CN1359213A - 用于多协议冗余路由器协议支持的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
一种可提供多协议冗余路由器协议支持的路由器。该路由器支持的冗余路由器协议包括热备份路由器协议(HSRP)和虚拟路由器冗余协议(VRRP)。该路由器可支持用于每种冗余路由器协议的多组虚拟路由器。该路由器接收包并且检查MAC地址位组的前缀匹配。若MAC地址的前缀和预定的HSRP或VRRP模式匹配,该路由器形成一个关键字并且对该关键字比照VRRP/HSRP数据库。若关键字匹配,该路由器利用虚拟路由器地址路由该包。
Description
本申请要求于2000年5月24日提交的标题为“用于增强型线路卡的系统和方法”的美国60/206,617号临时申请、于2000年5月24日提交的标题为“流分辨逻辑系统和方法”的美国60/206,996号临时申请、于2000年7月24日提交的标题为“可编程仓处理器”的美国60/220,335号临时申请和于2000年9月13日提交的标题为“热备份路由选择”的美国60/232,479号临时申请的优先权,所有这些临时申请的内容全都收录为本文的参考资料。本申请含有和2000年12月28日提交的标题为“带有流分辨逻辑的可编程仓处理器”的美国09/751,194号专利申请的主题相关的主题,该专利申请的内容收录为本文的参考。
本发明和冗余路由选择有关,尤其涉及用于提供多协议冗余路由器协议支持的方法和设备。
已经开发冗余路由选择协议以对用静态路由配置的主机提供防止路由器故障的措施。在冗余路由选择中,主机配置成向一个虚拟路由器发送MAC地址,该地址由二个或更多的与该主机共享一个LAN的物理路由器支持。具体地,在操作周期内的任意给定时间,这些物理路由器中的一个虚拟主人负责转发从该主机接收的包并负责具有该虚拟路由器MAC地址,而其它备用路由器等待以在虚拟主人失败下承担转发责任。备用路由器中有关路由器变成虚拟主人的转变对于主机是透明的。
除了它们的故障恢复特性外,可有好处地把冗余路由选择协议用于具有二个或多个主机的LAN中以达到负载共享。在负载共享结构中,至少向二个主机分配一些不同的虚拟路由器MAC地址,从而一些不同的物理路由器变成一些不同主机的初始虚拟主人。
尽管冗余路由器协议具有明显的优点,对路由器添加冗余路由器协议硬件支持通常是费钱的。典型地需要在参与的物理路由器上增添高速缓存部件以便为现用的虚拟路由器存储48位的MAC地址。该实现成本由于现有的二种竞争(并且不能互用)的冗余路由选择协议而加重,这二种协议是:在互联网工程任务强制转移(IETF)请求说明(RFC)2281中规定的热备份路由器协议(HSRP)和在IETF RFC2338中规定的虚拟路由器冗余协议(VRRP)。
从而,总的来说需要提供有效的冗余路由器协议支持,并且尤其需要提供多协议冗余路由器协议支持。
在本发明的一实施例中,提供一种局域网(LAN)。该LAN包括多个主机,多个物理路由器和互连主机及物理路由器的LAN媒体。主机中的第一个向该LAN媒体施加第一冗余路由器协议型的包,而主机中的第二个向该LAN媒体施加第二冗余路由器协议型的包。各物理路由器根据包的冗余路由器协议类型确定转发在该LAN媒体上接收到的包的责任。
在本发明的另一实施例中,提供一种利用多个冗余路由选择协议路由多个包的方法。一路由器接收具有包地址的包。该包地址的前缀和第一预定值比较以判定该包是否为第一冗余路由选择协议类型。该包地址的前缀和第二预定值比较以判定该包是否为第二冗余路由选择协议类型。
在本发明的又一个实施例中,提供一种用于接收和转发一个或多个包的路由器。该路由器包括一个用于比较包地址前缀和第一预定值以确定该包是否为第一冗余路由器协议类型的第一比较器。该路由器还包括一个用于比较包地址前缀和第二预定值以确定该包是否为第二冗余路由器协议的第二比较器。
通过连带着附图参照下述详细说明可理解本发明的这些和其它方面,下面简单说明附图。
图1是依据本发明的一实施例的用于支持HSRP和VRRP二种协议的设备的系统图;
图2示出依据本发明的一实施例的包括着诸如路由器的包交换节点的网络环境;
图3是依据本发明的一实施的交换接口的方块图;
图4是依据本发明的一实施例的包交换控制器;
图5示出依据本发明的一实施例的判定输入数据单元为HSRP类型还是为VRRP类型的过程;以及
图6是一个流程图,示出依据本发明的一实施的判定输入数据单元为HSRP类型还是为VRRP类型的过程。
图1是依据本发明的一实施例的用于支持HSRP和VRRP二种协议的设备的系统图。在图1中,一个局域网(LAN)包括多个主机100、102、104、106和多个为物理(相对于虚拟)路由器的路由器110、116。路由器110、116和计算机网络120连接。可以看成路由器110、116和LAN连接以提供至计算机网络120的网关。在别的实施例中,路由器110、116可连接到除图1的LAN之外的一个或多个LAN。
计算机网络120例如可包括因特网或者其它全局或局部计算机网络。路由器110和116也可和一个或多个其它LAN连接(未示出)。该实施例以及其它实施例中的LAN可具有一个或多个不同的配置,包括但不限于以太网(IEEE 802.3)、令牌环(IEEE 802.5)和FDDI(ANSIX3T9.5)。
主机100和104最好分别与一组冗余路由器HSRP组1和HSRP组2关联。主机102和106分别与一组冗余路由器VRRP组1和VRRP组2关联。应注意图1中的主机和路由器只是出于示意目的示出的。实际上,该LAN可包括一个或多个属于HSRP组1和/或2、VRRP组1和/或2、和/或其它HSRP组和/或其它VRRP组的其它主机和路由器。每个组内的冗余路由组共享一个公用虚拟路由器地址,该地址分配给一个或多个和该组冗余路由器关联的主机。
该虚拟地址可包括一个媒体访问控制(MAC)地址,一个网络地址(例如,IP地址),或者二者。当分配着一个虚拟路由器地址的主机发送一个或多个要路由的数据单元(例如,以太网帧、IP包或ATM信元)时,这些数据单元指向该组中充当该组的虚拟主人的冗余路由器中的一个路由器。
例如,来自主机100的数据单元最好由HSRP组1虚拟路由器108路由,来自主机102的数据单元最好由VRRP组1虚拟路由器118路由,来自主机104的数据单元最好由HSRP组2虚拟路由器114路由,而来自主机106的数据单元最好由VRRP组2虚拟路由器112路由。
由于HSRP和VRRP虚拟路由器108、112、114和118不是物理路由器,最好把它们的虚拟路由器地址变换到路由器110和116。例如,在本发明的一实施例中,最好把路由器110配置为HSRP组1虚拟主人和VRRP组2虚拟主人。作为另一个例子,路由器116配置为VRRP组1虚拟主人和HSRP组2虚拟主人。虚拟主人还可称为现用路由器、虚拟路由器主人或者“主人”。
在图1中,示出路由器110和116支持四组虚拟路由器(即,HSRP组1虚拟路由器、VRRP组2虚拟路由器、HSRP组2虚拟路由器和VRRP组1虚拟路由器)。从而,例如当路由器110运行为HSRP组1虚拟主人和VRRP组2虚拟主人时,路由器116可运行为HSRP组1备份路由器和VRRP组2备份路由器。作为另一个例子,当路由器116运行为HSRP组2虚拟主人和VRRP组1虚拟主人时,路由器110可运行为HSRP组2备份路由器和VRRP组1备份路由器。备份路由器还可称为备用路由器。在其它实施例中,每个物理路由器可变换成一个HSRP冗余路由器组和一个VRRP冗余路由器组。
实际上,例如,路由器110和116中的每个可同时在最多512个不同的LAN上支持最多四个HSRP虚拟路由器组和最多四个VRRP虚拟路由器组。在其它实施例中,路由器110和116中的每一个可同时在512个或更多的LAN上支持多于四个的HSRP虚拟路由器组和多于四个的VRRP虚拟路由器组。
在图2中示出一个包含包交换节点120的网络环境。该包交换节点120例如可用作为路由器110和116中的一个或二者。包交换节点120包括一些经交换底板122在数据通路138、140、142上最好和有关的LAN组130、132、134互连的并且在控制通路144、146上最好彼此互连的交换接口124、126、128。
交换接口124、126、128最好根据一个或多个运行通信协议,例如媒体访问控制(MAC)桥接和网际协议(IP)路由选择,对和从各自的LAN组130、132、134转发包。交换接口124、126和128最好在计算机网络136(其可包括因特网和/或其它全局或局部计算机网络)上和其它包交换节点通信。
图3是交换接口150的方块图,该接口可类似于交换接口124、126和128中的一个或多个。交接接口150包括一个连接在各LAN和一个包交换控制器152之间的访问控制器152。访问控制器154最好接收离开LAN的入站包、对入站包执行和流无关的物理和MAC层操作并且把入站包发送到包交换控制器152进行和流相关的处理。访问控制器154最好还接收来自包交换控制器152的出站包、最好对出站包执行物理和MAC层操作并且把出站包发送到各LAN上或发送给计算机网络,例如图2的计算机网络136。
包交换控制器152最好接收入站包、分类各包、生成用于入站包的应用数据、根据该应用数据修改入站包和把修改的入站包发送到交换底板上,例如图2的交换底板122。包交换控制器152最好还在底板上接收来自其它包交换控制器的出站包,并且把出站包发送到访问控制器154以转发到各LAN或计算机网络,例如图2的计算机网络136。在其它实施例中,包交换控制器152还可使一个或多个出站包在转发给访问控制器154之前受到外出处理。包交换控制器152可实现为不可编程逻辑电路、可编程逻辑电路或者可编程和不可编程电路的任何组合。
图4是依据本发明的一实施例的可编程包交换控制器200的方块图。可编程包交换控制器200例如可类似于图3的包交换控制器152。可编程包交换控制器200最好具有对包的输入流进行分类和路由选择的流分辨逻辑电路。其它实施例中的包交换控制器可包括更多或更少的构件。例如,另一种实施例中的包交换控制器可包括一个模式匹配模块,用于比较包的各部分和预定模式以寻找匹配。再一个实施例中的包交换控制器可包括一个编辑模块,用于编辑入站包以生成出站包。此外,又一个实施例中的包交换控制器可包括其它构件,例如管理引擎,以补充或替代可编程包交换控制器200中包括的构件。
由于它的可编程特性,可编程包交换控制器200优选地提供处理许多不同协议和/或现场升级性中的灵活性。可编程包交换控制器200还可称为包交换控制器、交换控制器、可编程包处理器、网络处理器、通信处理器或业内人士常使用的其它名称。
可编程包交换控制器200包括一个包缓冲器202、一个包分类引擎204和一个应用引擎206。可编程包交换控制器200优选地接收入站包208。包(或数据单元)可包括但不限于以太网帧、ATM信元、TCP/IP和/或UDP/IP包,并且还可包括其它层2(数据链路/MAC层)、层3(网络层)或层4(运输层)数据结构。例如,包缓冲器202可在以太网上接收来自一个或多个媒体访问控制(MAC)层接口的入站包。
最好把接收到的包存储在包缓冲器中。包缓冲器202可包括一个用于接收并暂时存储包的包FIFO。包缓冲器202最好把存储的包或它们的一部分提供给包分类引擎204和应用引擎206以进行处理。
包缓冲器202还可包括一个编辑模块,用于在把包作为出站包218转发出交换控制器之前编辑它们。该编辑模块可包括一个用于实时建立编辑程序的编辑程序构建引擎和/或一个用于修改包的编辑引擎。应用引擎206最好对包缓冲器202提供应用数据216,后者包括处理决策,并且编辑程序构建引擎最好利用应用数据建立编辑程序。可在至通信网络,例如用于以太网,的交换机构接口上发送出站包218。
包缓冲器202可包括标题数据提取器或标题数据高速缓存中的一个或二者。最好利用该标题数据提取器从包提取一个或多个字段,并把这些提取出的字段作为提取的标题数据存储在标题数据高速缓存中。提取出的标题数据可包括但不限于一些或者所有的包标题。在以太网系统中,例如,该标题数据高速缓存还可存储每个帧的前N个字节。
最好在输出信号210中把提取出的标题数据提供给包分类引擎204供处理,应用引擎也可以在接口214上请求和接收提取出的标题数据。提取出的标题数据可包括但不限于:一个或多个层2 MAC地址、802.1P/Q标志状态、层2封装类型、层3协议类型、层3地址、ToS(服务类型)值和层4端口号。在其它实施例中,输出信号210可包括整个入站包,以替代或补充提取的标题数据。在另一些实施例中,包分类引擎204可用于编辑提取出的标题数据以成为适用于应用引擎的格式,和/或把数据装入标题数据高速缓存。
包分类引擎204最好包括一个嵌入式可编程微代码驱动处理引擎。包分类引擎204最好和指令RAM(IRAM)(未示出)连接。包分类引擎最好读和执行该IRAM中存储的指令。在一实施例中,条件转移包分类引擎执行的许多指令。在该实施例中,分类逻辑包括一个在末端处带有叶的决策树,这些叶最好批示不同的包分类类型。另外,最好根据指令的条件和标题数据高速缓存中存储的标题字段之间的比较选择该决策树的分支。在其它实施例中,分类逻辑可能不是基于决策树的。
在本发明的一实施例中,应用引擎206最好具有流水线体系结构,其中多个可编程子引擎串联地成流水线。每个可编程子引擎最好在包上完成一个动作,并且最好以“斗链”方式向下个可编程子引擎转发包。包分类引擎最好利用启动信号通过启动应用引擎中的第一个可编程子引擎启动包的流水线处理。启动信号212可包括一个或多个要在应用引擎206中执行的程序的标识。启动信号212还可包括包分类信号。应用引擎中的可编程子引擎最好在接口214上直接访问标题数据高速缓存中存储的标题数据以及提取的各字段。
应用引擎可包括其它不由可编程子引擎完成的处理阶段,然而,决策阶段最好由可编程子引擎完成以提高灵活性。在其它实施例中,应用引擎可包括其它处理体系结构。
图5示意示出依据本发明的一实施例的判定入站数据单元是HSRP类型还是VRRP类型的过程。图5的示意图包括一个前缀匹配块250和一个数据库表252。前缀匹配块250可包含在一个包分类引擎,例如图4的包分类引擎204,中。在别的实施例中,前缀匹配块250可包括在一个应用引擎,例如图4的应用引擎206,中。
数据库表254最好包括一个位表,它通过协议选择(HSRP或VRRP)、VLAN号(或VLAN ID/地址)和组号(或组ID)检索以产生单位结果。在其它实施例中,数据库表254可以为其它表格式并且可利用其它参数检索该表。在其它实施例中数据库表254生成的结果可包括多个位。数据库表254可包含在应用引擎中或者可以在应用引擎之外的存储器中实现。
可参照图6说明图5。图6是一个流程图,其示出依据本发明的一实施例的判定入站数据单位为HSRP类型还是为VRRP类型的过程。在步骤302中,过程接收一个数据单元。数据单元包括一个目的地地址,后者可包括目的地媒体访问控制(DMAC)地址和/或虚拟局域网(VLAN)ID。图5中示出的示例DMAC地址和VLAN ID分别包含48位和12位。
在步骤303,最好利用前缀匹配块250判定所接收的数据单元为HSRP类型还是为VRRP类型。每个HSRP和VRRP路由器MAC地址包含一个IEEE 802 MAC地址,并且具有预定义的带有8位组后缀的40位前缀。例如,用于HSRP组的虚拟MAC地址可以是00-00-0C-07-AC-XX,其中00、0C、07和AC各为一个8位的十六进制数,而XX是一个8位的用于该HSRP组的组ID。作为另一个例子,用于VRRP组的虚拟MAC地址可为00-00-5E-00-01-XX,其中00、5E和01中的每个是一个8位的十六进制数,而XX是用于该VRRP组的8位组ID。若接收到的DMAC的前40位前缀不和HSRP或VRRP的40位前缀匹配,该过程在判定框304中指示无前缀匹配。若不存在前缀匹配,该数据单元可能不指向虚拟路由器中的一个。
在步骤305,前缀匹配块250最好还检查接收数据单元的VLAN ID和VRRP/HSRP组ID,以判定它们是否在值的预定范围内。例如,在路由器最多可同时支持512个不同的LAN的实施例中,VLAN ID的值应在0和511(含0和511)之间。作为另一个例子,在路由器最多可同时支持四个HSRP组和/或四个VRRP组的实施例中,VRRP/HSRP组ID的值应在0和3之间(含0和3)。若VLAN ID或者VRRP/HSRP组ID不在各自有关的值内,该进程在判定框306指示在范围之外。若VLAN ID或者VRRP/HSRP组ID在范围之外,可利用软件路由该数据单元,但典型地以较低速率。
在其它实施例中,可支持其它数据的不同LAN和/或支持其它数量的VRRP/HSRP组。例如,利用12位VLAN ID的全部12位可支持多达4096个的不同LAN,而利用8位组ID的所有8位可支持多达256个的VRRP/HSRP。
在步骤308,前缀匹配块250最好形成用于在数据表252中进行匹配的关键字。在图5中示出的示范实施例中,该关键字含有12位。在其它实施例中,关键字含有的位数可多于或少于12。该关键字最好包括协议ID254、VLAN地址256和组ID258。协议ID254最好是HSRP或VRRP的单位标识。VLAN地址256最好包含用于接收的数据单元的12位VLAN ID的九个最小有效位(LSB)。组ID最好包括二个位以表示VRRP或者HSRP的组ID。
利用12位的关键字,包括着该所说明的实施例的前缀匹配块的路由器能够同时在多达512个VLAN上处理各种类型各多达4组的HSRP包和VRRP包。在其它实施例中,协议ID254、VLAN地址256和/或组ID258中的位数可以是不同的,从而可产生不同的HSRP和/或VRRP包处理能力。在另一些实施例中,协议ID、VLAN地址和/或组ID中的位数是可编程的,以支持不同数量的冗余路由器协议(例如,将来可能定义的和HSRP和VRRP不同的协议)和/或虚拟路由器地址。
在步骤310中,该关键字最好和数据库表252中的一个或多个条目比照。该数据库表可包括VRRP/HSRP数据库,其也可称为VRRP/HSRP虚拟主人数据库。若关键字不和数据库表252中的任何条目匹配,含有该数据库表的路由器不为发送该数据单元的主机作为虚拟主人运行。若关键字和数据库表中的某条目匹配,生成匹配位以指示该路由器运行为虚拟主人。当关键字匹配时最好利用该虚拟路由器地址路由(或交换)该数据单元。
业内人士理解在不会背离其基本特征下本发明可在其它具体形式下体现。从而本说明在所有方面上是示例性的而不是限制性的。本发明的范围是通过附属权利要求书表示的,并且在其等同品的含义和范围内的所有改变是包含在其中的。
例如,本发明的各说明实施例在参照于可编程包交换控制器中的多协议冗余路由器协议支持下得到的说明。然而,本发明的多协议冗余路由器协议支持也可应用于不可编程的,例如硬接线的,包交换控制器。
Claims (24)
1.一种局域网(LAN)包括:
多个主机;
多个物理路由器;以及
互连主机和物理路由器的LAN媒体;
其中主机中的第一个向该LAN媒体施加第一冗余路由器协议类型的包,而主机中的第二个向该LAN媒体施加第二冗余路由器协议类型的包,以及
其中各物理路由器根据包的冗余路由器协议类型确定转发在该LAN媒体上接收到的包的责任。
2.依据权利要求1的LAN,其中第一冗余路由器协议类型是虚拟路由器冗余协议(VRRP)而第二冗余路由器协议类型是热备用路由器协议(HSRP)。
3.依据权利要求1的LAN,其中该多个主机包括一组或多组主机,并且其中第一主机属于配置着第一冗余路由器协议类型的虚拟路由器地址的第一主机组。
4.依据权利要求3的LAN,其中第二主机属于配置着第二冗余路由器协议类型的虚拟路由器地址的第二主机组。
5.依据权利要求3的LAN,其中各主机组中包括配置着另一个的第一冗余路由器协议类型的虚拟路由器地址的第三主机组。
6.根据权利要求4的LAN,其中各主机组中包括配置着另一个的第二冗余路由器协议类型的虚拟路由器地址的第四主机组。
7.依据权利要求1的LAN,其中至少一个物理路由器进行用于至少一个包的MAC地址前缀位组和用于第一和第二冗余路由器协议类型中的至少一种类型的预定前缀位组之间的匹配。
8.依据权利要求7的LAN,其中若包的MAC地址前缀位组和用于第一冗余路由器协议类型的预定前缀位组匹配,利用第一冗余路由器协议类型的虚拟路由器地址路由包。
9.依据权利要求8的LAN,其中若包的MAC地址前缀位组和用于第二冗余路由器协议类型的预定前缀位组匹配,利用第二冗余路由器协议类型的虚拟路由器地址路由包。
10.一种利用多种冗余路由选择协议分别路由多个包的方法,该方法包括步骤:
把具有包地址的包接收到一个路由器中;
比较该包地址的前缀和第一预定值,以判定该包是否为第一冗余路由选择协议类型;以及
比较该包地址的该前缀和第二预定值,以判定该包是否为第二冗余路由选择协议类型。
11.依据权利要求10的路由选择方法,其中该包地址包括媒体访问控制(MAC)地址。
12.依据权利要求11的路由选择方法,其中MAC地址含有40位,该前缀含有40位,并且第一和第二预定值各含有40位。
13.依据权利要求10的路由选择方法,其中若包为第一或者第二冗余路由选择协议类型,该方法还包括形成一个关键字以搜索一个数据库表来确定该路由器是否负责转发该包的步骤。
14.依据权利要求13的路由选择方法,其中该关键字包括指示该包的冗余路由选择协议类型的协议ID。
15.依据权利要求13的路由选择方法,其中该关键字包括VLAN地址。
16.依据权利要求13的路由选择方法,其中该关键字包括指示和该包关联的冗余路由选择协议组ID的组ID。
17.依据权利要求13的路由选择方法,其中利用虚拟路由器地址路由该包。
18.一种用于接收和转发一个或多个包的路由器,该路由器包括:
第一比较器,用于比较包地址前缀和第一预定值以判定该包是否为第一冗余路由器协议类型;以及
第二比较器,用于比较该包地址前缀和第二预定值以判定该包是否为第二冗余路由器协议类型。
19.依据权利要求18的路由器,还包括用于判定该路由器是否负责转发该包的装置。
20.依据权利要求19的路由器,其中该路由器利用虚拟路由器地址转发,其中虚拟路由器地址包括MAC地址和VLAN ID。
21.依据权利要求18的路由器,其中在可编程包交换控制器中实现第一和第二比较装置。
22.依据权利要求18的路由器,其中在硬接线包交换控制器中实现第一和第二比较装置。
23.依据权利要求18的路由器,还包括用于判定该包是否是冗余路由器协议类型的前缀匹配装置。
24.依据权利要求18的路由器,还包括范围检查装置,用于判定VLAN ID和冗余路由器协议组ID中的至少一个是否在预定范围之内。
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Granted publication date: 20090415 Termination date: 20200524 |
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