CN104821917B - 一种用于虚拟交换机系统的拓扑发现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于虚拟交换机系统的拓扑发现方法，其基于邻居发现报文、邻居应答报文、端口状态故障报文、链路恢复通知报文以及链路恢复应答报文，使得虚拟交换机系统中的每台成员设备都知道虚拟交换机系统中的拓扑信息。本发明可在由多台设备组成的线形或环形虚拟交换机系统中准确有效地发现网络拓扑，使得每台成员设备都知道虚拟交换机系统中的拓扑信息，以避免环路及有效地转发报文。
Description
技术领域
本发明涉及一种网络通信技术，具体涉及一种用于虚拟交换机系统的拓扑发现方法。
背景技术
当前，数据中心的数据访问量越来越大，并且，对数据中心网络的可靠性要求越来越高，传统的数据中心网络已经无法满足要求。而交换机设备使用虚拟化技术组合成的虚拟交换机系统可以实现数据中心的大量数据转发和提高网络可靠性。
另外，有些用户希望将成本低廉的盒式交换机设备虚拟化成一台虚拟交换机设备，使盒式设备之间互相冗余备份，提高网络的可靠性，简化网络的管理。这也需要使用虚拟化技术来将盒式交换机设备组合成虚拟交换机系统。
虚拟化技术就是将两台或多台交换机通过虚拟化链路连接起来，从逻辑上组合成一个虚拟的交换机系统。用户对这个虚拟交换机系统进行管理，来实现对虚拟交换机系统中的所有物理设备的管理。
虚拟交换机系统中的每台设备最多可以有两个虚拟化端口(Pa和Pb)与其它设备通过虚拟化链路相连。
参见图1，其所示为由4台交换机设备组成的线形虚拟交换机系统。
参见图2，其所示为由4台交换机设备组成的环形虚拟交换机系统。
而将两台或多台设备组合成一台虚拟交换机系统时，需要获知虚拟交换机系统中由虚拟化链路构成的网络拓扑，以便于计算虚拟交换机系统中的物理设备间的路由，在虚拟交换机系统中的物理设备间有效地转发报文及避免环路，但目前尚无公开的资料给出虚拟交换机系统中的拓扑发现方法。
由此可见，提供一种用于虚拟交换机系统的拓扑发现方法是本领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明针对现有技术中尚未实现虚拟交换机系统中的拓扑发现的问题，提供一种实现虚拟交换机系统的拓扑发现方法，通过本方案能够具体实现虚拟交换机系统中的拓扑发现，并且能够保证整个拓扑发现的准确性。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种用于虚拟交换机系统的拓扑发现方法，所述方法基于邻居发现报文、邻居应答报文、端口状态故障报文、链路恢复通知报文以及链路恢复应答报文，使得虚拟交换机系统中的每台成员设备都知道虚拟交换机系统中的拓扑信息。
在一具体方案中，所述方法使用邻居发现报文在虚拟交换机系统中传播拓扑信息，使用邻居应答报文对收到的邻居发现报文进行确认。
进一步的，所述邻居发现报文是单跳多播报文，邻居收到该报文后不再转发，但如果收到该报文后引起拓扑数据库变化，则可以生成一个新的邻居发现报文向另外一个虚拟化端口发送。
进一步的，所述邻居发现报文的格式为(S,P,(dm,…,dn),Seq)，其中，S表示发送方设备，P表示发送方设备上发送报文的虚拟化端口，(dm,…,dn)表示发送方设备上的另一个虚拟化端口(不是P)到达各个设备的距离，Seq是发送邻居发现报文的虚拟化端口所维护的拓扑序号。
进一步的，设备从某虚拟化端口收到邻居发现报文后，要立即从该虚拟化端口向对端设备发送一个邻居应答报文。
进一步的，所述邻居应答报文的格式为(S,P,Seq)，其中，S表示发送方设备，P表示发送方设备上发送报文的虚拟化端口，Seq是发送端口所收到的邻居发现报文中所带的拓扑序号。
再进一步的，从一个端口发送的邻居应答报文中的Seq要与从该端口收到的邻居发现报文中的Seq一致。
在另一具体方案中，所述方法使用端口状态故障报文来将虚拟化端口的故障信息快速地通知到虚拟交换机系统中的各成员设备。
进一步的，设备的一个虚拟化端口状态由正常变为故障的时候，需要立即从另一个虚拟化端口发送端口状态故障报文。
进一步的，所述端口状态故障报文是多跳多播报文，邻居收到该报文后会向另一个虚拟化端口转发，转发时不能改变报文内的信息。
进一步的，所述端口状态故障报文的格式为(S，P，Pf)，其中，S表示发送方设备，P表示发送方设备上发送报文的虚拟化端口，Pf表示发送方设备上发生故障的虚拟化端口。
在另一具体方案中，虚拟交换机系统中的设备检测到虚拟化链路构成的网络拓扑由线形拓扑变成环形拓扑时，需要向虚拟交换机系统中的各台设备发送链路恢复通知报文，虚拟交换机系统中的各台设备收到报文后根据各自维护的拓扑信息进行路由切换，以保证各台设备的切换步调一致。
进一步的，链路恢复通知报文是单跳报文，仅在直连的邻居间发送，但如果邻居收到该报文后需要向别的设备发送链路恢复通知报文，则可以生成一个新的链路恢复通知报文向另外一个虚拟化端口发送。
进一步的，链路恢复通知报文的格式为(S，P，N)，其中，S表示发送方设备，P表示发送方设备上链路恢复正常的虚拟化端口，N表示邻居设备。
进一步的，发送链路恢复通知报文的设备在从发送报文的虚拟化端口收到链路恢复应答报文之前，会定期重复发送链路恢复通知报文。
进一步的，所述链路恢复应答报文是链路恢复通知报文的应答报文，其是单跳报文，仅在直连的邻居间发送。
进一步的，所述链路恢复应答报文的格式为(S，P，N)，其中，S表示发送方设备，P表示发送方设备上发送报文的虚拟化端口，N表示邻居设备。
利用上述方案，可在由两台或多台交换机设备组成的线形或环形虚拟交换机系统中，准确有效地进行拓扑发现。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为由4台交换机设备组成的线形虚拟交换机系统的示意图。
图2为由4台交换机设备组成的环形虚拟交换机系统的示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
本实例用到的状态机说明：
本实例使用了一个拓扑发现状态机，该状态机有三个状态：发现状态，等待状态，稳定状态。发现状态表示当前正处于拓扑发现过程中，拓扑尚未收敛；等待状态表示拓扑即将收敛，作为向稳定状态的过渡；稳定状态表示拓扑已经稳定。
本实例用到的报文说明：
(1)邻居发现报文
邻居发现报文是单跳多播报文，邻居收到该报文后不再转发，但如果收到该报文后引起拓扑数据库变化，则可以生成一个新的邻居发现报文向另外一个虚拟化端口发送。
邻居发现报文的格式为(S,P,(dm,…,dn),Seq)，其中，S表示发送方设备，P表示发送方设备上发送报文的虚拟化端口，(dm,…,dn)表示发送方设备上的另一个虚拟化端口(不是P)到达各个设备的距离，Seq是发送邻居发现报文的虚拟化端口所维护的拓扑序号。
(2)邻居应答报文
设备从某虚拟化端口收到邻居发现报文后，要从该虚拟化端口向对端设备发送一个邻居应答报文。
邻居应答报文的格式为(S,P,Seq)，其中，S表示发送方设备，P表示发送方设备上发送报文的虚拟化端口，Seq是发送端口所收到的邻居发现报文中所带的拓扑序号。
每从一个虚拟化端口收到一个邻居发现报文，都要立即从该虚拟化端口回应一个邻居应答报文。从一个端口发送的邻居应答报文中的Seq要与从该端口收到的邻居发现报文中的Seq一致。
(3)端口状态故障报文
设备的一个虚拟化端口状态由正常变为故障的时候，需要立即从另一个虚拟化端口发送端口状态故障报文。端口状态故障报文是多跳多播报文，邻居收到该报文后会向另一个虚拟化端口转发，转发时不能改变报文内的信息。
端口状态故障报文的格式为(S，P，Pf)，其中，S表示发送方设备，P表示发送方设备上发送报文的虚拟化端口，Pf表示发送方设备上发生故障的虚拟化端口。
(4)链路恢复通知报文
虚拟交换机系统中的设备检测到虚拟化链路构成的网络拓扑由线形拓扑变成环形拓扑时，需要向虚拟交换机系统中的各台设备发送链路恢复通知报文，虚拟交换机系统中的各台设备收到报文后根据各自维护的拓扑信息进行路由切换，以保证各台设备的切换步调一致。
链路恢复通知报文是单跳报文，仅在直连的邻居间发送，但如果邻居收到该报文后需要向别的设备发送链路恢复通知报文，则可以生成一个新的链路恢复通知报文向另外一个虚拟化端口发送。发送链路恢复通知报文的设备在从发送报文的虚拟化端口收到链路恢复应答报文之前，会定期重复发送链路恢复通知报文。
链路恢复通知报文的格式为(S,P,N)，其中，S表示发送方设备，P表示发送方设备上链路恢复正常的虚拟化端口，N表示邻居设备。
(5)链路恢复应答报文
链路恢复应答报文是链路恢复通知报文的应答报文。设备在收到链路恢复通知报文后，要回应一个链路恢复应答报文。链路恢复应答报文是单跳报文，仅在直连的邻居间发送。
链路恢复应答报文的格式为(S,P,N)，其中，S表示发送方设备，P表示发送方设备上发送报文的虚拟化端口，N表示邻居设备。
本实例中用到的定时器和变量说明：
(1)nbrDiscoverWhile
nbrDiscoverWhile为邻居发现定时器。每个虚拟化端口维护一个邻居发现定时器，每当定时器超时时都向对应的端口发送一个邻居发现报文。只有当拓扑发现状态机处于拓扑发现状态时才运行邻居发现定时器。该定时器为循环定时器，周期为2秒。
(2)topoConvergeWhile
topoConvergeWhile为拓扑收敛定时器。每台设备维护一个拓扑收敛定时器，该定时器超时后，设备进入稳定状态。只有当拓扑发现状态机处于等待状态时才运行拓扑收敛定时器。该定时器为非循环定时器，超时时间为(3*nbrDiscoverWhile)秒。
(3)linkRestoreWhile
linkRestoreWhile为链路恢复定时器。每个虚拟化端口维护一个链路恢复定时器，每次发起链路恢复通知时启动，收到链路恢复应答报文或其它原因终止链路恢复通知时停止。只有当拓扑发现状态机处于稳定状态时才运行链路恢复定时器。该定时器为循环定时器，周期为2秒。
(4)distance[2][N]
distance[2][N]为距离数组，也就是设备维护的拓扑信息。虚拟化系统中的每台设备维护一个距离数组distance[2][N]，用于记录从本设备上的虚拟化端口(Pa或Pb)出发到达其它设备的距离(每台设备最多有两个虚拟化端口，distance[2][N]中的2对应于设备上的两个虚拟化端口；虚拟交换机系统可以由多台设备组成，distance[2][N]中的N表示组成虚拟交换机系统的设备的数目，N>1)，下文中为描述方便，本实例用distance[Pa][]表示从Pa出发，用distance[Pb][]表示从Pb出发。
(5)nbrDiscoverTimeoutCnt
nbrDiscoverTimeoutCnt为邻居发现定时器的超时次数计数器。每个虚拟化端口维护一个该计数器。
(6)bLoopTopology
bLoopTopology表示虚拟交换机系统是否是环形拓扑，bLoopTopology为TRUE时表示虚拟交换机系统是环形拓扑，bLoopTopology为FALSE时表示虚拟交换机系统不是环形拓扑。每台设备维护一个该变量。
基于上述技术说明，本实例对相关事件的处理过程如下：
1、虚拟化端口Px(Pa或Pb)由正常变为故障时的处理
(1)把distance[Px][]置为0(表示不可达)，停止Px的链路恢复定时器linkRestoreWhile；
(2)向另一个虚拟化端口发送一个端口状态故障报文；
(3)如果当前拓扑发现状态机处于等待状态，则重新启动拓扑收敛定时器topoConvergeWhile；
(4)如果bLoopTopology为TRUE，则将其置为FALSE；
(5)如果distance[Px][]发生变化且当前拓扑发现状态机处于稳定状态，则输出distance[][]记录的拓扑信息。
2、虚拟化端口Px(Pa或Pb)由故障变为正常时的处理
(1)查询与Px相连的对端设备在虚拟交换机系统中的成员编号M(具体查询方法可采用虚拟交换机系统中现有的查询技术实现，此处不加以赘述)，将distance[Px][M]置为1；
(2)如果当前从另一个虚拟化端口Py可达M(distance[Py][M]>0时表示从Py可达M)，则说明形成了环路拓扑，将bLoopTopology置为TRUE；
(3)若拓扑发现状态机处于等待状态，则停止拓扑收敛定时器；
(4)分别递增两个虚拟化端口对应的拓扑发现序号，发送邻居发现报文，启动两个端口的邻居发现定时器nbrDiscoverWhile，将邻居发现定时器的超时次数计数器nbrDiscoverTimeoutCnt清零；
拓扑发现状态机回到发现状态。
3、邻居发现定时器超时时的处理
虚拟化端口Px的邻居发现定时器nbrDiscoverWhile超时时，进行如下处理：
(1)从Px发出一个邻居发现报文，递增该端口的nbrDiscoverTimeoutCnt；
(2)如果nbrDiscoverTimeoutCnt大于等于3，则停止邻居发现定时器，将nbrDiscoverTimeoutCnt清零；如果另一个虚拟化端口对应的邻居发现定时器也没有运行，则启动拓扑收敛定时器，进入等待状态。
4、拓扑收敛定时器超时时的处理
拓扑收敛定时器超时时，拓扑发现状态机进入稳定状态。
5、收到邻居发现报文时的处理
设备从虚拟化端口Px收到设备S发来的邻居发现报文(S,P,(dm,…,dn),seq)时，立即从该端口发送一个邻居应答报文，根据报文中的拓扑信息更新自己的拓扑信息，如果自己的拓扑信息发生变化，进行如下处理：
(1)把自己从Px到各设备的距离分别改为(dm,…,dn)加1；
(2)若拓扑发现状态机处于等待状态，则停止拓扑收敛定时器topoConvergeWhile；
(3)若拓扑发现状态机处于稳定状态，则停止所有链路恢复定时器linkRestoreWhile；
(4)如果当前从另一个虚拟化端口Py可达设备S(这里的S指发送当前邻居发现报文的设备)，则将bLoopTopology置为TRUE；
(5)递增另一个虚拟化端口Py对应的拓扑序号，从Py发送一个邻居发现报文，启动Py的邻居发现定时器nbrDiscoverWhile，将Py的nbrDiscoverTimeoutCnt清零；
(6)拓扑发现状态机回到发现状态。
6、收到邻居应答报文时的处理
设备从虚拟化端口Px收到邻居应答报文时，如果Px对应的邻居发现定时器仍在运行且报文所带的topoSeq与Px维护的topoSeq相同，则：
(1)停止Px对应的邻居发现定时器；
(2)如果另一个SL端口组对应的邻居发现定时器也没有运行，则启动拓扑收敛定时器topoConvergeWhile，进入等待状态。
7、收到端口状态故障报文时的处理
设备从虚拟化端口Px收到端口状态故障报文(S，P，Pf)时，进行如下处理：
(1)如果本设备是发送方设备S，则丢弃报文，处理结束；
(2)立即把该端口状态故障报文从另一个虚拟化端口发送出去；
(3)扫描distance[Px][]，把所有距离大于发送方设备S的设备设置为不可达；
(4)如果拓扑发现状态机当前处于等待状态，则重新启动拓扑收敛定时器；
(5)如果拓扑发现状态机当前处于稳定状态，则停止所有链路恢复定时器；
(6)如果bLoopTopology为TRUE，则将bLoopTopology置为FALSE；
(7)如果处理该报文导致distance[Px][]发生变化且拓扑发现状态机当前处于稳定状态，则输出新的拓扑信息。
8、进入稳定状态时的处理
拓扑发现状态机进入稳定状态时，进行如下处理：
(1)输出拓扑信息；
(2)如果当前是环路拓扑、虚拟化交换机系统没有新增成员且本设备的虚拟化端口(Px)发生了状态恢复，那么向另一个虚拟化端口Py发出链路恢复报文，启动Py的链路恢复定时器linkRestoreWhile。
9、链路恢复定时器超时时的处理
当虚拟化端口Px对应的链路恢复定时器linkRestoreWhile超时时，从Px发送链路恢复通知报文(S,P,N)，重新启动Px的链路恢复定时器linkRestoreWhile。
10、收到链路恢复通知报文时的处理
设备D从虚拟化端口Px收到链路恢复通知报文(S,P,N)时，若设备不处于稳定状态，则结束处理；否则，若设备处于稳定状态，则进行如下处理：
(1)如果当前不是环路拓扑或Px与P不同，则结束处理；
(2)从Px向邻居设备发送一个链路恢复应答报文；
(3)根据拓扑信息计算路由，若路由发生了变化，则从另一个虚拟化端口Py发送一个链路恢复通知报文并启动Py的链路恢复定时器。
另外，链路恢复通知报文仅在直连的邻居间发送。只有当拓扑发现状态机处于稳定状态时才处理链路恢复通知报文。
11、收到链路恢复应答报文时的处理
设备从虚拟化端口Px收到链路恢复应答报文(S,P,N)时，停止Px的链路恢复定时器linkRestoreWhile。
通过上述实例可知，通过本方案能够在由多台设备组成的线形或环形虚拟化交换机系统中准确有效地发现网络拓扑，使得每台成员设备都知道虚拟化交换机系统中的拓扑信息，以避免环路及有效地转发报文。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (15)
1.一种用于虚拟交换机系统的拓扑发现方法，其特征在于，所述方法基于邻居发现报文、邻居应答报文、端口状态故障报文、链路恢复通知报文以及链路恢复应答报文，使得虚拟交换机系统中的每台成员设备都知道虚拟交换机系统中的拓扑信息；所述方法使用邻居发现报文在虚拟交换机系统中传播拓扑信息，使用邻居应答报文对收到的邻居发现报文进行确认，所述方法使用端口状态故障报文来将虚拟化端口的故障信息快速地通知到虚拟交换机系统中的各成员设备；
设备从虚拟化端口收到发送当前邻居发现报文的设备发来的邻居发现报文时，立即从该端口发送一个邻居应答报文，根据报文中的拓扑信息更新自己的拓扑信息，如果自己的拓扑信息发生变化，进行如下处理：
（1）把自己从虚拟化端口到各设备的距离分别改为(dm,…,dn)加1，(dm,…,dn)表示发送方设备上的另一个虚拟化端口到达各个设备的距离；
（2）若拓扑发现状态机处于等待状态，则停止拓扑收敛定时器；
（3）若拓扑发现状态机处于稳定状态，则停止所有链路恢复定时器；
（4）如果当前从另一个虚拟化端口可达发送当前邻居发现报文的设备，则将bLoopTopology置为TRUE，bLoopTopology表示虚拟交换机系统是否是环形拓扑；
（5）递增另一个虚拟化端口对应的拓扑序号，从另一个虚拟化端口发送一个邻居发现报文，启动另一个虚拟化端口的邻居发现定时器，将另一个虚拟化端口的邻居发现定时器清零；
（6）拓扑发现状态机回到发现状态。
2.根据权利要求1所述的一种用于虚拟交换机系统的拓扑发现方法，其特征在于，所述邻居发现报文是单跳多播报文，邻居收到该报文后不再转发，但如果收到该报文后引起拓扑数据库变化，则可以生成一个新的邻居发现报文向另外一个虚拟化端口发送。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于虚拟交换机系统的拓扑发现方法，其特征在于，所述邻居发现报文的格式为(S,P,(dm,…,dn),Seq)，其中，S表示发送方设备，P表示发送方设备上发送报文的虚拟化端口，(dm,…,dn)表示发送方设备上的另一个虚拟化端口到达各个设备的距离，Seq是发送邻居发现报文的虚拟化端口所维护的拓扑序号。
4.根据权利要求1所述的一种用于虚拟交换机系统的拓扑发现方法，其特征在于，设备从某虚拟化端口收到邻居发现报文后，要立即从该虚拟化端口向对端设备发送一个邻居应答报文。
5.根据权利要求1或4所述的一种用于虚拟交换机系统的拓扑发现方法，其特征在于，所述邻居应答报文的格式为(S,P,Seq)，其中，S表示发送方设备，P表示发送方设备上发送报文的虚拟化端口，Seq是发送端口所收到的邻居发现报文中所带的拓扑序号。
6.根据权利要求5所述的一种用于虚拟交换机系统的拓扑发现方法，其特征在于，从一个端口发送的邻居应答报文中的Seq要与从该端口收到的邻居发现报文中的Seq一致。
7.根据权利要求1所述的一种用于虚拟交换机系统的拓扑发现方法，其特征在于，设备的一个虚拟化端口状态由正常变为故障的时候，需要立即从另一个虚拟化端口发送端口状态故障报文。
8.根据权利要求1或7所述的一种用于虚拟交换机系统的拓扑发现方法，其特征在于，所述端口状态故障报文是多跳多播报文，邻居收到该报文后会向另一个虚拟化端口转发，转发时不能改变报文内的信息。
9.根据权利要求1或7所述的一种用于虚拟交换机系统的拓扑发现方法，其特征在于，所述端口状态故障报文的格式为（S，P，Pf），其中，S表示发送方设备，P表示发送方设备上发送报文的虚拟化端口，Pf表示发送方设备上发生故障的虚拟化端口。
10.根据权利要求1所述的一种用于虚拟交换机系统的拓扑发现方法，其特征在于，虚拟交换机系统中的设备检测到虚拟化链路构成的网络拓扑由线形拓扑变成环形拓扑时，需要向虚拟交换机系统中的各台设备发送链路恢复通知报文，虚拟交换机系统中的各台设备收到报文后根据各自维护的拓扑信息进行路由切换，以保证各台设备的切换步调一致。
11.根据权利要求1所述的一种用于虚拟交换机系统的拓扑发现方法，其特征在于，链路恢复通知报文是单跳报文，仅在直连的邻居间发送，但如果邻居收到该报文后需要向别的设备发送链路恢复通知报文，则可以生成一个新的链路恢复通知报文向另外一个虚拟化端口发送。
12.根据权利要求1或10或11所述的一种用于虚拟交换机系统的拓扑发现方法，其特征在于，链路恢复通知报文的格式为(S，P，N)，其中，S表示发送方设备，P表示发送方设备上链路恢复正常的虚拟化端口，N表示邻居设备。
13.根据权利要求10或11所述的一种用于虚拟交换机系统的拓扑发现方法，其特征在于，发送链路恢复通知报文的设备在从发送报文的虚拟化端口收到链路恢复应答报文之前，会定期重复发送链路恢复通知报文。
14.根据权利要求1所述的一种用于虚拟交换机系统的拓扑发现方法，其特征在于，所述链路恢复应答报文是链路恢复通知报文的应答报文，其是单跳报文，仅在直连的邻居间发送。
15.根据权利要求1或14所述的一种用于虚拟交换机系统的拓扑发现方法，其特征在于所述链路恢复应答报文的格式为(S，P，N)，其中，S表示发送方设备，P表示发送方设备上发送报文的虚拟化端口，N表示邻居设备。
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