CN102461120A - 用于实现多个物理双宿设备的控制的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种环控制协议被用来为多个物理双宿设备建立单独的控制面，以使得双宿设备的集合能够通过单个地址对表示到所附接的路由以太网中。网关设备对通过的环控制分组进行分析以创建数据分组到路由以太网的直接映射。因此，虽然所述双宿设备从控制的观点被视为环，但是数据路径被实现为直接的，从而数据分组继续从所述双宿设备直接流向每个所附接的网关设备。在一个实施例中，每个网关设备实现虚拟交换机并且将所述虚拟交换机的MAC地址而不是每个所附接的以太交换机单元的MAC地址广播到路由以太网中。

Description

用于实现多个物理双宿设备的控制的方法和装置

技术领域

本发明涉及通信网络，且尤其涉及一种用于实现多个物理双宿（dual homed）设备的控制的方法和装置。

背景技术

数据通信网络可以包括各种交换机、路由器、集线器以及被耦合并配置为在网络上接收数据并转发所述数据的其它设备。这些设备在这里将被称作“网络元件”。网络元件通常并不是数据的消费者，而是被用来接收和转发数据以使得数据可以穿过网络。通过使得网络元件彼此之间能够在通信链路上传送诸如帧、分组、信元或分段之类的协议数据单元而经网络传输数据。当特定的协议数据单元在网络上在其源和目的地之间行进时，该特定的协议数据单元可以由多个网络元件并跨多个通信链路进行处理。

通信网络上的各种网络元件使用这里称之为协议的预定义的规则集合相互通信。不同的协议被用来管理通信的不同方面，诸如应当如何形成信号以便在网络元件之间进行传输，协议数据单元看上去应当如何的各个方面，协议数据单元应当如何处理或者如何由网络元件通过网络进行路由，以及诸如路由信息之类的信息应当如何在网络元件之间进行交换。

网络服务提供商通常将实现一个或多个数据中心以使得消费者能够连接到诸如因特网之类的通信网络。同样，在企业中，可以使用数据中心来容纳服务器，所述服务器使得用户能够连接到企业网络或者其在网络上提供其它服务。示例性的服务包括数据库服务、电子邮件服务等。

在数据中心中，大量服务器（例如，24台服务器）可以被容纳在机架中并且连接到以太网交换机单元，所述以太网交换机单元将所述服务器连接到通信网络。典型地，所述以太网交换机单元将与服务器的机架共置一处（co-locate）。所述以太网交换机单元接着将连接到大型网关交换机，所述大型网关交换机将把所述以太网交换机单元连接到诸如路由以太网之类的更高带宽的网络。

图1示出了示例性的数据中心，其中服务器10连接到一个或多个以太网交换机单元12，所述以太网交换机单元12继而连接到网关14。网关14提供到路由以太网16的连接性。所述以太网交换机单元通常被双宿到一对网关交换机，从而如果一个网关交换机出现故障，另一个网关能够承担将业务转发到路由以太网的职责。例如，在图1中，每个以太网交换机单元12连接到两个不同网关（例如，双宿）到一对网关交换机14。所述网关交换机可以单独承担将特定ESU表示到路由以太网中的职责，或者可替换地，可以通过将从ESU到网关的链路视为分割的多链路干线而共同将ESU表示到路由以太网中。

虽然可能设想链中的多个ESU被连接到一对网关节点，但是这样的配置易受多种故障影响。因此，需要单独交换机直接到网关的双宿，原因在于该配置不易受故障影响。

大型数据中心可能需要数万个到数十万个服务器的通信的第二层连接性。为了使得这种配置能够进行缩放，要考虑的关键量度之一是网关需要向路由以太网中通告MAC地址的数量以表示对向（subtending）服务器集合。特别地，当ESU直接连接到网关时，所述网关将需要通告ESU经由其到达路由以太网的端口的MAC地址。正常情况下，随着以太网交换机单元数量的增加，相关联的端口数量以及因此被通告到路由以太网（例如使用802.1aq最短路径主干桥接所实现的以太网，不过这也可以应用于802.1ah生成树控制的以太网）中的MAC地址的数量对于维护核心而言会变得过多且昂贵。因此，提供一种方式来减少需要通告到路由以太网中的MAC地址的数量将是有利的。

发明内容

一个或多个环控制协议实例以使得能够通过单个地址对将双宿设备的集合表示到所附接的路由以太网中的方式在多个物理双宿设备上运行。网关设备对通过的环控制分组进行分析以创建数据分组到路由以太网的直接映射。因此，虽然所述双宿设备从控制的观点被视为环，但是数据路径被实现为直接的，从而数据分组继续从所述双宿设备直接流向每个所附接的网关设备。每个网关设备实现一个或多个虚拟交换机，所述虚拟交换机均用于将来自多个所附接ESU的业务聚合到路由以太网中。每个虚拟交换机将其自己的MAC地址而不是每个所附接的以太交换机单元的MAC地址通告到路由以太网中，从而每个网关将通告较少的MAC地址。当由对等网关提供恢复性（resiliency）时，可以（在故障的情况下）经由所述对等网关或者直接地向ESU发送帧或从其接收帧。从以太网交换机单元所接收的帧在虚拟交换机处使用新的以太网首部进行封装，所述新的以太网首部将该虚拟交换机标识为数据分组的源。在相反的方向，数据帧将被寻址到所述虚拟交换机，所述虚拟交换机将使用C-MAC以太网首部对分组进行解复用以将所述帧送到去往正确以太网交换机单元的正确输出端口上。通过在以太网交换机单元和网关之间运行单独的控制面，能够使用一对MAC地址将一组以太网交换机单元表示到路由以太网中，同时使得数据路径能够继续在以太网交换机单元和路由以太网之间直接流动。

附图说明

本发明的多个方面在所附权利要求中特别给出。本发明通过示例在以下附图中进行图示，其中相同的附图标记标识类似的元素。以下附图仅出于说明的目的公开了本发明的各个实施例而并非意在限制本发明的范围。出于简要的目的，没有在每幅示图中标出每一个组件。附图中：

图1是示出以太网交换机单元和一对网关之间的双宿连接的参考网络的功能图；

图2是示出与一对网关交换机进行互连的物理双宿以太网交换机单元的功能框图；

图3示出了根据本发明一个实施例的如图2所示进行布置的网络设备之间的控制信息流；

图4示出了图3的实施例中的控制信息的逻辑流；

图5-6示出了根据本发明另一个实施例的如图2所示进行布置的网络设备之间的控制信息流；

图7示出了根据图5-6所示的本发明实施例的通过一个网关的数据流和控制信息流；和

图8示出了根据图3-4所示的本发明实施例的通过一个网关的数据流和控制信息流。

具体实施方式

图2是示出与一对网关交换机进行互连的物理双宿以太网交换机单元的功能框图。如图2所示，每个以太网交换机单元经由一个或多个链路而连接到两个或更多网关14。根据一个实施例，每个网关实现至少一个虚拟交换机18，所述虚拟交换机将来自多个以太网交换机单元的业务汇总（summarize）到路由以太网16中。在一个实施例中，如IEEE 802.1ah中所描述的，所述虚拟交换机执行Mac-in-Mac封装以将B-MAC以太网首部添加到所述业务。每个网关可以实现多个虚拟交换机，其中每个负责处理一组所附接以太网单元的业务。通过实现虚拟交换机，具有共同对等网关的多组对向ESU可以通过单个MAC地址被表示到路由以太网中，而并不需要每个ESU被单独表示到路由以太网中。因此，可以减少通告到核心网络中的MAC地址的数量以提高网络的可缩放性。

根据本发明的实施例，在虚拟交换机和所附接的物理双宿设备（例如，以太网交换机单元）的集合之间实现一个或多个单独控制面实例。在一个实施例中，使用环控制协议来实现控制面，从而例如链路状态通告之类的控制消息将沿逻辑环而行，而不是沿网络上的数据路径而行。通过利用环控制协议，可以在使得能够使用一对MAC地址将所附接的物理设备集合表示到所附接的路由以太网中的同时，在所附接的物理设备集合之间交换控制消息。然而，尽管使用环架构实现了控制面，但是从每个物理双宿设备到相关联网关的数据路径仍保持为点对点，从而选择基于环的控制协议并不影响网络上的数据业务模式。

应当注意的是，在许多情况下，简单地针对连接到网关节点的所有设备具有共同的MAC地址是不够的，这是因为在节点故障的情况下可能无法对恢复动作进行调整。可能存在直接附接到交换机或交换机集合的顾客，针对所述交换机集合，在双宿布置中存在不同的对等网关。因此，对在故障下具有共同恢复行为的一组对向交换机分配一个MAC地址。

以太网共享保护环（E-SPRING）是被设计为用于控制具有一组串行互连节点的以太环形网络的协议。E-SPRING被定义为ITU-T SG15/Q9, G.8032，其规定了环上的节点应当如何处理单播、组播和广播帧。其还规定了多种服务类型、故障处理以及以太网环上的节点应当如何转发业务的其它方面。于2008年2月7日提交的题为“Method And Apparatus For Controlling A Set Of Ethernet Nodes Interconnected To Form One Or More Closed Loops”的美国专利申请No.12/027942中还更为详细地描述了以太网环操作的方式，其内容因此通过引用结合于此。在一个实施例中，使用环控制协议来实现与网关和以太网交换机单元之间的互连相关联的控制面。于2008年12月26日提交的美国专利申请No.12/344355描述了使得使用环控制协议实现的网络能够被双宿到实现生成树控制协议的以太网中的方式，并且于2008年12月26日提交的美国专利申请No.12/344362描述了使得使用环控制协议实现的环形网络能够被双宿到实现业务工程干线（traffic engineered trunk）的以太网中的方式。这些申请中每一个的内容因此都通过引用结合于此。

图3示出了根据本发明一个实施例的可以如何使用环控制协议的一个示例。在该实施例中，每个网关已经实现了虚拟交换机，所述虚拟交换机将来自多个以太网交换机单元的路由汇总到单个BMAC中以便在网络上进行通告。在该示例中，对每个以太网交换机单元使用单独的环协议实例。例如，如图4所示，可以使用单独的环控制实例来创建逻辑控制环，所述逻辑控制环包括每个网关中的一个虚拟交换机实例，以及一个以太网交换机单元。因此，在图4中，第一环控制协议实例被用来控制以太网交换机1并且包括以太网交换机单元1、虚拟交换机1和虚拟交换机2。同样，第二环控制协议实例被用来控制以太网交换机2。在该实施例中，第二环控制协议实例包括以太网交换机2、虚拟交换机1和虚拟交换机2。

所述环控制协议使得能够以持续的方式将业务从以太网交换机单元转发到正确的网关，从而以太网交换机单元和网关之间的链路故障对于路由网络是透明的。例如，假设来自以太网交换机单元1的业务要由图2中左侧的网关转发到路由以太网上。所述环控制协议可以在通向右侧网关的端口上实现阻塞端口，从而业务从以太网交换机单元流向左侧网关。如果在以太网交换机单元1和左侧网关之间的链路上出现故障，则环控制协议将自动去除阻塞端口并且将阻塞端口移动为与所述故障相邻。这将使得以太网交换机单元将业务向外转发到右侧的网关。右侧网关中的虚拟交换机将知道其不负责将业务转发到路由以太网中并且将通过IST沿环将所述业务转发至左侧网关。左侧网关中的虚拟交换机因此将经由IST从以太网交换机单元1接收业务并且将该业务转发到路由以太网中。通过实现环控制协议，以太网交换机单元和网关之间的本地故障可以对路由以太网隐藏起来，从而环的每个端点都表现为不变的B-MAC。

虽然控制业务如图3所示那样流动，但是来自每个交换机单元的数据业务被送至所选择的虚拟交换机并且从该虚拟交换机送到所附接的路由以太网上。图8示出了虚拟交换机将如何对控制业务和数据业务进行处理的示例。如图8所示，虚拟交换机将把数据业务转发到路由以太网上并且将通过IST转发控制业务以使得能够在环上将所述控制业务送至其它虚拟交换机。当然，如以上所描述的，在故障的条件下，可能存在虚拟交换机也将通过IST转发数据业务的实例。因此，每个虚拟交换机将仅针对其负责表示到路由以太网中的ESU集合转发业务。

图5-7示出了出于控制目的而通过使得网关交换机将控制分组进行反转（u-turn）以使得多个以太网交换机单元能够存在于共同的控制环上而将以太网交换机单元的群组逻辑形成为单个环的另一个实施例。在图5所示的实施例中，存在偶数个以太网交换机单元，这使得每个网关交换机能够与环上的每个以太网交换机单元直接互连。图6示出了其中存在奇数个以太网交换机单元的另一个示例。在该实例中，逻辑环的一个分支将需要通过交换机间的干线进行延伸以完成所述环。虽然图6所示的示例具有通过IST传送的控制业务，但是本发明并不局限于此，因为控制业务也可以由虚拟交换机通过所附接的路由网络进行传送。

图7示出了网关节点中数据路径和控制路径之间的差异。如图7所示，出于控制目的对逻辑环中的以太网交换机单元进行互连仅影响以太网交换机单元之间的控制分组的流动。特别地，在图7所示的实施例中，控制分组被回送（loop back）以使得一组以太网交换机单元能够在环中逻辑互连（例如，如图5或6所示），从而可以使用环控制协议来管理这些设备。然而，与以太网交换机单元相关联的数据路径仍然是点对点的，从而在网关接收数据分组时，其以正常方式将所述数据分组直接转发到PLSB网络上。因此，使用环控制协议实现控制面并不影响网关交换机在网络上处理数据业务的方式或者网关交换机如何将数据转发到PLSB网络上。

虚拟交换机18通过观看ESU与所附接到的唯一端口来执行MAC学习以学习可经由所附接的ESU到达的MAC地址。当网关从所附接的以太网交换机单元接收数据分组时，其将把所述数据分组送至虚拟交换机，所述虚拟交换机将执行BMAC封装以使得分组能够通过所附接的路由以太网进行转发。在相反的方向，当网关从路由以太网接收分组时，虚拟交换机将读取客户端MAC地址并且使用映射来选择输出端口以将分组转发到正确的以太网交换机单元。

如以上所讨论的，每个以太网交换机单元对来自多个客户端的业务进行聚合。来自该ESU的业务可接着被转发到特定网关，或者可替换地，可以被转发到两个或更多网关上的虚拟交换机。同样，来自特定ESU的业务可以被转发到相同网关上所实现的两个或更多虚拟交换机。来自特定ESU的业务可以在一个或多个VLAN中进行传输以使得业务能够被定向到相同ESU内的不同虚拟交换机，从而每个ESU能够将针对该ESU的一部分业务聚合到所附接的路由以太网中。

以上所描述的功能可以被实现为程序指令的集合，其可以存储在计算机可读存储器中并且在计算机平台上的一个或多个处理器上执行。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，这里所描述的所有逻辑都能够使用分立组件、诸如应用特定集成电路（ASIC）之类的集成电路、与诸如现场可编程门阵列（FPGA）之类的可编程逻辑设备结合使用的可编程逻辑或者微处理器、状态机或者包括其任意组合的任意其它设备来实现。可编程逻辑可以被临时或永久地固定在诸如只读存储器芯片、计算机存储器、磁盘之类的有形介质或其它存储介质中。所有这些实施例都意在落入本发明的范围之内。

应当理解的是，可以在本发明的精神和范围之内对该说明书中所描述和附图中所示出的实施例进行各种变化和修改。因此，以上描述中所包含以及在附图中所示出的所有主题都意在以说明而非限制的含义进行解释。

所请求保护的如下。

Claims (17)

1.一种实现多个网络设备的控制的方法，所述多个网络设备被物理双宿在一对网关上，所述网关被配置为在所述多个网络设备和路由以太网之间提供互连，所述方法包括步骤：

由每个网关实现至少一个虚拟交换机实例以将所述多个双宿网络设备表示到所述路由以太网中；以及

在所述虚拟交换机实例和多个物理双宿网络设备之间实现至少一个基于环的控制协议实例以使得虚拟交换机能够对所述双宿网络设备到路由以太网中的表示进行调整。

2.如权利要求1所述的方法，其中在所述网关中的第一网关上的第一虚拟交换机实例、所述网关中的第二网关上的第二虚拟交换机实例以及多个物理双宿网络设备中的第一双宿网络设备之间实现第一基于环的控制协议实例，以使得所述第一网关和第二网关能够对所述第一双宿网络设备到路由以太网中的表示进行调整。

3.如权利要求2所述的方法，其中在第一网关上的第一虚拟交换机实例、第二网关上的第二虚拟交换机实例以及多个物理双宿网络设备中的第二双宿网络设备之间实现与第一基于环的控制协议实例不同的第二基于环的控制协议实例，以使得所述第一网关和第二网关能够对所述第二双宿网络设备到路由以太网中的表示进行调整。

4.如权利要求1所述的方法，其中对每个双宿网络设备实现单独的基于环的控制协议实例。

5.如权利要求1所述的方法，其中对一组两个或更多双宿网络设备实现统一的基于环的控制协议实例。

6.如权利要求5所述的方法，其中第一和第二网关中的每一个将从双宿网络设备所接收的控制业务反转以实现包括虚拟交换机实例以及两个或更多双宿网络设备的逻辑环。

7.如权利要求6所述的方法，其中网关通过网关间干线进行连接，并且其中如果实现统一的基于环的控制协议实例来对奇数个双宿网络设备的表示进行调整，则将使用交换机间干线来闭合所述逻辑环。

8.如权利要求1所述的方法，其中控制业务和数据业务被所述网关区别对待。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述虚拟交换机将业务汇总到所附接的路由以太网中。

10.如权利要求9所述的方法，其中每个虚拟交换机将单个MAC地址通告到所附接的路由以太网中，从而所表示的双宿网络设备的MAC地址不需要被通告到所述路由以太网中。

11.如权利要求9所述的方法，其中每个虚拟交换机表示具有类似故障恢复特性的一组双宿网络设备。

12.如权利要求1所述的方法，其中每个双宿网络设备是以太网交换机单元。

13.一种数据中心，包括：

多个以太网交换机单元，所述多个以太网交换机单元中的每一个提供到多个服务器的连接性；

至少两个网关，其在所述以太网交换机单元和路由以太网之间提供连接性，每个网关实现虚拟交换机的至少一个实例以将所表示的以太网交换机单元的MAC地址汇总到所述路由以太网中；

通信链路，其在每个以太网交换机单元和至少两个网关之间进行延伸以使得每个以太网交换机单元能够被双宿在至少两个网关上，从而所述以太网交换机单元被提供以到所述路由以太网的冗余连接性；并且

其中在所述数据中心内实现至少一个以太网环控制协议实例以对以太网交换机单元通过虚拟交换机到路由以太网中的表示进行调整。

14.如权利要求13所述的数据中心，其中对每个以太网交换机单元实现单独的以太网环控制协议实例。

15.如权利要求14所述的数据中心，其中每个虚拟交换机实例参与到多个单独的以太网环控制协议实例中以使得虚拟交换机能够将多个以太网交换机单元表示到所述路由以太网中。

16.如权利要求13所述的数据中心，其中对多个以太网交换机单元的集合实现单独的以太网环控制协议实例。

17.如权利要求16所述的数据中心，其中从一个以太网交换机单元所接收的控制分组将被反转以向另一个以太网交换机单元进行输出，从而所述控制分组沿逻辑环而行，而来自该一个以太网交换机单元的数据分组则将直接转发到路由以太网上。

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