CN106411570A - 实现sctp协议热备份的方法、系统及服务器主机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现SCTP协议热备份的方法、系统及服务器主机，所述方法包括：第一主机与客户端SCTP偶联，并将偶联的COOKIE备份至第二主机；在第一主机无法正常工作时，所述第二主机激活偶联；所述第二主机的内核根据当前时间设置COOKIE的时间戳，并利用密钥计算签名，生成对应偶联的TCB，使服务器端SCTP偶联完成恢复；第二主机的内核生成重启COOKIE_ECHO，并发送至客户端。由此可知，本发明利用SCTP建立的特点实现SCTP的备份；利用SCTP重启的过程实现SCTP的主备倒换，两个主机之间无需频繁同步偶联数据即可实现热备份，过程简单易实现。

Description

实现SCTP协议热备份的方法、系统及服务器主机
技术领域
本发明涉及电信设备中SCTP协议应用领域，特别涉及一种实现SCTP协议热备份的方法、系统及服务器主机。
背景技术
通常SCTP（流控传输协议）的热备份是通过活动主机和备份主机之间同步TSN（传输序号）的方法实现，每收发一个数据，活动主机和备份主机之间都需要进行同步，实现起来相当复杂。
可见，现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种实现SCTP协议热备份的方法、系统及服务器主机，两个主机之间无需频繁同步偶联数据即可实现热备份。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种实现SCTP协议热备份的方法，包括第一主机和第二主机，所述方法包括如下步骤：
A、第一主机与客户端SCTP偶联，并将偶联的COOKIE备份至第二主机；
B、在第一主机无法正常工作时，所述第二主机激活偶联；所述第二主机的内核根据当前时间设置COOKIE的时间戳，并利用密钥计算签名，生成对应偶联的TCB，使服务器端SCTP偶联完成恢复；
C、第二主机的内核生成重启COOKIE_ECHO，并发送至客户端。
所述的实现SCTP协议热备份的方法中，所述步骤C之后，还包括步骤：
D、客户端根据接收到的所述COOKIE_ECHO，将冲突控制参数恢复至初始值；
E、第二主机进入工作状态后，将内核中的SCTP偶联备份以及签名密钥发送给第一主机。
所述的实现SCTP协议热备份的方法中，所述步骤A具体包括如下步骤：
A1、第一主机作为活动主机取得SCTP协议栈当前使用的签名密钥，并将所述签名密钥发送给作为备份主机的第二主机；
A2、第二主机设置SCTP协议栈签名密钥；
A3、所述第一主机打开接收端口，在接收到客户端发出的INIT后，第一主机的内核发送INIT_ACK给客户端；
A4、所述第一主机接收到客户端发出的COOKIE_ECHO后，回复COOKIE_ACK给客户端，SCTP偶联建立成功；
A5、所述第一主机获取该偶联的COOKIE，并将所述COOKIE备份至第二主机。
所述的实现SCTP协议热备份的方法中，所述第一主机设置有第一内部IP和用于客户端访问的外部IP；所述第二主机设置有第二内部IP和与第一主机相同的外部IP；所述第一内部IP和第二内部IP用于第一主机与第二主机之间的数据备份。
一种实现SCTP协议热备份的系统，所述系统包括：
第一主机，用于与客户端SCTP偶联，并将偶联的COOKIE备份至第二主机；
第二主机，用于接收第一主机发送的COOKIE；在第一主机无法正常工作时，激活偶联；根据当前时间设置COOKIE的时间戳，并利用密钥计算签名，生成对应偶联的TCB，使服务器端SCTP偶联完成恢复，生成重启COOKIE_ECHO，并发送至客户端。
所述的用于实现SCTP协议热备份的系统中，所述系统还包括：
客户端，用于根据接收到的所述COOKIE_ECHO，将冲突控制参数恢复至初始值。
所述的实现SCTP协议热备份的系统中，所述第二主机还用于在进入工作状态后，将内核中的SCTP偶联备份以及签名密钥发送给第一主机。
所述的实现SCTP协议热备份的系统中，所述第一主机具体用于：作为活动主机取得SCTP协议栈当前使用的签名密钥，并将所述签名密钥发送给作为备份主机的第二主机；打开接收端口，在接收到客户端发出的INIT后，第一主机的内核发送INIT_ACK给客户端；在接收到客户端发出的COOKIE_ECHO后，回复COOKIE_ACK给客户端，SCTP偶联建立成功；获取该偶联的COOKIE，并将所述COOKIE备份至第二主机。
所述的实现SCTP协议热备份的系统中，所述第一主机设置有第一内部IP和用于客户端访问的外部IP；所述第二主机设置有第二内部IP和与第一主机相同的外部IP；所述第一内部IP和第二内部IP用于第一主机与第二主机之间的数据备份。
一种服务器主机，包括：
应用模块，用于在所述服务器主机作为活动主机时，在服务器主机与客户端SCTP偶联后，将偶联的COOKIE备份至备份主机；在所述服务器主机作为备份主机时，接收活动主机发出的COOKIE；
内核模块，用于在所述服务器主机作为备份主机时，根据所述COOKIE设置SCTP协议栈签名密钥；在活动主机无法正常工作后激活偶联，根据当前时间设置COOKIE的时间戳，并利用密钥计算签名，生成对应偶联的TCB，使服务器端SCTP偶联完成恢复，并生成重启COOKIE_ECHO，将所述COOKIE_ECHO发送至客户端；在所述客户端的冲突控制参数恢复至初始值后，完成与客户端的SCTP偶联。
有益效果：
本发明提供的一种实现SCTP协议热备份的方法、系统及服务器主机，所述方法包括：第一主机与客户端SCTP偶联，并将偶联的COOKIE备份至第二主机；在第一主机无法正常工作时，所述第二主机激活偶联；所述第二主机的内核根据当前时间设置COOKIE的时间戳，并利用密钥计算签名，生成对应偶联的TCB，使服务器端SCTP偶联完成恢复；第二主机的内核生成重启COOKIE_ECHO，并发送至客户端。由此可知，本发明利用SCTP建立的特点实现SCTP的备份；利用SCTP重启的过程实现SCTP的主备倒换，两个主机之间无需频繁同步偶联数据即可实现热备份，过程简单易实现。
附图说明
图1为本发明提供的实现SCTP协议热备份的方法流程图。
图2为本发明提供的实现SCTP协议热备份的方法中，活动主机与备份主机进行转换的示意图。
图3为本发明提供的实现SCTP协议热备份的方法中，步骤S10的具体方法流程图。
图4为本发明提供的实现SCTP协议热备份的方法的流程示意图。
图5为本发明提供的实现SCTP协议热备份的系统的结构框图。
具体实施方式
本发明提供一种实现SCTP协议热备份的方法、系统及服务器主机，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1和图2，本发明提供一种实现SCTP协议热备份的方法，尤其适用于实现Linux内核SCTP 1+1热备份。所述方法包括第一主机10和第二主机20，两个主机之间可相互通信。具体的，所述第一主机10设置有第一内部IP和用于客户端访问的外部IP；所述第二主机20设置有第二内部IP和与第一主机相同的外部IP；所述第一内部IP和第二内部IP用于第一主机10与第二主机20之间的数据备份以及管理。如图2所示，本发明的1+1热备份的模型中，当发生主备倒换时（比如活动主机崩溃，重启，应用进程崩溃等等），备份主机激活外部IP(此IP与原活动主机外部IP相同)成为活动主机；原活动主机去激活外部IP成为备份主机，完成主备倒换后，客户端与服务器之间的连接不受倒换的影响。
具体的，所述实现SCTP协议热备份的方法包括如下步骤：
S10、第一主机与客户端SCTP偶联，并将偶联的COOKIE备份至第二主机。所述COOKIE即缓存，或者信息缓存，为携带了偶联信息的一段数据，这段数据可以让第二主机克隆该偶联。
S20、在第一主机无法正常工作时，所述第二主机激活偶联；所述第二主机的内核根据当前时间设置COOKIE的时间戳，并利用密钥计算签名，生成对应偶联的TCB（传输控制模块，主要包含一个偶联的状态以及描述发送窗口，接收窗口的参数等等），使服务器端SCTP偶联完成恢复。所述密钥保存在服务器（第一主机、第二主机）内，用于计算和验证签名。所述签名是为了防止客户端伪造COOKIE对服务器进行攻击。所述时间戳的作用是为了防止客户端使用重复的COOKIE对服务器进行攻击。通过这些设置，有效的防止服务器受到类似于TCP协议的SYNC攻击，提高安全性。
通常，Linux应用软件运行在用户空间，简称应用；而Linux内核运行在内核空间，简称内核；应用通过调用内核提供的API（应用程序编程接口）使用内核提供的功能。本发明主要用到Linux 内核的系统API getsockopt()以及setsockopt()；这两个API是应用与内核交互套接字（sock）选项的系统调用，其中getsockopt()用于应用从内核获得套接字的当前选项；而setsockopt()用于应用设置套接字选项至内核。具体的，所述Linux内核SCTP协议栈可实现API setsockopt()/getsockopt()函数关于SCTP_SECRET_KEY,SCTP_COOKIE,SCTP_COOKIE_ACTIVITE的相关操作。
所述步骤S20具体包括：
作为活动主机的第一主机无法正常工作（由于某种原因，如主机掉电，应用程序崩溃，操作系统崩溃等），主备倒换发生，作为备份主机的第二主机激活外部IP，成为活动主机，并通过setsockopt(SCTP_COOKIE_ACTIVITE)激活偶联；第二主机内核根据当前时间设置COOKIE的时间戳，并利用密钥计算签名，然后按照收到COOKIE_ECHO的处理流程，生成对应偶联的TCB，服务器端SCTP偶联完成恢复。
S30、第二主机的内核生成重启COOKIE_ECHO（缓存回声），并发送至客户端。
由此可知，两个主机之间无需频繁同步偶联数据即可实现热备份。
进一步的，所述步骤S30之后，还包括步骤：
S40、客户端根据接收到的所述COOKIE_ECHO，将冲突控制参数（接收窗，发送窗，慢速启动门限等）恢复至初始值。具体的，客户端根据COOKIE_ECHO特征，判断对端已重启，将冲突控制相关参数恢复至初始值，至此，该偶联的热备份倒换完成。换而言之，客户端只需执行一个重启操作即可与新的活动主机匹配，数据继续传输，非常方便。根据RFC 2960 5.2.4，当TCB(相当于偶联)已经存在时，收到对端的COOKIE_ECHO，如果该COOKIE中携带的本地关系标签（Local-Tie-Tag）以及对端关系标签（Peer-Tie-Tag）与该TCB保存的参数匹配时（以下称为重启COOKIE_ECHO），应该采取动作a；动作a将所有冲突控制参数恢复到初始值，实际上相当于传输协议本端也执行了一个重启操作，达到和对端匹配的目的，应用层感知不到传输层的变化，数据继续传输。由此可知，本发明利用SCTP建立的特点实现SCTP的备份；利用SCTP重启的过程实现SCTP的主备倒换，无需频繁同步偶联数据即可实现热备份。
S50、第二主机进入工作状态后，将内核中的SCTP偶联备份以及签名密钥发送给第一主机。即，原备份主机（第二主机）进入工作状态后变为活动主机，将内核中的SCTP偶联备份以及签名密钥发送至原活动主机（第一主机），原活动主机变为备份主机，以备倒换的再次发生。也就是说所述步骤S50就是步骤S10，只是两个主机的主备关系颠倒了。换而言之，接下来还包括如下步骤：
S60、在第二主机无法正常工作时，所述第一主机激活偶联；所述第一主机的内核根据当前时间设置COOKIE的时间戳，并利用密钥计算签名，生成对应偶联的TCB，使服务器端SCTP偶联完成恢复。
S70、第一主机的内核生成重启COOKIE_ECHO，并发送至客户端。
S80、客户端根据接收到的所述COOKIE_ECHO，将冲突控制参数恢复至初始值。之后，即返回步骤S10，依此循环往复。
请参阅图3和图4，所述步骤S10涉及SCTP的建立机制，SCTP的建立采用4次握手的机制，服务器（活动主机）在发送INIT-ACK（内含这个连接所有信息以及服务器校验信息的COOKIE）以后，将删除一切关于这个偶联的资源，在收到COOKIE-ECHO（携带服务器发送的COOKIE）时，再对COOKIE进行签名校验并根据COOKIE的内容恢复偶联的资源，从而完成连接的建立。所述INIT-ACK为初始化确认，作用是，触发客户端状态机的转换，以及携带包含了偶联信息的COOKIE至客户端。 为了防止类似于TCP协议的SYNC攻击（指TCP客户端发送海量的SYNC至TCP服务器，导致服务器资源如内存耗尽，从而无法提供服务），服务器发送该消息后，会删除关于该偶联的资源，当收到COOKIE_ECHO后，会根据COOKIE内容恢复出偶联。
所述步骤S10具体包括如下步骤：
S110、第一主机作为活动主机取得SCTP协议栈当前使用的签名密钥，并将所述签名密钥发送给作为备份主机的第二主机。具体的，当活动主机和备份主机完成基本配置后，活动主机通过getsockopt(SCTP_SECRET_KEY)取得SCTP协议栈当前使用的签名密钥；活动主机通过内部IP将签名密钥发送至备份主机。
S120、第二主机设置SCTP协议栈签名密钥。具体的，备份主机通过setsockopt(SCTP_SECRET_KEY)设置SCTP协议栈签名密钥。
S130、所述第一主机打开接收端口，在活动主机打开接收端口后，客户端通过发送INIT建立SCTP偶联。所述第一主机在接收到客户端发出的INIT后，第一主机的内核发送INIT_ACK给客户端。客户端接收到所述INIT_ACK后，将INIT_ACK中包含的COOKIE通过COOKIE_ECHO发送至活动主机。
S140、所述第一主机接收到客户端发出的COOKIE_ECHO后，回复COOKIE_ACK（缓存确认或者信息缓存确认，作用是触发客户端状态机转换，偶联进入已建立状态）给客户端，SCTP偶联建立成功。具体的，活动主机的内核用COMMUNICATION_UP通知应用，SCTP建立成功；COMMUNICATION_UP是内核中SCTP协议通知应用该偶联已经进入连接状态的通信原语。
S150、所述第一主机获取该偶联的COOKIE，并将所述COOKIE备份至第二主机。换而言之，活动主机的应用调用getsockopt(SCTP_COOKIE)获得该偶联的COOKIE，并将COOKIE备份至备份主机。备份主机应用通过setsockopt(SCTP_COOKIE)将该COOKIE保存至内核。
综上所述，本发明提供的实现SCTP协议热备份的方法，主备之间通过COOKIE进行SCTP备份，客户端和服务器之间通过重新启动获得传输同步而实现1+1热备份倒换。采用这种热备份技术，活动主机和备份之间无需频繁同步偶联数据。
基于上述实施例提供的实现SCTP协议热备份的方法，本发明还提供一种实现SCTP协议热备份的系统，请参阅图5，所述系统包括第一主机10、第二主机20和客户端30。所述第一主机10设置有第一内部IP和用于客户端访问的外部IP；所述第二主机20设置有第二内部IP和与第一主机10相同的外部IP；所述第一内部IP和第二内部IP用于第一主机10与第二主机20之间的数据备份。
所述第一主机10，用于与客户端30SCTP偶联，并将偶联的COOKIE备份至第二主机20。所述第一主机具体用于：作为活动主机取得SCTP协议栈当前使用的签名密钥，并将所述签名密钥发送给作为备份主机的第二主机；打开接收端口，在接收到客户端发出的INIT后，第一主机的内核发送INIT_ACK给客户端；在接收到客户端发出的COOKIE_ECHO后，回复COOKIE_ACK给客户端，SCTP偶联建立成功；获取该偶联的COOKIE，并将所述COOKIE备份至第二主机。
所述第二主机20，用于接收第一主机10发送的COOKIE；在第一主机10无法正常工作时，激活偶联；根据当前时间设置COOKIE的时间戳，并利用密钥计算签名，生成对应偶联的TCB，使服务器端SCTP偶联完成恢复，生成重启COOKIE_ECHO，并发送至客户端30；在进入工作状态后，将内核中的SCTP偶联备份以及签名密钥发送给第一主机10。
所述客户端30，用于根据接收到的所述COOKIE_ECHO，将冲突控制参数恢复至初始值。
具体的，所述第一主机10和第二主机20均为服务器主机，其均包括应用模块110和内核模块120。
所述应用模块110，用于在所述服务器主机作为活动主机时，在服务器主机与客户端SCTP偶联后，获取所述偶联的COOKIE，并将偶联的COOKIE备份至备份主机；在所述服务器主机作为备份主机时，接收活动主机发出的COOKIE，将所述COOKIE保存至内核模块。
所述内核模块120，用于在所述服务器主机作为备份主机时，根据所述COOKIE设置SCTP协议栈签名密钥；在活动主机无法正常工作后激活偶联，根据当前时间设置COOKIE的时间戳，并利用密钥计算签名，生成对应偶联的TCB，使服务器端SCTP偶联完成恢复，并生成重启COOKIE_ECHO，将所述COOKIE_ECHO发送至客户端；在所述客户端的冲突控制参数恢复至初始值后，完成与客户端的SCTP偶联，所述服务器主机转变为活动主机；在所述服务器主机作为活动主机时，当活动主机和备份主机完成基本配置后，通过getsockopt(SCTP_SECRET_KEY)取得SCTP协议栈当前使用的签名密钥；打开接收端口，在接收到客户端发出的INIT后，第一主机的内核发送INIT_ACK给客户端；接收到客户端发出的COOKIE_ECHO后，回复COOKIE_ACK给客户端。
由此可知，本发明提供的SCTP协议热备份的系统，只有在一个服务器主机无法正常工作时才进行主备转换，无需频繁同步偶联数据即可实现热备份。由于所述系统的特点以及原理与方法实施例对应，故在此不再赘述。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种实现SCTP协议热备份的方法，包括第一主机和第二主机，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
A、第一主机与客户端SCTP偶联，并将偶联的COOKIE备份至第二主机；
B、在第一主机无法正常工作时，所述第二主机激活偶联；所述第二主机的内核根据当前时间设置COOKIE的时间戳，并利用密钥计算签名，生成对应偶联的TCB，使服务器端SCTP偶联完成恢复；
C、第二主机的内核生成重启COOKIE_ECHO，并发送至客户端。
2.根据权利要求1所述的实现SCTP协议热备份的方法，其特征在于，所述步骤C之后，还包括步骤：
D、客户端根据接收到的所述COOKIE_ECHO，将冲突控制参数恢复至初始值；
E、第二主机进入工作状态后，将内核中的SCTP偶联备份以及签名密钥发送给第一主机。
3.根据权利要求1所述的实现SCTP协议热备份的方法，其特征在于，所述步骤A具体包括如下步骤：
A1、第一主机作为活动主机取得SCTP协议栈当前使用的签名密钥，并将所述签名密钥发送给作为备份主机的第二主机；
A2、第二主机设置SCTP协议栈签名密钥；
A3、所述第一主机打开接收端口，在接收到客户端发出的INIT后，第一主机的内核发送INIT_ACK给客户端；
A4、所述第一主机接收到客户端发出的COOKIE_ECHO后，回复COOKIE_ACK给客户端，SCTP偶联建立成功；
A5、所述第一主机获取该偶联的COOKIE，并将所述COOKIE备份至第二主机。
4.根据权利要求1所述的实现SCTP协议热备份的方法，其特征在于，所述第一主机设置有第一内部IP和用于客户端访问的外部IP；所述第二主机设置有第二内部IP和与第一主机相同的外部IP；所述第一内部IP和第二内部IP用于第一主机与第二主机之间的数据备份。
5.一种实现SCTP协议热备份的系统，其特征在于，所述系统包括：
第一主机，用于与客户端SCTP偶联，并将偶联的COOKIE备份至第二主机；
第二主机，用于接收第一主机发送的COOKIE；在第一主机无法正常工作时，激活偶联；根据当前时间设置COOKIE的时间戳，并利用密钥计算签名，生成对应偶联的TCB，使服务器端SCTP偶联完成恢复，生成重启COOKIE_ECHO，并发送至客户端。
6.根据权利要求5所述的用于实现SCTP协议热备份的系统，其特征在于，所述系统还包括：
客户端，用于根据接收到的所述COOKIE_ECHO，将冲突控制参数恢复至初始值。
7.根据权利要求5所述的实现SCTP协议热备份的系统，其特征在于，所述第二主机还用于在进入工作状态后，将内核中的SCTP偶联备份以及签名密钥发送给第一主机。
8.根据权利要求5所述的实现SCTP协议热备份的系统，其特征在于，所述第一主机具体用于：作为活动主机取得SCTP协议栈当前使用的签名密钥，并将所述签名密钥发送给作为备份主机的第二主机；打开接收端口，在接收到客户端发出的INIT后，第一主机的内核发送INIT_ACK给客户端；在接收到客户端发出的COOKIE_ECHO后，回复COOKIE_ACK给客户端，SCTP偶联建立成功；获取该偶联的COOKIE，并将所述COOKIE备份至第二主机。
9.根据权利要求5所述的实现SCTP协议热备份的系统，其特征在于，所述第一主机设置有第一内部IP和用于客户端访问的外部IP；所述第二主机设置有第二内部IP和与第一主机相同的外部IP；所述第一内部IP和第二内部IP用于第一主机与第二主机之间的数据备份。
10.一种服务器主机，其特征在于，包括：
应用模块，用于在所述服务器主机作为活动主机时，在服务器主机与客户端SCTP偶联后，将偶联的COOKIE备份至备份主机；在所述服务器主机作为备份主机时，接收活动主机发出的COOKIE；
内核模块，用于在所述服务器主机作为备份主机时，根据所述COOKIE设置SCTP协议栈签名密钥；在活动主机无法正常工作后激活偶联，根据当前时间设置COOKIE的时间戳，并利用密钥计算签名，生成对应偶联的TCB，使服务器端SCTP偶联完成恢复，并生成重启COOKIE_ECHO，将所述COOKIE_ECHO发送至客户端；在所述客户端的冲突控制参数恢复至初始值后，完成与客户端的SCTP偶联。
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