CN102724030A - 一种高可靠性的堆叠系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种堆叠系统包括：主设备、备用主设备以及多个成员设备，其中各个设备均包括交换网板。每个成员设备的交换网板的两个聚合起来的上行端口通过独立的物理链路分别对应连接到主设备/备用主设备的下行端口；主设备与备用主设备的之间的链路作为备份链路；主设备在运行过程中实时将自身的运行状态信息同步给备用主设备；备用主设备在所述主设备故障时，根据所述运行状态信息将自身设置为新的主设备，并通知所述成员设备进行转发刷新操作。本发明的堆叠系统拥有更高的可靠性，由于使用了独立的物理链路，加上备份机制，有效避免了单点故障可能引发的业务中断的风险，并且使用聚合机制来充分利用闲置的交换网板资源。

Description

一种高可靠性的堆叠系统

技术领域

本发明涉及网络技术，尤其涉及一种高可靠性的堆叠系统。

背景技术

目前网络中主要存在两种形态的网络通信设备：盒式设备和框式分布式设备。在数据中心等对网络带宽要求大，可靠性要求高的组网环境中，一般核心层和汇聚层都需要用到框式网络设备，但是有些时候单台框式网络设备不能满足现有组网环境的需求，例如，单台设备的端口数量不够用；单台设备的系统的处理能力不能满足现有需求；单台设备的带宽不能满足现有需求；单台设备的可靠性低。采用传统的堆叠技术可以在一定程度上缓解单台设备部能满足上述需求的问题。

请参考图1以及图2，目前流行的堆叠模式主要有两种：菊花链模式和星型模式。菊花链式堆叠是一种基于级连结构的堆叠技术，对网络设备硬件上没有特殊的要求，通过相对高速的端口串接和软件的支持，最终构建一个多网络设备的层叠结构，环形设计可以在一定程度上实现冗余。星型堆叠技术需要提供一个独立的或者集成的高速交换中心（堆叠中心），所有的堆叠的尘缘通过专用/通用高速堆叠端口上行到统一的堆叠中心，堆叠中心一般是一个基于专用ASIC的硬件交换单元，其ASIC交换容量限制了堆叠的层数。

星型堆叠技术使所有的成员交换机（Member）到达堆叠中心(Core)的级数缩小到一级，任何两个端节点之间的转发需要且只需要经过三次交换，转发效率很高，与菊花链式结构相比，它可以显著地提高堆叠成员之间数据的转发速率。同时，星形堆叠提供统一的管理模式，一组交换机在网络管理中，可以作为单一的节点出现。

菊花链堆叠模式中，任何两台成员设备（Slave）之间的业务数据交换很多时候需要绕环，效率较低，尤其是在堆叠层数较多时，堆叠端口会成为严重的系统瓶颈。菊花链式结构由于需要排除环路所带来的广播风暴，在正常情况下，任何时刻，环路中的某一从交换机到达主交换机（Master）只能通过一侧的端口进行，需要通过所有上游交换机来进行交换。星型堆叠模式下，当堆叠中心设备出现异常时，此时网络将会瘫痪。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种堆叠系统包括：主设备、备用主设备以及多个成员设备，其中：

所述主设备、备用主设备以及多个成员设备均包括交换网板；每个成员的交换网板的第一上行端口通过独立的物理链路对应连接到主设备交换网板的一个下行端口，每个成员设备的交换网板的第二上行端口通过独立的物理链路对应连接到备用主设备的交换网板的一个下行端口；

成员设备用于将自身的第一上行端口以及第二上行端口聚合为上行聚合端口，所述成员设备进一步用于从自身的业务端口接收业务报文，并在确定业务报文出端口在其他成员设备时，对所述业务报文进行板间封装，并将封装后的报文通过上行聚合端口发送给主设备或者备用主设备；

所述主设备与备用主设备的交换网板之间设有备份链路；所述主设备用于在运行过程中实时将自身的运行状态信息通过所述备份链路同步给所述备用主设备；所述备用主设备在主设备正常工作时处于备用状态，并用于在所述主设备故障时，根据所述运行状态信息将自身设置为新的主设备。

本发明的堆叠系统拥有更高的可靠性，由于Master与Slave之间的备份机制，有效避免了单点故障可能引发的业务中断的风险。而且本发明在堆叠系统架构巧妙地使用了内部交换网板的端口（并非业务端口）的聚合机制，使得堆叠系统在正常运转/故障的时候能够充分利用Slave/Master上可用的交换网板资源。

附图说明

图1是现有技术中一种堆叠系统的结构图。

图2是现有技术中另一种堆叠系统的结构图。

图3是本发明一种实施方式中堆叠系统的结构图。

图4是本发明一种实施方式中堆叠系统交换网板连接示意图。

图5是本发明一种实施方式中内部交换网板端口聚合示意图。

具体实施方式

请参考图3以及图4，本发明一种实施方式中的堆叠系统包括主设备、备用主设备以及多个成员设备。其中所述主设备(Master)、备用主设备(Slave)以及多个成员设备（Member）均包括交换网板。所述每个Member均包括业务板，每个业务板均包括多个业务端口。每个Member的交换网板的第一上行端口通过独立的物理链路对应连接到Master交换网板的一个下行端口；所述每个Member的交换网板的第二上行端口通过独立的物理链路对应连接到Slave的交换网板的一个下行端口。Master与Slave的交换网板之间的链路作为Master与Slave之间备份链路。请参考图4，需要注意的是，Master或者Slave的交换网板为每个成员设备都准备一个下行端口，比如说当Member数量为4个的时候，Master以及Slave的交换网板都必须提供至少4个下行端口。由于Master以及Slave与Member之间的连接是通过交换网板相连接的，每一块交换网板的出口流量最大可以达到数百G，每台设备可以支持多块交换网板同时级联，这样堆叠系统内部的带宽最大就可以达到数千G。

所述Master负责管理整个堆叠系统，Member负责流量接入和转发。在正常状态下，Master处于主用状态，负责管理整个堆叠系统，Slave作为Master的备份设备，处于备用状态。管理员可以为堆叠系统中的每个设备分配一个唯一的标识(DID)。初始的时候Master与Slave是两台对等的主设备，可以通过预定的算法从中选出一台设备作为Master；另外一台作为Slave。Master还可以在堆叠系统启动时发起拓扑收集工作，将收集到的完整拓扑信息下发给堆叠系统所有的设备，这样Slave以及Member可以根据拓扑信息知道自身资源与堆叠系统全局资源之间的关系，比如说堆叠系统的业务端口25是对应到Member1的业务端口2。

Master将自身的配置信息发送给Slave以及Member。Slave以及Member根据收到的配置信息来运行，这些配置信息可能包括VLAN配置、协议配置以及转发配置等。同样的道理，当堆叠系统有新的Member加入时，Master可以将当前保存的最新配置信息发送给新的Member，这样新的Member可以以最快的速度融入堆叠系统中执行业务转发操作。在堆叠设备运转的过程中，网络管理员同样可能需要向特定的端口（比如成员设备的业务端口）下发配置信息，比如说向业务端口73下发一条ACL，Master通过管理口收到这个ACL配置之后，可以将这个配置信息发送给堆叠系统的所有设备。假设业务端口73实际上是Member3的业务端口5，Master Member3收到这个信息后可以根据Master下发的拓扑知道端口73实际上是自身的端口5，于是Member3会相应执行这条配置信息的处理。而其他Member收到以后会发现这个配置信息不是发送给自身的，于是可以丢弃不做处理。相应地Member3返回给管理者针对自身端口的配置确认，可以通过交换网板由Master发送给网络管理员。

在Master正常运转时，Master将所有需要备份的自身运行状态信息通过备份链路发送给Slave，由Slave相应保存这些运行状态信息，其中运行状态信息包括Master的配置信息以及协议状态信息。所述协议状态信息可以包括Master正在运行的各种网络协议的状态信息，比如说二层环网协议的状态信息等等。

在正常的业务流程中，Member的业务板包括多个对外的业务端口，当流量从业务端口进入时，当前Member将需要转发的流量通过所述多个交换网板构成的交换网交换到另一个Member上，由该另一个Member将流量转发出去。本发明正常的业务流程中有较为特别的处理，首先成员设备交换网板的第一上行端口以及第二上行端口被聚合为上行聚合端口，也就是说对于成员设备的交换网板的业务而言，其可以看到的上行口从两个变为了一个，而第一以及第二上行端口则是该聚合端口的成员端口。聚合机制可以让交换网板的交换过程变得更为简洁。

请参考图5，以以太网为例，当一个业务报文（以太网报文）从业务端口进入成员设备时，成员设备会根据MAC地址转发表来确定出端口（也是业务端口），如果出端口在本地则可以直接转发出去，如果在其他Member上，此时成员设备会将该以太网报文进行内部封装，封装上一个内部通信的头部（通常称为Higig头部），然后发送到上行聚合端口。封装后的报文到达上行聚合端口后，设备交换网板的芯片会根据预设的聚合分担算法从成员端口（第一或第二上行端口）中选择一个来发送当前报文。聚合分担算法有很多种，比如说Hash算法以及轮询算法等等。在本发明中，聚合的存在可以让Member与Master/Slave之间的连接关系简化。Slave虽然处于备用状态，但只是不处理控制层面的工作（比如与其他设备之间的网络协议报文交互），但由于其处于上电状态时，因此交换网板的交换资源依然可以为堆叠系统所用，因此本发明中只要Slave的交换网板是正常的，那么聚合机制的存在可以充分利用到Slave的交换网板资源。

当Master出现故障时，其可能包括多种情形。第一种：假设Master的控制层面出现故障（比如CPU故障），而交换网板（相当于业务层面）本身正常，此时Slave可以从备份链路上感知到这一变化，Slave可以将自身设置为新的Master，根据自身保存的运行状态信息接管原Master的业务。比如说Slave与Master之间通过心跳报文来感知对方的存在，当Slave在预定时间内无法收到Master的心跳报文时确定Master出现故障，Slave就可以将自身置为新的Master。由于Master之前已经将自身的状态运行信息实时备份给Slave，因此当Slave成为新的Master时，新的Master与原Master几乎相同，新的Master可以顺利承担起原来的控制层面的处理。值得注意的是，由于原Master的主设备交换网板是正常的，此时前述的聚合端口不会受到任何影响，业务层面没有任何变化。

第二种，假设Master的控制层面正常，而交换网板出现故障。此时同样Slave会感知到Master出现故障，会升级会新的Master。对于聚合端口而言，由于原Master的交换网板出现故障，成员设备会感知到自身的第一上行端口所在链路出现故障，此时成员设备可以将第一上行端口从聚合端口中剔除出去，第一上行端口不再作为聚合端口的成员端口。对于Member而言，其不需要做任何调整，只是聚合端口的带宽变低了。第三种情况是Master的控制层面与交换网板同时故障，比如说Master断电；这种情况对于Slave以及Member的处理来说，与第二种情况是一致的。

如果Member本身故障了，Master可以通过Master与Member之间的链路状态变化感知到，Master可以通过管理口向网络管理员发送告警。任何一个Member的故障对堆叠系统而言仅仅是局部的，并不会导致堆叠系统整体上不可用，堆叠系统仅仅是少了一些业务端口而已。

本发明的堆叠系统拥有更高的可靠性，由于Member与Master/Slave之间使用的独立的物理链路，加上Master与Slave之间的备份机制，有效避免了单点故障可能引发的业务中断的风险。而且本发明在堆叠系统架构巧妙地将聚合机制使用到内部交换网板的端口（并非业务端口）上来，使得堆叠系统在正常运转的时候能够充分利用Slave上的交换网板资源，在Master故障时，成员设备无需做任何业务处理上的调整；而且如果故障的Master的交换网板依然可用时，堆叠系统同样可以充分利用故障Master的交换网板资源。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种堆叠系统包括：主设备、备用主设备以及多个成员设备，其特征在于：

所述主设备、备用主设备以及多个成员设备均包括交换网板；每个成员的交换网板的第一上行端口通过独立的物理链路对应连接到主设备交换网板的一个下行端口，每个成员设备的交换网板的第二上行端口通过独立的物理链路对应连接到备用主设备交换网板的一个下行端口；

成员设备用于将自身的第一上行端口以及第二上行端口聚合为上行聚合端口，所述成员设备进一步用于从自身的业务端口接收业务报文，并在确定业务报文出端口在其他成员设备时，对所述业务报文进行板间封装，并将封装后的报文通过上行聚合端口发送给主设备或者备用主设备；

所述主设备与备用主设备的交换网板之间设有备份链路；所述主设备用于在运行过程中实时将自身的运行状态信息通过所述备份链路同步给所述备用主设备；所述备用主设备在主设备正常工作时处于备用状态，并用于在所述主设备故障时，根据所述运行状态信息将自身设置为新的主设备。

2.如权利要求1所述的堆叠系统，其特征在于，其中所述成员设备用于根据预定的聚合分担算法将发送给上行聚合端口的报文分担到第一或第二上行端口发送出去。

3.如权利要求2所述的堆叠系统，其特征在于，其中所述成员设备用于在确定第一或第二上行端口所在链路故障时，将所述第一或第二上行端口从上行聚合端口中剔除。

4.如权利要求3所述的堆叠系统，其特征在于，其中所述主设备进一步用于将堆叠系统的拓扑信息同步给堆叠系统的所有设备。

5.如权利要求4所述的堆叠系统，其特征在于，所述运行状态信息至少包括配置信息以及协议状态信息，所述主设备进一步用于将配置信息同步给堆叠系统中的所有设备，所述成员设备进一步用于在收到配置信息时根据拓扑信息确定该配置信息是否需要自身进行处理，如果是则处理该配置信息，否则放弃处理。

6.如权利要求5所述的堆叠系统，其特征在于，所述主设备进一步用于在新的成员设备加入时，将自身保存的配置信息下发给该新的成员设备，并将更新后的拓扑信息同步给堆叠系统中的所有设备。

7.如权利要求1所述的堆叠系统，其特征在于，所述备用主设备进一步通过备用链路接收主设备发送的心跳报文，并在预设时间内没有收到主设备发送的心跳报文时确定主设备处于故障状态。

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