CN1525703A - 对连接因特网协议网络的以太网口进行备份的方法 - Google Patents

Abstract

一种对连接IP网络的以太网口进行备份的方法，在交换机中设置至少两块IP转发板作为主备板，主备板各出一个以太网口连接到IP网络，将所述的以太网口都上电初始化为同一个IP地址和同一个MAC地址，然后对主备板进行控制，由主板通过以太网口进行IP网络信息的接收和发送，备板不接收来自IP网络的信息，对于备板要发出的IP包，通过板间通讯，先发到主板，通过主板发往IP网络。在进行主备倒换时，由新主板发出一个面向网关设备的地址解析请求包(ARP)。本发明提供了一种简单实用的板间以太网口备份的方法，不但可降低对交换机等设备的要求，而且可节省运营成本，在以太网口故障时，可以实现网口的平滑快速倒换。

Description

对连接因特网协议网络的以太网口进行备份的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种对连接IP网络的以太网口进行备份的方法。

背景技术

目前，程控交换机等产品需要提供IP接口，对外提供如EPHONE(以太网电话)等IP业务，为了保证在程控交换机内部，当一个以太网口出现故障时不中断业务，需要对外提供双以太网口进行以太网口备份。

如图1所示为EPHONE(以太网电话)业务实现原理示意图，EPHONE话机出IP网口接入到IP网络(如城域网，可通过媒体网关MG接入)，同时，程控交换机也出IP网口连接到IP网络(如城域网，可通过局域网交换机和路由器接入)，EPHONE话机与交换机之间通过媒体网关控制协议(MGCP)等达到互通，从而使得用户能够通过出IP网口实现与普通电话(PSTN)相同的业务，并在将来能够实现视频等多媒体业务。

如图2所示为程控交换机接入城域网连接示意图，交换机内部各业务处理板通过网板连接到IP转发板，由IP转发板出以太网口，通过局域网交换机(LANSWITCH)和网关设备，如路由器(ROUTER)，与IP城域网达到互通。在这里，要求交换机能够提供两块IP转发板，从而提供双以太网口，以便在一块IP转发板出现故障的时候，不中断IP业务。

现有技术采用两块IP转发板进行以太网口备份有如下几种方案：

1、交换机单网口出IP

采用两块IP转发板，但两块板的IP地址、介质访问控制(MAC)地址各不相同。

这种方案对于媒体网关(MG)来讲，两个以太网口不是透明的，也就是说，在一块IP转发板出现故障的时候，要手工更改交换机的IP地址；同时，也要运营商多提供一个IP地址，增加了运营成本。

2、利用局域网交换机(LANSWITCH)中的链路汇聚(LINKAGGREGATION)技术

采用两块IP转发板，利用提供端口汇聚特性的LANSWITCH，实现两块IP转发板具有相同的MAC地址，达到两块IP转发板互为以太网口备份。

这种方案对LANSWITCH的要求较高，需要明确能够提供端口汇聚功能；同时，由于IP转发板需要将IP包解析然后分解成交换机内部通讯包，因此，两块板实际应该共用同一个IP协议栈，两块IP转发板还需要将IP包汇聚到同一块板上，进行IP解析，然后才能转发到其它单板，增加了处理负荷。

3、单板关闭网口方法

采用两块IP转发板，但两块板的IP地址、MAC地址全部相同，使用时，采用某种方法，使其中一块单板的IP网口不上电。

这种方案网口不上电的单板无法检测本板的以太网口的好坏，将导致出现网口故障不能及时排除；网口切换后，将要物理上重新初始化，导致网口切换时间较长，不能达到平滑的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有的连接IP网络的以太网口备份方案倒换不方便、成本高或对设备要求高等缺点，提供一种简单实用的板间以太网口备份的方法，不但可降低对设备的要求，而且可节省运营成本，在以太网口故障时，可以实现网口的平滑快速倒换。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

这种对连接因特网协议网络的以太网口进行备份的方法，在交换机中设置至少两块IP转发板作为主备板，主备板各出一个以太网口连接到IP网络，其特征在于：

A、先将所述的以太网口都上电初始化为同一个因特网协议(IP)地址和同一个介质访问控制(MAC)地址；

B、然后对主备板进行控制，由主板通过所述以太网口进行IP网络信息的接收和发送，备板不接收来自IP网络的信息，对于备板要发出的IP包，通过板间通讯，先发到主板，通过主板发往IP网络。

所述的步骤B中，主备板之间通过以太网口或者异步传输模式(ATM)口互连，实现板间通讯。

可由人工通过交换机系统或由主板自动发出主备板倒换命令，关闭主板以太网口的收发功能，降为备板，同时打开备板以太网口的收发功能，升为主板，在主备倒换时，由新主板发出一个面向网关设备的地址解析请求包(ARP)。

主备板自动对本板网口物理状态进行检测，若主板以态网口出现故障，发出自动倒换命令，自动进行主备板的倒换，并发出告警；若备板以态网口出现故障，也发出告警。

主备板的以太网口通过局域网交换机连接到网关设备的同一个端口上，并通过网关设备连接到IP网络。

本发明的有益效果为：本发明利用局域网交换机、路由器的特点，提供一种简单并实用的连接IP网的板间以太网口备份的方法，以太网口采用同样的IP地址和MAC地址，以太网口的切换对于媒体网关(MG)来讲是“透明”的，不需要手工更改交换机的IP地址，节省了运营成本，且本发明对局域网交换机的要求不高，只要能够实现802.3基本协议的局域网交换机，都能够使用，可以减少运营商的投资；另外，本发明使得两个以太网口共用一个IP协议栈非常简单，即只有主板的IP协议栈在工作，而备板的IP协议栈停止工作，不用考虑接收的IP包的汇聚问题，减少了板间负荷；而且本发明各个单板都上电，能够检测到各个以太网口的物理状态，及时发出告警；单板切换的时候，网口不用重新物理初始化，使倒换的时间很短，实现了平滑快速倒换。

附图说明

图1为以太网电话业务实现原理示意图；

图2为交换机内部结构示意图；

图3为本发明IP包接收处理流程图；

图4为本发明IP包发送处理流程图；

图5为本发明单板通过命令倒换处理流程图；

图6为本发明单板自动倒换处理流程图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

为了在以太网口进行主备切换时，不用手工更改交换机的IP地址，同时能够及时得到两个以太网口的物理状态，以便能够及时报警。本发明中两块单板各出一个以太网口，并都按照系统设定的同一个IP地址、MAC地址进行初始化，两块单板之间还通过以太网口或者ATM口互连，达到板间互助。两个网口通过交换机提供的主备特性，控制主备板的以太网口的主备，达到以太网口的备份，两个以太网口都上电。

下面首先简要描述一下以太网交换机(LANSWITCH)的转发原理：

1：刚刚上电的时候，LANSWITCH是不知道一个以太网包该往哪个端口转发，于是就向所有的端口广播该消息包。

2：当LANSWITCH从某端口接收到了一个以太网包，于是该LANSWITCH就从这个以太网包的结构中得到了连接该端口的网口的MAC地址，于是在LANSWITCH就存储了这样一个对应关系：

端口(1)<----------------->MAC(1)

3：当又一个以太网包的目的MAC地址是MAC(1)时，于是，就将该消息包直接转发到端口(1)，实现快速转发。

再简要描述一下路由器(ROUTER)的转发原理：

1：ROUTER内部有这样一张对应关系表：

目的IP(1)<------------->端口(1)<-------->MAC(1)

2：转发比较简单：如果一个IP消息包的目的IP是IP(1)，那么就应该通过端口(1)，向MAC(1)地址转发，并将源MAC地址改成端口(1)的MAC地址。

3：这张转发表的获得有两个途径：人工设定或是自己通过路由协议进行“学习”。

最后，再简单描述一下交换机的主备特性：

交换机内部实现的主备特性能够实现以下功能；主板死机，那么备板能够自动升为主板，达到主备板的平滑过度，使业务不中断。

从上述ROUTER和LANSWITCH的转发原理可以看出，ROUTER成功的实现了MAC地址的隔离，因此，对于交换机来讲，要达到网口切换对于媒体网关(MG)来讲是“透明”的，也就是要让LANSWITCH和ROUTER感觉不到网口实现了切换，要“欺骗”ROUTER和LANSWITCH。

首先，可以看看如何“欺骗”ROUTER：从ROUTER的转发原理可以看出，只要同一时刻转发表中不出现一个IP对应两个端口或两个MAC，那么就能够成功的实现转发；因此，“欺骗”ROUTER是比较简单，只要能够实现两个以太网口都是同一个IP地址，同一个MAC地址，并都通过LANSWITCH接到ROUTER的同一个端口上就行了。

困难的是如何“欺骗”LANSWITCH，因为毕竟是两个网口直接接到LANSWITCH上，如何让LANSWITCH觉得只有一个网口接到它上面呢？

从LANSWITCH的转发原理上可以看出，LANSWTICH的转发是基于学习的，也就是说，LANSWITCH是通过对经过LANSWITCH的以太网包的结构分析得到MAC地址和端口的对应关系的。

于是，“欺骗”LANSWITCH的方法也就出来了：虽然交换机的两个网口都接到LANSWITCH上，只要让LANSWITCH同时只能学习到一个网口的MAC地址，而不能学习到另一个网口的地址，那么，对于LANSWITCH来说，虽然它“知道”两个网口连在它上面，但由于它无法学习到另个网口的MAC地址，因此，它也就不会将以太网包向另一个网口转发，也就达到了“欺骗”的目的。这样，网口的切换也就比较简单，网口切换的时候，只需要软件控制一个网口发包，另一个网口不发包就简单实现了网口切换。

这里还要注意一点，也就是说，当LANSWITCH刚刚上电的时候，由于LANSWITCH并没有学习到正确的MAC地址，因此会将消息广播到所有的端口，此时另一个网口也能收到该以太网包，此时如果另一个网口不加处理，必然会造成两个以太包都被送到后面单板处理，造成混乱。

因此，本发明具体实现方案如下：

两块单板都出以太网口，并都上电初始化，初始化为同一个IP地址，同一个MAC地址，连接到同一个LANSWITCH上，并通过路由器连接到城域网；在实际使用过程中，如图3和图4所示，通过交换机的主备板的控制，使得只有主板能够收发从城域网来的消息，主板以太网口接收到城域网来的IP包后分发到交换机各业务板进行处理，备板接收到的IP包则丢弃；在交换机内部的消息包整合发往城域网时，如果是主板，则组合成IP包通过以太网口发送出去，如果是备板，则通过板间通讯，将IP包先发到主板，再通过主板发往城域网。

如图5所示，可由人工通过交换机系统或由主板自动发出倒换命令进行IP转发板以太网口的主备倒换，备板升为主板，打开新主板以太网口的发送和接收功能，并关闭旧主板以太网口的发送和接收功能。为了防止在网口切换的瞬间，由于交换机没有发出任何以太网包，导致LANSWITCH无法知道网口已经切换(两个网口都没有发出以太网包)，还要强制LANSWITCH学习，方法可以是由新的主板发出一个面向网关(如ROUTER)的地址解析包(ARP)，这样，同时解决了两个问题：一个是在网口切换的时候，通过该ARP包，能够迅速的让新主板获得ROUTER的MAC地址，使得处理可以更为快捷；另一方面，能够让LANSWITCH通过这个ARP包进行学习，学习的结果就是已经知道交换机的以太网口已经切换到另一个端口使用了。

如图6所示，由于主备单板都上电，主备单板自动对各自以太网口物理状态进行检测，如果检测到主板网口物理状态损坏，则自动进行主备倒换并发出告警，使主板降为备板，备板升为主板，主备倒换后单板不需要重新上电初始化，从而实现了网口的平滑快速切换，对业务不会产生影响；如果检测到备板物理状态损坏，也发出告警，这样可及时对故障进行排除，消除系统隐患。

利用本发明实现以态网口的倒换对交换机没有特殊要求，节省了运营设备的投资成本，而且各IP转发板都上电，能够检测到各个以态网口的物理状态，及时发出告警，单板在切换时，网口不用重新物理初始化，使倒换的时间很短，使得以太网口可平滑快速地进行主备倒换。

Claims (5)

1.一种对连接因特网协议网络的以太网口进行备份的方法，在交换机中设置至少两块IP转发板作为主备板，主备板各出一个以太网口连接到IP网络，其特征在于：

A、先将所述的以太网口都上电初始化为同一个因特网协议(IP)地址和同一个介质访问控制(MAC)地址；

B、然后对主备板进行控制，由主板通过所述以太网口进行IP网络信息的接收和发送，备板不接收来自IP网络的信息，对于备板要发出的IP包，通过板间通讯，先发到主板，通过主板发往IP网络。

2.根据权利要求1所述的对连接因特网协议网络的以太网口进行备份的方法，其特征在于：所述的步骤B中，主备板之间通过以太网口或者异步传输模式(ATM)口互连，实现板间通讯。

3.根据权利要求1或2所述的对连接因特网协议网络的以太网口进行备份的方法，其特征在于：可由人工通过交换机系统或由主板自动发出主备板倒换命令，关闭主板以太网口的收发功能，降为备板，同时打开备板以太网口的收发功能，升为主板，在主备倒换时，由新主板发出一个面向网关设备的地址解析请求包(ARP)。

4.根据权利要求3所述的对连接因特网协议网络的以太网口进行备份的方法，其特征在于：主备板自动对本板网口物理状态进行检测，若主板以态网口出现故障，发出自动倒换命令，自动进行主备板的倒换，并发出告警；若备板以态网口出现故障，也发出告警。

5.根据权利要求1所述的对连接因特网协议网络的以太网口进行备份的方法，其特征在于：主备板的以太网口通过局域网交换机连接到网关设备的同一个端口上，并通过网关设备连接到IP网络。

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