CN1606253A - 在电信网中利用同步冗余机构实现资源的高可用性 - Google Patents

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Abstract

冗余机构很难在维持跨越广阔电信网的连接的节点中实现。描述了一种新的在通信节点上实现的冗余机构。在该机构中，备用装置与激活装置保持处于热备用，使得实质上无干扰的激活转换可以实现。只有当连接状态已经改变时，才通过更新待用装置来保持待用装置与激活装置同步。

Description

在电信网中利用同步冗余机构实现资源的高可用性
技术领域
本发明通常属于包括由路由器、分组转发引擎、交换机等构成的节点的电信网的管理领域。特别地，它涉及在节点处的热备用冗余机构和实现对网络资源可用性的改善。
背景技术
电信网采用各种各样的冗余机构来提供资源的高可用性。一般而言，一个冗余机构包括一个激活装置和一个或多个待用装置(备用)，而且当激活装置发生故障或由于种种原因停止服务时，该冗余机构通过转换以激活一个待用装置来改善资源的可用性。然而，没有设计路由和桥接协议装置来简单地允许路由器和交换机中的双重或同步备结构来提供高可用性。TCP/IP(传输控制协议/网际协议)、MPLS(多协议标签交换)BGP(边界网关协议)和OSPF(开放最短路径优先)都是上述路由和桥接协议的例子，并在当前广泛使用于整个电信网。使用上述协议实现冗余机构的困难来源于这些协议通过跨越广阔地理区域的电信通道或连接来交换消息。路由信息，包括建立/断开连接，应当通过多个遍布在网络上的节点的合作来不断地更新。激活装置使用上述信息来控制各节点间的连接。当待用装置被激活时，也必须有相同的信息来维持网络正常的操作。期望没有连接被激活转换断开。
一种已知的用于寻址处理失败的冗余技术包括并行地配置两个或更多个来自不同提供者的装置。表现为来自不同提供者的装置很容易出现不同类型的故障，例如可能是由错误的消息、硬件故障或软件故障造成的。由于多个装置的固有成本和使用来自多个提供者的设备而产生的附加的操作、支持、网络管理和培训成本，使得这种冗余技术一般都很昂贵。此外，该技术需要附加的用于交换的消息来通过相应路径移动到汇接装置，如果有的话，就会增加成本、复杂度和网络业务量。
在冗余技术中，一些技术保持待用模块或装置(控制卡)处于冷备用而另一些技术保持待用控制卡和激活卡一起处于热备用。在冷备用时，激活转换(从激活卡转换为待用或备用卡)要求待用卡从冷备用启动。备用卡的启动一般包括发现路由、连接或路径，装载路由信息和重建连接。这些操作涌入网络并且也占用大量时间，导致连接断开或其它不希望的结果。在热备用方案中，激活模块和待用模块同时运行一些或全部协议栈至少某个所需的时间周期，因此这两个模块都具有相同的路由信息和其它必需的数据。激活转换不包括在待用卡接管之前发现路由、连接或路径，但是激活卡和待用卡必须彼此同步，从而能够执行一个无干扰(无故障)的转换。在执行协议栈时两个卡之间的同步是很重要的。在相同的激活和待用控制卡中运行协议栈不一定保证同步，因为激活卡可以有附加的任务而待用卡不需执行该任务。而两个卡也有可能是不同的版本或不同的提供者。在这种情况下，相同的协议栈可以不被同步执行，并可以导致在相同的激励源上产生不同的结果。
2002年10月3日公开的Pegrum等人申请的美国专利申请20020141429“HighAvailability Packet Forwarding Apparatus and Method”(高可用性分组转发设备和方法)。该申请的摘要叙述如下：
一种用于网际协议(IP)网络的高可用性分组转发路由器，包括两个控制处理器、一个或多个具有转发信息表(FIBs)的业务终端卡(STCs)和一个分组转发引擎。两个处理器以主用/备用关系异步运行。控制处理器运行的整个过程被监控，转发引擎根据一个正在工作的控制处理器维护的FIB来转发分组包。支持无干扰故障跨越和无干扰软件升级。
该申请并没有提出控制处理器如何保持主用/备用关系，尤其是关于RSVP，RSVP是MPLS协议的一部分。也没有提出两个控制器如何保持处于热备用以向单个LSP(标记交换路径)提供控制处理器保护。
2003年1月24日由肯德尔哈维等人申请的，申请号为10/350,817的题为“Method and Apparatus for Facilitating Routing Protocol Redundancy ina Network Element”(在网元中方便路由协议冗余的方法和设备)的美国专利申请公开了一种用于同步与网元的多个路由模块有关的路由协议信息的方法和设备。该申请描述了对网元增加附加路由模块或转换到备用模块的情况。一个公开的实施例为网元中冗余路由模块的同步带来了方便。在该实施例中，第一路由模块的较低层协议(如TCP)和较高层协议(如BGP)的任务分别与第二路由模块的较低层协议(如TCP)和较高层协议(如BGP)的任务同步。第一路由模块和第二路由模块都是网元中的冗余路由模块。在第一路由模块(如多个冗余路由模块中的一个激活模块)上处理的协议信息(如TCP包，BGP包等)在第二路由模块上(如多个冗余路由模块中的一个待用模块)进行同样的处理。因此，这种设备可以被称作热备用设备，其中两个模块都保持同步，因为它们同时运行所有接收到的信息。
上述技术使得激活转换不会对业务有不利影响。例如，在这样的激活转换之后，新的激活路由模块(即先前的待用路由模块)处理通常由新的待用路由模块(即先前的激活路由模块)所接收的路由更新。而且，至于其它网元维护的路由信息，新的激活路由模块没有变得过时。如此，网络不会被响应激活转换的突发更新增加负荷。限制这种突发更新的负荷消除了在网元的路由表中的“变动(churn)”，从而改善了网络性能。值得注意地，现有路由的服务被维持了，而变成现有路由、删除路由和增加路由可以连续地进行；转换对于相邻的路由器是透明的。通过对相邻的路由器透明，在此公开的技术不需要相邻的路由器的合作来启动激活转换。因此，相邻的路由器不需要知道这种激活转换，也不需要支持协议扩展来启动这种激活转换。
如前所述，同时运行两个模块不一定会导致在相同的激励源上产生相同的结果。本发明确保激活和待用模块保持同步。
本发明将结合在MPLS网络中改善可用性的问题进行描述，尤其是在采用RSVP-TE(资源预留协议-流量工程)建立和维持的LSP上提供高可用性。然而，应注意的是，虽然下面的描述主要涉及到MPLS环境，但该思想同样适合于任何其它具有相同问题的网络结构。
图1说明了在所讨论的网络中可以遇到的问题的本质。在图中，MPLS网络10被作为一个例子示出，但是如前所述，讨论适用于类似的网络。沿着LSP路径12的节点1，2和3发送和接收有关LSP状态的消息，例如状态信息14。更详细地示出了节点2，其包括激活卡20和待用卡22，每一个卡包括一个控制模块，该控制模块除了其它单元，还包括一个包含MPLS状态机的单元。当在冷备用中发生从激活控制卡到待用控制卡的激活转换24时，新的激活卡中的MPLS状态机执行一个完整的MPLS重启。这会导致连接断开。
图2示出了用于两个节点之间LSP的消息传递的特性。每一个消息传递都包括业务交换，例如查询-响应或指令-确认。对于一个LSP，建立和断开消息传递每次只进行一次，然而有关消息传递的更新经常进行。在控制卡之间采用例如协议占用来直接实现热备用的问题在于，对于如此多的消息传递，很难在上述卡之间保持同步。
发明内容
根据一方面，本发明通过使用冗余技术的热备用方案实现了在电信网中改善资源的可用性。本发明通过在激活和待用装置之间使用同步消息来保持所述两个装置的同步。同步消息仅在连接状态改变时发送。
根据另一方面，本发明允许保持待用MPLS单元和激活MSLS单元之间同步，使得激活转换可以以无干扰的方式进行。
根据再另一方面，本发明通过利用激活装置做出的决策，以及通过仅在连接状态改变时保持待用装置和激活装置同步以实现无干扰(或实质上无干扰)的激活转换。
在另一个方面，只要连接状态改变，并且激活装置根据状态的改变做出决策，本发明就使用同步消息来更新待用装置。
在一方面，本发明属于MPLS网络领域并在冗余机构中使用热备用方案。激活装置处理与标签交换路径有关的路由信息并且根据该信息做出必要的决策。只要路径状态改变，激活装置就另外发送同步消息到待用装置，使得后者更新其状态机和具有路由信息和决策的转发表。
在另一方面，本发明是难于保持待用MPLS控制器在热备用模式下与激活控制器同步的实现结果。已经实现了RSVP-TE更新的相关消息可以被滤出，而待用控制器可以利用关于连接状态改变的消息来保持与激活控制器的同步。
在另一方面，本发明属于电信网的一个节点，该节点包括冗余路由处理器模块，其中一个模块是激活模块，另一个是待用模块。本发明特别提出了一种保持待用模块与激活模块处于热备用模式的方法。该方法包括从激活模块向待用模块只发送影响激活模块维持的连接的状态的状态影响消息的步骤，以及响应状态影响消息更新待用模块，使得待用模块与激活模块保持热备用的步骤。
根据再另一方面，本发明属于电信网的一个节点，该节点包括冗余MPLS处理器模块，其中一个模块是激活模块，另一个是待用模块。本发明提出了一种保持待用模块与激活模块处于热备用模式的方法。该方法包括从激活模块向待用模块只发送影响激活模块维持的标签交换连接的状态的状态影响消息的步骤。该方法进一步包括响应状态影响消息更新待用模块，使得待用模块与激活模块保持热备用的步骤，以及执行从激活模块转换到待用模块的激活转换以颠倒两个模块的作用，使得标签交换连接现在由新的激活模块维持以及新的待用模块保持处于热备用的步骤。
根据另一方面，本发明提出了一种包括两个路由控制卡的通信节点，其中所述路由控制卡在任何时间可交替地保持为激活和待用。每一个控制卡包括用于运行管理电信通道的协议的分布式处理器和用于向其它控制卡发送同步消息以更新其它控制卡的分布式处理器的信息处理器。当分布式处理器保持在激活状态时，其处理所有关于电信通道的信令消息，并在电信通道的状态已经改变时产生指示新状态的同步消息。当分布式处理器保持在待用状态时，其从其它控制卡接收同步消息以与其它控制卡的分布式处理器保持同步。
附图说明
图1是示出节点的电信网的示意图，其中通过节点建立LSP；
图2是示出MPLS协议(RSVP-TE)的消息传递机制示意图；
图3是根据一个实施例的控制卡的视图，示出了多种处理器单元；
图4是根据本发明的一个实施例的激活和待用装置中的MPLS状态机同步的示意图。
具体实施方式
本发明是激活卡和待用卡在其协议的整个执行过程中不必完全同步的实现结果。事实上，保持激活卡和待用卡完全同步是很困难的。由于它们可能是相同产品不同的版本或来自不同的提供者，所以它们在结构上不可能完全相同。在激活转换时要求待用卡应包括更新的状态机和必需的路由信息。在MPLS环境中，待用控制卡中至少MPLS状态机需要和激活控制卡处于热备用。根据本实施例，热备用机制被引入MPLS的控制。该功能减少或消除了通常由MPLS控制中的转换引起的连接断开。
根据本发明的一个实施例，激活控制卡滤出所有更新的相关消息，并只发送建立和断开消息到待用控制卡，该消息足够保持待用卡与激活卡处于热备用状态。换句话说，当LSP的状态发生变化时，激活卡只传送RSVP-TE消息而不传送所有的协议消息。应注意的是，在RSVP-TE中，更新的相关消息是最初建立消息的重复传输。在其它的协议中，其它形式的消息可以用来更新LSP。而且，只要LSP状态有改变，待用控制卡就会更新它的转发表
图3示出了一个实施例，是用于处理业务(例如LSP上的MPLS业务)的控制卡的视图。在图3中，控制卡包括多种处理器，例如控制处理器，运行时间控制处理器，分布式层3(DL3)处理器，集中式层2(CL2)处理器和IP路由处理器。这些单元通过其包括的处理器识别。然而应注意的是，这些单元还包括所有必需的模块和装置以与识别的处理器一起执行设计的功能。集中式层2处理器控制层2连接，例如ATM、PPP(点对点)连接。DL3-1处理器执行层3协议状态机，例如MPLS状态机。在该详细实施例中，第二DL3处理器DL3-2也被用于处理ATM协议。IP路由处理器运行IP路由协议并维护转发表。运行时间控制(RTC)处理器用于分配资源。控制(CTL)处理器用于协调各种处理器的操作。根据一个实施例，有两个控制卡，其中每一个都包括上述模块。一个控制卡是激活的而另一个是待用的。激活卡的DL3-1产生所需的同步消息。激活卡的消息处理器将该同步消息发送到待用卡来保持待用卡的DL3-1与激活卡的DL-1同步。因此，待用卡的DL3-1不时地被激活卡用无干扰激活转换所需的相关信息更新。
图4示意性地描述了激活控制卡60和待用控制卡62的DL3处理器中MPLS状态机的同步。该图示意性地示出了激活卡和待用卡的DL3处理器中MPLS状态机64和66的运行。激活卡上具有MPLS状态机的DL3处理器运行所需的协议来运行网络，包括当建立或断开LSP时，如箭头68所示，发送更新的转发表到IP路由处理器。同时，只有当LSP的状态改变时，例如建立或断开LSP完成，激活卡才发送状态机同步消息70到待用卡。因此，待用卡62更新其MPLS状态机和转发表。在激活转换之后，控制卡60和62的作用都改变了，新的激活卡62执行与卡60相同的功能，如72所指出的。与在典型的热备用机构中进行的处理所有的信令消息不同，待用卡不处理信令消息，只根据从激活卡接收到的消息来更新状态机和路由表，从而避免两个控制器做出不同的决策的问题。激活卡和待用卡的状态机的同步消除或减少了在控制卡的激活转换期间连接断开的次数。
状态机同步消息应包括LSP信息，其包括资源(例如带宽，色彩/优选，显式路由)、端点信息(例如MPLS标签，出口接口)、FECs(转发表条目)和LSPID。
由于待用控制卡保持在热备用，因此它的MPLS状态机与激活控制卡的MPLS状态机同步。因此，当激活转换发生时，不会中断LSP的状态。
在激活转换之后，CTL处理器开始检查新的激活DL3处理器。CTL处理器通过将连接的信息与存储在其数据库中的信息进行比较来进行该检查。如果新的激活DL3处理器是LSP的源节点，则CTL存储LSP信息。LSP的中点节点将响应更新的相关信息来去除其连接。

Claims (14)

1.一种保持待用模块与激活模块处于热备用模式的方法，应用在电信网的节点中，所述节点包括冗余路由处理器模块，其中一个模块是激活模块，另一个是待用模块，所述方法包括以下步骤：
从激活模块向待用模块只发送影响激活模块维持的连接的状态的状态影响消息；以及
响应状态影响消息更新待用模块，使得特用模块与激活模块保持处于热备用。
2.根据权利要求1的方法，其中，所述激活模块通过交换信令消息来保持连接，所述方法进一步包括下列步骤：
激活模块从信令消息中只滤出状态影响消息；以及
向待用模块发送同步消息，所述同步消息包括连接状态是如何被改变的信息。
3.根据权利要求2的方法，其中，所述激活模块保持路由信息，根据交换的信令消息做出决策并更新路由信息，所述方法进一步包括步骤：
激活模块向待用模块发送同步消息，所述同步消息包括影响连接状态的决策。
4.根据权利要求3的方法，其中，所述连接状态被连接的建立，修改和断开影响。
5.根据权利要求4的方法，其中，所述连接是标签交换路径，路由处理器模块执行管理标签交换路径的协议。
6.根据权利要求5的方法，其中，所述处理器模块是用于管理标签交换路径的MPLS处理器模块，所述信令消息是RSVP消息，所述状态影响消息是指示连接建立、修改和断开的消息。
7.根据权利要求6的方法，其中，被滤出的信令消息是更新的相关消息。
8.根据权利要求7的方法，其中，所述同步消息包括涉及资源、端点信息、转发表条目和标签交换路径ID的任一种的信息。
9.一种保持待用模块与激活模块处于热备用模式的方法，应用在电信网的节点中，所述节点包括冗余MPLS处理器模块，其中一个模块是激活模块，另一个是待用模块，所述方法包括下列步骤：
从激活模块向待用模块只发送影响激活模块维持的标签交换路径的状态的状态影响消息；
响应状态影响信息更新待用模块，使得待用模块与激活模块保持处于热备用；以及
执行从激活模块到待用模块的激活转换以便颠倒两个模块的作用，使得标签交换路径现在被新的激活模块维持，新的待用模块保持处于热备用。
10.根据权利要求9的方法，进一步包括步骤：在执行激活转换之前，新的激活模块执行标签交换路径的检查。
11.一种通信节点，包括两个路由控制卡，所述路由控制卡在任何时间可交替地保持为激活和待用，每一个控制卡都包括：
用于运行管理电信通道的协议的分布式处理器；以及
用于向其它控制卡发送同步消息以更新其它控制卡的分布式处理器的信息处理器；其中，
当分布式处理器保持在激活状态时，其处理所有的关于电信通道的信令消息，并在电信通道的状态已经改变时产生指示新状态的同步消息；以及
当分布式处理器保持在待用状态时，其从其它控制卡接收同步消息以与其它控制卡的分布式处理器保持同步。
12.根据权利要求11的节点，其中，所述电信通道是标签交换路径，所述激活控制卡和待用控制卡包括用于管理标签交换路径的状态机以及包含激活控制卡做出的新决策和新的转发表的同步消息；在更新后，待用控制卡包括根据决策和新的转发表更新的状态机和转发表。
13.根据权利要求12的节点，其中，两个状态机都运行MPLS协议，所述节点进一步包括控制处理器，用于执行从激活控制卡到待用控制卡的激活转换来颠倒控制卡的作用，使得标签交换路径现在被当时的待用控制卡维持，当时的激活控制卡保持处于热备用。
14.根据权利要求13的节点，其中，所述同步消息包括涉及资源、端点信息、转发表条目和标签交换路径ID的任一种的信息。
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