CN112737943B - 一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠方法、单元、介质及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠方法、单元、介质及设备，该方法利用已使能的交换机广播发送心跳报文，所有交换机从接收到的心跳报文提取对端交换机的MAC地址；通过比较自身MAC地址与对端交换机MAC地址大小，更新主端交换机，所有交换机均向对端交换机继续发送心跳报文；主端交换机实时获取从端交换机端口变化信息，并依据端口变化信息进行网络协议处理。本发明采用模块化的软件单元，方便移植和进行软件模块迭代，采用硬件CFM进行网络故障检测，系统能迅速诊断并快速切换到备份和冗余的网络，从而降低故障对系统的影响，保证系统的稳定运行。

Description

一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠方法、单元、介质及 设备

技术领域

本发明涉及数据通信领域的冗余交换机堆叠技术，尤其涉及一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠方法、单元、介质及设备。

背景技术

在重要的通信与控制设备中，其稳定性对于整个系统的稳定与业务至关重要。因此为了确保这些重要设备的稳定运动，通常在其内部使用了备份和冗余网络。当内部网络的一部分出现故障时，要求系统能迅速诊断并快速切换到备份和冗余的网络，从而降低故障对系统的影响，保证系统的稳定运行。

现在在备份和冗余网络中，采用以下两种冗余方式：

a)冗余链路+生成树协议。在这种方式下，网络出现故障时的冗余切换速度取决于所使用的生成树协议的收敛时间，因此切换时间很长，在实时性要求很高的情况下会受到限制，同时，这种方式配置比较复杂，对交换机需要支持的协议提出了很高的要求；

b)硬件实现。这种方式是通过硬件堆叠模块实现切换，在时间上大大优于方式a)。但是该硬件堆叠模块造价高昂，对交换机的软件和硬件本身都有很高的要求，不便于维护，因此使用性很低。

发明内容

为了解决目前冗余软件方式实现网络冗余切换时间长、配置复杂，硬件实现成本过高的技术问题，本发明提供一种既能提高冗余切换速度，简化网络配置，又能移植到各种冗余网络平台，便于后期维护，具有很高的适用性的用于冗余交换机的模块化快速堆叠单元及方法。

本发明提供的技术方案如下：

一方面，一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠方法，在所有交换机依据使能信息发起堆叠启动指令后；将堆叠信号已使能的交换机识别为主端交换机，并初始化；利用已使能的交换机广播发送心跳报文，所有交换机从接收到的心跳报文提取对端交换机的MAC地址；通过比较自身MAC地址与对端交换机MAC地址大小，更新主端交换机，所有交换机均向对端交换机继续发送心跳报文；主端交换机实时获取从端交换机端口变化信息，并依据端口变化信息进行网络协议处理；同时，依据获取的主端交换机的心跳报文，识别主端交换机是否掉电，将已掉电的主端交换机对应的从端交换机切换成主端交换机，继续进行堆叠。

进一步地，所述通过比较自身MAC地址与对端交换机MAC地址大小，更新主端交换机是指：若当前主端交换机的MAC地址大于对端交换机的MAC地址，则将当前主端交换机更新为从端交换机，否则，当前主端交换机保持不变。

进一步地，将已掉电的主端交换机对应的MAC地址最小的从端交换机切换成主端交换机。

进一步地，所述心跳报文采用CFM机制发送。

保证10ms之内检测到链路问题发生，可以快速切换；

进一步地，当原主端交换机重新启动，并使能了堆叠功能，原主端交换机重新向原从端交换机发送心跳报文，原从端交换机依据重新接收到的心跳报文，比较自身MAC地址与对端交换机MAC地址大小，更新自身的新主端交换机。

另一方面，一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠单元，包括：

远程过程调用模块，用于设置和通告互为冗余的交换机间配置；

信息通信模块，用于给出互为冗余的交换机间通讯机制；

远程链接状态模块，用于将远程端口发生link事件通报给主端交换机；

主控检测模块，用于监测主端交换机的工作运行情况并提供主端交换机、从端从交换机之间的数据传输通道以在主端交换机故障时进行切换；

堆叠协议模块，用于统一管理跨板生成树协议；

所述主控检测模块，通过心跳报文提取出交换机MAC地址，并比较自身MAC地址与对端交换机MAC地址大小，更新主端交换机；

所述远程过程调用模块、远程链接状态模块和主控检测模块均分别与交换机现有模块中的集成管理接口模块和网络服务模块通信连接。

进一步地，若当前主端交换机的MAC地址大于对端交换机的MAC地址，则将当前主端交换机更新为从端交换机，否则，当前主端交换机保持不变。

进一步地，所述心跳报文采用CFM机制发送。

另一方面，一种计算机存储介质，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠方法。

再一方面，一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠设备，包括处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠设备执行上述一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠方法。

有益效果

本发明提供了一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠方法、单元、介质及设备，该方法相较于现有技术而言，具有以下优点：

1)采用MAC地址作为主从交换机优先级，可以省略选举过程，进行快速堆叠；采用硬件CFM作为检测机制，检测时间在10ms之内，可以减少软件负担，同时实现快速切换；

2)快速堆叠单元作为一个独立的软件模块，完成了冗余交换机需要的所有堆叠功能，是一个独立的堆叠系统，可移植到各种交换机平台，不用局限于交换机硬件平台的限制；模块化的软件使用消息机制进行了模块隔离，各个模块可以独立升级，方便问题查找和系统升级工作。

附图说明

图1为堆叠模块和交互信息；

图2为主从端模块间通信简图；

图3为本发明实例所述方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步地说明。

如图3所示，一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠方法，在所有交换机依据使能信息发起堆叠启动指令后；将堆叠信号已使能的交换机识别为主端交换机，并初始化；利用已使能的交换机广播发送心跳报文，所有交换机从接收到的心跳报文提取对端交换机的MAC地址；通过比较自身MAC地址与对端交换机MAC地址大小，更新主端交换机，所有交换机均向对端交换机继续发送心跳报文；主端交换机实时获取从端交换机端口变化信息，并依据端口变化信息进行网络协议处理；同时，依据获取的主端交换机的心跳报文，识别主端交换机是否掉电，将已掉电的主端交换机对应的从端交换机切换成主端交换机，继续进行堆叠。

英文缩写注释

IMI Integrated Management Interface Module，集成管理接口模块

NSM Network Service Module，网络服务模块

CLI Command line interface for batch scripting,命令行界面

HAL Hardware abstraction layer，硬件抽象层

HSL Hardware service layer,硬件服务层

NETRPC Net remote process call,远程过程调用模块

NETTUNNEL Net tunnel,信息通信模块

NETRLINK Net remote link,远程链接状态模块

NETMST Net master state test,主控检测模块

NETSTACK Net stack,堆叠协议模块

STP Spanning tree protocol,生成树协议

PM Protocol module,协议模块

CFM Connectivity Fault Management，连接故障管理

NETMST模块用于监控堆叠板对端的状态，并通告堆叠板状态变化事件。具体包含以下四个方面功能：监控和封装所有对端设备状态变更事件；探听对端设备当前状态；通告其它模块对端设备当前状态；完成主从交换机的判断。

NETRLINK模块用于处理堆叠设备的状态事件。具体包含以下三个方面功能：

a)处理对端设备网口的状态变化(link up/down)；

b)处理对端设备地址表的状态变化；

c)处理跨板trunk功能。

NETRPC模块用于设置和通告主从端交换机的配置。具体包含以下功能：

主交换机模式：

a)向从端交换机下发配置命令；

b)向从端交换机下发show命令；

c)接收从端交换机返回信息。

从端交换机模式：

a)接收主端交换机命令；

b)向从端IMI模块下发配置。

NETSTACK用于实现跨板STP管理功能。

在堆叠使能且对板link up的状态下，主交换机向从端交换机发送端口STP状态更新信息，从端交换机接收到信息后，通过NSM模块将端口STP消息配置下发下去，并向主端交换机发送响应包来实现跨板STP的统一管理。

主从端模块间通讯介绍

主端和从端通信时包括了一以下报文：①主端向从端发送的NETRPC报文；②从端回应给主端的NETRPC报文；③当端口改变的事件发生时从端发送给主端的NETRLINK报文；④主端和从端互相以10ms一次的频率发送的NETMST报文。

设备内部各模块间也一直在通信，具体通信路径请参见图2上箭头的方向，内部的通信以事件作为触发条件。

事件处理介绍

1)初始化流程

通电→在交换机上各自使能自身的堆叠模块→NETMST模块受理使能信息，打开堆叠功能，并返回配置成功的信息给IMI→NETMST将堆叠已使能的信息通告NSM，并认为自身是主板→NSM将堆叠已使能的信息和自身是主板的信息通告给NETRPC、NETRLINK和IMI→NETMST向对端发送报文，并接收对端发来的NETMST报文，提取对端MAC→若对端MAC较小，则认为对端是主端，反之则是自己为主端→将判断完成后的主从端信息通告NSM，由NSM继续向其他模块通告→初始化完成

2)端口变化的处理

端口发生变化→底层向上通告给NSM，并由NSM继续向NETRPC、NETRLINK、NETMST通告→NETRLINK将变化信息填充至报文中，发往对端(主从关注的变化信息有区别)→NETMST收集端口信息填充至报文中定时发送至对端NETMST→对端NETRLINK和NETMST接收报文后更新相关信息，并通告NSM→NSM将更新信息再通告给NETRPC等模块→处理完成

3)主从切换

主端掉电→主端不再向对从端发送NETMST报文，从端继续向主端发送报文→等待10ms后CFM模块通过中断通知从端收不到主端的NETMST报文，认定主端已down掉掉电→NETMST更新主从信息，并通告NSM→NSM将主从切换信息通告NETRPC、NETRLINK等模块→切换完成

一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠单元，包括：

远程过程调用模块，用于设置和通告互为冗余的交换机间配置；

信息通信模块，用于给出互为冗余的交换机间通讯机制；

远程链接状态模块，用于将远程端口发生link事件通报给主端交换机；

主控检测模块，用于监测主端交换机的工作运行情况并提供主端交换机、从端从交换机之间的数据传输通道以在主端交换机故障时进行切换；

堆叠协议模块，用于统一管理跨板生成树协议；

所述主控检测模块，通过心跳报文提取出交换机MAC地址，并比较自身MAC地址与对端交换机MAC地址大小，更新主端交换机；

所述远程过程调用模块、远程链接状态模块和主控检测模块均分别与交换机现有模块中的集成管理接口模块和网络服务模块通信连接。

主控检测模块检测到若当前主端交换机的MAC地址大于对端交换机的MAC地址，则将当前主端交换机更新为从端交换机，否则，当前主端交换机保持不变。

应当理解，本发明各个实施例中的功能单元模块可以集中在一个处理单元中，也可以是各个单元模块单独物理存在，也可以是两个或两个以上的单元模块集成在一个单元模块中，可以采用硬件或软件的形式来实现。

本发明实施例还提供一种计算机存储介质，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠方法。其有益效果参见方法部分的有益效果，在此不再赘述。

本发明实例还提供一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠设备，包括处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠设备执行上述一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠方法，其有益效果参见方法部分的有益效果，在此不再赘述。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。因此，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠方法， 其特征在于， 在所有交换机依据使能信息发起堆叠启动指令后， 将堆叠信号已使能的交换机识别为主端交换机， 并初始化；利用已使能的交换机广播发送心跳报文， 所有交换机从接收到的心跳报文提取对端交换机的MAC地址;通过比较自身MAC地址与对端交换机MAC地址大小， 更新主端交换机， 所有交换机均向对端交换机继续发送心跳报文； 主端交换机实时获取从端交换机端口变化信息， 并依据端口变化信息进行网络协议处理； 同时， 依据获取的主端交换机的心跳报文，识别主端交换机是否掉电， 将已掉电的主端交换机对应的从端交换机切换成主端交换机，继续进行堆叠；所述心跳报文采用CFM机制发送。

2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述通过比较自身MAC地址与对端交换机MAC地址大小， 更新主端交换机是指:若当前主端交换机的MAC地址大于对端交换机的MAC地址， 则将当前主端交换机更新为从端交换机， 否则， 当前主端交换机保持不变。

3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 将已掉电的主端交换机对应的MAC地址最小的从端交换机切换成主端交换机。

4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 当原主端交换机重新启动， 并使能了堆叠功能， 原主端交换机重新向原从端交换机发送心跳报文， 原从端交换机依据重新接收到的心跳报文， 比较自身MAC地址与对端交换机MAC地址大小， 更新自身的新主端交换机。

5.一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠单元，用于实现如权利要求1所述的一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠方法，其特征在于， 包括： 远程过程调用模块， 用于设置和通告互为冗余的交换机间配置； 信息通信模块， 用于给出互为冗余的交换机间通讯机制； 远程链接状态模块， 用于将远程端口发生link事件通报给主端交换机； 主控检测模块， 用于监测主端交换机的工作运行情况并提供主端交换机、从端从交换机之间的数据传输通道以在主端交换机故障时进行切换； 堆叠协议模块， 用于统一管理跨板生成树协议；所述主控检测模块， 通过心跳报文提取出交换机MAC地址， 并比较自身MAC地址与对端交换机MAC地址大小,更新主端交换机； 所述远程过程调用模块、远程链接状态模块和主控检测模块均分别与交换机现有模块中的集成管理接口模块和网络服务模块通信连接；所述心跳报文采用CFM机制发送。

6.根据权利要求5所述的单元， 其特征在于， 若当前主端交换机的MAC地址大于对端交换机的MAC地址， 则将当前主端交换机更新为从端交换机， 否则， 当前主端交换机保持不变。

7.一种计算机存储介质， 包括计算机程序， 其特征在于， 所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1‐4任一项所述的一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠方法。

8.一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠设备， 其特征在于， 包括处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序， 所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠设备执行如权利要求1至4中任一项所述一种用于冗余交换机的模块化快速堆叠方法。

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