CN104094555A - 分布式结构管理协议 - Google Patents

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CN104094555A CN201380007687.5A CN201380007687A CN104094555A CN 104094555 A CN104094555 A CN 104094555A CN 201380007687 A CN201380007687 A CN 201380007687A CN 104094555 A CN104094555 A CN 104094555A
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Abstract

分布式结构系统包括通过交换机间链路互相连接并分配到同一分组的多个独立的网元。每个网元包括交换芯片、处理器和存储器，存储器存储由处理器执行的程序代码。每个网元的程序代码包括设备配置(DC)堆叠模块和交换机发现协议(SDP)模块。每个网元的SDP模块在执行时发现分组中的每个其它的网元，并推选出网元中的一个作为主控网元。主控网元的SDP模块在执行时发送消息到该主控网元的DC堆叠模块。每个已发送的消息标识分组中的网元之一。主控网元的DC堆叠模块在执行时维护当前是分组中的成员的所有网元的记录。

Description

分布式结构管理协议
技术领域
本发明一般地涉及数据中心和数据处理。更特别地，本发明涉及用于独立网元(network element)的分布式结构(fabric)的集中式管理的一组协议和软件组件。
背景技术
数据中心一般是提供支持企业和组织所需的因特网和内联网服务的集中式的设施。典型的数据中心可以容纳各种类型的电子设备，诸如计算机、服务器(例如电子邮件服务器、代理服务器和DNS服务器)、交换机、路由器、数据存储设备和其它相关联的组件。给定的数据中心可以具有数百个或数千个互相连接的网元，向负责对每个网元单独地进行配置以及将分布式结构系统作为整体进行配置的任何网络管理员提出了一项复杂、艰巨的任务。
发明内容
在一个方面，本发明的特征在于分布式结构系统，包括通过交换机间链路互相连接并分配到同一分组的多个独立的网元。每个网元包括一个或多个交换芯片、处理器和存储器，存储器存储由处理器执行的分层式程序代码。每个网元的分层式程序代码包括设备配置(DC)堆叠模块和交换机发现协议(SDP)模块。每个网元的SDP模块在执行时发现分组中的每个其它的网元，并推选出网元中的一个作为主控(master)网元。主控网元的SDP模块在执行时发送消息到该主控网元的DC堆叠模块。每个已发送的消息标识分组中的网元之一。主控网元的DC堆叠模块在执行时维护当前是分组中的成员的所有网元的记录。
在另一个方面，本发明的特征在于用于管理分布式结构系统的计算机程序产品，在该分布式结构系统中，多个独立的网元通过交换机间链路互相连接。网元被分配到同一分组。计算机程序产品包括计算机可读存储介质，计算机可读存储介质实现有计算机可读的程序代码。计算机可读的程序代码包括交换机发现协议(SDP)模块，被配置为发现分组中的每个网元并推选出网元中的一个作为主控网元。SDP模块在由主控网元执行时进一步被配置为针对分组中的每个网元发出消息。设备配置(DC)堆叠模块被配置为与分布式结构系统中的每个其它的网元互通交换机信息。DC堆叠模块在由主控网元执行时被配置为接收由运行在该主控网元上的SDP模块发出的每个消息并维护当前是分组中的成员的所有网元的记录。
在又一个方面，本发明的特征在于用于管理分布式结构系统的方法，在该分布式结构系统中，多个独立的网元通过交换机间链路互相连接。网元被分配到同一分组。该方法包括发现分组中的每个网元并推选出分组中的网元之一作为主控网元。被推选出的主控网元针对分组中的每个网元发出消息并响应于由该主控网元发出的消息维护当前是分组中的成员的所有网元的记录。
附图说明
通过参照以下结合附图的描述，可以更好地理解本发明的上述和进一步的优点，其中，各个图中相同的数字指示相同的结构元素和特征。各个图并不必要进行缩放，相反重点放在说明本发明的原理上。
图1是包括具有多个网元、服务器和管理站的数据中心的网络化环境的实施例。
图2是包括主控(控制器)网元、备份网元和多个跟从者网元的数据中心的实施例的框图。
图3是包括与存储器通信的处理器和存储在存储器中的分层式软件的网元的实施例的功能框图。
图4A是主控网元中的分层式软件和软件的各层之间的各种通信信道的框图。
图4B是跟从者网元中的分层式软件和软件的各层之间的各种通信信道的框图。
图5是用于将新网元添加到网元的分组的处理的实施例的流程图。
图6是用于将新网元添加到网元的分组的处理的另一个实施例的流程图。
图7是用于将配置应用到跟从者网元的通过主控网元和跟从者网元的分层式软件的控制流的例子的示意图。
图8是用于使用RPC调用来从跟从者网元收集信息的通过主控网元和跟从者网元的分层式软件的控制流的例子的示意图。
图9是用于更新跟从者网元中的固件的通过主控网元和跟从者网元的分层式软件的控制流的例子的示意图。
具体实施方式
此处所描述的分布式结构系统包括多个互相连接的独立网元。这些网元中的每个包括用于在整个分布式结构中路由数据包的一个或多个交换芯片。此后，这样的网元可以可交换地称为交换机。这些网元根据某些协议互相通信。这些协议操作来将交换机分组在一起，使得这些交换机可以作为单个虚拟交换机被集中管理。协议中的一种是交换机发现协议(SDP)，网元通过该协议来检测一个网元何时加入或离开该分布式结构系统。SDP还推选出主控网元或控制器。另一种协议是设备配置(DC)堆叠协议，网元使用该协议来彼此交换交换机信息。在主控网元上，DC堆叠协议还被配置为维护当前在分组中的网元的记录。通过主控网元，网络管理员可以与远程网元通信来获取由远程网元的交换芯片收集的信息，设定远程网元的交换芯片的参数，配置网元，以及安装远程网元的固件的更新版本。因此，主控网元提供中央位置，通过该中央位置来管理分布式结构系统内的各种独立网元。
图1示出了包括通过网络8与管理站4和服务器6通信的数据中心10的网络化环境2的实施例。网络8的实施例包括但不限于局域网(LAN)、城域网(MAN)和广域网(WAN)，诸如因特网或万维网。在一个实施例中，网络8被配置为层2(L2)VLAN。数据中心10一般是容纳各种计算机、路由器、交换机和其它相关联的设备的支持对于企业、组织或其它实体的运作所不可或缺的应用和数据的设施。
数据中心10包括通过交换机间链路(ISL)16通信的多个网元14。每个网元14是独立(单独)的基于数据包的交换机，被配置在一起以形成单个分布式结构系统，每个网元14被指定为特定分组(或集群)的成员。每个分组具有主控(或控制器)网元、一个或多个备用或备份网元和一个或多个跟从者(follower)网元，如关于图2所更详细地描述的。数据中心10可以具有多于一个的分组，虽然每个网元可以是仅一个分组的成员。同一分组的成员共享相同的分组ID(GID)。用户可以通过CLI(命令行界面)设定GID；默认值为0。网元14的实施例包括但不限于核心交换机、接入交换机、物理机架交换机中的管理模块、交换卡(fabric card)和线卡(line card)。虽然只示出了五个网元14，但是分布式结构系统中的网元数目的范围可以是成千上万的。
数据中心10可以在单个站点处具体实现或分布在多个站点之间。虽然管理站4和服务器6被示出为在数据中心10的外部，但是它们中的任一个(或两者)可被视为数据中心10的一部分。在数据中心10中，功能性出现在三个平面上：管理平面、控制平面和数据平面。分组的管理出现在管理平面上，分组的管理诸如配置管理、运行时配置管理、信息的呈现(展示和显示)、图形生成、和处理SNMP请求。控制平面与涉及网络信令和控制的那些功能相关联。数据平面管理数据流。在数据中心10中，管理平面的功能性在主控网元处集中地实现，如这里将进一步地描述的。控制平面的功能性可以主要在服务器6处实现或者分布在网元之间。一般而言，数据平面的功能性分布在网元14之间。
管理站4提供用于对分布式结构系统的网络化交换机14进行管理和控制的管理的集中点。通过管理站4，数据中心10的用户或网络管理员与主控网元进行通信以从单个位置管理分组，该分组可想象地具有成千上万的网元。在管理站4上执行的图形用户界面(GUI)应用可以用来向网络管理员提供分布式结构系统的整个网络拓扑的视图。这样的GUI应用的一个例子是由Armonk,N.Y的IBM公司提供的Blade Harmony
另外，管理站4可以通过多种多样的连接中的一个而直接(点到点)或间接地连接到数据中心10的主控网元14，这些连接诸如标准电话线路、数字用户线(DSL)、异步DSL、LAN或WAN链路(例如T1、T3)、宽带连接(帧中继、ATM)、和无线连接(例如802.11(a)、802.11(b)、802.11(g)、802.11(n))。使用网络协议(诸如Telnet或SNMP(简单网络管理协议))，管理站4可以访问给定网元14的命令行界面。
一般而言，服务器6是向数据中心10提供一个或多个服务的计算机(或计算机的分组)，其示例包括但不限于电子邮件服务器、代理服务器、DNS服务器和运行分布式结构系统的控制平面的控制服务器。为了支持整个网元集群的控制平面功能性，服务器6被配置具有足够的处理能力(例如，具有多个处理器核心)。
图2示出了具有多个网元14的数据中心10的实施例，网元14包括主控(控制器)交换机14-1、备份(备用)交换机14-2和多个跟从者交换机14-3、14-4和14-N。一般而言，网元中的一个被选择作为主控交换机14-1，另一个被指定作为备份交换机14-2，并且所有其它的交换机是跟从者。主控交换机14-1是整个分布式结构系统的控制中心，跟从者交换机是在主控交换机14-1的控制下的任何网元，主控网元14-1发送并接收往来于跟从者网元14-3、14-4、14-N的控制平面和数据平面数据包。在分布式结构系统的正常操作下，备份交换机14-2像跟从者交换机一样地操作，除了如果当前主控交换机失效则备份交换机14-2承担主控所有权之外。
主控交换机14-1和备份交换机14-2通过ISL 16分别与每个跟从者交换机14-3、14-4、14-N进行通信。可以采用其它的互相连接的配置，诸如菊花链、全网状、星型和堆叠的，而不偏离此处所描述的原理。在一个实施例中，网元14通过其进行通信的ISL16是10Gb以太网链路(网元14根据IEEE802.Qgb标准进行通信)。
在这种分布式结构系统中的应用优选地具有三种模式：主控模式、备份模式和成员模式。取决于给定网元的角色，在该网元上运行的应用运行在相应的模式中。例如，在主控交换机14-1上运行的应用运行在主控模式中。每个应用可以采取不同的方法，并因此在不同的模式中承担不同的责任。这些应用的示例性实现包括纯粹集中式的方法、完全分布式的方法、或集中式和分布式方法的组合。在网元上运行的应用具有分布式结构系统中的所有网元上的所有数据端口的全局视图。
图3示出了包括与存储器22通信的处理器20和存储在存储器22中的分层式软件24的网元14的简化实施例。分层式软件24包括每个网元14所共同的一组软件组件。简单地说，该组软件组件包括用于将多个网元14分组在一起以形成单个大型交换机的协议。通过实现由该组软件组件提供的协议(此处被称为M-DFP或管理分布式结构协议)，该分组的网元可以被连接以形成堆叠的交换机、虚拟交换机或分布式机架交换机。该组软件组件还可以用来实现物理机架交换机。一般而言，M-DFP软件组件在软件椎栈24中驻留在网元上的那些应用和系统上的SDK(软件开发工具包)之间。SDK包括运行时工具，诸如Linux内核、开发工具、软件库和框架。
分层式软件堆栈24包括路径选择层26、交换机发现协议(SDP)模块28、EL2T(基于以太网的L2传输)层30、RPC(远程过程调用)模块32、端口映射/宏模块34、DC堆叠模块36、DC API(应用程序接口)38、交换机附接(attach)/分离(detach)模块40、CP(检查点)模块42、和TFTP(普通文件传送协议)模块44。在网元14之间实现M-DFP所需的通信可以在标准以太网链路、结构连接或任何专有总线之上运行。
简要地概述，路径选择层(PSL)26支持SDP和EL2T模块28、30，便利CPU到CPU的通信。SDP模块28和PSL26进行合作来确定出口端口，数据包通过该出口端口从该网元发送到远程网元。PSL26包括到套接字端口和数据端口两者的驱动器接口。
SDP模块28发现交换机何时加入以及离开分组(分别称为交换机被发现(switch-found)和交换机消失(switch-gone)事件)。可使用老化移出(age-out)机制来实现对交换机离开的检测。ISL16上的链接故障事件在一些条件下也可以触发交换机消失检测。SDP模块28向同一网元上的DC堆叠模块36报告交换机被发现(JOIN_STACK)和交换机消失(LEAVE_STACK)事件用于进一步的处理。SDP模块28的其它功能是针对本地网元和其它远程网元之间的所有可能的路径检查ISL16的健康，并提供基于优先级的主控推选机制。
EL2T层30提供简单的L2传输协议，以便利EL2T层30上面的上层协议的通信。在一个实施例中，这些上层协议包括RPC模块32、DC堆叠模块36、CP模块42、TFTP模块44和网元14上的所有应用。
RPC模块32提供RPC机制，RPC机制基于EL2T层30并由主控交换机14-1上的DC API层38使用以与远程网元进行通信。
端口映射/宏模块34向分层式软件之上的应用提供从全局CLI端口到物理设备和端口的映射。与DC堆叠模块36和SDP模块28合作，端口映射/宏模块34维护该映射。
DC堆叠模块36使用数据结构以形成同一分组中的网元的“堆叠”，协调网元以使得它们作为单个交换机进行合作。同一分组中所有网元的DC堆叠模块36使用EL2T模块30而彼此通信以交换信息和形成堆叠。另外，不同网元上的DC堆叠模块36一起工作以确保主控交换机14-1具有用于现有网元的最新信息(通过HOST-UPDATE事件)。每当用于给定网元的交换机信息已经改变并且DC堆叠模块36已经接收到用于该给定网元的JOIN-STACK事件，HOST-UPDATE事件就被传递给DC堆叠模块36以提供信息更新。
通过DC API层38，在网元14上运行的应用可以做出对网元的硬件交换芯片的程序调用，以要么从该芯片检索信息要么在该芯片上设定一些参数。这些芯片可以驻留在本地网元上或远程网元上。
交换机附接/分离模块40向网元上的应用通知网元的变化，从而为分层式软件堆栈24之上的应用提供分组中所有网元上的所有数据端口的全局视图。
CP模块42辅助在主控交换14-1上运行的应用以与备份交换机14-2同步每个相关的数据库和状态来为备份到主控(backup-to-master)的失效转移做准备。
TFTP模块44提供EL2T层30之上的传输层，以辅助DC堆叠模块36和应用来从主控交换机14-1到任何跟从者交换机14-3、14-4、14-N推送配置或固件镜像。
图4A和图4B分别示出了主控交换机14-1和跟从者交换机14-3中的软件堆栈24(作为代表性的例子)。这里，每个软件堆栈24包括具有各种应用54的应用层50，应用的例子包括配置(config)应用、CLI应用和系统日志(syslogs)应用。双头箭头52表示软件堆栈24中的组件之间的控制流。
在分层式软件堆栈24中，SDP模块28被设置在上面的DC堆叠模块36和下面的路径选择层26之间。SDP模块28包括交换机发现协议(SDP)、成员跟踪层(MTL)和路径健康维护(PHM)组件。SDP是运行在常见的L2VLAN中的多播协议，用于发现分布式结构系统中的交换机。在交换机接收到用于SDP的数据包后，相关的交换机信息传递到MTL中用于成员的维护。这样的数据包称为交换机发现协议数据单元或SDPDU。
MTL是SDP模块28的数据库层，用于跟踪同一分组中的当前网元成员以及用于维护所有这样的成员的交换机信息。用于每个网元的交换机信息包括：交换机编号、交换机的MAC地址、交换机信息(SI)和交换机成员(SM)序列号、以及从远程网元接收到的最后的SDPDU的时间戳。向MTL报告交换机信息的任何变化用于跟踪。当ISL16出故障时，在MTL中清除通过该链路学习到的交换机信息。为了帮助检测交换机消失事件，MTL实现老化移出机制，使用计时器以在指定的持续时间没有从远程网元接收到SDPDU的情况下“老化移出”该网元。MTL还基于交换机优先级(在网元的SDPDU中携带)推选出分组的主控网元。在推选出之后，经推选出的主控网元将交换机成员信息报告给该主控网元的DC堆叠模块36。另外，主控网元的MTL向DC堆叠模块36传递消息以通知分组中的交换机成员的任何变化，所述变化要么由新发现的交换机而导致要么由检测到交换机离开而导致。
SDP模块28的PHM组件维护本地网元与所有其它远程网元之间的所有可能的路径的健康状态。当从网元接收到SDPDU时，在MTL中也更新针对该网元的健康状态。EL2T30和PSL26使用该健康信息来确定用于本地网元与远程网元之间的通信的路径或端口。
图5示出了新交换机14-5通过其加入堆叠(或分组、集群)的处理70的实施例。在重新启动后，新交换机14-5周期性地通过其ISL端口传输(步骤72)SDPDU。响应于从新交换机14-5接收到SDPDU，主控交换机14-1上的SDP模块28向DC堆叠模块36报告(步骤74)JOIN_STACK事件用于处理。响应于该JOIN_STACK消息，该DC堆叠模块36与新交换机14-5上的DC堆叠模块36进行通信，试图执行信息交换。
在信息交换期间，主控交换机14-1通过发送(步骤76)I_AM_MASTER(我是主控)消息到新交换机14-5的DC堆叠模块36来标识自身。I_AM_MASTER消息优选地包括签名，其表示主控交换机14-1的当前配置。新交换机14-5通过向主控交换机14-1发送(步骤78)对配置的请求(CFG_REQ)来对该消息进行响应。响应于该CFG_REQ消息，主控交换机14-1发送(步骤80)配置脚本到新交换机14-5，配置脚本将由交换机14-5运行以便加入堆叠。配置脚本实现通过CLI设定的用户配置。通过运行配置脚本而执行的示例配置是设定哪些VLAN在给定的端口处是被允许的。在完成脚本之后，新交换机14-5返回(步骤82)加入堆叠的消息。随后，主控交换机14-1通过发送(步骤84)BE_MEMBER(是成员)消息来向新交换机14-5通知其被接受到堆叠中。在新交换机14-5加入堆叠后，主控交换机14-1可以管理并控制新交换机14-5。
在新交换机14-5可以加入堆叠之前，新交换机14-5上的镜像(即固件)需要和运行在主控交换机14-1上的镜像兼容。兼容性的验证可以响应于I_AM_MASTER和CFG_REQ消息而发生。基于CFG_REQ消息所携带的信息，主控交换机14-1可以了解在新交换机14-5上运行的镜像的版本号。如果主控交换机14-1确定镜像是不兼容的，则主控交换机14-1将兼容的固件版本推送给新交换机14-5。
图6示出了图5的新交换机14-5通过其加入堆叠(或分组、集群)的处理70的简略版本70'。如同在图5的处理70中，主控交换机14-1通过响应于从新交换机14-5接收到SDPDU而发送(步骤90)I_AM_MASTER消息到新交换机14-5来标识自身。在该简略版本中，如果新交换机14-5已经具有和主控交换机14-1相同的配置，则可以发生快速加入。每个消息携带附加信息以便利该确定。例如，I_AM_MASTER消息包括签名，其表示主控交换机14-1的当前配置。由该签名，新交换机确定(步骤92)它具有和主控交换机14-1的当前配置相同的配置。相应地，作为对发出CFG_REQ消息(图5的步骤78)的替代，新交换机14-5前进到发送(步骤94)TO_JOIN_STACK(加入堆叠)消息以指示准备好加入堆叠。作为响应，主控交换机14-1通过发送(步骤96)BE_MEMBER消息到新交换机14-5，将新交换机14-5接受到堆叠。该“快速加入”处理可以加速将新交换机添加到堆叠的处理，由此有助于通过缩短ISL不稳定的时间来稳定分布式结构系统。例如，错误地拔出的ISL在被重新连接后是暂时不稳定的。
图7示出了例如在网络管理员想要将配置应用到跟从者交换机14-3时通过主控交换机14-1和跟从者交换机14-3的分层式软件24的控制流的示例。从管理站4(图1)，网络管理员通过命令行界面(CLI)54-1应用连接到主控交换机14-1并与其进行通信。
通常，CLI脚本维护用户配置，主控交换机14-1推送CLI脚本到跟从者交换机14-3。为了推送CLI脚本，CLI应用54-1与TFTP模块44进行通信(箭头100)以准备用于传送到远程跟从者交换机14-3的CLI脚本文件。TFTP模块44调用(箭头102)EL2T层30。从EL2T层30，数据包处理前进(箭头104)到路径选择层26，路径选择层26确定通过其来将数据包发送到跟从者交换机14-3的出口端口。路径选择层26与SDK数据包接口110通信(箭头106)，SDK数据包接口110与适当的数据端口112相接口(箭头108)，通过该数据端口来发送数据包。具有CLI脚本的数据包穿过(箭头114)ISL链路16到跟从者交换机14-3。
在跟从者交换机14-3处，数据包处理向上移动，以和主控交换机14-1在准备用于传输的数据包时所采取的顺序相反的顺序通过软件堆栈24的各层。更具体地说，数据包向上传递，从数据端口112到SDP数据包接口110(箭头116)，接着到路径选择层26(箭头118)、EL2T层30(箭头120)以及TFTP模块44(箭头122)，接着从TFTP模块44到CLI应用54-1(箭头124)，CLI应用54-1获取并运行CLI脚本文件以便应用用户配置。
CLI脚本的执行产生(箭头126)对DC API38的调用。DC API38调用(箭头128)与跟从者交换机14-3上的交换芯片132相关联的SDK130。SDK130操作以按照在应用层50处运行的CLI脚本来配置(箭头134)芯片132。
图8示出了例如在网络管理员想要从交换芯片132收集信息或者管理跟从者交换机14-3上的数据端口时通过主控交换机14-1和跟从者交换机14-3的分层式软件24的控制流的示例。网络管理员通过CLI54-1应用从管理站4连接到主控交换机14-1并与主控交换机14-1进行通信。
简要地概述，为了收集所请求的信息或者为了管理数据端口，主控交换机14-1发出由跟从者交换机14-3接收和处理的RPC调用。更具体地说，数据包处理向下移动通过主控交换机14-1的软件堆栈24，从CLI应用54-1到DC API38(箭头150)，并且从DC API38到RPC模块32(箭头152)。RPC模块32调用(箭头154)EL2T层30，EL2T层30调用(箭头156)路径选择层26，并且路径选择层26与SDK数据包接口110通信(箭头158)。SDK数据包接口110与适当的数据端口112相接口(箭头160)，通过该数据端口发送数据包。包含RPC调用的数据包通过(箭头162)ISL链路16到跟从者交换机14-3。
如关于图7所描述的，跟从者交换机14-3处的数据包处理向上移动，以和当主控交换机14-1准备用于传输的RPC调用数据包时所采取的向下通过软件堆栈的路径相反的顺序通过软件堆栈24的各层。数据包向上传递，从数据端口112到SDP数据包接口110(箭头164)，接着到路径选择层26(箭头166)，接着到EL2T层30(箭头168)，接着从EL2T层30到RPC模块32(箭头170)。RPC模块32调用(箭头172)RPC-CLI应用54-2。RPC-CLI应用54-2通过发出(箭头174)对DC API38的调用来执行由RPC调用指定的操作。响应于该调用，DC API38调用(箭头176)与交换芯片132相关联的SDK130。SDK130发出(箭头178)命令到芯片132，例如以配置芯片132的端口或从芯片132收集信息。
图9示出了例如在网络管理员想要升级跟从者交换机14-3中的固件时通过主控交换机14-1和跟从者交换机14-3的分层式软件堆栈24的控制流的示例。为了实现固件升级，网络管理员从管理站4连接到主控交换机14-1并将新固件发送到主控交换机14-1。通过主控交换机14-1的CLI54-1，网络管理员可以执行任何跟从者交换机的固件升级而不用必须连接到主控交换机14-1以外的任何网元。
为了将固件升级发送到远程跟从者交换机，CLI应用54-1沿着和CLI脚本在图7所描述的远程配置期间所采取的路径类似的向下通过软件堆栈的路径来发送包含固件升级的文件。固件升级传递(箭头200)到TFTP模块44以准备用于传送到远程跟从者交换机14-3的固件升级文件。TFTP模块44调用(箭头202)EL2T层30。从EL2T层30，数据包处理前进(箭头204)到路径选择层26。路径选择层26与SDK数据包接口110通信(箭头206)，SDK数据包接口与数据端口112相接口(箭头208)，通过该数据端口发送数据包。具有固件升级的数据包穿过(箭头210)ISL链路16到跟从者交换机14-3。
在跟从者交换机14-3处，数据包处理向上移动，以主控交换机14-1在准备用于传输的固件升级时所采取的顺序相反的顺序通过软件堆栈的各层。数据包向上传递，从数据端口112到SDP数据包接口110(箭头212)，接着到路径选择层26(箭头214)、EL2T层30(箭头216)和TFTP模块44(箭头218)，接着从TFTP模块44到CLI应用54-1(箭头220)。CLI应用54-1对闪存54-3(即非易失性存储器)重编程序(箭头222)以包含固件升级。
所属技术领域的技术人员会知道，本发明的各个方面可以具体实现为系统、方法和计算机程序产品。因此，本发明的各个方面可以完全以硬件具体实现、完全以软件(包括但不限于固件、程序代码、驻留软件、微代码)具体实现、或者以硬件和软件的组合来具体实现。所有这样的实施例这里可以统称为电路、模块或系统。另外，本发明的各个方面可以是在一个或多个计算机可读介质中具体实现的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。
可以采用一个或多个计算机可读介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或设备，或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何可以包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者设备使用或者与其结合使用。
计算机可读信号介质可以包括例如在基带中或者作为载波一部分传播的数字信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或设备使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、有线、光缆、射频(RF)等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明的各个方面的操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言——诸如Java、Smalltalk、C++和Visual C++等，还包括常规的过程式程序设计语言——诸如C语言和Pascal程序设计语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。任何这样的远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
参照根据本发明的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个框以及流程图和/或框图中各框的组合，都可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些计算机程序指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生用于实现流程图和/或框图中的一个或多个框中所规定的功能/动作的装置。
也可以把这些计算机程序指令存储在计算机可读介质中，这些指令使得计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备以特定方式工作，从而，存储在计算机可读介质中的指令就产生出包括实现流程图和/或框图中的一个或多个框中所规定的功能/动作的指令的制造品(article of manufacture)。
计算机程序指令也可以加载到计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上，以引起一系列操作步骤在该计算机、其它可编程装置或其它设备上被执行以产生计算机实施的处理，从而在该计算机或其它可编程装置上执行的指令提供用于实现流程图和/或框图中的一个或多个框中所指定的功能/动作的处理。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的框实际上可以基本并行地执行，或者它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个框、以及框图和/或流程图中的框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
所描述的发明的各个方面可以实现为用半导体制造工艺制造的一个或多个集成电路(IC)芯片。IC芯片的生产者可以将它们以原始晶片(raw wafer)的形式(在具有多个未封装芯片的单个晶片上)、作为裸片、或者以封装的形式进行分发。在封装形式的情况下，IC芯片被安装在单个芯片封装中，例如具有固定到母板或其它更高级别的载体的引线的塑料载体，或者被安装在多芯片封装中，例如具有表面和/或掩埋互连的陶瓷载体。IC芯片接着与其它芯片、分立电路元件、和/或其它信号处理设备集成作为中间产品(诸如母板)或者最终产品的一部分。最终产品可以是包括IC芯片的任何产品，其范围从电子游戏系统和其它低端应用到具有显示器、输入设备和中央处理器的高级计算机产品。
对于具备所属领域普通技能的人员而言，不偏离本发明的范围和精神的许多修改和变型是明显的。选择并描述这些实施例是为了最好地解释本发明的原理和实际应用，并使得具备所属领域普通技能的其它人员能够理解本发明的具有适用于特定预期用途的各种变型的各种实施例。
这里使用的术语只是出于描述特定实施例的目的，而不是旨在限制本发明。如这里所使用的，名词单数形式“一”、“一个”旨在同样包括复数形式，除非上下文明显地有其它指示。应当进一步地理解，当在说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，其规定所述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但不排除出现或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其组合。
权利要求中的相应的结构、材料、动作以及所有装置或步骤加功能元素的等同形式旨在包括用于与具体要求保护的其它元素结合而执行功能的任何结构、材料或动作。给出对本发明的描述目的在于说明和描述，而非旨在穷举或将本发明限制为公开的形式。
虽然已经参照具体的优选实施例示出并描述了本发明，但是所述技术领域的技术人员应当理解，可以做出各种形式和细节上的变型，而不偏离如权利要求所限定的本发明的精神和范围。

Claims (24)

1.一种分布式结构系统，包括通过交换机间链路互相连接并分配到同一分组的多个独立网元，每个网元包括一个或多个交换芯片、处理器和存储器，所述存储器存储由所述处理器执行的分层式程序代码，每个网元的所述分层式程序代码包括设备配置DC堆叠模块和交换机发现协议SDP模块，每个网元的SDP模块在执行时发现所述分组中的每个其它的网元并推选出所述网元中的一个作为主控网元，所述主控网元的SDP模块在执行时发送消息到所述主控网元的DC堆叠模块，每个被发送的消息标识所述分组中的所述网元中的一个，所述主控网元的DC堆叠模块在执行时维护当前是所述分组中的成员的所有网元的记录。
2.根据权利要求1所述的分布式结构系统，其中，每个网元的所述分层式程序代码进一步包括在所述分层式程序代码的顶层处的应用程序和在所述顶层下面的一层处的DC-API(应用程序接口)模块，每个网元的DC-API模块被配置为从所述网元中的任何一个的一个或多个交换芯片获取信息并对所述一个或多个交换芯片的参数进行设定，根据权利要求2所述的分布式结构系统，其中，每个网元的所述分层式程序代码进一步包括远程过程调用RPC模块，RPC模块被配置为由该网元的DC-API模块调用以与其它网元中的一个进行通信。
3.根据权利要求1所述的分布式结构系统，其中，每个网元的所述分层式程序代码进一步包括基于以太网的L2传输EL2T以便利于通信。
4.根据权利要求4所述的分布式结构系统，其中，每个网元的所述分层式程序代码进一步包括在SDP模块和EL2T层之下的一层处的路径选择层PSL，PSL被配置为确定在数据包通过交换机间链路传输到远程网元时用于所述数据包的出口端口。
5.根据权利要求4所述的分布式结构系统，其中，每个网元的所述分层式程序代码进一步包括在EL2T层上面的一层处的普通文件传送协议TFTP，所述主控网元使用TFTP来将配置和固件镜像推送给其它网元。
6.根据权利要求1所述的分布式结构系统，其中，每个网元的所述分层式程序代码进一步包括检查点模块CP，以将所述主控网元上的应用与备份网元处的相关的数据库和状态进行同步来为备份到主控的失效转移做好准备。
7.根据权利要求1所述的分布式结构系统，其中，每个网元的所述分层式程序代码进一步包括在所述分层式程序代码的顶层处的应用和交换机附接/分离模块，交换机附接/分离模块被配置为向所述应用提供所述分组中的所有网元上的所有数据端口的全局视图，并向所述应用通知关于所述网元中的任何一个的任何变化。
8.根据权利要求1所述的分布式结构系统，其中，每个网元的所述分层式程序代码进一步包括在所述分层式程序代码的顶层处的应用和端口映射/宏模块，端口映射/宏模块被配置为向所述应用提供全局CLI(命令行界面)端口到物理设备和端口的映射。
9.一种计算机程序产品，用于管理分布式结构系统，在所述分布式结构系统中，多个独立网元通过交换机间链路互相连接，所述网元被分配到同一分组，所述计算机程序产品包括：
实现有计算机可读的程序代码的计算机可读存储介质，所述计算机可读的程序代码包括：
交换机发现协议SDP模块，被配置为发现所述分组中的每个网元并推选出所述网元中的一个作为主控网元，SDP模块在由所述主控网元执行时被进一步配置为针对所述分组中的每个网元发出消息；以及
设备配置DC堆叠模块，被配置为与所述分布式结构系统中的每个其它的网元互通交换机信息，DC堆叠模块在由所述主控网元执行时被配置为接收由运行在所述主控网元上的SDP模块发出的每个消息并维护当前是所述分组中的成员的所有网元的记录。
10.根据权利要求10所述的计算机程序产品，其中，所述计算机可读的程序代码进一步包括在软件堆栈的顶层处的应用程序和在所述顶层下面的一层处的DC-API(应用程序接口)模块，DC-API模块被配置为从所述网元中的任何一个的一个或多个交换芯片获取信息并对所述一个或多个交换芯片的参数进行设定，根据权利要求11所述的计算机程序产品，其中，所述计算机可读的程序代码进一步包括远程过程调用RPC模块，RPC模块被配置为由DC-API模块调用以与远程网元进行通信。
11.根据权利要求10所述的计算机程序产品，其中，所述计算机可读的程序代码进一步包括基于以太网的L2传输EL2T以便利于与远程网元的通信。
12.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中，所述计算机可读的程序代码进一步包括软件堆栈中在SDP模块和EL2T层之下的一层处的路径选择层PSL，PSL被配置为确定在数据包通过交换机间链路传输到远程网元时用于所述数据包的出口端口。
13.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中，所述计算机可读的程序代码进一步包括软件堆栈中在EL2T层上面的一层处的普通文件传送协议TFTP，TFTP被配置为将配置和固件镜像推送给远程网元。
14.根据权利要求10所述的计算机程序产品，其中，所述计算机可读的程序代码进一步包括检查点模块CP，检查点模块CP被配置为将所述主控网元上的应用与备份网元处的相关的数据库和状态进行同步来为备份到主控的失效转移做好准备。
15.根据权利要求10所述的计算机程序产品，其中，所述计算机可读的程序代码进一步包括在软件堆栈的顶层处的应用程序和交换机附接/分离模块，交换机附接/分离模块被配置为向所述应用提供所述分组中的所有网元上的所有数据端口的全局视图，并向所述应用通知关于所述网元中的任何一个的任何变化。
16.根据权利要求10所述的计算机程序产品，所述计算机可读的程序代码进一步包括在软件堆栈的顶层处的应用和端口映射/宏模块，端口映射/宏模块被配置为向所述应用提供全局CLI(命令行界面)端口到物理设备和端口的映射。
17.一种用于管理分布式结构系统的方法，在所述分布式结构系统中，多个独立网元通过交换机间链路互相连接，所述网元被分配到同一分组，所述方法包括：
发现所述分组中的每个网元并推选出所述分组中的所述网元中的一个作为主控网元；
由所推选出的主控网元针对所述分组中的每个网元发出消息；以及
由所述主控网元响应于由所述主控网元发出的所述消息来维护当前是所述分组中的成员的所有网元的记录。
18.根据权利要求19所述的方法，进一步包括由所述主控网元响应于从远程网元接收到交换机发现协议数据单元，向所述远程网元发送消息，所述消息通知所述远程网元所述主控网元是所述分组的主控。
19.根据权利要求20所述的方法，进一步包括由所述主控网元响应于已经发送了通知，从所述远程网元接收请求配置的消息。
20.根据权利要求21所述的方法，进一步包括由所述主控网元响应于从所述远程网元接收到请求配置的所述消息，发送配置脚本到所述远程网元。
21.根据权利要求22所述的方法，进一步包括由所述主控网元响应于已经发送了所述配置脚本，从所述远程网元接收表示所述远程网元被配置并准备好加入所述分组的消息。
22.根据权利要求20所述的方法，进一步包括由所述主控网元响应于已经发送了通知，从所述远程网元接收表示所述远程网元被配置并准备好加入所述分组的消息。
23.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：
与所述主控网元建立通信会话；
通过所述主控网元，请求远程网元的固件升级；和
由所述主控网元将固件升级文件发送到所述远程网元用于在所述远程网元处安装。
24.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：
与所述主控网元建立通信会话；
向所述主控网元发送对远程网元的交换芯片的参数进行设定或从所述远程网元的所述交换芯片获取信息的请求；和
由所述主控网元向所述远程网元发送对所述远程网元的所述交换芯片的参数进行设定或从所述远程网元的所述交换芯片获取信息的请求。
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