一步包括：

集群域直连检查单元750，用于根据目的节点号获取单元720获取的目的节点号进行集群域直连检查，判断待转发数据包的目的节点号所在集群，当目的节点号所在集群为源集群时，直接转发所述数据包，否则触发端口号获取单元730。

本发明提供的装置，通过新增的交换集群的定期维护，提高了集群内设备资源和网络带宽的利用率，对系统的整体功能扩充和性能提升有较好的效果。并且通过划分不同的集群，还可以不受物理组网的限制，实现集群间网络隔离，减少单个集群中节点数量，从而减少集群内部维护的开销，大大提高了多集群系统处理能力，实现高效的集群间通信，很方便的通过增加集群数量实现系统功能扩展。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1、一种支持透明进程间通信TIPC的多集群网络通信的方法，其特征在于，包括：

A、在同一物理网络内根据各集群的实际功能划分出多个集群，并将各集群内的交换节点组合成一个交换集群；

B、当各集群间进行数据传递时，源集群的交换节点接收待传递的数据包，对所述数据包的TIPC报头进行分析后获取所述数据包的目的节点号；

C、当所述目的节点号所在集群不是源集群时，则以所述目的节点号为查表关键字进行单播查表或组播查表，获取目的集群交换节点的端口号；

D、根据所述目的集群交换节点的端口号修改所述数据包的介质访问控制MAC头，然后将该数据包发送至所述端口号对应的目的集群的交换节点。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各交换节点配置有交换集群的地址信息和该交换节点所在非交换集群的地址信息。

3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

当所述物理网络内增加新集群时，建立所述新集群内部的全连接，并将所述新集群内部的交换节点加入所述交换集群，通过所述交换节点向交换集群内各交换节点发起路由更新请求，使各交换节点根据请求消息添加新路由，并向所在的非交换集群各节点广播路由更新通知；

当所述物理网络内删除集群时，将待删除集群对应的交换节点在所述交换集群中删除，并通知交换集群内部的交换节点更新自身的路由表，所述各交换节点再向所在的非交换集群各节点发布路由更新通知。

4、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤B中TIPC报头分析具体为检查TIPC版本号、检查生存时间TTL、检查地址范围和检查有效负载长度。

5、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤B与步骤C之间还包括：

根据所述目的节点号进行集群域直连检查，判断所述待传递数据包的目的节点号所在集群，当所述目的节点号所在集群为源集群时，直接转发所述数据包。

6、一种支持TIPC的多集群网络通信的装置，其特征在于，包括：

交换集群获取单元，用于在同一物理网络内根据各集群的实际功能划分出多个集群，并将各集群内的交换节点组合成一个交换集群；

目的节点号获取单元，用于当各集群间进行数据传递时，通过源集群的交换节点接收待传递的数据包，对所述数据包的TIPC报头进行分析后获取所述数据包的目的节点号；

端口号获取单元，用于当所述目的节点号获取单元获取的目的节点号所在集群不是源集群时，以所述目的节点号为查表关键字进行单播查表或组播查表，获取目的集群的交换节点的端口号；

数据发送单元，用于根据所述端口号获取单元获取的目的集群的交换节点的端口号，修改所述数据包的MAC头，然后将该数据包发送至所述端口号对应的目的集群的交换节点。

7、如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述交换集群获取单元中各交换节点配置有交换集群的地址信息和该交换节点所在非交换集群的地址信息。

8、如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述交换集群获取单元还包括：

集群增加子单元，用于当所述物理网络内增加新集群时，建立所述新集群内部的全连接，并将所述新集群内部的交换节点加入所述交换集群，通过所述交换节点向交换集群内各交换节点发起路由更新请求，使各交换节点根据请求消息添加新路由，并向所在的非交换集群各节点广播路由更新通知；

集群删除子单元，用于当所述物理网络内删除集群时，将待删除集群对应的交换节点在所述交换集群中删除，并通知交换集群内部的交换节点更新自身的路由表，所述各交换节点再向所在的非交换集群各节点发布路由更新通知。

9、如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述目的节点号获取单元中对TIPC报头分析具体为检查TIPC版本号、检查生存时间TTL、检查地址范围和检查有效负载长度。

10、如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括：

集群域直连检查单元，用于根据所述目的节点号获取单元获取的目的节点号进行集群域直连检查，判断所述待传递数据包的目的节点号所在集群，当所述目的节点号所在集群为源集群时，直接转发所述数据包，否则触发所述端口号获取单元。

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