CN104092621A

CN104092621A - 一种负载分担方法和装置

Info

Publication number: CN104092621A
Application number: CN201410359703.3A
Authority: CN
Inventors: 蒋茂勇; 李玉刚; 吴频; 黄哲
Original assignee: Hangzhou H3C Technologies Co Ltd
Current assignee: Hangzhou H3C Technologies Co Ltd
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2034-07-25
Also published as: CN104092621B

Abstract

本发明提出一种负载分担方法，应用于链路聚合组的本端交换机上，包括：创建链路聚合对称组，向所述链路聚合对称组中加入物理成员端口；其中所述物理成员端口之间的流量互相隔离；在所述物理成员端口中选举主端口，通过主端口将本端主机发送的ARP报文向所述对端IRF设备进行广播；接收对端主机的ARP报文或者ARP应答报文，通过接收到所述ARP报文或ARP应答报文的物理成员端口独立的进行对端主机的MAC地址学习，并基于学习到的MAC地址进行报文转发。通过本发明保证同一个会话的流量在上行和下行链路中使用物理链路的对称性，避免了同一个会话的流量在IRF设备内部的无效转发，提高了设备转发效率，同时降低了IRF设备的系统MAC资源的开销。

Description

一种负载分担方法和装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种负载分担方法和装置。

背景技术

随着云计算的发展，数据中心网络，逐渐趋于扁平化，网关往往设置在网络的核心层，以便于虚拟机的迁移；同时，IRF(Intelligent ResilientFramework，智能弹性架构)堆叠设备技术在数据中心大量应用，IRF设备和上行设备之间往往使用分布式聚合，对数据进行负载分担，同时进行链路备份。对于分布式聚合来说，因为聚合链路两端的负载分担算法、连接顺序等种种原因，往往会导致聚合链路承载的会话流量，在上行和下行链路中分别分布在不同的物理链路上。

例如，请参见图1，当图1中上行主机PC1与下行主机PC2进行通信时，由于链路聚合组的上行设备与下行设备根据负载分担算法计算出的链路有可能不同，从而导致PC1发往PC2的报文经过slot4在IRF设备的成员设备中被无效转发四次，而且该报文在IRF设备中转发时，每一跳的成员设备都需要学习该报文的MAC地址，增大了系统MAC资源的开销。

另外，当所述IRF设备为传统的分布式设备时，也有存在类似的问题。仍以图1的组网为例，假设IRF设备是传统分布式设备，slot1、slot2、slot3、slot4是转发业务板，此时从slot4接收到的报文，虽然不用经过slot2、slot3，但是需要通过网板或网片交换后，才能转发到slot1。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种负载分担方法，应用于链路聚合组的本端交换机上，所述本端交换机与所述链路聚合组的对端IRF设备配合使用，所述方法包括：

创建链路聚合对称组，并向所述链路聚合对称组中加入物理成员端口；其中所述物理成员端口之间的流量互相隔离；

在所述物理成员端口中选举主端口，通过所述主端口将本端主机发送的ARP报文向所述对端IRF设备进行广播；

接收对端主机的ARP报文或者ARP应答报文，通过接收到所述ARP报文或ARP应答报文的物理成员端口独立的进行对端主机的MAC地址学习，并基于学习到的MAC地址进行报文转发。

优选地，所述向所述链路聚合对称组中加入物理成员端口包括：

在所述链路聚合组的各成员端口中选择待加入端口；

将所述待加入端口的端口属性恢复为普通链路层端口属性；

将所述链路聚合组的逻辑口的配置同步到所述待加入端口，并删除该逻辑口上学习到的MAC地址；

将所述待加入端口作为所述物理成员端口加入所述链路聚合对称组。

优选地，所述方法还包括：

当所述链路聚合对称组中任一物理成员端口的链路down掉、down掉的链路恢复为up状态、所述链路聚合对称组中新加入了物理成员端口或者有物理成员端口退出所述链路聚合对称组时，在所述链路聚合对称组的各物理成员端口中重新进行主端口的选举。

优选地，所述在所述物理成员端口中选举主端口包括：

根据链路聚合算法计算各物理成员端口的端口状态；

选择端口ID最小并且端口状态为选中状态的物理成员端口为主端口。

优选地，所述方法还包括：

当收到所述物理成员端口上送的协议报文时，将该协议报文的收包端口修改为所述链路聚合组的逻辑口；

当通过所述逻辑口向所述物理成员端口发送协议报文时，将该协议报文的出端口修改为所述链路聚合对称组的主端口。

优选地，所述链路聚合组和所述链路聚合对称组之间可互相切换，并且切换后所述链路聚合组或所述链路聚合对称组中的各成员端口原有的端口状态不变。

本发明还提出一种负载分担装置，应用于链路聚合组的本端交换机上，所述本端交换机与所述链路聚合组的对端IRF设备配合使用，所述装置包括：

创建模块，用于创建链路聚合对称组，并向所述链路聚合对称组中加入物理成员端口；其中所述物理成员端口之间的流量互相隔离；

选举模块，用于在所述物理成员端口中选举主端口，通过所述主端口将所述ARP报文向所述对端IRF设备进行广播；

接收模块，用于接收对端主机的ARP报文或者ARP应答报文，通过接收到所述ARP报文或ARP应答报文的物理成员端口独立的进行对端主机的MAC地址学习，并基于学习到的MAC地址进行报文转发。

优选地，所述创建模块进一步用于：

在所述链路聚合组的各成员端口中选择待加入端口；

将所述待加入端口的端口属性恢复为普通链路层端口属性；

优选地，所述选举模块进一步用于：

根据链路聚合算法计算各物理成员端口的端口状态；

优选地，所述接收模块进一步用于：

当收到所述物理成员端口上送的协议报文时，将该协议报文的收包端口修改为所述链路聚合组的逻辑口；在通过所述逻辑口向所述物理成员端口发送协议报文时，将该协议报文的出端口修改为所述链路聚合对称组的主端口。

本发明在链路聚合组的本端交换机上创建聚合对称组，通过聚合对称组中的成员端口独立的进行对端主机MAC地址的学习，并且基于聚合对称组中各成员端口学习到的对端主机的MAC地址进行数据转发，不再通过链路负载分担算法进行链路分配，因此可以将对端IRF设备的链路负载分担结果学习到本地，从而保证同一个会话的流量在上行和下行链路中使用物理链路的对称性，避免了同一个会话的流量在IRF设备内部的无效转发，提高了设备转发效率，同时降低了IRF设备的系统MAC资源的开销。

附图说明

图1是现有技术中一种IRF设备承载的会话上、下行走不同的物理链路的组网图；

图2是本发明一种示例性实施方式中示出的一种负载分担方法的流程图；

图3是本发明一种示例性实施方式中示出的一种IRF设备承载的会话上、下行走相同的物理链路的组网图；

图4是本发明一种示例性实施方式示出的一种负载分担装置的框图；

图5是本发明一种示例性实施方式示出的一种承载所述负载分担装置的本端交换机的硬件结构图。

具体实施方式

本发明通过在链路聚合组的本端交换机上创建聚合对称组，将聚合对称组中的成员端口流量互相隔离，并将主端口以外的成员端口设置为广播阻塞端口。对于本端主机的ARP报文，直接通过主端口向对端IRF设备广播；对于对端主机的ARP报文或ARP应答报文，通过聚合对称组中的成员端口独立的进行对端主机MAC地址的学习。

在本发明中，由于聚合对称组基于学习到的对端主机的MAC地址进行数据转发，不再通过链路负载分担算法进行链路分配，并且对称组中的成员端口独立的进行对端主机MAC地址的学习，因此可以将对端IRF设备的链路负载分担结果学习到本地，从而保证同一个会话的流量在上行和下行链路中使用物理链路的对称性，避免了同一个会话的流量在IRF设备内部的无效转发，提高了设备转发效率，同时降低了IRF设备的系统MAC资源的开销。

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

请参见图2，本发明提出一种负载分担方法，应用于链路聚合组的本端交换机上，所述本端交换机与所述链路聚合组的对端IRF设备配合使用，所述方法执行如下步骤：

步骤201、创建链路聚合对称组，并向所述链路聚合对称组中加入物理成员端口；其中所述物理成员端口之间的流量互相隔离；

步骤202、在所述物理成员端口中选举主端口，通过所述主端口将本端主机发送的ARP报文向所述对端IRF设备进行广播；

步骤203、接收对端主机的ARP报文或者ARP应答报文，通过接收到所述ARP报文或ARP应答报文的物理成员端口独立的进行对端主机的MAC地址学习，并基于学习到的MAC地址进行报文转发。

在本实施例中，所述链路聚合对称组(以下简称“对称组”)，为链路聚合组(以下简称“聚合组”)的一种流量的负载分担模式，和普通的聚合组之间可以进行模式切换。

在具体实现时，可以直接创建对称组，然后向该对称组中加入物理成员端口；对于创建完成的对称组，可以对该对称组中的物理成员端口进行删除操作或者加入新的物理成员端口。

在向所述对称组中加入物理成员端口时，可以直接加入设备当前已存在的物理端口，也可以直接在原有聚合组的各成员端口中选择端口加入所述对称组。

具体地，在原有聚合组的各成员端口中选择端口加入时，首先可在原有聚合组中选择待加入端口，然后删除该待加入端口在芯片中的聚合属性，将该待加入端口恢复为普通链路层端口属性以及将该待加入端口设置为端口隔离属性。此时，该待加入端口已经恢复为普通的物理口，已能够执行正常的报文转发，并且由于设置了端口隔离属性，当物理成员端口加入完成后，对称组中的各物理成员端口之间流量互相隔离。同时，还需要将所述聚合组的逻辑口的配置同步到该待加入端口，并删除该逻辑口上学习到的MAC地址。当上述步骤执行完成后，该待加入端口将作为物理成员端口加入创建完成的对称组。

在本实施例中，所述对称组中物理成员端口的数量在本实施例中不进行特别限定，例如，可以将原有的聚合组中所有的成员端口均作为所述物理成员端口加入创建的链路聚合对称组，而只保留原有链路聚合组的逻辑口。另外，值得说明的是，原有的聚合组与所述对称组可以使用同一个逻辑口，不需要单独为创建的对称组重新设置逻辑口。

当向所述对称组中的物理成员端口加入完成后，在已经加入对称组的所有的物理成员端口中选举一个主端口。例如，可根据现有的链路聚合算法计算各物理成员端口的端口状态，然后选择端口ID最小并且端口状态为选中状态的物理成员端口为主端口。其中，所述根据现有的链路聚合算法计算各物理成员端口的端口状态的过程，请参考现有技术，本实施例中不再详述。

当对称组中主端口选举完成后，为了避免广播报文在对称组中的多次广播，可以将对称组中除主端口以外的其他各物理成员端口均设置为广播阻塞端口；例如，可以将所述其他各物理成员端口的广播掩码设置为阻塞状态，来将所述其他各物理成员端口设置为广播阻塞端口。其中，所述广播掩码为各物理成员端口在芯片中的一个端口属性。

等同的，如果创建完成的对称组中，有新的物理成员端口加入或者有物理成员退出所述对称组，仍然需要按照上述方法重新进行主端口的选举，将新的主端口以外的各物理成员端口设置为广播阻塞端口。当然，对于退出对称组的物理成员端口，则需要删除该端口的端口隔离属性，并将已同步到该端口上的逻辑口的配置删除。

在本实施例中，当所述对称组创建完成后，当系统检测到原有的聚合组中已经存在普通的物理成员端口，则立即将原有的聚合组切换为对称组，并向系统上层模块通告对称组的切换事件，上层模块收到该切换事件后对逻辑口设置转发状态，然后逻辑口将上层模块设置的转发状态再同步设置到各物理成员端口中。其中，对称组与聚合组之间进行切换时，对称组或聚合组中成员端口原有的选中状态(selected状态、standby状态、unselected状态)和转发状态(forwarding状态、block状态)不变。

当由聚合组切换到对称组后，为了使上层协议模块对原有聚合组上送CPU的协议报文的处理过程不受影响，对称组中各物理成员端口向CPU上送协议报文时，可以将该协议报文的收包端口ID修改为其所属聚合组的逻辑口ID，这样上层协议模块就会继续以逻辑口进行协议计算。等同的，当上层协议模块通过逻辑口发送协议报文时，可以把该协议报文的出端口ID替换为对称组的主端口ID。其中，上层协议模块在进行协议计算时，需要过滤聚合成员端口，使其不参与协议计算。

另外，在本实施例中，当所述对称组感知到物理成员端口发生的链路状态事件时，也需要响应发生的该链路状态事件。

具体地，如果负载对称组感知到对称组中有成员链路down掉，在所述对称组中的各Up状态的物理成员端口中重新进行主端口的选举，将新的主端口以外的各物理成员端口设置为广播阻塞端口。等同的，如果负载对称组感知到对称组中有down掉的成员链路恢复为Up状态，也在所述对称组中的各Up状态的物理成员端口中重新进行主端口的选举，将新的主端口以外的各物理成员端口设置为广播阻塞端口。

在本实施例中，对于已创建完成的对称组，各物理成员端口均独立的进行对端主机的MAC地址学习，并基于学习到的MAC地址进行报文转发。当由聚合组切换到对称组后，需要删除聚合组逻辑口下学习的MAC地址。等同的，当对称组中的物理成员端口由选中状态变成非选中状态，也要删除该端口下学习到的MAC地址。

当本端交换机收到来自本端主机的ARP报文时，由于ARP报文为广播报文，并且对称组中除了主端口以外均备设置为广播阻塞端口，因此该ARP报文将通过主端口向对端IRF设备进行广播；当对端主机收到该ARP报文后，此时对端IRF设备上为普通的聚合组，因此仍然基于现有实现，根据负载分担算法为该对端主机分配物理链路，对端主机通过该链路向本端主机发送ARP应答报文。如果通信首先由对端主机发起，对端主机发送的ARP报文仍然通过该链路向本端主机发送ARP报文。

当本端交换机收到来自对端主机的ARP报文或者ARP应答报文时，将通过对称组中收到该ARP报文或者ARP应答报文的物理成员端口独立的进行该对端主机的MAC地址学习。

由于对称组中基于各物理成员端口学习到的MAC地址进行报文转发，因此，对称组中的各物理成员端口通过独立的MAC地址学习，就可以将对端IRF设备为对端主机进行负载分担时计算出的负载分担结果学习到本地，从而当所述本端主机向所述对端主机回应ARP应答报文或者进行后续的数据通信时，流量仍然会承载到对端IRF设备为所述对端主机进行负载分担时计算出的那条链路，从而保证了上下行使用物理链路的对称性，避免了IRF设备中流量无效转发的问题。

以下通过一个具体的实例并结合组网环境对本发明作详细的说明。

请参见图3，上行交换机(即本端交换机)中包括5个端口port1～port4以及port9，port1～port4为原有聚合组的上行成员端口，port9为普通接入端口。下行IRF设备(即对端IRF设备)包括4台成员设备slot1～slot4，slot1～slot4设备上的port5～port8为所述原有聚合组的下行成员端口，即原有聚合组中port1～port4的对端端口。在本实施例中，假设port1～port4作为对称组中的物理成员端口，port1为主端口。

上行交换机接入了一个上行主机(即本端主机)PC3，PC3通过port9接入上行交换机。下行IRF设备的成员设备slot1和slot2分别接入下行主机(即对端主机)PC1和PC2。

假设PC2与PC3之间进行通信，PC3首先发起ARP请求。当该ARP请求到达上行交换机，该ARP报文在上行交换机所有端口广播，port9学习PC3的MAC地址。此时，port1～port4的端口属性均为普通链路层端口属性，而且除了主端口port1以外均被设置为广播阻塞端口，因此port1将该ARP报文向下行IRF设备广播，其他物理成员端口丢弃该ARP报文。

IRF设备的port5端口收到该ARP请求后，做广播处理，PC1和PC2均能收到该ARP报文。由于需要与PC2通信，因此PC2向PC3回应ARP应答报文，该ARP应答报文在IRF设备上按照负载分担算法选择slot2的port6转发给上行交换机。上行交换机的port2收到该ARP应答报文后，独立学习PC2的MAC地址，并通过port9将该ARP应答报文回应给PC3。

自此，由于port2学习到了PC2的MAC地址，PC2和PC3的后续通信，都会走port2与port6之间的链路。

等同的，如果是PC2主动发起的ARP请求，该报文在IRF设备上按照负载分担算法选择slot2的port6转发给上行交换机。由于上行交换机上各端口做了广播隔离，因此port2不会将该ARP报文转发给对称组中的其他物理成员端口。port2学习PC2的MAC地址，并通过port9将该ARP报文转发给PC3，PC3通过port9向PC3回应ARP应答报文，由于port2已学习到了PC2的MAC地址，因此该应答报文仍然通过port2转发给下行IRF设备的port6。

值得说明的是，当所述下行IRF设备为传统分布式设备时，此时slot1～slot4是转发业务板，对于此种组网环境，PC2和PC3通信时，仍然可以按照上述方法进行实施，以保证PC2和PC3的后续通信，都会走同一条链路，避免了在IRF设备内部通过网板或网片进行无效的转发，在本实施例不再对具体实施过程进行赘述。

通过以上描述可知，本发明通过在链路聚合组的本端交换机上创建聚合对称组，将聚合对称组中的成员端口流量互相隔离，并将主端口以外的成员端口设置为广播阻塞端口。对于本端主机的ARP报文，直接通过主端口向对端IRF设备广播；对于对端主机的ARP报文或ARP应答报文，通过聚合对称组中的成员端口独立的进行对端主机MAC地址的学习。

由于聚合对称组基于学习到的对端主机的MAC地址进行数据转发，不再通过链路负载分担算法进行链路分配，并且由于对称组中物理成员端口之间的流量互相隔离，因此可以保证对称组中的各成员端口可以独立的进行对端主机MAC地址的学习，从而可以将对端IRF设备的链路负载分担结果学习到本地，保证同一个会话的流量在上行和下行链路中使用链路的对称性，避免了同一个会话的流量在IRF设备内部的无效转发，提高了设备转发效率，同时降低了IRF设备的系统MAC资源的开销。而且，由于对聚合对称组不占用底层的聚合资源，而是直接通过学习的MAC地址进行报文转发，因此本发明还可以提高设备支持的聚合链路的数量。

请参见图4，本发明还提出一种负载分担装置40，应用于链路聚合组的本端交换机上，所述本端交换机与所述链路聚合组的对端IRF设备配合使用；其中，请参见图5，作为承载所述负载分担装置40的本端交换机涉及的硬件架构中，通常包括CPU、内存、非易失性存储器、网络接口以及内部总线等。以软件实现为例，本发明装置40通常可以理解为加载在内存中的计算机程序，通过CPU运行之后形成的软硬件相结合的逻辑装置；所述装置40包括：

创建模块401，用于创建链路聚合对称组，并向所述链路聚合对称组中加入物理成员端口；其中所述物理成员端口之间的流量互相隔离；

选举模块402，用于在所述物理成员端口中选举主端口，通过所述主端口将所述ARP报文向所述对端IRF设备进行广播；

接收模块403，用于接收对端主机的ARP报文或者ARP应答报文，通过接收到所述ARP报文或ARP应答报文的物理成员端口独立的进行对端主机的MAC地址学习，并基于学习到的MAC地址进行报文转发。

在本实施例中，所述创建模块进一步用于：

在所述链路聚合组的各成员端口中选择待加入端口；

将所述待加入端口的端口属性恢复为普通链路层端口属性；

在本实施例中，所述选举模块进一步用于：

根据链路聚合算法计算各物理成员端口的端口状态；

在本实施例中，所述接收模块进一步用于:

在本实施例中，所述链路聚合组和所述链路聚合对称组之间可互相切换，并且切换后所述链路聚合组或所述链路聚合对称组中的各成员端口原有的端口状态不变。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可进一步拆分成多个子模块。上述发明实施例编号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

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

1.一种负载分担方法，应用于链路聚合组的本端交换机上，所述本端交换机与所述链路聚合组的对端IRF设备配合使用，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述向所述链路聚合对称组中加入物理成员端口包括：

在所述链路聚合组的各成员端口中选择待加入端口；

将所述待加入端口的端口属性恢复为普通链路层端口属性；

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述物理成员端口中选举主端口包括：

根据链路聚合算法计算各物理成员端口的端口状态；

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当收到所述物理成员端口上送的协议报文时，将该协议报文的收包端口修改为所述链路聚合对称组的逻辑口；

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述链路聚合组和所述链路聚合对称组之间可互相切换，并且切换后所述链路聚合组或所述链路聚合对称组中的各成员端口原有的端口状态不变。

7.一种负载分担装置，应用于链路聚合组的本端交换机上，所述本端交换机与所述链路聚合组的对端IRF设备配合使用，其特征在于，所述方法包括：

选举模块，用于在所述物理成员端口中选举主端口，通过所述主端口将本端主机发送的ARP报文向所述对端IRF设备进行广播；

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述创建模块进一步用于：

在所述链路聚合组的各成员端口中选择待加入端口；

将所述待加入端口的端口属性恢复为普通链路层端口属性；

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述选举模块进一步用于：

10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述选举模块进一步用于：

根据链路聚合算法计算各物理成员端口的端口状态；

11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述接收模块进一步用于:

当收到所述物理成员端口上送的协议报文时，将该协议报文的收包端口修改为所述链路聚合对称组的逻辑口；在通过所述逻辑口向所述物理成员端口发送协议报文时，将该协议报文的出端口修改为所述链路聚合对称组的主端口。

12.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述链路聚合组和所述链路聚合对称组之间可互相切换，并且切换后所述链路聚合组或所述链路聚合对称组中的各成员端口原有的端口状态不变。