CN115514701A - 用于处理分层网络拓扑中的多个本地链路故障的无死锁本地重新路由 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及用于处理分层网络拓扑中的多个本地链路故障的无死锁本地重新路由。一种用于通信的方法包括将分组数据网络的子网络中的本地链路划分为至少第一组和第二组。对于子网络中连接第一上层交换机至第一下层交换机的每个本地链路，定义如下的对应迂回路由：从第一上层交换机经过属于第一组的第一本地链路到第二下层交换机，并从第二下层交换机通过第二本地链路到第二上层交换机，并从第二上层交换机通过属于第二组的第三本地链路到第一下层交换机。在连接第一上层交换机至第一下层交换机的本地链路发生故障时，重新路由从网络到达第一上层交换机的数据分组以经过经由对应迂回路由到达第一下层交换机。
Description
技术领域
本发明总体上涉及通信网络，并且具体地涉及用于在链路故障的情况下重新路由网络业务的方法和系统。
背景技术
在诸如高性能计算(HPC)系统和数据中心等应用中使用的通信网络通常包括通过链路互连的大量网元。高可靠性的通信网络应该能够从链路故障事件中快速恢复。
从链路故障中恢复的方法在本领域中是已知的。例如，
技术(2018)的白皮书描述了一种称为SHIELDTM(智能数据中心的自我修复互连增强)的解决方案，该解决方案利用了最新一代InfiniBand(无限带宽)交换机中内置的智能。通过使结构能够自主自我修复，通信的速度在面对链路故障时可以被纠正加快5000倍，速度足够快以避免昂贵的重传或绝对故障的通信。
例如，在美国专利9,729,473中描述了SHIELD解决方案的各个方面，该专利描述了一种网元中的方法，该网元包括用于连接到通信网络的多个接口。该方法包括经由入口接口接收不被允许经历重新路由并且经由第一出口接口寻址到目的地的分组。当存在从第一出口接口到目的地的有效路径时，分组经由第一出口接口转发。当没有从第一出口接口到目的地的有效路径时，从一组多个出口接口中选择第二出口接口，所述多个接口具有到目的地的各自路径并分配给允许重新路由的分组，并且分组经由第二出口接口转发，直到恢复到目的地的路径。
美国专利9,137,143描述了一种多处理器计算机系统，包括蜻蜓处理器互连网络，该互连网络包括多个处理器节点和多个路由器。路由器可操作以通过基于来自相邻路由器的网络拥塞信息和来自相邻路由器的故障网络链路信息中的一个或更多个，从蜻蜓网络中自目标节点到目的地节点的多个网络路径中进行选择来自适应地路由数据。
发明内容
下文描述的本发明的实施例提供了用于在链路故障的情况下重新路由网络业务的改进方法和系统。
因此，根据本发明的一个实施例，提供了一种用于通信的方法，该方法包括配置用于在包括通过中继链路互连的多个子网络的网络中传递数据分组的主路由。每个子网络包括多个交换机，这些交换机被配置为经由至少第一虚拟通道和第二虚拟通道进行通信，并布置在包括包含上层交换机的上层和包含下层交换机的下层的二分拓扑中，上层交换机连接到所述中继链路中的一个或更多个，下层交换机通过本地链路连接到所述上层交换机。将每个子网络中的本地链路划分为至少第一组和第二组。
对于所述主路由中的一个或更多个的一部分并将第一上层交换机连接到给定子网络中第一下层交换机的每个本地链路，定义如下的对应迂回路由：在所述给定子网络内从所述第一上层交换机经过属于所述第一组的第一本地链路到第二下层交换机，并从所述第二下层交换机通过第二本地链路到所述给定子网络中的第二上层交换机，并从所述第二上层交换机通过属于所述第二组的第三本地链路到所述第一下层交换机。在连接所述第一上层交换机至所述第一下层交换机的本地链路发生故障时，重新路由到达所述第一上层交换机的数据分组以传输到所述第一下层交换机，使得所述数据分组经过所述对应迂回路由到达所述第一下层交换机，同时经由所述第二虚拟通道在所述第二和第三本地链路上传输所述数据分组。
在一些实施例中，所述下层交换机包括叶交换机，并且所述方法包括将在所述给定子网络中接收到的数据分组经由所述迂回路由传递到与所述第一下层交换机连接的网络端节点。
另外或可替代地，划分每个子网络中的链路包括定义第三组链路，其中定义所述对应迂回路由包括：为发往连接到所述给定子网络的网络端节点的数据分组配置通过所述第一组链路和第二组链路的迂回路由，以及其中所述方法包括：定义至少一个直通路由，通过该直通路由，数据分组经由所述第一虚拟通道通过第一中继链路进入所述子网络到达所述子网络中的所述上层交换机之一，经过所述第三组中的链路之一到达所述子网络中的所述下层交换机之一，并经由所述第二虚拟通道经过链路中的另一条链路到达所述子网络中的另一个上层交换机，数据分组从该另一个上层交换机通过第二个中继离开所述子网络。
在所公开的实施例中，定义对应迂回路由包括定义多个迂回路由以在给定子网络中的本地链路的多个本地链路发生故障的情况下使用。
在一些实施例中，定义对应迂回路由包括：对于任何给定本地链路，应用对应迂回路由以通过给定本地链路是其一部分的任何多个主路由重新路由到达给定子网络的数据分组，使得即使给定本地链路发生故障，所述主路由也继续经过所述第一上层交换机。在所公开的实施例中，配置所述主路由包括定义自适应路由组，所述自适应路由组包括发往所述给定子网络的主路由，而与所述主路由所指向的下层交换机无关，使得在给定子网络内的任何本地链路发生故障时，所述自适应路由组中的主路由通过给定子网络内的迂回路由重新路由。
根据本发明的实施例还提了一种通信系统，包括：包括通过中继链路互连的多个子网络的网络。每个子网络包括多个交换机，这些交换机被配置为经由至少第一虚拟通道和第二虚拟通道进行通信，并且布置在包括包含上层交换机的上层和包含下层交换机的下层的二分拓扑中，上层交换机连接到所述中继链路中的一个或更多个，下层交换机通过本地链路连接到所述上层交换机。管理处理器被配置为定义用于在所述网络中传递数据分组的主路由，将每个子网络中的本地链路划分为至少第一组和第二组，并且对于所述主路由中的一个或更多个的一部分并将第一上层交换机连接到给定子网络中第一下层交换机的每个本地链路，定义如下的对应迂回路由：在所述给定子网络内从所述第一上层交换机经过属于所述第一组的第一本地链路到第二下层交换机，并从所述第二下层交换机通过第二本地链路到所述给定子网络中的第二上层交换机，并从所述第二上层交换机通过属于所述第二组的第三本地链路到所述第一下层交换机。所述给定子网络中的交换机被配置为，在连接所述第一上层交换机至所述第一下层交换机的本地链路发生故障时，重新路由到达所述第一上层交换机的数据分组以传输到所述第一下层交换机，使得所述数据分组经过所述对应迂回路由到达所述第一下层交换机，同时经由所述第二虚拟通道在所述第二本地链路和第三本地链路上传输所述数据分组。
根据本发明的实施例，另外提供了一种用于通信的方法，包括：将分组数据网络的子网络中的本地链路划分为至少第一组和第二组。对于子网络中将第一上层交换机连接到第一下层交换机的每个本地链路，定义如下的对应迂回路由：从所述第一上层交换机经过属于所述第一组的第一本地链路到第二下层交换机，并从所述第二下层交换机通过第二本地链路到第二上层交换机，并从所述第二上层交换机通过属于所述第二组的第三本地链路到所述第一下层交换机。在连接所述第一上层交换机至所述第一下层交换机的本地链路发生故障时，重新路由从所述网络到达所述第一上层交换机的数据分组以在所述本地链路上转发，使得所述数据分组经由所述对应迂回路由到达所述第一下层交换机。
在所公开的实施例中，重新路由所述数据分组包括：从所述网络接收所述数据分组；以及经由指定的虚拟通道将所述数据分组从所述第二下层交换机通过所述第二本地链路转发到所述第二上层交换机。
根据本发明的实施例，还提供了一种用于通信的方法，包括：配置用于在包括通过中继链路互连的多个子网络的网络中传递数据分组的主路由。每个子网络包括二分拓扑的多个交换机，所述二分拓扑包括包含上层交换机的上层和包含下层交换机的下层，上层交换机连接到所述中继链路中的一个或更多个，下层交换机通过本地链路连接到所述上层交换机。对于所述主路由中的一个或更多个的一部分并将第一上层交换机连接到给定子网络中第一下层交换机的每个给定本地链路，定义如下的对应迂回路由：在所述给定子网络内经过本地链路从所述第一上层交换机到第二下层交换机，并从所述第二下层交换机到第二上层交换机，并从所述第二上层交换机到所述第一下层交换机。当给定本地链路是多个主路由的一部分时，将对应迂回路由应用到给定本地链路是其一部分的所有所述多个主路由，使得即使给定本地链路发生故障，所述主路由也继续经过所述第一上层交换机。在连接所述第一上层交换机至所述第一下层交换机的本地链路发生故障时，重新路由到达给定子网络中的第一主干交换机的数据分组以经过所述对应迂回路由到达所述第一下层交换机。
在所公开的实施例中，配置所述主路由包括定义自适应路由组，所述自适应路由组包括发往所述给定子网络的主路由，而与所述主路由所指向的下层交换机无关，使得在给定子网络内的任何本地链路发生故障时，所述自适应路由组中的主路由通过给定子网络内的迂回路由重新路由。
附图说明
结合附图，通过以下实施例的详细描述，将更充分地理解本发明，在附图中：
图1A是根据本发明的实施例的示意性地示出多级子网络的框图；
图1B是根据本发明实施例的包括互连的多个子网络的分层分组通信网络的框图；
图2是根据本发明的实施例示意性地示出在多级子网络中的链路故障之后建立迂回路由的框图；
图3是根据本发明的另一个实施例示意性地示出在多级子网络中的链路故障之后建立迂回路由的框图；以及
图4是根据本发明的实施例示意性地示出在多级子网络中建立“直通”路由的框图。
具体实施方式
概述
当分组数据网络中的链路故障时，通常经由该链路转发的分组可能会被丢弃，直到建立到目的地的替代路径。原则上，网络中的中央实体可以检测到或被通知故障的链路，然后可以重新配置网元中的一个或更多个以创建到目的地的替代路径。然而，这种集中式恢复方法对高性能、高速网络的需求反应太慢。
2020年9月10日提交的美国专利申请17/016,464描述了用于使用预定义的本地迂回路径从网络中的链路故障中恢复的方法和系统，其公开内容通过引用并入本文。这种方法提供了一种快速恢复机制，并且在链路被修复或中央实体重新配置替代路径之前，可以保持使用迂回路径。例如，本专利申请中描述的技术特别适用于包括互连的交换机组(或其他网元)的拓扑，该交换机组具有二分拓扑，其中交换机布置在上层和下层中，它们由本地链路的网连接。在这样的拓扑中，例如，交换机可以包括连接到网络的端节点的下层叶交换机，以及通过中继链路连接到其他组的上层主干交换机。
在无损网络中，响应链路故障而重新路由分组可能会导致由于流控制循环而导致的死锁问题。无损网络通常应用流量控制技术来防止缓冲区溢出和分组丢失事件。然而，在此类网络中重新路由可能会导致循环互连的多个交换机的缓冲区变满，从而阻止这些交换机进一步发送或接收分组。这种情况称为“死锁情况”或简称为“死锁”。避免死锁的一种方法是在每条链路上的多个虚拟通道(VL)上传输分组，但这种方法要求交换机具有大的存储器以便为所有虚拟通道分配足够的缓冲区空间。为了优化存储器资源的使用，通常希望在整个网络中只使用少量的虚拟通道，例如两个虚拟通道。
针对这个问题，上述美国专利申请17/016,464描述了一种无死锁解决方案，该解决方案可以由二分组中的交换机在本地链路故障的情况下应用：分组经由迂回路径重新路由到它们的目的地交换机，其包括在组内沿主干到叶方向传递分组的迂回链路和沿叶到主干方向传递分组的另一个迂回链路。该解决方案能够处理任何给定交换机组内的任何单个链路故障，而不要求在整个网络中使用多于两个的虚拟通道。
在此描述的本发明的实施例扩展了该解决方案以涵盖在交换机的二分组内的多个本地链路故障的可能性。这些实施例可特别适用于包括通过中继链路互连的多个子网络的网络，每个子网络包括布置在二分拓扑中的多个交换机。管理处理器(例如，执行子网管理器的功能的计算机处理器)配置主路由，分组通过主路由在网络中从给定源传送到给定目的地，并配置迂回路由以供在主路由故障的情况下使用。
为了定义迂回路由，管理处理器将每个子网络中的本地链路划分为至少两组。对于主路由中的一个或更多个的一部分并在一个子网络中将给定的上层交换机连接到给定的下层交换机的每个本地链路，对应的迂回路由通过属于例如两个组中的第一组的第一本地链路从给定的上层交换机传递到子网络内的第二下层交换机。然后，该路由通过第二本地链路(其可能属于任一组)从该第二下层交换机传递到子网络中的第二上层交换机，并且通过属于第二组的第三本地链路从第二上层交换机传递到原来的、给定下层交换机。
在某个上层交换机和某个下层交换机之间的本地链路发生故障时，已为其定义了此类迂回路由，子网络中的交换机重新路由到达给定上层交换机的数据分组通过对应的迂回路由到达下层交换机。假设分组经由第一虚拟通道(例如从VL0上的中继链路)到达上层交换机(分组在网络中通过第一虚拟通道从其源节点传输)，交换机将经由不同的第二虚拟通道(在本例中为VL1)，通过迂回路由的第二和第三本地链路传输数据分组。可以证明，即使给定子网络中的多个本地链路同时发生故障，该方案仅使用两个虚拟通道也将无死锁地操作。具体来说，在上下层各有n个交换机的二分子网络中，当前迂回路由可以处理的本地链路故障数为n/2-1。
在本发明的一些实施例中，为每个子网络中的本地链路预先定义迂回路由被用于定义整个网络上的自适应路由(AR)组。为此，如上所述，管理处理器为网络中的一个或更多个主路由的一部分的每个本地链路(在给定子网络中的某个上层交换机和某个下层交换机之间)定义对应的迂回路由。当给定本地链路是多条主路由的一部分时，对应的迂回路由被应用于所有这些主路由。因此，即使给定本地链路发生故障，但这些主路由仍继续通过子网络中的同一上层交换机。
使用该方案，管理处理器可以定义AR组，该组包括发往任何给定子网络的主路由，而与主路由经过的下层交换机无关。在给定子网络内的任何本地链路发生故障时，自适应路由组中的主路由通过给定子网络内的对应迂回路由重新路由。因此，任何给定子网络之外的交换机甚至不需要被通知子网络中的本地链路故障，并且不管这些故障如何都继续沿主路由传输分组，因为本地链路故障是在子网络内部被处理的。这种方法可用于节省交换机中的存储器并减少对交换机间故障通知的需要。
系统描述
现在参考图1A和1B，它们是示意性地示出根据本发明的实施例的通信系统20的框图，其中网络使用无死锁的迂回路径从链路故障中恢复。系统20包括多个子系统22，每个子系统包括各自的子网络26，其中之一在图1A中详细示出。子网络26在图1B中被标记为SN1…SN5并且通过中继链路52互连。系统20中的网络端节点24，例如主机计算机，在每个子网络26内通过本地链路30相互通信，并且在子网络之间通过中继链路52相互通信。为简单起见，系统20被示为仅包括五个子网络，每个子网络中有八个交换机布置在两层中。然而，在实践中，这里描述的方法可以应用在大得多的网络中，有更多数量的子网络和在每个子网络中有更多的交换机。
如图1A所示，每个子网络26以二分拓扑布置，包括下层交换机28和上层交换机29，它们通过本地链路30的网连接到下层交换机。在所示的示例中，下层交换机28被识别为叶交换机，其被表示为L0…L3并连接到相应的端节点24；而上层交换机29被识别为主干交换机并被表示为S0…S3。端节点24仅连接到叶交换机，而主干交换机仅连接到叶交换机和中继链路52。在下面的描述中，为简洁起见，交换机28和29可以简称为“叶”和“主干”。然而，本发明的原理决不限于这种特定类型的二分拓扑，可以可替代地应用于包括两个或更多个这样的层的分层子网络中的任何二分对层。
在图1A的示例中，交换机28和29以完全连接的二分拓扑互连，即每个上层交换机29连接到所有下层交换机28，并且每个下层交换机连接到所有上层交换机。这种二分拓扑也可以被视为两级胖树(FT)拓扑或多级FT拓扑中的两个相邻级。
拓扑被定义为“二分”，因为它类似于二分图，这意味着这样一个图：其中顶点被划分为两个集合，并且图中的每条边在这两个集合的每个集合中都有一个端点。在本上下文中，二分拓扑包括多个上层交换机和多个下层交换机。每个上层交换机连接到一个或更多个下层交换机，并且每个下层交换机连接到一个或更多个上层交换机，但不允许上到上和下到下的链路。当每个上层交换机连接到所有下层交换机时，二分拓扑被称为“完全连接”，反之亦然。然而，一般来说，二分拓扑不一定是完全连接的。
在本实施例和以下描述中，子网络26包括交换机28和29。如图1A中的插图所示，每个交换机28包括多个端口32、分组处理器34和存储器36，例如用于在等待传输时将分组存储在队列中。交换机29(未在插图中显示)具有类似的结构。交换机经由端口32连接到其他交换机和/或网络端节点24。在图1A中，用于层间连接的每个交换机的四个端口在子网络26内被编号为0…3，而用于外部连接的四个端口被编号为4…7。在本说明书和权利要求中使用的术语“交换机”广义地指代具有多个端口和在各部分之间交换数据分组的能力的网元。具有这些特征的其他网元，例如路由器和网桥，在当前上下文中也被认为是“交换机”。
每个端口32既用作用于从另一交换机或从网络端节点接收分组的入口端口，又用作用于将分组传输到另一交换机或网络端节点的出口端口。端口32通常包括能够执行物理层(PHY)和介质访问控制(MAC)接口功能的硬件电路组件，如本领域已知的。
分组处理器34对经由端口32接收的分组应用各种处理操作，例如验证、过滤、优先化和转发。这些处理操作还可以包括修改与分组相关联的虚拟通道(VL)。如前所述，交换机28、29支持至少两个虚拟通道(VL0和VL1)并且可以支持更大数量的虚拟通道。通常，分组处理器34包括硬连线和/或可编程硬件逻辑电路，其被配置为高速执行本文所述的功能。附加地或替代地，分组处理器34的至少一些功能可以在合适的可编程处理核心上以软件实现。
分组处理器34使用转发表38执行分组转发，例如基于分组报头中携带的源地址和目的地地址。使用转发表，交换机确定每个接收到的分组的出口端口。交换机28在存储器36的队列中存储接收到的已经处理并等待传输的分组。在替代实施例中，也可以使用其他分组处理和转发方法，例如访问控制列表(ACL)。
交换机28包括交换机控制器40，通常包括可编程处理器，该处理器在软件中被编程以执行在此描述的功能。在其他任务中，交换机控制器40更新转发表38以包括可用于解决由于链路故障引起的网络故障的迂回路径。通常，这些迂回路径由管理处理器定义，例如系统20中的子网管理器(SM)54(图1B)中的可编程处理器56。另外或替代地，迂回路径可以由系统20中的另一个实体定义，例如通过每个子网络26中的交换机28、29之间的交互、与SM54通信或独立地进行交互。
SM 54通常包括处理器56和存储器58，并且可以配置为独立设备，具有到交换机28和29的通信链路，或者可以集成到交换机之一或系统20的其他组件中。虽然SM 54在图1B被示出作为单个物理实体，但SM 54的功能可以替代地分布在系统20中的多个处理单元之间。SM 54在合适软件的控制下执行这里描述的路由和故障处理功能，以及其他本领域中已知的管理功能。该软件可以以电子形式提供给SM 54，例如通过网络。替代地或附加地，软件可以存储在有形的、非暂时性的计算机可读介质上，例如电子、光学或磁性存储介质。
如上所述，交换机控制器40存储一个或更多个预定义的迂回路径，其由管理处理器(例如SM 54中的处理器56)使用本文描述的方法定义。在链路故障时，交换机控制器40将流量引导到通向相应迂回路径的替代端口32。在其他实施例中，交换机控制器40与网络26中的其他交换机通信以选择迂回路径，并通过更新转发表38来应用所选择的迂回路径。附加地或替代地，在检测到本地链路30之一的故障时，交换机控制器40通知子网管理器54，使得子网管理器可以在网络中重新路由时采取适当的行动以规避故障链路。同时使用迂回路由保证了在故障通知和重新路由过程进行时，网络中的分组流量很少或没有中断。一旦建立了新路由，可能不再需要迂回路由。
在图1B中，被称为源节点并标记为“SRC节点”的网络端节点24s通过其本地子网络26(SN1)将分组发送到另一个子网络26(SN4)中被表示为“DST节点”的目的地端节点24d。SM54为此分组流配置主路由，例如从本地链路30开始的三跳路由，从SN1中的L2到S2，然后经由中继链路52到SN4中的S2，并在SN4中经由本地链路30到L2，它将数据分组传递给DST节点。
按照惯例，SN1中的交换机L2在VL0上传输来自其源节点的分组。这种选择是任意的，任何虚拟通道都可以用于从其源传输分组。然而，为了确保在节省虚拟通道(并因此节省存储器资源)的同时确保无死锁操作，可希望使用相同的虚拟通道(例如VL0)来传输来自源子网络中的它们各自源节点的所有数据分组。适当时，在子网络26内切换到第二虚拟通道(例如VL1)，特别是当分组由上层交换机29从一个中继链路52转发到另一个或在子网络内从下层交换机转发到上层交换机，如下文进一步描述的。
替代地或附加地，SM 54可以定义四跳路由，例如经由SN5中的上层交换机29之一，或六跳“直通”路由，经过SN5中的上层交换机29和下层交换机28之一。(此类路由可以类似地被定义通过其他子网络，例如SN2和SN3。每一“跳”对应于分组到其目的地的路径上的单个链路。)在直通路由中，例如，从SRC节点24s传输通过交换机L2的数据分组通过第一中继链路52传送到SN5中的上层交换机29之一，例如从SN1中的S1到SN5中的S0。分组因此进入SN5并经过本地链路30从S0到达下层交换机28之一(例如SN5中的交换机L1)，然后经过另一个本地链路30到达另一个上层交换机，例如SN5中的交换机S3。数据分组从SN1传输并在VL0上进入SN5，但为了避免死锁，SN5中的交换机L1使用VL1继续传输分组。数据分组通过第二中继链路52在VL1上离开SN5，例如从SN5中的交换机S3到SN4中的交换机S1。该交换机然后通过本地链路30将分组传输到交换机L2，交换机L2将分组传递到DST端节点24d。由SM 54应用的标准的细节定义了这种类型的直通路由，下文将参考图4进一步描述。
定义和应用迂回路由
图2和图3是根据本发明的实施例示意性地示出在子网络26之一中的链路故障之后建立迂回路由的框图。SM 54为任何给定子网络26中的每个本地链路30定义了对应的这种类型的迂回路由，该子网络26是网络中的主路由中的一个或更多个的一部分，例如上述系统20中的源节点24s和目的地节点24d之间的路由。图2和图3示出了这些迂回路由的定义的相同原则的两种变体，其中路由中中间链路的选择不同，如下所述。
为了确保迂回路由没有死锁，SM 54将本地链路30分成两组。在图2-4中，其中一个组(任意称为第一组)中的本地链路用实线箭头表示，而另一(第二)组中的本地链路用虚线箭头表示。将两个组定义为包含大致相等数量的本地链路是有用的，其中每个组中的链路连接到大多数或所有交换机28和29。可替代地，可以使用其他分组。
现在参考图2，从另一个子网络中的源节点60起的主路由经由本地链路66经过子网络26中的上层交换机S1到下层交换机L2。(然后，主路由通常从交换机L2经过至目的地端节点，例如如图1B所示。)对于每个这样的本地链路，SM 54(图1B)使用来自两组本地链路的链路定义对应的迂回路由。在图2所示的示例中，迂回路由经过属于第一组的第一本地链路68，将第一上层交换机S1连接到子网络26内的不同下层交换机L1，然后从该下层交换机通过第二本地链路70到达第二上层交换机S3。在本示例中，本地链路70也属于第一组。然后，迂回路由从该第二上层交换机S3经过属于第二组的第三本地链路72到达原始下层交换机L2。
在图2所示的场景中，链路66已经发生故障。因此，当包含链路66的主路由上的分组进入子网络26时，交换机S1会经由链路68、70和72在上面定义的迂回路由上重新路由分组。分组可能会在VL0或VL1上到达交换机S1。然而，在任何一种情况下，为了确保无死锁操作，交换机L1和S3将经由VL1在迂回路由的第二和第三本地链路(链路70和72)上传输分组。
典型地，SM 54定义了多条迂回路由，以在子网络26中的不同本地链路发生故障的情况下使用。当在子网络中多个链路同时发生故障时，可以同时使用这些迂回路由中的两条或更多条。
作为另一示例，图3示出了在从上层交换机S1到下层交换机L4的本地链路74发生故障的情况下使用的迂回路由。迂回路由包括子网26内的从交换机S1到交换机L1的第一本地链路76，然后到达第二上层交换机S2的第二本地链路78和到达原始下层交换机L4的第三本地链路80。本地链路76属于第一组链路，而本地链路78和80属于第二组。如图2所示，分组使用VL1在链路78和80上传输。
给定子网络26中的任何给定本地链路，例如图2和图3中的链路66和74，通常可以是通过系统20的多个不同主路由的一部分，这些主路由终止于连接到该子网的目的地节点。例如，本地链路66可以是将SN1以及SN5(和其他子网络)中的各个源节点24连接到与SN4中的交换机L2连接的目的地节点的多个主路由的一部分。在这种情况下，交换机S1将应用图2中所示的迂回路由，将到达子网络26中的数据分组重新路由到本地链路66是其一部分的任何主路由上。因此，尽管本地链路66发生故障，但主路由仍将继续经过相同的上层交换机S1。
以这种方式重新路由子网络26内的分组对系统20中的其他子网络是透明的。该子网络中的交换机28、29将向SM 54通知故障，并且SM 54将通常会通过更新子网络内的交换机的转发表38(图1A)来响应。但是，在此更新发生之前，所有可适用的主路由上的流量都将在绕行路由上不间断地传输。
预先配置的迂回路由的这种应用也有助于简化提供给系统20中的交换机的自适应路由信息，从而减少交换机必须用来存储该自适应路由信息的存储器容量。为此目的，SM54在系统20中定义了自适应路由组。每个这样的组都包括发往给定子网络的主路由，而与主路由指向的子网络内的下层交换机(即本示例中的叶交换机)无关。在给定子网络内的任何本地链路发生故障时，自适应路由组中的主路由将通过给定子网络内的迂回路由重新路由。
为每个自适应路由组保存故障路由信息，以防止向故障链路发送数据分组。由于本地故障是在每个子网络内部本地处理的，因此故障路由信息对于整个子网络都是正确的，因此使得自适应路由组信息能够按子网络存储，而不是每个目的地叶交换机存储。当针对终止于给定子络网中的主路由定义此类自适应路由组时，其他子网络中的交换机根本不需要知道给定子网络中参与迂回路由的所有下层交换机。因此，无需按相对于叶交换机的其他子网络中的交换机存储自适应路由信息，主路由通过叶交换机到达它们在给定子网络中的目的地。这种自适应路由解决方案是上述特定迂回路由方案的有用补充；但它可以替代地与用于定义子网络内的迂回路径的其他方法结合应用，例如在上述美国专利申请17/016,464中定义的方法。
图4是根据本发明的另一个实施例示意性地示出子网络26中的“直通”路由的框图。出于直通路由的目的，除了用于定义目的地为子网络26中的网络端节点的数据分组的迂回路径的第一组和第二组以外，SM 54还划分子网络中的本地链路以定义第三组。在本示例中，第一组链路包括由实线箭头指示的本地链路94，第二组包括由虚线箭头指示的本地链路96。第三组中的本地链路98由点划线箭头指示。SM 54可以选择要被包括在第三组中的链路的数量，例如基于预期穿过子网络26的直通流量。
图4中所示的直通路由用于将从源节点60通过中继链路52之一(图1B)传输的数据分组转发到子网络26中的上层交换机S1。假设分组到达VL0上。直通路由经过第三组中的链路98到达子网络26中的下层交换机L5，并且从交换机L5通过另一条链路100到达另一个上层交换机S6。为防止死锁，交换机L5在VL1上的链路100上传输分组，而交换机S6将该同一虚拟通道上的分组从子网络26通过另一条中继链路102转发到目标子网络。链路100可以属于任何一组本地链路。
尽管图2-4所示的实施例依赖于子网络中链路的划分以用于定义无死锁的迂回路由，但其他划分方案也可替代地用于此目的，比照使用。例如，可以将给定子网络中的交换机28和29划分为两组或三组，以用作定义组之间的迂回路由的基础。作为另一种选择，每个交换机的端口可以在组之间划分。
通过引用并入本专利申请的文件，特别是上述美国专利申请17/016,464，应被视为本申请的组成部分，除非在这些并入的文件中以与本说明书中明确或隐含的定义相冲突的方式定义任何术语，则应仅考虑本说明书中的定义。
应当理解，上述实施例是作为示例引用的，并且本发明不限于上文具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文描述的各种特征的组合和子组合，以及本领域技术人员在阅读上述描述后会想到并且在现有技术中未公开的变化和修改。
Claims (18)
1.一种用于通信的方法，包括：
配置用于在包括通过中继链路互连的多个子网络的网络中传递数据分组的主路由，每个子网络包括多个交换机，所述交换机被配置为经由至少第一虚拟通道和第二虚拟通道进行通信，并被布置在包括包含上层交换机的上层和包含下层交换机的下层的二分拓扑中，所述上层交换机被连接到所述中继链路中的一个或更多个，所述下层交换机通过本地链路被连接到所述上层交换机；
将每个子网络中的所述本地链路划分为至少第一组和第二组；
对于所述主路由中的一个或更多个的一部分并将第一上层交换机连接到给定子网络中的第一下层交换机的每个本地链路，定义如下的对应迂回路由：在所述给定子网络内从所述第一上层交换机经过属于所述第一组的第一本地链路到第二下层交换机，并从所述第二下层交换机通过第二本地链路到所述给定子网络中的第二上层交换机，并从所述第二上层交换机通过属于所述第二组的第三本地链路到所述第一下层交换机；以及
在连接所述第一上层交换机至所述第一下层交换机的所述本地链路发生故障时，重新路由到达所述第一上层交换机的所述数据分组，以传输到所述第一下层交换机，使得所述数据分组经过所述对应迂回路由到达所述第一下层交换机，同时经由所述第二虚拟通道通过所述第二本地链路和所述第三本地链路传输所述数据分组。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述下层交换机包括叶交换机，并且所述方法包括将在所述给定子网络中接收到的所述数据分组经由所述迂回路由传递到与所述第一下层交换机连接的网络端节点。
3.根据权利要求1所述的方法，其中划分每个子网络中的所述链路包括：定义第三组链路，
其中定义所述对应迂回路由包括：针对被发往连接到所述给定子网络的网络端节点的所述数据分组配置通过所述第一组链路和所述第二组链路的迂回路由，以及
其中所述方法包括：定义至少一个直通路由，通过所述至少一个直通路由，数据分组经由所述第一虚拟通道通过第一中继链路进入所述子网络到达所述子网络中的所述上层交换机之一，经过所述第三组中的所述链路之一到达所述子网络中的所述下层交换机之一，并经由所述第二虚拟通道经过所述链路中的另一条链路到达所述子网络中的另一个上层交换机，所述数据分组从所述另一个上层交换机通过第二中继链路离开所述子网络。
4.根据权利要求1所述的方法，其中定义所述对应迂回路由包括：定义多个迂回路由以便在所述给定子网络中的所述本地链路中的多个本地链路发生故障的情况下使用。
5.根据权利要求1所述的方法，其中定义所述对应迂回路由包括：对于任何给定本地链路，在通过所述给定本地链路是其一部分的多个所述主路由中的任何主路由重新路由到达所述给定子网络的所述数据分组中，应用所述对应迂回路由，使得即使所述给定本地链路发生故障，所述主路由也继续经过所述第一上层交换机。
6.根据权利要求5所述的方法，其中配置所述主路由包括定义自适应路由组，所述自适应路由组包括发往所述给定子网络的所述主路由，而与所述主路由所指向的所述下层交换机无关，使得在所述给定子网络内的任何所述本地链路一发生故障时，所述自适应路由组中的所述主路由通过所述给定子网络内的迂回路由而被重新路由。
7.一种通信系统，包括：
包括通过中继链路互连的多个子网络的网络，每个子网络包括多个交换机，所述交换机被配置为经由至少第一虚拟通道和第二虚拟通道进行通信，并且被布置在包括包含上层交换机的上层和包含下层交换机的下层的二分拓扑中，所述上层交换机被连接到所述中继链路中的一个或更多个，所述下层交换机通过本地链路被连接到所述上层交换机；以及
管理处理器，其被配置为定义用于在所述网络中传递数据分组的主路由，将每个子网络中的所述本地链路划分为至少第一组和第二组，并且对于所述主路由中的一个或更多个的一部分并将第一上层交换机连接到给定子网络中的第一下层交换机的每个本地链路，定义如下的对应迂回路由：在所述给定子网络内从所述第一上层交换机经过属于所述第一组的第一本地链路到第二下层交换机，并从所述第二下层交换机通过第二本地链路到所述给定子网络中的第二上层交换机，并从所述第二上层交换机通过属于所述第二组的第三本地链路到所述第一下层交换机，
其中所述给定子网络中的交换机被配置为：在连接所述第一上层交换机至所述第一下层交换机的所述本地链路发生故障时，重新路由到达所述第一上层交换机的所述数据分组，以传输到所述第一下层交换机，使得所述数据分组经过所述对应迂回路由到达所述第一下层交换机，同时经由所述第二虚拟通道通过所述第二本地链路和所述第三本地链路传输所述数据分组。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述下层交换机包括叶交换机，所述叶交换机被配置为将在所述给定子网络中接收到的所述数据分组经由所述迂回路由传递到与所述叶交换机之一连接的网络端节点。
9.根据权利要求7所述的系统，其中所述管理处理器被配置为划分每个子网络中的所述链路以定义第三组链路，
其中针对被发往连接到所述给定子网络的网络端节点的所述数据分组配置通过所述第一组链路和所述第二组链路的迂回路由，以及
其中，所述管理处理器被配置为定义至少一个直通路由，通过所述直通路由，数据分组经由所述第一虚拟通道通过第一中继链路进入所述子网络到达所述子网络中的所述上层交换机之一，经过所述第三组中的所述链路之一到达所述子网络中的所述下层交换机之一，并经由所述第二虚拟通道经过所述链路中的另一条链路到达所述子网络中的另一个上层交换机，所述数据分组从所述另一个上层交换机通过第二中继链路离开所述子网络。
10.根据权利要求7所述的系统，其中所述管理处理器被配置为定义多个迂回路由以便在所述给定子网络中的所述本地链路中的多个本地链路发生故障的情况下使用。
11.根据权利要求7所述的系统，其中对于任何给定本地链路，在通过所述给定本地链路是其一部分的多个所述主路由中的任何主路由重新路由到达所述给定子网络的所述数据分组中，应用所述对应迂回路由，使得即使所述给定本地链路发生故障，所述主路由也继续经过所述第一上层交换机。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述管理处理器被配置为定义自适应路由组，所述自适应路由组包括发往所述给定子网络的所述主路由，而与所述主路由所指向的所述下层交换机无关，使得在所述给定子网络内的任何所述本地链路一发生故障时，所述自适应路由组中的所述主路由通过所述给定子网络内的迂回路由而被重新路由。
13.一种用于通信的方法，包括：
将分组数据网络的子网络中的本地链路划分为至少第一组和第二组；
对于将第一上层交换机连接到所述子网络中的第一下层交换机的每个本地链路，定义如下的对应迂回路由：从所述第一上层交换机经过属于所述第一组的第一本地链路到第二下层交换机，并从所述第二下层交换机通过第二本地链路到第二上层交换机，并从所述第二上层交换机通过属于所述第二组的第三本地链路到所述第一下层交换机；以及
在将所述第一上层交换机连接至所述第一下层交换机的所述本地链路一发生故障时，重新路由从所述网络到达所述第一上层交换机的所述数据分组以通过所述本地链路转发，使得所述数据分组经由所述对应迂回路由到达所述第一下层交换机。
14.根据权利要求13所述的方法，其中定义所述对应迂回路由包括：定义多个迂回路由以便在所述给定子网络中的所述本地链路的多个本地链路发生故障的情况下使用。
15.根据权利要求13所述的方法，其中定义所述对应迂回路由包括：对于任何给定本地链路，在通过所述给定本地链路是其一部分的多个所述主路由中的任何主路由重新路由到达所述给定子网络的所述数据分组中，应用所述对应迂回路由，使得即使所述给定本地链路发生故障，所述主路由也继续经过所述第一上层交换机。
16.根据权利要求13所述的方法，其中重新路由所述数据分组包括：从所述网络接收所述数据分组；以及经由指定的虚拟通道将所述数据分组从所述第二下层交换机通过所述第二本地链路转发到所述第二上层交换机。
17.一种用于通信的方法，包括：
配置用于在包括通过中继链路互连的多个子网络的网络中传递数据分组的主路由，每个子网络包括二分拓扑的多个交换机，所述二分拓扑包括包含上层交换机的上层和包含下层交换机的下层，所述上层交换机连接到所述中继链路中的一个或更多个，所述下层交换机通过本地链路连接到所述上层交换机；
对于所述主路由中的一个或更多个的一部分并将第一上层交换机连接到给定子网络中的第一下层交换机的任何给定本地链路，定义如下的对应迂回路由：在所述给定子网络内从所述第一上层交换机经过所述本地链路到第二下层交换机，并从所述第二下层交换机到第二上层交换机，并从所述第二上层交换机到所述第一下层交换机；
当所述给定本地链路是多个所述主路由的一部分时，将所述对应迂回路由应用到所述给定本地链路是其一部分的所有所述多个所述主路由，使得即使所述给定本地链路发生故障，所述主路由也继续经过所述第一上层交换机；以及
在连接所述第一上层交换机至所述第一下层交换机的所述本地链路发生故障时，重新路由到达给定子网络中的第一主干交换机的所述数据分组，以经由所述对应迂回路由到达所述第一下层交换机。
18.根据权利要求17所述的方法，其中配置所述主路由包括定义自适应路由组，所述自适应路由组包括发往所述给定子网络的所述主路由，而与所述主路由所指向的所述下层交换机无关，使得在所述给定子网络内的任何本地链路发生故障时，所述自适应路由组中的所述主路由通过所述给定子网络内的迂回路由而被重新路由。
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