CN108055163A - 一种双归属设备及其保护切换方法 - Google Patents

一种双归属设备及其保护切换方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双归属设备及其保护切换方法。所述设备包括：第一网卡模块，用于通过第一接入设备与PSN建立第一链路；第二网卡模块，用于通过第二接入设备与PSN建立第二链路；链路检测、初始选择和切换判决模块，用于执行链路状态检测，输出链路初始选择指令，在检测到当前通信链路故障时，输出链路切换指令；其中，第一网卡模块或第二网卡模块，根据链路初始选择指令或链路切换指令、基于第三MAC地址和第三IP地址发送免费ARP报文、使第一接入设备和/或第二接入设备更新FIB、从而完成链路初始选择或链路切换，且基于第三MAC地址和第三IP地址发送和接收业务报文。所述设备执行切换的时延小，适用于可靠性及性能要求较高的应用场景。

Description

一种双归属设备及其保护切换方法
技术领域
本发明涉及网络通信领域，尤其涉及一种双归属设备及其保护切换方法。
背景技术
在通信网络中，为了保证各个应用终端或者分系统主机或其他网络设备接入网络后能够通过PSN(即，分组交换网络，诸如接入网络、汇聚网络、主干网络等)与远端实体进行可靠通信，一般各个应用终端或分系统主机通过两条(或两条以上)以太链路同时接入到传输网络(如图1所示)。这两条以太链路称为“双归链路”。
当两条链路均正常时，为应用终端或分系统主机提供业务接入的两台网络设备对应端口均处于UP状态。此时应用终端或分系统主机根据某种算法选择其中的一条链路为主用链路(即，当前通信链路)，另外一条链路则为备用链路，所有的业务均承载在主用链路上。这种双归属保护涉及到两方面的关键技术：一是链路检测技术，保证能够及时发现主用链路的故障；二是保护切换技术，使得在传输网络中设备的转发表项能够及时得到更新从而完成网络传输路径的切换。
对于保护切换技术，目前常常采用的第一种方法是，给应用终端或分系统主机的每条链路接口配置不同的IP地址和不同的MAC地址，业务流的发送和接收使用各自对应的IP地址和MAC地址。当系统检测到主用链路故障后，应用终端或分系统主机在原备用链路的接口上发送一个或多个免费ARP报文，并且业务报文采用备用链路接口的IP地址和MAC地址进行封装，从而完成业务的切换。这种方法最大的缺点是，当网络中存在大量控制平面流量时，会导致网络设备及应用终端或分系统主机CPU占用率比较高，大概率丢弃免费ARP报文，无法及时完成链路切换，从而会导致业务长时间中断，无法满足可靠性要求。
目前常常采用的第二种方法是，在网络设备上获取需要完成双归接入保护的应用终端或分系统主机链路接口的MAC地址，当发生链路故障后，相应的接入设备会广播一个私有定义的控制报文，控制报文中携带需要切换的链路接口的MAC地址，每台网络设备根据接收到的这个控制报文刷新自身的转发表项。这种方法的缺点是需要对网络设备做比较大的修改，而且，与上述第一种方法类似，当网络中存在大量控制平面流量时，会导致控制报文丢弃而无法完成转发表项的更新，进而无法及时完成链路切换，导致业务长时间中断，无法满足可靠性要求。
至少为了解决上述问题，需要提出一种新的技术方案。
发明内容
本发明的目的是提供解决以上问题的一种双归属设备及其保护切换方法。
本发明提供了一种双归属设备，所述设备包括：
第一网卡模块，所述第一网卡模块配置有第一MAC地址和第一IP地址，用于通过第一接入设备与PSN建立第一链路；
第二网卡模块，所述第二网卡模块配置有第二MAC地址和第二IP地址，用于通过第二接入设备与所述PSN建立第二链路；
链路检测、初始选择和切换判决模块，用于执行链路状态检测，输出从所述第一链路和所述第二链路中选择一条链路作为当前通信链路的链路初始选择指令，在检测到当前通信链路故障时，输出链路切换指令；
其中，所述第一网卡模块或所述第二网卡模块，根据所述链路初始选择指令或所述链路切换指令、基于第三MAC地址和第三IP地址发送免费ARP报文、使所述第一接入设备和/或所述第二接入设备更新FIB、从而完成链路初始选择或链路切换，且基于所述第三MAC地址和所述第三IP地址发送和接收业务报文。
根据本发明的上述双归属设备，所述链路检测、初始选择和切换判决模块使用专用链路检测协议或专用接入设备端口状态检测指令来执行链路状态检测。
根据本发明的上述双归属设备，所述第三MAC地址选自下列中的一种：实体MAC地址、虚拟MAC地址；所述第三IP地址选自下列中的一种：实体IP地址、虚拟IP地址。
根据本发明的上述双归属设备，所述实体MAC地址和所述虚拟MAC地址分别是与同一局域网内的其他设备的实体MAC地址和虚拟MAC地址不冲突的实体MAC地址和虚拟MAC地址，所述实体IP地址和所述虚拟IP地址分别是与同一局域网内的其他设备的实体IP地址和虚拟IP地址不冲突的实体IP地址和虚拟IP地址。
本发明还提供了一种用于如上文所述的双归属设备的保护切换方法，所述方法包括：
步骤1：为所述第一网卡模块配置第一MAC地址和第一IP地址，用于通过第一接入设备与PSN建立第一链路；
步骤2：为所述第二网卡模块配置第二MAC地址和第二IP地址，用于通过第二接入设备与所述PSN建立第二链路；
步骤3：所述链路检测、初始选择和切换判决模块，执行链路状态检测，输出从所述第一链路和所述第二链路中选择一条链路作为当前通信链路的链路初始选择指令；
步骤4：所述第一网卡模块或所述第二网卡模块根据所述链路初始选择指令，基于第三MAC地址和第三IP地址发送免费ARP报文、使所述第一接入设备或所述第二接入设备更新FIB、从而完成链路初始选择；
步骤5：所述第一网卡模块或所述第二网卡模块基于所述第三MAC地址和所述第三IP地址发送和接收业务报文；
步骤6：所述链路检测、初始选择和切换判决模块，执行链路状态检测，在检测到当前通信链路故障时，输出链路切换指令；
步骤7：所述第一网卡模块或所述第二网卡模块根据所述链路切换指令、基于所述第三MAC地址和所述第三IP地址发送免费ARP报文、使所述第一接入设备和所述第二接入设备更新FIB，从而完成链路切换。
根据本发明的上述保护切换方法，在所述步骤3或所述步骤6中，所述链路检测、初始选择和切换判决模块使用专用链路检测协议或专用接入设备端口状态检测指令来执行链路状态检测。
根据本发明的上述保护切换方法，所述第三MAC地址选自下列中的一种：实体MAC地址、虚拟MAC地址；所述第三IP地址选自下列中的一种：实体IP地址、虚拟IP地址。
根据本发明的上述保护切换方法，所述实体MAC地址和所述虚拟MAC地址分别是与同一局域网内的其他设备的实体MAC地址和虚拟MAC地址不冲突的实体MAC地址和虚拟MAC地址，所述实体IP地址和所述虚拟IP地址分别是与同一局域网内的其他设备的实体IP地址和虚拟IP地址不冲突的实体IP地址和虚拟IP地址。
根据本发明的上述技术方案的切换时延小，适用于可靠性及性能要求较高的应用场景。
附图说明
并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与相关的文字描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示例性地示出了现有技术中使用双归链路进行通信的技术方案的总体示意图。
图2示例性地示出了根据本发明的双归属设备的示意结构图。
图3示例性地示出了根据本发明的保护切换方法的示意流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
图1示例性地示出了现有技术中使用双归链路进行通信的技术方案的总体示意图。
如图1所示，分系统主机(即，第一种类型的双归属设备)可以通过两条以太链路(即，包含网卡/接口1和接入设备1的链路、以及包含网卡/接口2和接入设备2的链路)中的一条链路接入到PSN传输网络，应用终端(即，第二种类型的双归属设备)可以通过两条以太链路(即，包含网卡/接口3和接入设备3的链路、以及包含网卡/接口4和接入设备4的链路)中的一条链路接入到PSN传输网络，从而实现分系统主机与应用终端之间的报文传输。为了清楚起见，图1中以实线标识的链路为主用链路(即，当前通信链路)，以虚线标识的链路为备用链路。
尽管在图1中示出了与分系统主机和应用终端各自连接的两条链路。然而，分系统主机和应用终端也可以各自连接两条以上的链路，以实现比使用两条链路更可靠的切换保护方案。
如背景技术部分所述，现有技术所采用的两种保护切换技术都存在无法及时完成链路切换，从而会导致业务长时间中断，无法满足可靠性要求的问题。因此，本发明提出了以下技术方案来减小链路切换时延。
图2示例性地示出了根据本发明的双归属设备200的示意结构图。
如图2所示，双归属设备200包括：
第一网卡模块201，第一网卡模块201配置有第一MAC地址和第一IP地址，用于通过第一接入设备与PSN建立第一链路；
第二网卡模块203，第二网卡模块203配置有第二MAC地址和第二IP地址，用于通过第二接入设备与PSN建立第二链路；
链路检测、初始选择和切换判决模块205，用于执行链路状态检测，输出从第一链路和第二链路中选择一条链路作为当前通信链路的链路初始选择指令，在检测到当前通信链路故障时，输出链路切换指令；
其中，第一网卡模块201或第二网卡模块203，根据链路初始选择指令或链路切换指令、基于第三MAC地址和第三IP地址发送免费ARP报文、使第一接入设备和/或第二接入设备更新FIB(转发信息表)、从而完成链路初始选择或链路切换，且基于第三MAC地址和第三IP地址发送和接收业务报文。
例如，以图1为例，当其中的分系统主机或应用终端被设置为根据本发明的双归属设备200时，分系统主机或应用终端各自的每条链路的接口仍然可以配置自己独立的IP地址和MAC地址(即，第一MAC地址和第一IP地址、或第二MAC地址和第二IP地址)。然而，与现有技术不同的是，在进行业务流(即，业务报文)的发送和接收时，不管采用的是哪条链路，均使用统一的IP地址和MAC地址(即，第三MAC地址和第三IP地址)。
即，根据本发明的双归属设备200，支持在双归链路上使用统一的IP地址和MAC地址的机制，并且支持，在保护切换过程中，对这个统一IP地址发送免费ARP消息(或者，基于第三MAC地址和第三IP地址发送免费ARP报文)，从而完成快速、可靠的双归保护切换。
尽管上文仅仅结合图1中的分系统主机、应用终端对双归属设备200进行了说明，然而，本领域技术人员可以设想，双归属设备也可以是诸如图1中的接入设备等需要双归属接入的网络设备。
可选地，链路检测、初始选择和切换判决模块205使用专用链路检测协议或专用接入设备端口状态检测指令来执行链路状态检测。
即，链路检测、初始选择和切换判决模块205可以使用通用方法(通过私有检测协议或者与网络接入设备定义的私有接口)进行链路的检测。
可选地，第三MAC地址选自下列中的一种：实体MAC地址、虚拟MAC地址；第三IP地址选自下列中的一种：实体IP地址、虚拟IP地址。
即，第三IP地址和第三MAC地址可以是实体地址，也可以是虚地址。
可选地，所述实体MAC地址和所述虚拟MAC地址分别是与同一局域网内的其他设备的实体MAC地址和虚拟MAC地址不冲突的实体MAC地址和虚拟MAC地址，所述实体IP地址和所述虚拟IP地址分别是与同一局域网内的其他设备的实体IP地址和虚拟IP地址不冲突的实体IP地址和虚拟IP地址。
图3示例性地示出了根据本发明的保护切换方法300的示意流程图。
如图3所示，用于如图2所示的双归属设备200的保护切换方法300，包括以下步骤：
步骤S302：为第一网卡模块配置第一MAC地址和第一IP地址，用于通过第一接入设备与PSN建立第一链路；
步骤S304：为第二网卡模块配置第二MAC地址和第二IP地址，用于通过第二接入设备与PSN建立第二链路；
步骤S306：链路检测、初始选择和切换判决模块，执行链路状态检测，输出从第一链路和第二链路中选择一条链路作为当前通信链路的链路初始选择指令；
步骤S308：第一网卡模块或第二网卡模块根据链路初始选择指令，基于第三MAC地址和第三IP地址发送免费ARP报文、使第一接入设备或第二接入设备更新FIB、从而完成链路初始选择；
步骤S310：第一网卡模块或第二网卡模块基于第三MAC地址和第三IP地址发送和接收业务报文；
步骤S312：链路检测、初始选择和切换判决模块，执行链路状态检测，在检测到当前通信链路故障时，输出链路切换指令；
步骤S314：第一网卡模块或第二网卡模块根据链路切换指令、基于第三MAC地址和第三IP地址发送免费ARP报文、使第一接入设备和第二接入设备更新FIB，从而完成链路切换。
例如，以图1为例，当其中的分系统主机或应用终端被设置为根据本发明的双归属设备200时，在分系统主机或应用终端控制平面获得原主用链路故障事件后(即，在步骤S312之后，故障检测时间在50ms之内)，例如，可以通过原备用链路连续发送三条免费ARP消息(即，执行步骤S314)。消息体和报文头中的IP地址和MAC地址为上文所述的统一的IP地址和MAC地址(即，第三MAC地址和第三IP地址)。此时，原备用链路切换为当前的主用链路，原主用链路切换为当前的备用链路。
此时，与现有技术相同的是，如图1所示的PSN传输网络中的各网络设备(即，接入设备)、远端实体(即，应用终端或分系统主机)的控制平面接收到这些免费ARP消息后，刷新自身的ARP表项，同时PSN传输网络各设备的转发平面硬件会自动刷新FIB。
然而，与现有技术不同的是，例如，以图1中的分系统主机接收来自应用终端的报文时发生切换为例，因为切换前的链路所使用的接入设备2与切换之后的链路所使用的接入设备1之间的距离仅有1跳，所以，接入设备1和接入设备2都能够及时基于分系统主机所发送的免费ARP报文更新自身的FIB，从而继续及时地将来自应用终端的报文及时转发至分系统主机。此时，只需接入设备1和接入设备2更新各自的FIB，即完成了切换，这是因为，应用终端发送的报文(即，分系统主机要继续接收的报文)中的地址没有变化(即，仍然是第三MAC地址和第三IP地址)，所以，较远的网络设备(例如，接入设备3或接入设备4等)根本无需更新其自身的FIB，从而大大减少了切换时延。
因此，即使此时网络中存在大量控制平面流量导致较远的网络设备(例如，接入设备3或接入设备4等)、应用终端CPU占用率比较高、大概率丢弃免费ARP报文的情况，也不会对(例如，报文接收)保护切换产生负面影响。从而能够完成(例如，分系统主机)高性能双归属保护切换(保护切换时间在50ms之内)，达到与远端实体(例如，应用终端)可靠通信的要求。
可选地，在步骤S306或步骤S312中，链路检测、初始选择和切换判决模块使用专用链路检测协议或专用接入设备端口状态检测指令来执行链路状态检测。
可选地，第三MAC地址选自下列中的一种：实体MAC地址、虚拟MAC地址；第三IP地址选自下列中的一种：实体IP地址、虚拟IP地址。
可选地，所述实体MAC地址和虚拟MAC地址分别是与同一局域网内的其他设备的实体MAC地址和虚拟MAC地址不冲突的实体MAC地址和虚拟MAC地址，实体IP地址和虚拟IP地址分别是与同一局域网内的其他设备的实体IP地址和虚拟IP地址不冲突的实体IP地址和虚拟IP地址。
根据本发明的上述技术方案，例如，当应用于分系统主机或应用终端时，不需要对网络设备做任何处理和修改，而只需要对分系统主机或应用终端做很少的适应性修改即可。而且，根据本发明的上述技术方案的切换时延小，适用于可靠性及性能要求较高的应用场景。
上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种双归属设备，其特征在于，所述设备包括：
第一网卡模块，所述第一网卡模块配置有第一MAC地址和第一IP地址，用于通过第一接入设备与PSN建立第一链路；
第二网卡模块，所述第二网卡模块配置有第二MAC地址和第二IP地址，用于通过第二接入设备与所述PSN建立第二链路；
链路检测、初始选择和切换判决模块，用于执行链路状态检测，输出从所述第一链路和所述第二链路中选择一条链路作为当前通信链路的链路初始选择指令，在检测到当前通信链路故障时，输出链路切换指令；
其中，所述第一网卡模块或所述第二网卡模块，根据所述链路初始选择指令或所述链路切换指令、基于第三MAC地址和第三IP地址发送免费ARP报文、使所述第一接入设备和/或所述第二接入设备更新FIB、从而完成链路初始选择或链路切换，且基于所述第三MAC地址和所述第三IP地址发送和接收业务报文。
2.如权利要求1所述的双归属设备，其特征在于，所述链路检测、初始选择和切换判决模块使用专用链路检测协议或专用接入设备端口状态检测指令来执行链路状态检测。
3.如权利要求1或2所述的双归属设备，其特征在于，所述第三MAC地址选自下列中的一种：实体MAC地址、虚拟MAC地址；所述第三IP地址选自下列中的一种：实体IP地址、虚拟IP地址。
4.如权利要求3所述的双归属设备，其特征在于，所述实体MAC地址和所述虚拟MAC地址分别是与同一局域网内的其他设备的实体MAC地址和虚拟MAC地址不冲突的实体MAC地址和虚拟MAC地址，所述实体IP地址和所述虚拟IP地址分别是与同一局域网内的其他设备的实体IP地址和虚拟IP地址不冲突的实体IP地址和虚拟IP地址。
5.一种用于如权利要求1所述的双归属设备的保护切换方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：为所述第一网卡模块配置第一MAC地址和第一IP地址，用于通过第一接入设备与PSN建立第一链路；
步骤2：为所述第二网卡模块配置第二MAC地址和第二IP地址，用于通过第二接入设备与所述PSN建立第二链路；
步骤3：所述链路检测、初始选择和切换判决模块，执行链路状态检测，输出从所述第一链路和所述第二链路中选择一条链路作为当前通信链路的链路初始选择指令；
步骤4：所述第一网卡模块或所述第二网卡模块根据所述链路初始选择指令，基于第三MAC地址和第三IP地址发送免费ARP报文、使所述第一接入设备或所述第二接入设备更新FIB、从而完成链路初始选择；
步骤5：所述第一网卡模块或所述第二网卡模块基于所述第三MAC地址和所述第三IP地址发送和接收业务报文；
步骤6：所述链路检测、初始选择和切换判决模块，执行链路状态检测，在检测到当前通信链路故障时，输出链路切换指令；
步骤7：所述第一网卡模块或所述第二网卡模块根据所述链路切换指令、基于所述第三MAC地址和所述第三IP地址发送免费ARP报文、使所述第一接入设备和所述第二接入设备更新FIB，从而完成链路切换。
6.如权利要求5所述的保护切换方法，其特征在于，在所述步骤3或所述步骤6中，所述链路检测、初始选择和切换判决模块使用专用链路检测协议或专用接入设备端口状态检测指令来执行链路状态检测。
7.如权利要求5或6所述的保护切换方法，其特征在于，所述第三MAC地址选自下列中的一种：实体MAC地址、虚拟MAC地址；所述第三IP地址选自下列中的一种：实体IP地址、虚拟IP地址。
8.如权利要求7所述的保护切换方法，其特征在于，所述实体MAC地址和所述虚拟MAC地址分别是与同一局域网内的其他设备的实体MAC地址和虚拟MAC地址不冲突的实体MAC地址和虚拟MAC地址，所述实体IP地址和所述虚拟IP地址分别是与同一局域网内的其他设备的实体IP地址和虚拟IP地址不冲突的实体IP地址和虚拟IP地址。
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