CN116170391A - 基于冗余方式实现网络高可用的方法、系统、介质和设备 - Google Patents

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CN116170391A CN202310441188.2A CN202310441188A CN116170391A CN 116170391 A CN116170391 A CN 116170391A CN 202310441188 A CN202310441188 A CN 202310441188A CN 116170391 A CN116170391 A CN 116170391A
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Abstract

本发明公开了一种基于冗余方式实现网络高可用的方法、系统、介质和设备，方法包括：网卡配置：将主机的至少两个物理网卡绑定为一个逻辑网卡，在逻辑网卡上配置网卡，并在应用程序对外通信时使用逻辑网卡；数据冗余发送：在数据发送之前将原始数据进行复制，然后通过物理网卡分别将数据发送出去，若发送的目的地与主机不在同一个子网，则将数据包中的目的MAC地址替换成正确的网关MAC地址后再进行数据的发送；数据冗余接收并去重：数据到达目的地后，对重复的数据进行去重操作，将去重后的数据递交给应用程序；链路故障切换：当主机网卡在预设的时间未接收到数据时，触发链路切换机制以进行链路切换。

Description

基于冗余方式实现网络高可用的方法、系统、介质和设备
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，特别是一种基于冗余方式实现网络高可用的方法、系统、存储介质和计算设备。
背景技术
目前网络高可用方法包括：交换设备冗余方案（交换机堆叠等） 以及应用层网络冗余方案等。交换机堆叠存在交换机VRRP双主故障、交换机堆叠状态异常以及交换机堆叠双主故障等问题。交换机故障时整个网络都处于不可用状态，对网络持续运行的业务连续性影响较大。应用层网络冗余方案一般是针对具体应用进行定制开发，存在通用性差，维护成本高，无法满足所有应用的问题。
因鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于冗余方式实现网络高可用的方法、系统、存储介质和计算设备，以实现故障自恢复，保证通信的可控性。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供的一种基于冗余方式实现网络高可用的方法，包括：
网卡配置：将主机的至少两个物理网卡绑定为一个逻辑网卡，在逻辑网卡上配置网卡，并在应用程序对外通信时使用逻辑网卡；
数据冗余发送：在数据发送之前将原始数据进行复制，然后通过物理网卡分别将数据发送出去，若发送的目的地与主机不在同一个子网，则将数据包中的目的MAC地址替换成正确的网关MAC地址后再进行数据的发送；
数据冗余接收并去重：数据到达目的地后，对重复的数据进行去重操作，将去重后的数据递交给应用程序；
链路故障切换：当主机网卡在预设的时间未接收到数据时，触发链路切换机制以进行链路切换。
可选的，所述在逻辑网卡上配置网卡包括配置网卡IP地址及掩码、网关地址。
可选的，所述去重操作包括：
接收端首先更新数据接收的时间戳，然后根据与数据发送端的链路状态选择一个网卡接收数据，其它网卡将数据丢弃。
可选的，所述触发链路切换机制以进行链路切换包括：
在进行切换之前首先判断其它网卡是否有数据接收，若没有确认此时没有数据交互，不需要进行切换，若其他网卡有数据接收则进行链路切换。
第二方面，本发明提供一种基于冗余方式实现网络高可用的系统，所述系统包括：
网卡配置单元，用于将主机的至少两个物理网卡绑定为一个逻辑网卡，在逻辑网卡上配置网卡，并在应用程序对外通信时使用逻辑网卡；
数据冗余发送单元，用于在数据发送之前将原始数据进行复制，然后通过物理网卡分别将数据发送出去，若发送的目的地与主机不在同一个子网，则将数据包中的目的MAC地址替换成正确的网关MAC地址后再进行数据的发送；
数据冗余接收并去重单元，用于数据到达目的地后，对重复的数据进行去重操作，将去重后的数据递交给应用程序；
链路故障切换单元，用于当主机网卡在预设的时间未接收到数据时，触发链路切换机制以进行链路切换。
可选的，所述在逻辑网卡上配置网卡包括配置网卡IP地址及掩码、网关地址。
可选的，所述去重操作包括：
接收端首先更新数据接收的时间戳，然后根据与数据发送端的链路状态选择一个网卡接收数据，其它网卡将数据丢弃。
可选的，所述触发链路切换机制以进行链路切换包括：
在进行切换之前首先判断其它网卡是否有数据接收，若没有确认此时没有数据交互，不需要进行切换，若其他网卡有数据接收则进行链路切换。
第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序代码，所述计算机程序代码在被运行时执行上述的方法。
第四方面，本发明提供一种计算设备，包括：
至少一个处理器；以及
至少一个存储器，所述至少一个存储器被耦合到所述至少一个处理器并且存储用于由所述至少一个处理器执行的指令，所述指令当由所述至少一个处理器执行时，使得所述计算设备执行上述的方法。
本发明提供的基于冗余方式实现网络高可用的方法、系统、存储介质和计算设备，在网络层和数据链路层，借助数据的冗余发送和接收实现数据传输的可靠性和可控性，从而保证了通信网络的高可用，具有通用性强，维护成本低的优点。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于冗余方式实现网络高可用的方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种基于冗余方式实现网络高可用的方法的交互流程图；
图3为本发明实施例提供的一种基于冗余方式实现网络高可用系统的逻辑框图；
图4为用于实施本发明实施例基于冗余方式实现网络高可用方法的电子设备的逻辑结构图。
具体实施方式
下面将参考附图中示出的若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，描述这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。
结合图1，本发明实施例提供一种基于冗余方式实现网络高可用的方法100，包括：
步骤101，网卡配置：将主机的至少两个物理网卡绑定为一个逻辑网卡，在逻辑网卡上配置网卡，并在应用程序对外通信时使用逻辑网卡。
在步骤101中，配置网卡时，包括配置网卡IP地址及掩码、网关地址，配置完成后，应用程序对外通信过程中就可以直接使用逻辑网卡，通信时的统一性更好，也便于各个物理网卡的集中管理和配置。
步骤102，数据冗余发送：在数据发送之前将原始数据进行复制，然后通过物理网卡分别将数据发送出去，若发送的目的地与主机不在同一个子网，则将数据包中的目的MAC地址替换成正确的网关MAC地址后再进行数据的发送。
在步骤102中，首先将原始数据进行复制，通过多个物理网卡分别将数据发送出去，保证数据可以通过多个物理网卡发送，避免单一网卡发送容易因故障导致整个通信网络不可用的问题。此外，若发送的目的地与主机不在同一个子网，则自动将目的MAC地址替换成正确的网关MAC地址，实现了主机地址和目的地址的智能化匹配，也降低了数据包因地址不在同一子网内发送失败以及浪费系处理资源的问题。
步骤103，数据冗余接收并去重：数据到达目的地后，对重复的数据进行去重操作，将去重后的数据递交给应用程序。
在步骤103中，作为一个示例，可以采用如下的去重操作。数据到达目的地后，会接收到两份或多份相同的数据，需要对数据进行去重操作。此时接收端首先会更新数据接收的时间戳，然后根据与数据发送端的链路状态选择一个网卡接收数据，其它网卡将数据丢弃。最后将数据递交给用户应用程序。借助步骤102和步骤103的冗余数据发送和接收机制，在保证数据可以较为可靠地传输到目的地址的同时，又可以避免重复数据占用应用程序的运算资源，既提升了通信的可控性和可靠性，又可以优化目的地址的系统处理资源。此外，数据的冗余传输和接收是在交付给应用程序之前的网络层和数据链路层完成的，而不仅限于特定地域应用程序，因此通用性好，维护成本低。
步骤104，链路故障切换：当主机网卡在预设的时间未接收到数据时，触发链路切换机制以进行链路切换。
在步骤104中，作为一个示例，当主机网卡一段时间没有接收到数据时，会触发链路切换机制，在进行切换之前首先判断其它网卡是否有数据接收，如果没有说明此时没有数据交互不需要进行切换。如果其他网卡有数据接收则进行链路切换，该机制一方面保证网络可控、可用，在出现故障时自动恢复通信，另一方面还能够智能识别出系统的静默状态，避免出现不需要进行数据交互时，交互机制的误启动，减少了通信资源的浪费。
结合图2，左侧为数据发送端，右侧为数据接收端，以系统包括两张网卡，即网卡1和网卡2为例，在发送端，数据包依次经过应用程序编程接口、传输层（如TCP/UDP等）传输至网络层和数据链路层，在这两层中完成前文所述的复制数据包、替换数据包的目的MAC地址（不同子网通信时）、发送数据的操作，网卡1、网卡2分别经由网络A和网络B发送到数据接收端，接收端依次通过数据链路层、网络层、传输层将数据发送至应用程序编程接口，其中在网络层和数据链路层完成接收数据包、数据去重和向上层递交数据的操作，由于双端的数据处理过程都是在数据链路层和网络层完成的，比依赖于特定的应用程序，因此具有很好的通用性。
结合图3，第二方面，本发明提供一种基于冗余方式实现网络高可用的系统，所述系统包括：
网卡配置单元，用于将主机的至少两个物理网卡绑定为一个逻辑网卡，在逻辑网卡上配置网卡，并在应用程序对外通信时使用逻辑网卡；
数据冗余发送单元，用于在数据发送之前将原始数据进行复制，然后通过物理网卡分别将数据发送出去，若发送的目的地与主机不在同一个子网，则将数据包中的目的MAC地址替换成正确的网关MAC地址后再进行数据的发送；
数据冗余接收并去重单元，用于数据到达目的地后，对重复的数据进行去重操作，将去重后的数据递交给应用程序；
链路故障切换单元，用于当主机网卡在预设的时间未接收到数据时，触发链路切换机制以进行链路切换。
可选的，所述在逻辑网卡上配置网卡包括配置网卡IP地址及掩码、网关地址。
可选的，所述去重操作包括：
接收端首先更新数据接收的时间戳，然后根据与数据发送端的链路状态选择一个网卡接收数据，其它网卡将数据丢弃。
可选的，所述触发链路切换机制以进行链路切换包括：
在进行切换之前首先判断其它网卡是否有数据接收，若没有确认此时没有数据交互，不需要进行切换，若其他网卡有数据接收则进行链路切换。
应当理解的是，上述各个单元所执行的动作和上文方法100中所描述的步骤是一一对应的，因此具体的实现流程可以参考上文的叙述，在此不再赘述。
图4图示了用于实现本公开实施例的示例性电子设备700的框图。如图4所示，电子设备700包括中央处理单元（CPU）702，其可以根据存储在只读存储器（ROM）704中的计算机程序指令或者从存储单元716加载到随机存取存储器（RAM）706中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在随机存取存储器706中，还可存储电子设备700操作所需的各种程序和数据。中央处理单元702、只读存储器704以及随机存取存储器706通过总线708彼此相连。输入/输出（I/O）接口710也连接至总线708。
电子设备700中的多个部件连接至输入/输出接口710，包括：输入单元712，例如键盘、鼠标、麦克风等；输出单元714，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元716，例如磁盘、光盘等；以及通信单元718，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元718允许电子设备700通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
上文所描述的各个过程和处理，例如方法100的各个步骤，可由中央处理单元702执行。例如，在一些实施例中，方法100可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元716。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由只读存储器704和/或通信单元718而被载入和/或安装到电子设备700上。当计算机程序被加载到随机存取存储器706并由中央处理单元702执行时，可以执行上文描述的方法100的一个或多个动作。
本发明实施例涉及方法、装置、系统、电子设备、计算机可读存储介质和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括用于执行本公开的各个方面的计算机可读程序指令。
用于执行本发明实施例的操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构（ISA）指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于冗余方式实现网络高可用的方法，其特征在于，包括：
网卡配置：将主机的至少两个物理网卡绑定为一个逻辑网卡，在逻辑网卡上配置网卡，并在应用程序对外通信时使用逻辑网卡；
数据冗余发送：在数据发送之前将原始数据进行复制，然后通过物理网卡分别将数据发送出去，若发送的目的地与主机不在同一个子网，则将数据包中的目的MAC地址替换成正确的网关MAC地址后再进行数据的发送；
数据冗余接收并去重：数据到达目的地后，对重复的数据进行去重操作，将去重后的数据递交给应用程序；
链路故障切换：当主机网卡在预设的时间未接收到数据时，触发链路切换机制以进行链路切换。
2.根据权利要求1所述的基于冗余方式实现网络高可用的方法，其特征在于，所述在逻辑网卡上配置网卡包括配置网卡IP地址及掩码、网关地址。
3.根据权利要求1所述的基于冗余方式实现网络高可用的方法，其特征在于，所述去重操作包括：
接收端首先更新数据接收的时间戳，然后根据与数据发送端的链路状态选择一个网卡接收数据，其它网卡将数据丢弃。
4.根据权利要求1所述的基于冗余方式实现网络高可用的方法，其特征在于，所述触发链路切换机制以进行链路切换包括：
在进行切换之前首先判断其它网卡是否有数据接收，若没有确认此时没有数据交互，不需要进行切换，若其他网卡有数据接收则进行链路切换。
5.基于冗余方式实现网络高可用的系统，其特征在于，所述系统包括：
网卡配置单元，用于将主机的至少两个物理网卡绑定为一个逻辑网卡，在逻辑网卡上配置网卡，并在应用程序对外通信时使用逻辑网卡；
数据冗余发送单元，用于在数据发送之前将原始数据进行复制，然后通过物理网卡分别将数据发送出去，若发送的目的地与主机不在同一个子网，则将数据包中的目的MAC地址替换成正确的网关MAC地址后再进行数据的发送；
数据冗余接收并去重单元，用于数据到达目的地后，对重复的数据进行去重操作，将去重后的数据递交给应用程序；
链路故障切换单元，用于当主机网卡在预设的时间未接收到数据时，触发链路切换机制以进行链路切换。
6.根据权利要求5所述的基于冗余方式实现网络高可用的系统，其特征在于，所述在逻辑网卡上配置网卡包括配置网卡IP地址及掩码、网关地址。
7.根据权利要求5所述的基于冗余方式实现网络高可用的系统，其特征在于，所述去重操作包括：
接收端首先更新数据接收的时间戳，然后根据与数据发送端的链路状态选择一个网卡接收数据，其它网卡将数据丢弃。
8.根据权利要求5所述的基于冗余方式实现网络高可用的系统，其特征在于，所述触发链路切换机制以进行链路切换包括：
在进行切换之前首先判断其它网卡是否有数据接收，若没有确认此时没有数据交互，不需要进行切换，若其他网卡有数据接收则进行链路切换。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序代码，所述计算机程序代码在被运行时执行根据权利要求1至4中任一项所述的方法。
10. 一种计算设备，包括：
至少一个处理器；以及
至少一个存储器，所述至少一个存储器被耦合到所述至少一个处理器并且存储用于由所述至少一个处理器执行的指令，所述指令当由所述至少一个处理器执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至4中任一项所述的方法。
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