CN102119510A - 一种多路径网络 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于网桥、交换机、路由器、集线器或类似装置的多路径网络，该多路径网络包括大量网络端口；大量网络元件；和大量网络链路交互互联网络元件和网络端口以传输数据包，每个网络元件包括故障监测器以侦测网络元件连接的网络链路上的故障，大量动态可选择输出端口和输出端口选择机制并且每个网络元件适于经由能避开所述故障网络链路的那些网络元件通信故障存在返回至一个或多个其它网络元件，并且当所述故障存在通信被接收时每个网络元件适于更新所述输出端口选择机制这样只有避开了所述故障链路的输出端口动态可选择。同时提供一种多路径网络中管理故障的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种适于管理网络中发生故障的多路径网络和一种通过这种网络传输数据的方法。所述多路径网络和方法适用于，但不限定于，多处理器网络例如存储网络，数据中心和高性能运算。特别的，本发明适用于网桥、交换机、路由器、集线器和类似设备包括适配于IEEE802标准的数据帧分布或符合未来以太网标准的以太网设备。
背景技术
协议层
概念上，为了区分功能以太网络分为多个虚拟层。最常用和正式的标准化模型是开放系统互连(OSI)参考模型。详细描述该OSI参考模型的文章是HubertZimmermann撰写的《OSI参考模型-构建开放系统互联的ISO模型》(“OSIReference Model-The ISO Model of Architecture for Open Systems”)，IEEE通讯汇刊com-28卷1980年第4期(IEEE Transactions on Communications，Vol.COM-28，NO.4，April 1980)。该OSI参考模型包括网络系统功能不同的七层，如下：
1.物理层，负责物理信道连接。由那些涉及发送和接收信号的元件，典型的线路驱动器和线路接收器，信号编码/解码器和时钟组成。
2.数据链路层，提供服务允许终端站设备之间通过底层物理介质直接通讯。该层提供组帧，为物理层将设备信息分离成离散的传输或帧，封装更高层的包传输协议。给识别源和目的装置提供寻址。提供错误侦测以保证数据损坏不会传往更高层。
3.网络层，负责网际通信，通过网络在终端站之间路由信息包。其必须适应多重数据链路技术和拓扑使用各种协议，最常见的是网际协议(IP)。
4.传输层，负责端到端通信，防护传输时产生的问题影响上面各层，例如中断的数据、错误和由低层介质导致的乱序。该层为应用提供无错、有序的、可靠的信息传递服务，管理终端站之间的数据处理传递过程。传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP)是最常见的传输层协议。
5.会话层，负责建立应用之间的通信会话，处理认证和连接控制。
6.表示层，保证机器的不同数据表示得到解析。
7.应用层，提供通用功能允许用户应用通过网络通信。
为本申请的目的我们并不需要考虑传输层以上各层根据此处描述的方法应该的操作，如果执行良好，就能屏蔽更高层由其辖域及下层出的问题。
大型数据网络能通过成千上万的组件构建并且一些级别的故障不可避免。虽然网络协议设计为能容忍故障，产生错误的组件能够很容易地破坏网络的性能即使所述故障组件仅占整个网络硬件的很小一部分。破碎的焊接点或破损的连接通常能极大增加网络连接的错误率即使不完全破坏网络连接。某些方面这些具有极高错误率的连接比完全断开的连接更差由于其仅表现断断续续的问题当一个网络拓扑被赋值或当诊断程序运行并且工程资源对修复网络可用时这不明显。
传输层网络协议，例如TCP，引入稳定性至本来不稳定的网络基础构架。这些协议通过校验码例如循环冗余检验(CRC)、超时和重试达成其稳健性。然而，侦测一个错误并随后通过一个请求重发数据响应的开销非常大并且当传输介质的带宽增加时变得更大。如果错误发生在重发数据时则性能损失可能极大。
很偶然的错误可被接受提供的错误率足够低以使得重发的开销很低。已侦测网络内的一个错误将可能防止该错误再次发生。时常的一个断点或部分工作的连接反复地一遍又一遍地引入相同错误导致成千上万的重发其中仅一个应该发生。
大多数网络系统具有错误监控。这通常包括一个控制管理处理器或巡检或被网络硬件中断和随后标注网络一个部分中的一个错误已经被侦测。网络的一个新的一套路由随后被计算出来作为一个整体来路由通信量在损坏的网络连接周围直到其能被修复。
对于以太网络路由经由IEEE802.1D标准定义的一个附加协议计算。快速生成树协议(RSTP)和其取代的生成树协议(STP)，运行在数据链路层。其扩展目的是移除网络站之间的多个活动路径，避免循环，其导致许多问题。
如果在一个链路上一个错误或一系列错误被侦测到则一个管理代理程序可以决定指派与使用链路相关的一个非常高的使用率。使用率功能的改变可以重新调用该RSTP和该非常高使用率值将阻止由RSTP包含的链路。可选择地，所述管理代理程序可以禁用所述链路，再次调用所述RSTP并且这次防止包含所述链路进该新路由中。
使用RSTP会有一些问题。RSTP重新调用网络将占用许多毫秒。对于一个非常大的网络将会是几十或上百个毫秒。同时当网络重构数据包时可能乱序抵达，被网络重复或丢失。再次，对于一个非常大的网络，这将会极具破坏性导致不同会话的许多重发。
在数据链路层及其上执行网络服务的装置叫做站。物理层因为不能通过协议寻址而排除在该定义之外。通常有两种形式的站：
1、终端站，是穿过网络的网络数据通信的最终源或目的地。
2、中间站，转发由终端站产生的位于源和目的之间的网络数据。
位于数据链路层完成转发的中间站通常叫做网桥；位于网络层转发的站通常叫做路由器。
网络数据切分成由协议定义的片段。这联合，层特有的协议数据单元(PDU)，其大体上由一个报头和包含有效载荷数据的报文组成，然后向下传过协议堆栈。在以太网物理层PDU常称为流；在以太网数据链路层PDU通常称为帧；在以太网网络层PDU通常称为数据包；在传输层PDU通常称为数据段或报文。
PDU在物理以太网硬件传输之前被封装。每一封装包含对一特定OSI层的信息，以太网数据流封装成帧其依次封装成数据包其封装成报文等等。这些封装，包含了报头和有效载荷，最后传过网络构架并路由至目的地。
一些网络使用自适应路由其为一种有效提高繁忙网络整体吞吐量的方法。自适应路由在网络从入站端口至出站端口之间存在多个路由时占有优势。具有多个路由允许数据避开拥塞热点传过网络。多路径同样增加网络容错性，允许一个内部网络构架链路禁用同时仍然提供从入站端口至出站端口的连接。
图1示意性地示出了一个简单的传统多路径网络。左边和右边的方形分别代表了入站和出站端口2。圆圈代表了网络交叉开关1并且线条代表交互互联链路，PDU将通过该链路传过网络。在这个例子中每个网络交叉开关1只有三个输入端口和三个输出端口2。典型网络交叉开关具有比这个例子更多的端口并且这一机制在更多数量交叉开关上一样运行良好。图2示出了传统网络交叉开关1的一个例子。
在图示的例子中，一个简单的自适应路由方法可以是在第一交换阶段没有被另一个通信量流使用的链路中随机选择路由。这形成的自适应路由通常为饱和网络通信量部分提高期望的整体吞吐量但不会受控并且仍可能导致在第二和第三交换状态之间的一些空闲链路和一些过繁忙链路。
相关技术说明
在US2007/022183中描述了一种在一个容错网络上管理节点的方法。该方法要求一个交换在网络信道上至最终通信量和一个网络管理以在一个不同的信道上重新路由该通信量。此处描述的由该网络管理程序的重新路由，特别是当该网络具有大量节点和链路时，将经历与之前描述相同问题经历根据由该管理程序重新评价网络的过程中可预见的延迟。
本发明寻求克服传统多路径网络遇到的问题并特别寻求提供一种容错网络。
发明内容
本发明提供一种用于网桥、交换机、路由器、集线器或类似装置的多路径网络，该多路径网络包括大量网络端口；大量网络元件；和大量网络链路交互互联所述网络元件和所述网络端口以传输数据包，每个网络元件包括一个故障监测器以侦测网络元件连接的网络链路上的故障，大量动态可选择输出端口和输出端口选择机制并且每个网络元件适于经由能避开所述故障网络链路的那些网络元件通信故障存在返回至一个或多个其它网络元件，并且当所述故障存在通信被接收时每个网络元件适于更新所述输出端口选择机制这样只有避开了所述故障链路的输出端口动态可选择。
在一个具体实施例中每个网络元件的所述故障检测器适于侦测输入网络元件的数据包内容中的损坏并且该网络元件适于通信由损坏数据包触发的故障存在信号沿该数据包先前传过网络至其损坏点的路径返回。
当通信该故障存在信号时，网络元件可以适于签发一个故障通信其包括识别仅一个其它网络元件，在该先前数据包至其损坏点路由中，其要求更新各自的输出端口选择机制以为了绕开故障网络链路。
替代地，当通信该故障存在信号时，该网络元件可以适于签发一个故障通信其包括识别该签发故障通信的网络元件，并且该网络元件可以适于基于该签发故障通讯的网络元件决定其各自输出端口选择机制是否需要更新。
在任一实施例中，一个算法分析可被用于识别一个必须更新其输出端口选择机制的其它网络元件以确保该故障网络链路在以后被绕过。
进一步，在一个具体实施例中该网络元件可以适于通过包括一个错误警告的传输认证通信一个故障存在每当一个损坏数据包抵达时。
理想地，该输出端口选择机制包括一个端口选择寄存器在其中存储对于动态选择可用的与网络端口目的地相关的输出端口和，接收与该故障存在相关通信的响应，该网络元件可适于从端口选择寄存器取消由该损坏数据包使用的先前输出端口。
每个网络元件可以包括大量端口选择寄存器在其中网络端口目的地分布在端口选择寄存器中，这样，响应一个关于故障存在通信的接收，由损坏数据包使用的先前输出端口仅在端口选择寄存器中取消其中该输出端口与损坏数据包的网络端口目的地相关。
在另一个具体实施例中每个网络元件具有大量输入端口并且每个输入端口分配有各自的一个或多个端口选择寄存器。
对于每个网络元件还希望适于在一个预定时间段以后重新启用在端口选择寄存器中的先前取消的一个输出端口。
本发明另一不同目的是提供一种在多路径网络中管理故障的方法，该网络具有大量网络端口，大量网络元件，该网络元件具有大量动态可选择输出端口和输出端口选择机制；和大量网络链路监护互联该网络元件和该网络端口以传输数据包，所述方法包括步骤：监测网络链路上的故障；从侦测到故障的网络元件通信故障存在返回至一个或多个其它网络元件经由能避开该故障的网络链路；和更新所述一个或多个其它网络元件的交换端口选择机制这样仅保证能绕开该故障网络链路的交换端口动态可选择。
优选的，监测故障的步骤包括检查输入网络元件的数据包内容的损坏和由损坏数据包出发的故障存在通信沿数据包先前传过网络至其损坏点的路径返回。
当故障存在被通信，一个故障通信可以被签发其包括识别仅一个其它网络元件，在该数据包先前传至其损坏点的路径中，其要求更新各自输出端口选择机制以为了避开该故障网络链路。
可选地，当故障存在被通信，一个故障通信可被签发其包括识别该签发所述故障通信的网络元件，这样其它网络元件要求更新其输出端口选择机制基于该签发了故障通信的网络元件识别其自身。
理想地，一个算法分析用于识别一个必须更新其输出端口选择机制的其它网络元件以确保该故障网络链路在以后被绕过。
在一个具体实施例中通过包括一个错误警告的传输认证通信一个故障存在每当一个损坏数据包抵达时。
该输出端口选择机制可包括一个端口选择寄存器在其中存储对于动态选择可用的与网络端口目的地相关的输出端口这样，响应接收与该故障存在相关通信，由该损坏数据包使用的先前输出端口可从该端口选择寄存器取消。
优选地，每个网络元件包括大量端口选择寄存器在其中网络端口目的地分布在端口选择寄存器中，这样，响应一个关于故障存在通信的接收，由损坏数据包使用的先前输出端口仅在端口选择寄存器中取消其中该输出端口与损坏数据包的网络端口目的地相关
每个网络元件可具有大量输入端口和位于每个输入端口的一个或多个端口寄存器副本。
同时，在一个预定时间段之后一个先前取消的在该端口选择寄存器内的输出端口可以重新启用。
因此本发明提供一个网络具有间发故障容错并使得链路最大化使用同时仅发生微小错误率同时在同一时间从剩余无错误网络中最大达可用带宽。
此外，本发明避免需要一个超级管理程序，与网络中单个网络元件分离，并避免整个网络在任何发现故障的时候需要重新评价。替代地，故障存在直接从发现故障的网络元件仅通信至经由该故障网络链路最近发送数据包的网络元件。
前述和其它目的、方面和优点将接合附图通过以下本发明的一具体实施例的详细描述得到更好的理解，附图中：
附图说明
图1示出了一个传统多路径网络；
图2示出了图1中的一个传统的交叉开关；
图3示意性地示出了一个包括根据本发明的多路径网络的以太网桥；
图4是图3中根据本发明的多路径网络的示意图；
图5是图4中的多路径网络示出了一条穿过网络遭遇故障的路由的示意图；
图6是通过一个网络链路交互互联的两个网络元件的边缘的示意图，根据本发明
图7示也是根据本发明的一个大型多路径网络的示意图；
图8是图6中多路径网络的示意图示出了传过网络遭遇故障的一个路由；和
图9是图6中多路径网络但是具有不同故障的示意图。
具体实施方式
此处描述的在多路径网络中管理故障的方法可应用于任何从源或入站端口至目的地或出站端口具有多个路由的网络允许动态路由PDU传过网络。此外，以下给出的所有例子为了增加示意图的清楚性示出的单向链路但是该机制对于全双工链路同样有效。
一个非常大的多端口，多阶段网桥构架交换可具有上千网络链路并且任一个所述链路是错误的潜在源。此处描述的方法可以允许非常偶然的错误损坏路由传过网络的PDU的数据，提供有通过CRC侦测该错误，但是所述方法防止链路在错误发生于许多分开的PDU之后持续产生错误。
下面描述的以太网网桥或路由器引入一个附加的协议层，此处指的是“封装层”(Encapsulation Layer)，其处于标准OSI模型的物理层和数据链路层之间能够封装网络层和数据链路层的协议数据单元。
在本申请文本内容中中间站的定义延伸至包括能够转发附加协议层此处所指的封装层封装的数据包的站。此处提到的这种类型的站是网桥构架或网络构架。一个多端口网桥构架可通过一系列通过网桥构架交换链接(BFSLs)交互互联的网桥构架交换(BFSs)来实现。
完成封装进一个PDU中，也是英国专利申请号0807937.8共同的未决问题，此处引入该专利文献全文内容作为参考，并且此处其提及为“构架协议数据单元”(FPDU)，避免了修改下层PDU数据帧报头或报尾的需求，从而移出了重新计算循环冗余码校验(CRC)或其它基于数据帧内容的传递信息的花销。FPDU用来实现数据传输，认证和流控制机制。FPDU进一步用来对于大型，高性能，可升级的以太网络提供许多其它吸引人的特性。
图3示出的以太网桥或路由器1可以连接至大量的分离的以太网站2并执行封装网络层和数据链路层的PDU进FPDU。所述以太网桥1大体上包括连接有大量以太网端口3(图中为了清楚只示出了其中一个)的一多路径网络10其中每一端口单独连接至一以太网站2。所述以太网端口3按传统设计并且每个包括与以太网站建立数据连接的手段、一接收手段或输入4以实现以太网接收功能和一传输装置或输出5以实现以太网传输功能。
所述以太网端口3连接至提供传统功能例如数据包缓冲6的一网络界面7。然而，所述网络界面7还包括一以太网PDU封装器8，该封装器连接上述网络界面7至网络10的入站端口(图中未示出)并且一以太网PDU解封装器9连接至网络10的出站端口(图中未示出)返回至上述以太网端口3。所述以太网PDU封装器8执行封装层协议从而产生上述FPDU。理想的所述以太网桥1的每个端口3均分别具有各自的网络界面7各自的以太网PDU封装器8和各自的以太网PDU解封装器9。
所述网络10，是专有的多路径网络，包括大量交互互联的网络元件18此处为网桥构架交换(BFSs)通过网络链路17按网桥构架交换链接(BFSLs)形式交互互联。每个BFSL17为优选的双向(全双工)连接。沿每一方向传递的数据和认证以及沿一方向的数据流控制状态数据可以和BFSL反向传递的数据多路复用。如之前提及，图4中示出的所述多路径网络10仅由九个BFSs18组成。当然，在大型网络中将具有更多的BFSs并且一个数据包传过网络10在抵达网络10的出口之前将经过许多BFSs18和BFSLs17。此处网络数据包传输通过网络构架是指作为构架协议数据单元(FPDU)并且这些相当于封装的以太网PDUs。图4中的方形A至I代表入站端口2方形R至Z代表出站端口。每一个圆形1至9是一个BFS18并且箭头线是单向BFSLs17。该网络中每个BFS只有三个输入端口和三个输出端口其给定数量仅为三个。实际网络通常由具有更多数量或许16个或更多的BFSs构建而成。示出的网络分配较少数量的BFSs是为了图示清楚。
虽然每个BFS具有数量为三个，图4中示出的所述多路径网络10仍具有足够丰富度以允许自修复发生。每个入站端口2具有三个至任一出站端口可能的连接。因此，一个FPDU从任一入站端口移动至任一出站端口能经过三个BFSs4、5或6中的任意一个。如果任何一个中间BFSLs故障，则两个其它路由存在以运送FPDUs传过整个网桥。
此处描述的多路径网络假定存在一个反向认证控制流。这是一个很小量的控制信息用于指示在转发方向成功传输批量数据。这种控制信息可以通过使用附加旁带信号提供或通过从全双工BFSL17的反向偷用很小量的带宽来实现。多路径网络10的BFSs18适于确保每个控制认证自动路由沿其认证的FPDU使用的路径返回。所述控制认证用于在返回或认证路径确认FPDU经由那个BFS路径传输更新每个BFS状态。
通过发送FPDUs传输信号至其出站端口，在其它情况下动态路由的多路径网络中所述反向认证控制流用于提供控制数据包次序。如果一个数据流不得不改变以缓解拥塞，例如，则新FPDUs不会在一个新路由的链路上释放直到所有与数据沿旧路由传输相关的认证被网络将改变路由发生的点接收。附加地，所述反向认证其自身提供为通信重新路由信息返回至网络中较早阶段或者启用一个数据流重定位至较少拥塞链路或者避开故障链路的手段。
参看图4可以发现具有三个交换阶段标记为第一、第二和第三。第二和第三阶段将FPDUs指向预期出站端口。第一阶段可以用于动态路由FPDUs至任一第二交换阶段的BFSs。如果一个错误或一系列错误发生在位于第一和第二交换阶段的任一BFSLs上则该错误将会由连接至位于第二交换阶段BFSL的BFS通过传统的CRC手段侦测到。位于第一交换阶段连接至该BFSL的产生错误的BFS则通过一个附加于传统认证的错误类别以指示问题的手段使用反向认证控制流通知该问题。发生故障的BFSL则能从由位于第一交换阶段所述BFS的合理选择使用作为将来从第一交换阶段至第二交换阶段的动态路由选择中排除。如果一个错误发生在第二和第三交换阶段则通过改变初始动态交换阶段也能避免。
图5示出了图4中从入站端口A至出站端口W的一个传过网络的路径其中错误发生在BFS6和BFS8之间的BFSL上。如果没有发现错误则从A至W的正常FPDUs流将，也就是说，产生一个认证流从W返回至A。然而，在图5示出的例子中一些从BFS6至BFS8的FPDUs被损坏。这由BFS8侦测到当其接收FPDUs由于从FPDU报文产生的CRC与接收的附加至结尾FPDU的CRC不相匹配。已识别错误，则BFS8签发一个错误认证经由涉及转发现已损坏的FPDU路由上的每个BFSs返回至入站端口A。因此，BFS1将可见这一错误认证并动作以将BFS6从至出站端口W抵达合理连接中移除。
参看图5能发现如果连接经过BFS6则从入站端口A、B或C至出站端口U、V或W的任何连接均会遇到问题。事实上这是真的对于任一入站端口经由BFS6试图连接出站端口U、V或W。
简单的解决位于BFS6和BFS8之间的BFSL上错误的方案是避免发送任何数据至BFS6。然而由于从BFS6向BFS7和BFS9发送数据仍然可行所以这种方式是低效的。最复杂的解决方案是允许从第一交换级别提供的最终出站端口不包括出站端口U、V或W的FPDU传输至BFS6。仅具有九个出站端口的网络这是一个比较复杂的解决方案识别精确的出站端口以避免BFS6和BFS8之间的BFSL还是可以预期的。但是，当网络具有上千出站端口的状态需要识别精确的出站端口以避免所有具有断开BFSL的BFS就变得过量了。另一方面，该简单解决方案仅避免发送任何数据指向可能使用断开BFSL将阻止比合理更多的整体网络带宽。
在一个非常大的网络中将具有许多入口至出口不频繁发生的连接。由于认证控制流仅为那些位于原始FPDU的路径上的BFSs携带错误信息，则有些BFSs不会被通知问题并且将经由应该避免的BFSL动态路由FPDU，直到它们也接收到一个错误认证。在图5中，例如，如果入站端口D、E和F不恰巧需要发送任何FPDUs至任何端口U、V和W则BFS2将不会从BFS6接收任何错误认证并且结果将不会触发以将BFS6从动态路由的合理选择中排除。因此，所有至其它出站端口的连接将继续合理使用BFS6。
为最小化动态路由的限制同时确保网络故障链路能可靠避开，每个网络输入端口赋予其自己的为动态路由选择可接受的输出端口掩码。则如果输入端口D，例如，具有与任一出站端口U、V或W的会话并且因此发现BFS6需要被排除，网络入站端口E和F仍然不知道错误仍允许使用BFs6因为它们没有从位于BFS6和BFS8之间的BFSL发送FPDUs。
如图6所示，动态路由掩码优选以一个或多个寄存器12的形式执行，入站端口缓冲21之外，在每个BFS上。每个寄存器12识别与一个活多个自适应选择交换输出端口相关的一组网络端口目的地。在寄存器设置一个位禁用或取消为那个网络端口组的交换输出端口的动态选择。理想地，路由表对于BFS的每个输入端口可复制以为了简化BFS设计中间计时。
根据此处描述的故障管理方法大量动态路由掩码可以签发至每个输入端口伴随每个动态路由掩码对一个特定范围的出站端口敏感。通过使用多个独立掩码禁用一个自适应BFSLs直接与涉及的掩码数量相关的影响进一步降低。例如，如果每个输入分配八个掩码则仅当该指向FPDUs至出站端口的输入在包括故障链路范围内时输出端口的BFS中的一个禁用。因此输出端口的改变禁用通过因子8减少。
之前的例子示出了具有两级目的地交换和一级自适应交换的多路径网络。此处描述的多路径网络在更多级别交换时也能运行良好。图7示出了一个具有三级目的地交换(BFS9至20)和两级自适应交换(BFS1至8)。然而，为了图示清楚这些交换的数量被减少。
参看图7能发现图示的网络是对称的。对称不是此处描述的多路径网络的必要因素但是对称能简化该容错方法的执行。这种对称能用于识别网络中一个交换必须改变以避免故障的地点。一个内部故障可能发生在任何交换阶段之间的任何BFSLs上。如果故障BFSL连接至一个自适应BFS的输出则该自适应BFS能简单地在该BFSL上不转发任何数据。这通过从该BFS的任何动态路由连接中可用的BFS端口输出中排除该BFSL来实现。参看图7自适应交换为第一和第二交换阶段(BFS1至8)。这样位于第一和第二交换阶段的故障在第一层BFSs上避开并且位于第二和第三交换阶段的故障在第二交换阶段避开。
图8也是示出了位于第三和第四交换层的从入站端口D至出站端口T的连接上的故障。在图8中很清楚正确位置以调整动态路由选择以确保避开BFS6上该断开的或故障的BFSL。在这个例子中这将导致从端口D移向T的FPDUs经过BFS10而替代BFS12。
在图9中示出了位于第四和第五交换层之间从入站端口D至出站端口T的一个连接的BFSL上的故障。在这个例子中该故障仅能通过强制FPDUs从BFS13进入BFS17来避开。因此改变BFS6的输出端口没有作用。唯一强迫数据抵达正确链路的方式是改变至BFS2的其它输出端口。
这些示出的简单算法方案的例子能用于识别自适应BFS当不得不做出改变以避免故障。如果网络具有图7中示出的对称性则当在接近出站端口的交换阶段上一个故障被侦测到则在接近入站端口的交换阶段上的自适应掩码必须调整。如果故障位于第二BFS至出站则位于第二接近BFS至入站的自适应掩码必须改变。如果网络具有更多阶段则这一规则能继续使用但是具有第三接近或第四接近等等。这些规则对于具有不同数量阶段、不同对称性、不同数量端口和不同关联度的网络同样适用。即使当网络具有完全不同的拓扑，相似规则，在拓扑中反映不同，也能识别以找到适当的BFSs当路由改变必须做出通过调整相关动态路由掩码时。
在替代方案中，当然对于每个BFS包括能识别BFS的相关在动态路由掩码中将禁用的输出端口的多路径网络映射是可能的。
因此包括错误类型的认证也携带一个参数值。该参数值用于识别自适应交换级别其能对认证的错误做出适当反应并调整其动态路由掩码以反应网络故障。侦测故障的BFS用其自身在网络中位置为错误认证产生一个合适参数值。该认证传过网络返回并且，不同于其通常认证功能，被所有其经过的非自适应BFS忽略。该具有错误类型和参数值的认证还被不匹配参数值的自适应BFSs忽略。最后该认证在具有匹配参数值或网络级别的自适应交换处被接收。与该认证相关的自适应交换通过禁用动态选择与避开的BFSL相关的该BFS的输出端口。这是FPDU输出的端口也是认证被接收的端口。输出端口通过在自适应交换的FPDU接收的入站端口的动态路由掩码中设置相关数据位禁用。
当使用大量动态选择掩码的地方，禁用该端口的动态选择仅用在特定于该被故障链路影响的端口的一个掩码或路由表中。
当该错误认证被接收，FPDU数据流停止直到所有FPDU的认证被接收。一些或所有先前发送数据的最后一个认证信号将或者从出站端口发出或者在故障BFSL上完全丢失。从出站端口发送的一些数据可能被该故障BFSL损坏。期望的是这一数据将可能被OSI参考模型堆栈的更高层请求重发。由于传统方法的重新发送损坏或丢失PDUs可以实施此处对这点没有详细描述。一旦最后的认证被接收一个新的自适应选择能为新的FPDUs做出，使用新的掩码值，并且这些新FPDUs将在一个不同的输出端口发送将不再抵达该故障BFSL。
由数量为2的BFS构建的网络上的故障的影响非常高伴随从丢失的交换阶段一半的带宽。通常由BFS构建的网络具有更多数量可能是8或16。此处从相应的BFS对于带宽故障的影响从1/2减小至1/8或1/16。
此处描述的方法自动从动态路由选择掩盖输出交换端口。这确保非常少的数据损坏并且一旦故障被发现该断开的BFSL被所有新网络通信量从传过该故障链路的具有先前发送通信量的BFSs中忽略。
故障可能由许多原因发生。一些故障持续直到硬件被替换。一些故障由电缆没有插上产生并可能重新插好。偶然地一次性难追踪的软件故障将产生。在具有的错误率处于足够低比率不会影响整体系统性能的大型网络中非常低的错误率是可接受的。当响应具有错误类型的认证时，BFS自动在动态路由掩码中设置数据位以重新路由FPDU避开故障BFSL。这些数据位能通过相关的控制管理处理器清除或以一个非常低的频率以重新启用该故障BFSLs形成该BFS的一部分，例如每隔30秒。如果该故障持久则该数据位将简单地重新设置虽然这可能花费一些时间由于网络通信量模式可能改变这样从该自适应BFS至故障BFSL的会话不再发生。如果该故障时暂时的则该BFSL将仅仅重新启用并且其带宽对整个构架带宽做贡献。
此处描述的故障管理方法为传统静态禁用网络链路最小化网络上的故障对带宽丢失的影响提供一个极大的改进。
如之前提及，如果所述多路径网络由全双工BFSL构建则一个方向的错误侦测能在其它方向报告。这能通过在返回路径上返回指示侦测错误存在的认证来实现。如果错误率足够高，整个链路可能被接收错误的最后链路禁用。若干传统协议存在以允许全双工链路的最后一个协定一个合适的备用级别。发现一个故障该链路可能降低并且通常链路提高初始的协定进程。如果另一错误发生则如果该错误持续整个进程可能无限期重复。优选地，如果在一个方向侦测到错误一个故障BFSL被认定每个方向均断开。由于可能接收到非常偶然的错误，在一个故障管理方法的具体实施例中若干连续的错误必须在BFSL被认为不可用之前接收。此外，将定该BFSL总是接收有效数据或控制令牌因此如果情况并非如此一个BFSL应该也被认为断开。
根据此处描述的执行动态路由的多路径网络，提供了FPDUs通过网络传输保持数据包次序的手段。此处描述的适于在具有此处描述的多路径网络中执行网络中数据包排序的一个适于实施的例子可以在英国专利申请号0808862.7中找到，其内容此处合并作为参考。
此处描述的多路径网络真实可扩展的提供从256个或稍微少些的端口至48000个端口或更多。一个使用此处描述方法和装置的单独以太网桥或路由器与传统网桥相比能够提供极大增强的可连接性。例如，目前最大的10吉位(Gbe)以太网桥(结构模块化的)仅提供288个端口。根据本发明的网络，一个能运行在10Gbe或更高的单独以太网桥能提供，例如，48000个端口。
虽然此处对以太网桥或路由器做出参考它将，当然，显而易见的本发明可用于任何在网络的输入和输出之间传输数据包的多路径网络。同时，虽然该多路径网络被描述为全双工链路，所述链路可替代为包括具有旁带以允许认证令牌和标签沿相反方向传输的半双工链路。
虽然本发明被描述为具有特定的多路径网络，它将，当然，显而易见地本发明能用于任何执行动态路由的多路径网络，例如自适应路由。此外，本发明能等同用于网络拓扑结构与此处图示不同涉及不同数量网络元件和不同度和不同交互互联布置。同时本发明不限制于在通过网络传输数据包时使用封装的网络构架。
可理解的，由此，对本领域技术人员来说对本发明具体实施例以及本发明的基本原则和此处描述的特征进行各种各样的修改是显而易见的。因此，本发明并不限于示出的具体实施例并且上述修改和变体仍落入随附的权利要求的精神和范围之内。
Claims (21)
1.一种用于网桥、交换机、路由器、集线器或类似设备的多路径网络，所述多路径网络包括大量网络端口；大量网络元件；和大量网络链路交互互联所述网络元件和所述网络端口以传输数据包，每个网络元件包括一个故障监视器以侦测该网络元件连接的网络链路上的故障，大量动态可选择输出端口和输出端口选择机制并且每个网络元件适于经由那些绕过该故障网络链路的网络元件通信故障存在返回至一个或多个其它网络元件，并且当通信故障存在被接收时每个网络元件适于更新输出端口选择机制这样仅确保故障网络链路被绕过的输出端口动态可选择。
2.如权利要求1所述的多路径网络，其中每个网络元件的所述故障监视器适于侦测输入至所述网络元件的数据包内容的损坏并且其中所述网络元件适于沿所述数据包先前传过网络至其损坏点的路径反向通信由数据包损坏触发的故障存在。
3.如权利要求2所述的多路径网络，其中当通信故障存在时，所述网络元件适于签发一个包括标识仅一个其他网络元件的故障通信，在所属数据包先前传输至其损坏点的路径中，其要求更新各自输出端口选择机制以为了绕开所述故障网络链路。
4.如权利要求2所述的多路径网络，其中，当通信故障存在时，网络元件适于签发一个包括标识该签发所述故障通信的网络元件的故障通信，并且其中所述网络元件适于基于该签发了故障通信的网络元件决定各自输出端口选择及时是否要求更新。
5.如权利要求3或4所述的多路径网络，其中使用一个算法分析所述网络元件适于识别必须更新其自身输出端口选择机制以确保故障网络连接在未来被绕过的所述一个其他网络元件。
6.如权利要2-5任一所述的多路径网络，其中网络元件适于通过每当一个损坏数据包被接收时包括一个错误警告进一个传输认证来通信故障存在。
7.如权利要求2-6任一所述的多路径网络，其中所述输出端口选择机制包括一个端口寄存器在其中存储由对于动态选择可用的与网络端口目的地相关的输出端口并且其中，响应接收与故障存在相关通信，所述网络元件适于从选择寄存器中取消损坏数据包先前使用的输出端口。
8.如权利要求7所述的多路径网络，其中每个网络元件包括大量端口选择寄存器其中网络端口目的地分布在端口选择寄存器中，并且其中，响应接收关于故障存在的通信，损坏数据包先前使用的输出端口仅从与输出端口与损坏数据包的网络端口目的地相关的端口选择寄存器中取消。
9.如权利要求7或8所述的多路径网络，其中每个网络元件具有大量输入端口并且每个输入端口分配有各自的一个或多个端口选择寄存器。
10.如权利要求7-9任一所述的多路径网络，其中每个网络元件适于在一个预定时间段之后重新启用端口选择寄存器中一个先前取消的输出端口。
11.一种在多路径网络中管理故障的方法，所述多路径网络具有大量网络端口，大量网络元件，所述网络元件具有大量动态可选择的输出端口和输出端口选择机制；和大量网络网络链路交互互联所述网络元件和所述网络端口以传输数据包，该方法包括步骤：
在网络链路上监测故障；
从一个侦测到故障的网络元件通信故障存在经由能绕开该故障网络链路返回至一个或多个其它网络元件；和
更新所述一个或多个其它网络元件的交换选择机制这样仅确保能绕开该故障网络链路的交换端口动态可选择。
12.如权利要求11所述的故障管理方法，其中所述监测故障的步骤包括在输入值网络元件的数据包的内容中检查损坏并且其中由损坏数据包触发的故障存在沿该数据包先前传过网络至其损坏点的路径通信返回。
13.如权利要求12所述的故障管理方法，其中，当故障存在已通信，一个包括标识仅一个其它网络元件的故障通信信号被签发，在所述数据包先前传至其损坏点的路径中，其要求更新各自的输出端口选择机制以为了绕开该故障网络链路。
14.如权利要求12所述的故障管理方法，其中，当故障存在已通信，一个包括标识该签发故障通信信号的网络元件的故障通信信号被签发，并且其中要求更新其输出端口选择机制的所述其它网络元件基于该签发了故障通信信号的网络元件标识其自身。
15.如权利要求13或14所述的故障管理方法，其中一个算法分析用来识别必须更新其输出端口选择机制以确保该故障网络链路在未来被绕开的所述一个其它网络元件。
16.如权利要求12-15任一所述的故障管理方法，其中每当接收到一个损坏数据包时故障存在通过包括一个错误警告进一个传输认证来通信。
17.如权利要求12-16任一所述的故障管理方法，其中所述输出端口选择机制包括一个端口选择寄存器其中存储对于动态选择可用的与网络段偶目的地相关的输出端口并且其中，响应接收与故障存在相关的通信，一个由损坏数据包先前使用的输出端口从所述端口选择寄存器取消。
18.如权利要求17所述的故障管理方法，其中每个网络元件包括大量端口选择寄存器其中网络端口目的地分布在端口选择寄存器中，并且其中，响应接收与故障存在相关的通信，损坏数据包先前使用的输出端口仅从输出端口与损坏数据包的网络端口目的地相关的端口寄存器中取消。
19.如权利要求17或18所述的故障管理方法，其中每个网络元件具有大量输入端口并且一个或多个端口选择寄存器在每个输入端口复制。
20.如权利要求17-19任一所述的故障管理方法，其中在一个预定时间段之后一个先前从端口选择寄存器取消的输出端口重新启用。
21.一种以太网桥包括如权利要求1-10任一所述的多路径网络。
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