CN102098218B

CN102098218B - 基于以太网组播的系统保活方法

Info

Publication number: CN102098218B
Application number: CN2011100250520A
Authority: CN
Inventors: 殷建儒; 王琳; 王博
Original assignee: Opzoon Technology Co Ltd
Current assignee: Opzoon Technology Co Ltd
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2031-01-21
Also published as: CN102098218A

Abstract

本发明公开了一种基于以太网组播的系统保活方法，主要涉及网络保活领域。其包括以下步骤：主控模块周期性地轮询子控模块，并根据子控模块的响应情况更新系统保活信息；备份子控模块替代所述故障子控模块；所述备份子控模块向所述主控模块报告状态，所述主控模块根据所述备份子控模块报告的状态更新系统保活信息。本发明提供了一种系统开销小的基于以太网组播的系统保活方法。其通信过程属于数据链路层通信，处理过程计算量小，占用网络带宽少，系统开销小。

Description

基于以太网组播的系统保活方法

技术领域

本发明涉及网络系统保活领域，特别涉及一种基于以太网组播的系统保活方法。

背景技术

通信系统，如机框局域网系统，通常由多个系统板卡模块组成，同时也具备多个通信端口和通信链路，为了确保系统以较小的故障间隔时间长期不间断运行，这些板卡模块以冗余方式同时存在于系统中，进行相互备份或者负载分担，以提高设备可靠性。系统需要即时刷新各个模块的在位及运行情况的信息，如果模块正常运行，我们称其处于“活着”状态；如果模块出现故障，系统隔离故障模块，启用备份模块，以保证系统整体一直处于“活着”状态。目前，以太网是系统内部模块间互联的最常用技术之一。

获得系统内部模块是否处于“活着”状态的手段主要有以下两种：

1、故障模块主动告警：适用于单板卡设备，而且具备硬件告警通道，不适用于多板卡多模块互联设备，多板卡多模块设备一般不具备复杂的硬件告警通道，而且硬件告警通道能携带信息量有限。

2、消息通信：模块定时向系统管理方发送消息，告知系统我还活着；或者系统管理方定时轮询各个模块，认为有反馈消息的模块活着，数次未反馈的模块出现了故障。为了不中断语音、视频等流媒体的通信，这种消息通信需要在毫秒级交互，至少需要50毫秒级别甚至更短时间间隔的消息通信。

目前的消息通信方法主要有：

基于IP(Internet Protocol，互联网协议)广播，简单起见，可认为是IP广播，报文携带必要的模块信息在系统内广播；基于UDP(UserDatagram Protocol，用户数据协议)单播，创建专用的UDP端口，使用UDP报文携带模块信息通信。

IP广播属于网络安全模型中的第3层通信，即网络层通信；UDP单播属于网络安全模型中的第4层通信，即传输层通信。以UDP单播为例，其通信信息首先在应用层封装为消息，然后交给传输层增加UDP协议头，然后交给网络层增加IP头，然后交给数据链路层增加帧头，最后通过物理层发送。接收方收到上述信息后，按照相反顺序逐层解封装，最后得到原始的通信信息。封装和解封装过程，会产生大量的计算；封装过程导致的数据长度增长，会占用较多的网络带宽。因此，采用传统的消息通信方法进行系统保活，会产生较多的系统开销

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提供一种系统开销小的基于以太网组播的系统保活方法。从而避免通信过程中，信息多次封装导致的计算量增加和对网络带宽的过多占用。

(二)技术方案

本发明的基于以太网组播的系统保活方法，包括以下步骤：

S1：主控模块周期性地轮询子控模块，并根据子控模块的响应情况更新系统保活信息；

S2：备份子控模块替代所述故障子控模块；

S3：所述备份子控模块向所述主控模块报告状态，所述主控模块根据所述备份子控模块报告的状态更新系统保活信息。

优选地，所述主控模块和子控模块间通信帧符合以太网标准格式，所述通信帧包含帧头、帧类型、数据字段和校验信息。

优选地，所述帧头包含6字节的目的MAC地址，6字节的源MAC地址，4字节的PRI TAG字段和2字节的帧长度字段。

优选地，所述目的MAC地址为数据链路层地址0x01:80:c2:00:00:02～0x01:80:c2:00:00:2d中之一或者为0x01:80:c2:00:00:2f。

优选地，所述S2具体包括以下步骤：所述备份子控模块与所述故障子控模块在故障前周期性地执行握手通信，当握手通信中断时，所述备份子控模块认为所述故障子控模块出现故障，从而替代所述故障子控模块。

优选地，所述S2具体包括以下步骤：所述主控模块将故障信息发送给所述备份子控模块，所述备份子控模块替代所述故障子控模块。

优选地，所述S2具体包括以下步骤：所述主控模块周期性地将所述保活信息发送给所有备份子控模块，备份子控模块接收到自身对应子控模块的故障信息后，替代所述故障子控模块。

优选地，所述主控模块和子控模块均以主备竞争模式或者双活模式存在于所述系统中。

优选地，在所述S1之前还包括以下步骤：系统上电，激活所述主控模块和子控模块。

优选地，所述S1中，主控模块周期性地轮询子控模块具体包括：所述主控模块通过发送请求request组播通信帧周期性地轮询所述子控模块；

所述子控模块的响应情况包括：正常子控模块通过发送响应response单播通信帧响应所述轮询，故障子控模块不响应所述轮询。

(三)有益效果

本发明的基于以太网组播的系统保活方法，其通信过程属于数据链路层通信，其处理过程计算量小，占用网络带宽少，系统开销小。另外，以太网组播地址为标准MAC地址，具有明显特征，便于交换芯片和网卡硬件识别。

附图说明

图1是本发明实施例所述基于以太网组播的系统保活方法的流程图；

图2是本发明实施例所述方法中通信帧的数据结构图；

图3是本发明实施例所述方法中帧头的数据结构图；

图4是本发明实施例所述方法中数据字段的数据结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

机框局域网系统，通常由多个系统板卡模块组成。这些板卡模块大致可以划分为主控模块和子控模块，主控模块在实现本发明的基于以太网组播的系统保活方法过程中，主要负责系统中保活信息(如各板块模块是否在线、是否运行正常)的汇总，指令下发(如命令备用模块替代故障模块)和决策控制(如判断决策子控模块是否出现故障、是否需要发出告警)。在系统中一般会部署一个或者两个逻辑功能相同的主控模块。子控模块是用来实现具体逻辑功能(如语音信息的接收和转发、视频信息的接收和转发)的板卡模块，其负责提供保活信息，指令中继及执行，决策控制中继及执行。

图1是本发明所述基于以太网组播的系统保活方法的流程图，参见图1，其主要包括以下步骤：

在本步骤中，所述子控模块的响应情况为正常子控模块响应所述轮询，故障子控模块不响应所述轮询；

S2：备份子控模块替代所述故障子控模块；

所述S2和S3中，所述备份子控模块是指与所述故障子控模块对应的以主备竞争模式或者双活模式存在于所述系统中的子控模块。所述S2之前，主控模块还可以发出告警，并记录在系统日志中。

本发明的基于以太网组播的系统保活方法，在主控模块和子控模块的通信过程中，通信信息在应用层被封装为消息后直接交给数据链路层，经过数据链路层封装为帧，然后交给物理层发送给接收方；接收方按照相反的顺序逐层解封装得到上述信息。与传统的通信过程相比，发送过程减少了传输层和网络层的封装过程，接收过程相应减少传输层和网络层的解封装过程。并且，由于封装过程的减少，帧格式中少了IP头、TCP/UPD协议头。因此，本发明的基于以太网组播的系统保活方法，其通信过程计算量小，占用网络带宽少，系统开销小。

图2是本发明实施例所述通信帧的数据结构图，参见图2，优选地，所述主控模块和子控模块间通信帧符合以太网标准格式，所述通信帧包含帧头1、帧类型2、数据字段3和校验信息4。帧类型2写入固定值0xAA55，表示通信帧的内容与系统保活相关(以下将这种通信帧简称保活帧)。通信帧采用以太网标准格式，直接使用现有的以太网通信协议，便于本发明方案的推广。

图3是本发明实施例所述帧头的数据结构图，参见图3，优选地，所述帧头1包含6字节的目的MAC地址1.1，6字节的源MAC地址1.2，4字节的PRI TAG字段1.3和2字节的帧长度字段1.4。PRI TAG字段1.3中前两个字节为固定值0x8100；后两个字节中包括4比特的优先级字段和12比特的VLAN ID(虚拟局域网识别)字段。优先级字段的取值范围为0～7，可以根据系统定义取0或者7表示最高优先级，以确保保活帧在系统中优先传输；VLAN ID字段根据系统定义取值，当其取值为0时，表示无VLAN。帧长度字段1.4用于标识该通信帧的长度，其值为数据字段3的长度加上20个字节。

优选地，所述目的MAC地址1.1为数据链路层地址0x01:80:c2:00:00:02～0x01:80:c2:00:00:2d 中之一或者为0x01:80:c2:00:00:2f。MAC地址0x01:80:c2:00:00:02～0x01:80:c2:00:00:2f中，除0x01:80:c2:00:00:2e保留给链路汇聚协议使用外，其余地址可供本发明所述保活方法任意使用，方便了本发明方法的实施。

优选地，所述S2具体包括以下步骤：所述主控模块将故障信息发送给所述备份子控模块，所述备份子控模块替代所述故障子控模块。主控模块通过轮询获得保活信息后进行处理，视未响应的子控模块出现故障，并将对应的故障信息发送给相应的备份子控模块。

优选地，所述S2具体包括以下步骤：所述主控模块周期性地将所述保活信息发送给所有备份子控模块，备份子控模块接收到自身对应子控模块的故障信息后，替代所述故障子控模块。保活信息包括所有子控模块是否运行正常的状态信息，当备份子控模块接收到的信息显示，与自己以主备竞争或者双活模式存在的子控模块运行不正常时，备份子控模块视为收到自身对应子控模块的故障信息。

图4是本发明实施例所述数据字段3的数据结构图，参见图4，优选地，所述数据字段3包括一个或者多个消息3.1，所述消息3.1包括消息类型3.1.1、消息长度3.1.2和消息值3.1.3。本发明方法的通信帧中数据字段只包含消息3.1，无附加的IP头、TCP/UPD协议头等数据。因此，其通信帧中有效信息比率高，且没有多次的封装过程，减少了计算量和对网络带宽的占用。

优选地，所述消息类型3.1.1包括：request(请求)，response(响应)，report(报告)和command(命令)。本发明方法的消息类型包括但不限于request，response，report和command。总体来讲，消息类型较少，便于实施，系统开销小。

优选地，所述校验信息4为CRC32校验信息。采用CRC32校验方法对通信帧的数据进行校验，保证了帧中数据的准确度。

优选地，所述主控模块和子控模块均以主备竞争模式或者双活模式存在于所述系统中。主控模块以主备竞争模式存在于系统中，是指在系统中同时设置两个主控模块A和B，其中A处于启用状态，B处于备用状态，当A出现故障时，系统将A隔离，同时由B代替A完成系统任务。主控模块以双活模式存在于系统中，是指在系统中同时设置两个均处于启用状态的主控模块A和B，A和B分担系统任务，当A出现故障时，系统将A隔离，由B独立完成系统任务。子控模块按照与主控模块相似的主备竞争模式或者双活模式存在于系统中。其区别在于，在一个系统中会同时存在多个具有不同逻辑功能的子控模块。

优选地，所述S1中，主控模块周期性地轮询子控模块具体包括：所述主控模块通过发送请求request组播通信帧周期性地轮询所述子控模块；所述子控模块的响应情况包括：正常子控模块通过发送响应response单播通信帧响应所述轮询，故障子控模块不响应所述轮询。request组播通信帧是指以组播方式发送出的消息类型为request的通信帧；response单播通信帧是指以单播方式发送出的消息类型为response的通信帧。为了减少链路带宽的占用，正常子控模块在响应主控模块的轮询时，从接收到的request通信帧中提取源MAC地址，该源MAC地址为主控模块的MAC地址，以此MAC地址封装response通信帧。这是一个单播帧，点到点发送给主控模块。主控模块如果指定某个子控模块执行指令时，也可以向其发送单播帧，方式相同。单播帧与组播帧的区别在于目的MAC地址不同，前者为某个具体模块的MAC地址，后者为组播MAC地址。适当的使用单播帧进行通信可以有效减少对链路带宽的占用。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种基于以太网组播的系统保活方法，其特征在于，所述系统保活方法包括以下步骤：

S2：备份子控模块替代所述故障子控模块；

S3：所述备份子控模块向所述主控模块报告状态，所述主控模块根据所述备份子控模块报告的状态更新系统保活信息；

所述S1中，主控模块周期性地轮询子控模块具体包括：所述主控模块通过发送请求request组播通信帧周期性地轮询所述子控模块；

2.如权利要求1所述的系统保活方法，其特征在于，所述主控模块和子控模块间通信帧符合以太网标准格式，所述通信帧包含帧头、帧类型、数据字段和校验信息。

3.如权利要求2所述的系统保活方法，其特征在于，所述帧头包含6字节的目的MAC地址，6字节的源MAC地址，4字节的PRITAG字段和2字节的帧长度字段。

4.如权利要求3所述的系统保活方法，其特征在于，所述目的MAC地址为数据链路层地址0x01:80:c2:00:00:02～0x01:80:c2:00:00:2d中之一或者为0x01:80:c2:00:00:2f。

5.如权利要求1所述的系统保活方法，其特征在于，所述S2具体包括以下步骤：所述备份子控模块与所述故障子控模块在故障前周期性地执行握手通信，当握手通信中断时，所述备份子控模块认为所述故障子控模块出现故障，从而替代所述故障子控模块。

6.如权利要求1所述的系统保活方法，其特征在于，所述S2具体包括以下步骤：所述主控模块将故障信息发送给所述备份子控模块，所述备份子控模块替代所述故障子控模块。

7.如权利要求1所述的系统保活方法，其特征在于，所述S2具体包括以下步骤：所述主控模块周期性地将所述保活信息发送给所有备份子控模块，备份子控模块接收到自身对应子控模块的故障信息后，替代所述故障子控模块。

8.如权利要求1所述的系统保活方法，其特征在于，所述主控模块和子控模块均以主备竞争模式或者双活模式存在于所述系统中。

9.如权利要求1所述的系统保活方法，其特征在于，在所述S1之前还包括以下步骤：系统上电，激活所述主控模块和子控模块。