CN112954497B - 一种基于fc-ae交换机的环形级联网络 - Google Patents

Abstract

本公开实施例公开了一种基于FC‑AE交换机的环形级联网络、在环形级联网络中确定最优路径的方法及装置，涉及交换机领域；其中，确认最优路径的方法具体包括：执行初始化操作，获取或更新拓扑图；发送HLO帧确认相邻交换机的状态；若出现相邻交换机被旁路，获取相互级联的交换机的路由表，计算得到所述环形级联网络的最优路径；根据所述最优路径更新所述拓扑图及各个交换机的路由表；通过构建环形级联网络，当网络中出现交换机被旁路时，能够快速检测到相邻交换机的变更，实现动态更新路由表，同时防止广播风暴的产生，可靠性和性能较高，用户体验良好。

Description

一种基于FC-AE交换机的环形级联网络

技术领域

本公开涉及交换机领域，具体涉及一种基于FC-AE交换机的环形级联网络及在环形级联网络中确定最优路径的方法、装置。

背景技术

随着科技的发展，FC-AE光纤交换机在航空电子设备环境中越来越普及，为了适用更复杂的应用环境，Fabric拓扑结构从最初的采用不超过两个交换机的体系结构，发展到现如今使用多个交换机的复杂网络拓扑结构。

在实际应用中，交换机一般有三种组网方式，即级联方式、端口聚合方式和堆叠方式。

级联方式是最常用的一种方式，通过交换机上的级联口(UpLink)进行连接。但是交换机不能无限制级联，超过一定数量的交换机级联，最终会引起网络风暴，导致网络性能严重下降。

端口聚合方式，此种方式相当于用多个端口同时进行级联，它提供了更高的互联带宽和线路冗余，使网络具有一定的可靠性。

堆叠方式，此种方式是扩展端口最快捷、最便利的方式，但并不是所有交换机都支持堆叠。堆叠需要有专门的堆叠口，连接后可以视为一个政绩交换机来管理使用。局限性表现在不能长距离堆叠，只有在一起的交换机才能堆叠。

由此可知，现有技术中亟需一种支持拓展更多端口、提供高宽带、稳定性高的网络结构。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本公开实施例提出了一种基于FC-AE交换机的环形级联网络，以解决现有技术中存在的组网方式可靠性低、性能低等问题。

本公开实施例第一方面公开了一种基于FC-AE交换机的环形级联网络，包括：

每个交换机配置两个级联口，各个交换机通过所述级联口连接组成环形级联网络；

若其中一台交换机出现故障将自动被旁路，其他交换机通过所述级联口连接组成环形级联网络；

更新所述环形级联网络的拓扑图及各个交换机的路由表。

在一些实施例中，根据路由表计算最优路径。

在一些实施例中，所述环形级联网络中包括一台主交换机和至少一台非主交换机。

本公开实施例第二方面公开了一种在环形级联网络中确定最优路径的方法，包括：

执行初始化操作，获取或更新拓扑图；

发送HLO帧确认相邻交换机的状态；

若出现相邻交换机被旁路，获取相互级联的交换机的路由表，计算得到所述环形级联网络的最优路径；

根据所述最优路径更新所述拓扑图及各个交换机的路由表。

在一些实施例中，所述方法还包括：配置单播路由，即将所述最优路径中的每个交换机的上一跳、下一跳交换机对应的级联端口信息配置到路由表中。

在一些实施例中，所述方法还包括：配置广播路由，即从所述路由表中获取源域ID；判断所述源域ID对应的交换机是否是当前交换机的相邻交换机，若是，则将相邻交换机对应的级联端口信息配置到所述路由表中；若不是，则将本交换机对应的级联端口信息配置到所述路由表中。

在一些实施例中，所述更新拓扑图，具体包括：接收主交换机传来的拓扑图，并与本地预存的拓扑图进行比较后判断是否更新。

在一些实施例中，所述方法具体包括：通过比较拓扑图的版本号判断是否更新。

在一些实施例中，所述方法还包括:判断相邻交换机链路状态是否发生变化；

当判断出相邻交换机链路状态发生变化时，置标志位。

本公开实施例第三方面公开了一种在环形级联网络中确定最优路径的装置，包括：

初始化模块，用于执行初始化操作，获取或更新拓扑图；

确认状态模块，用于发送HLO帧确认相邻交换机的状态；

最优路径确认模块，用于若出现相邻交换机被旁路，获取相互级联的交换机的路由表，计算得到所述环形级联网络的最优路径；

更新模块，用于根据所述最优路径更新所述拓扑图及各个交换机的路由表。

本公开实施例公开了一种基于FC-AE交换机的环形级联网络、在环形级联网络中确定最优路径的方法及装置；通过构建环形级联网络，当网络中出现交换机被旁路时，能够快速检测到相邻交换机的变更，实现动态更新路由表，同时防止广播风暴的产生，可靠性和性能较高，用户体验良好。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本公开的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本公开进行任何限制，在附图中：

图1是根据本公开的一些实施例所示的一种基于FC-AE交换机的环形级联网络的示意图；

图2是根据本公开的一些实施例所示的一种在环形级联网络中确定最优路径的方法流程图；

图3是根据本公开的一些实施例所示的主交换机初始化及拓扑图更新的过程示意图；

图4是根据本公开的一些实施例所示的非主交换机初始化及拓扑图更新的过程示意图；

图5是根据本公开的一些实施例所示的相邻交换机检测流程示意图；

图6是根据本公开的一些实施例所示的FFI数据处理流程示意图；

图7是根据本公开的一些实施例所示的一种在环形级联网络中确定最优路径的装置结构框图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，通过示例阐述了本公开的许多具体细节，以便提供对相关披露的透彻理解。然而，对于本领域的普通技术人员来讲，本公开显而易见的可以在没有这些细节的情况下实施。应当理解的是，本公开中使用“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”术语，是用于区分在顺序排列中不同级别的不同部件、元件、部分或组件的一种方法。然而，如果其他表达式可以实现相同的目的，这些术语可以被其他表达式替换。

应当理解的是，当设备、单元或模块被称为“在……上”、“连接到”或“耦合到”另一设备、单元或模块时，其可以直接在另一设备、单元或模块上，连接或耦合到或与其他设备、单元或模块通信，或者可以存在中间设备、单元或模块，除非上下文明确提示例外情形。例如，本公开所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列条目的任何一个和所有组合。

本公开所用术语仅为了描述特定实施例，而非限制本公开范围。如本公开说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，而该类表述并不构成一个排它性的罗列，其他特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件也可以包含在内。

参看下面的说明以及附图，本公开的这些或其他特征和特点、操作方法、结构的相关元素的功能、部分的结合以及制造的经济性可以被更好地理解，其中说明和附图形成了说明书的一部分。然而，可以清楚地理解，附图仅用作说明和描述的目的，并不意在限定本公开的保护范围。可以理解的是，附图并非按比例绘制。

本公开中使用了多种结构图用来说明根据本公开的实施例的各种变形。应当理解的是，前面或下面的结构并不是用来限定本公开。本公开的保护范围以权利要求为准。

随着科技的发展，FC-AE光纤交换机在航空电子设备环境中越来越普及，为了适用更复杂的应用环境，Fabric拓扑结构从最初的采用不超过两个交换机的体系结构，发展到现如今使用多个交换机的复杂网络拓扑结构。

在实际应用中，交换机一般有三种组网方式，即级联方式、端口聚合方式和堆叠方式。

级联方式是最常用的一种方式，通过交换机上的级联口(UpLink)进行连接。但是交换机不能无限制级联，超过一定数量的交换机级联，最终会引起网络风暴，导致网络性能严重下降。

端口聚合方式，此种方式相当于用多个端口同时进行级联，它提供了更高的互联带宽和线路冗余，使网络具有一定的可靠性。

堆叠方式，此种方式是扩展端口最快捷、最便利的方式，但并不是所有交换机都支持堆叠。堆叠需要有专门的堆叠口，连接后可以视为一个政绩交换机来管理使用。局限性表现在不能长距离堆叠，只有在一起的交换机才能堆叠。

由此可知，现有技术中亟需一种支持拓展更多端口、提供高宽带、稳定性高的网络结构。

通常地，FC-AE交换机不作为环形的网络，因为一旦形成环形，会形成广播风暴。但是环网结构有其自身的优点，比如有冗余性、可靠性、简化路径选择等。环网上的某一路链路断开，不会影响网络上数据的转发。

为此，本公开实施例公开了一种基于FC-AE交换机的环形级联网络。每个FC-AE交换机配置2个级联口，各个FC-AE交换机通过手拉手形式，组成环形级联网络。当某台个FC-AE交换机故障时，系统将自动将该交换机进行旁路处理，其他个FC-AE交换机继续组成环形级联网络。这种网络拓扑形式即保留了级联组网的优点，同时也具备了聚合方式的线路冗余和更高的带宽。同时他还具备了环网结构的优点，比如有冗余性、可靠性、简化路径选择等。

进一步地，实现环路组网的关键技术之一是对交换机路由表更新维护，根据当前网络中的拓扑图和路由表情况计算出最优路径，保证转发路由不通过重复的交换机节点，从而有效防止广播风暴。

本公开实施例公开了一种基于FC-AE交换机的环形级联网络，包括：

每个交换机配置两个级联口，各个交换机通过所述级联口连接组成环形级联网络；

若其中一台非主交换机出现故障将自动被旁路，其他非主交换机通过所述级联口连接组成环形级联网络；

更新所述环形级联网络的拓扑图及各个交换机的路由表。

在一些实施例中，根据路由表计算最优路径。

在一些实施例中，所述环形级联网络中包括一台主交换机和至少一台非主交换机。

具体如图1所示，为一种基于FC-AE交换机的环形级联网络的示意图，本实施例以8台光纤交换机(SW1-SW8)为例进行说明；每台交换机的第二口与下一台交换机的第一口相级联，通过手拉手形式组成环网；其中SW1作为主交换机，其他均为非主交换机。主交换机负责整个交换网的管理工作，包括初始化、拓扑图的更新、分发等,每两台交换机之间相连接的链路，都是级联链路，所有级联链路均为收发双向链路数据传输链路。

本公开实施例还公开了一种在环形级联网络中确定最优路径的方法，如图2所示，具体包括：

S101、执行初始化操作，获取或更新拓扑图；

S102、发送HLO帧确认相邻交换机的状态；

S103、若出现相邻交换机被旁路，获取相互级联的交换机的路由表，计算得到所述环形级联网络的最优路径；

S104、根据所述最优路径更新所述拓扑图及各个交换机的路由表。

在一些实施例中，所述方法还包括：配置单播路由，即将所述最优路径中的每个交换机的上一跳、下一跳交换机对应的级联端口信息配置到路由表中。

在一些实施例中，所述方法还包括：配置广播路由，即从所述路由表中获取源域ID；判断所述源域ID对应的交换机是否是当前交换机的相邻交换机，若是，则将相邻交换机对应的级联端口信息配置到所述路由表中；若不是，则将本交换机对应的级联端口信息配置到所述路由表中。

在一些实施例中，所述更新拓扑图，具体包括：接收主交换机传来的拓扑图，并与本地预存的拓扑图进行比较后判断是否更新。

在一些实施例中，所述方法具体包括：通过比较拓扑图的版本号判断是否更新。

在一些实施例中，所述方法还包括:判断相邻交换机链路状态是否发生变化；

当判断出相邻交换机链路状态发生变化时，置标志位。

更具体地，本公开实施例将依次详细说明网络初始化流程、相邻交换机检测流程、FFI数据处理流程及最优路径计算及路由表更新流程。

a)网络初始化流程

网络初始化流程具体包括主交换机初始化和非主交换机初始化。

在一个实施例中，主交换机初始化及拓扑图更新的过程如图3所示，具体包括：

S201、主交换机向非主交换机分发初始拓扑图，转入空闲状态；

具体地，拓扑图规定了各个交换机之间初始互相连接的关系及状态，是提前规划的而且物理实际相连接的连接关系图。

S202、在预设时间内判断是否接收到非主交换机传来的FFI序列式，是则更新链路状态和路由表，并发送接受更新响应，执行S203；否则执行S204；

具体地，FFI(Fast Fibric Initialize)即为快速光纤网络初始化。通常在非主交换机首次上电时，非主交换机本地无相关拓扑图信息，收到主交换机传来的拓扑图后直接接受，并向主交换机发送接受更新响应。

S203、判断是否需要更新拓扑图，否则转入空闲状态；是则执行S205；

S204、判断级联口状态是否发生变化，是则更新链路状态和路由表，执行S205；否则转入空闲状态；

在本公开实施例中，级联口状态是针对某一台交换机上的级联口，本实施例中，每个交换机有2个级联口；当级联口状态发生变化时，说明相邻的交换机无法连通(相邻交换机已断开、被旁路或者相邻交换机ID发生变化等)，此时网络拓扑发生变化，需要将此变化通知全网所有交换机；

一般地，级联口通常有两个状态：Link状态——已连接(设备接入)；unLink状态——未连接(无设备接入)。

S205、生成新的FFI序列式，发送至非主交换机，转入空闲状态。

具体地，创建一个FFI序列结构，将变化信息在序列结构中标识并发送。

具体地，交换机通过上行链路发生给相邻交换机，或者，通过连接的级联口发送给相邻交换机，因为是环形级联，所以优先通过上行链路发送，若上行链路断开则通过下行链路发送。

具体地，非主交换机初始化及拓扑图更新的过程如图4所示，具体包括：

S301、非主交换机等待接收主交换机传来的拓扑图；

S302、在预设时间内判断是否接收到FFI序列式，是则执行S303，否则返回S301；

S303、判断拓扑图是否有效，是则执行S304，否则发送拒绝更新响应消息，返回S301；

具体地，拓扑图中包含图索引，非主交换机收到图更新指令后，需要先对比更新指令中的拓扑图图索引号与本交换机保存的(或初始化的)拓扑图图索引号；一般地，每次拓扑图更新，索引号均会递增，索引号增加标识有效，即拓扑图有效；索引号变小则标识存在异常或错误，即拓扑图无效。

一般而言，首次上电时，非主交换机本地无相关拓扑图信息，收到图更新后直接接受。

具体地，当拓扑图无效，或与拓扑图中描述的当前交换机连接状态错误/冲突时，则发送拒绝更新响应消息。

S304、接收并更新拓扑图，更新路由表，发送接收更新响应后，生成新的FFI序列式发送到下一级非主交换机；

S305、转入空闲状态；

S306、判断是否接收到FFI序列，是则更新链路状态和路由表，并发送接受更新响应；否则执行S307；

一般地，从哪个级联口接收到FFI序列，则通过该级联口将对应的响应发送至该级联口连接的相邻交换机。

S307、判断级联口状态是否发生变化，是则更新链路状态和路由表，生成新的FFI序列式发送；否则执行S305。

在本实施例中，主交换机在初始化时向非主交换机分发拓扑图，非主交换机接收拓扑图后与本地的拓扑图进行比较后决定是否更新，并向主交换机发送接受/拒绝帧或对应的响应。当非主交换机链路状态发生变化后，置标志位并发送FFI序列。主交换机接收到FFI序列后确定需要更新拓扑图，即向各非主交换机分发拓扑图。

在本公开实施例中，链路状态是指交换机(主交换机/非主交换机)各个端口的连接状态。

b)相邻交换机检测流程

考虑到交换机在发生故障时，会被自动旁路。此时网络拓扑仍为环形级联网络，为了相邻交换机之间确认身份状态，通过ILS帧Hello(HLO)实现对相邻交换机状态的确认。交换机上电后，即周期性发送HLO帧，一方面用于维护链路状态，另一方面，用于在有交换机被旁路时，快速检测出相互级联的两台交换机的域ID信息，及时更新拓扑图。详细步骤如图5所示。

S401、通过级联口向相邻交换机发送HLO帧；

S402、判断是否收到相邻交换机传来的HLO帧，是则执行S403；否则返回S401；

S403、判断相邻交换机ID是否与拓扑图存在冲突，是则执行S404，否则返回S401；

具体地，拓扑图规定了交换机互联的状态，即一个交换机相邻的交换机具体的编号都是在拓扑图中预定义过的；此时如果收到的HLO消息并不是由与拓扑图中指定的交换机发来的，那么相邻交换机ID与拓扑图冲突说明连接状态与拓扑图不一致。

S404、更新拓扑图更新路由表；

S405、生成新的FFI请求序列，标识相邻交换机状态变化，返回S401。

更具体地，FFI过程是通过一系列的ILS帧交互来完成的，即FFI和HLO都是SW_ILS帧定义的一种命令码，不同的命令完成不同的功能动作。

HLO交互确认的邻交换机状态信息会对FFI序列中描述的网络链路状态记录有影响，即LSR(Link State Record)，而LSR信息被用来计算路由对系统的及时状态感知，进而判断是否需要再次发起一次FFI拓扑图更新流程。

c)FFI数据处理流程

FFI数据处理流程如图6所示，主要描述了主交换机初始化分发拓扑图、链路更新、非主交换机旁路时FFI请求序列的数据处理、拓扑图的更新过程。

在本公开实施例中，交换机会在每次拓扑图发生变化时，会更新拓扑图的版本号，而且版本索引序号是递增的。只有更新较新的版本是有效的，不能回退版本号。

在本公开实施中，当交换机检测到相邻交换机链路状态发生变化时，置标志位；具体地，是指将拓扑图中发生变化的链路标识出来，即需要标识出哪两台交换机之间的链路状态发生变化(包括断开和/或链接)。

d)最优路径计算及路由表更新流程

在本公开实施例中，每条路由在路由表中以四个参数信息标识：

1)DID：目的域ID、目的域编号；其中，DID组成结构为：域ID+区ID+端口ID，共24bit，用来标识不同的交换机；

2)SID：源域ID、源域编号，单播消息不区分SID，可配置为0；

3)UM：单播/组播标识，0位单播、1为组播；

4)级联端口：

单播时：当前路由发往的级联端口序号；组播时：按比特位标识多个级联口，第几个比特就代表第几个级联口。如包含两个级联口分别是1和4时，标识成0x09(00001001b)。

广播消息传递约束：所有广播均不允许从传入端口传出；所有广播均不允许发送至源域ID对应的级联口。

在本公开实施例中，各个交换机根据FFI更新的最新拓扑图信息，构建各个交换机节点状态数据库，采用有向图数据结构，以邻接矩阵形式标识当前拓扑状态。各个顶点即为各交换机，包含域ID信息，路径是否已包含此节点。各条边信息标识相邻交换机连接状态，包括源域ID、目的域ID、源级联口、目的级联口等信息。

交换机计算路由分为以下几个步骤：

1)计算所有从本交换机出发到其他各交换机的最优路径；

2)配置单播路由：针对到达每一个其他交换机节点的最优路径，将其路径上下一跳交换机对应的级联端口信息配置到路由表中，例如：{0x08,0,0,2}；

在本公开实施例中，单播路由一般是指DID为单一节点的设备标识。组播或广播路由中，DID一般标识多个节点设备。

在本公开实施例中，交换机通过查询路由表，将数据转发到指定端口，每台交换机只能将数据转发到下一跳交换机，比如，最优路径需要三跳到达目的设备A->B->C，A交换机路由表中须配置所有发送到DID的消息并通过级联口转发到B交换机，B交换机配置所有DID对应消息通级联口转发到C交换机。

所有交换机虽然具有一致的最小路径(所有端口到端口的最小路径)，但其路由表中仅仅配置，本交换机中在路径中所指向的下一跳交换机对应的级联口(或无需跨交换机转发时，直接转发到对应的设备登录端口)。

3)配置广播路由：对于广播消息，其DID中域ID一般标识为0xFF。广播路由配置时，需要考虑SID情况。若SID对应的交换机不是本交换机的相邻交换机，则将路由配置到本交换机的两个级联口上。如：{0xFF,1,1,0x03}。若SID对应的交换机是本交换机的相邻交换机，则仅需要将路由配置到与相邻交换机相连的级联口上。

示例：若源ID为SW3，当前交换机为SW2，则SW2上对应本消息的路由为{0xFF,3,1,0x01}，其对应的级联口仅有1口，没有2口，因为2口连接的交换机为SW3，是消息发送的源域ID故不配置。

本公开实施例公开的一种在环形级联网络中确定最优路径的方法，1)通过用HLO帧来确认环网中邻交换机被旁路情况，能够快速检测到相邻交换机的变更；

2)通过最短路径算法实现动态路由配置过程从而实现在交换机被旁路后自动更新路由信息，实现动态更新路由表配置；

3)通过对SID信息进行判断，能够区分广播路由转发的级联口，从而达到防止广播风暴的效果。

本公开实施例还公开了一种在环形级联网络中确定最优路径的装置500，如图7所示，具体包括：

初始化模块501，用于执行初始化操作，获取或更新拓扑图；

确认状态模块502，用于发送HLO帧确认相邻交换机的状态；

最优路径确认模块503，用于若出现相邻交换机被旁路，获取相互级联的交换机的路由表，计算得到所述环形级联网络的最优路径；

更新模块504，用于根据所述最优路径更新所述拓扑图及各个交换机的路由表。

本公开实施例公开了一种基于FC-AE交换机的环形级联网络、在环形级联网络中确定最优路径的方法及装置；通过构建环形级联网络，当网络中出现交换机被旁路时，能够快速检测到相邻交换机的变更，实现动态更新路由表，同时防止广播风暴的产生，可靠性和性能较高，用户体验良好。

应当理解的是，本公开的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本公开的原理，而不构成对本公开的限制。因此，在不偏离本公开的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。此外，本公开所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (5)

1.一种在环形级联网络中确定最优路径的方法，其特征在于，包括：

执行初始化操作，获取或更新拓扑图；

发送HLO帧确认相邻交换机的状态；

若出现相邻交换机被旁路，获取相互级联的交换机的路由表，计算得到环形级联网络的最优路径；

根据所述最优路径更新所述拓扑图及各个交换机的路由表，包括：

配置单播路由，将所述最优路径中的每个交换机的上一跳、下一跳交换机对应的级联端口信息配置到路由表中；

配置广播路由，从所述路由表中获取源域ID；判断所述源域ID对应的交换机是否是当前交换机的相邻交换机，若是，则将相邻交换机对应的级联端口信息配置到所述路由表中；若不是，则将本交换机对应的级联端口信息配置到所述路由表中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述更新拓扑图，具体包括：接收主交换机传来的拓扑图，并与本地预存的拓扑图进行比较后判断是否更新。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法具体包括：通过比较拓扑图的版本号判断是否更新。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:判断相邻交换机链路状态是否发生变化；

当判断出相邻交换机链路状态发生变化时，置标志位。

5.一种在环形级联网络中确定最优路径的装置，其特征在于，包括：

初始化模块，用于执行初始化操作，获取或更新拓扑图；

确认状态模块，用于发送HLO帧确认相邻交换机的状态；

最优路径确认模块，用于若出现相邻交换机被旁路，获取相互级联的交换机的路由表，计算得到环形级联网络的最优路径；

更新模块，用于根据所述最优路径更新所述拓扑图及各个交换机的路由表，包括：

配置单播路由，将所述最优路径中的每个交换机的上一跳、下一跳交换机对应的级联端口信息配置到路由表中；

配置广播路由，从所述路由表中获取源域ID；判断所述源域ID对应的交换机是否是当前交换机的相邻交换机，若是，则将相邻交换机对应的级联端口信息配置到所述路由表中；若不是，则将本交换机对应的级联端口信息配置到所述路由表中。