CN1874314B - 一种从中继组中选择故障转移端口的网络设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及从中继组中选择故障转移端口的网络设备及方法。该网络设备包括至少一个包括多个物理端口的中继组。该网络设备通过多个物理端口中的至少一个端口连接到至少一个其它的网络设备。该网络设备还包括与多个物理端口之一相关联的中间部件，用于当在该端口存在故障时将端口设置为预定模式、用于在端口出现故障之后改变该端口相关的状态及用于将进入的到相关故障端口的数据包发送到入站模块。该网络设备进一步包括从表中获取一组备份端口的装置、用于从该组备份端口中选择一个备份端口的散列装置。该网络设备还包括用于映射进入的数据包、用于标记已映射的数据包拷贝、及用于将已标记的映射的数据包重定向到所选择的备份端口的装置。

Description

一种从中继组中选择故障转移端口的网络设备及方法
技术领域
本发明涉及数据网络中的网络设备，更具体地说，涉及一种在网络设备中实现端口故障转移(failover)机制的系统和方法。
背景技术
分组交换网络可以包括一个或一个以上的网络设备，例如以太网交换机，每个网络设备都包括几个模块，用来处理通过该设备所传输的信息。具体地，所述设备包括入站模块，存储器管理单元(MMU)以及出站模块。所述入站模块包括用于确定数据包目标端口的交换功能。所述存储器管理单元用于存储数据包信息和执行资源检查。所述出站模块用于执行数据包修正和用于将数据包发送到至少一个适当的目标端口。设备上有一个端口可以是CPU端口，所述CPU端口使设备能够发送信息到外部交换/路由控制实体或CPU，并能使设备从外部交换/路由控制实体或CPU接收信息。
目前的网络设备支持物理端口和逻辑/中继端口，其中，中继端口是作为单一链接层端口的一组物理外部端口。网络设备中的入站端口和目标端口可以是物理外部端口或中继端口。通过在逻辑上将多个物理端口组合成一个中继端口，网络可以为连接多个设备提供更多的带宽。此外，如果中继端口中的某个端口出现故障，那么仍然可以通过其它活动(active)中继端口在相互连接的设备之间发送信息。这样，在相互连接的网络设备之间，中继端口也能够使得网络提供更多的冗余。
通常，每一个进入网络设备的数据包可以是单播数据包、广播数据包、组播数据包或不明目标的(unknown)单播数据包。单播数据包是传输到一个具体的目标地址，这个目标地址能够被接收信息的网络设备识别。然而，发送信息的网络设备必须从中继组中选择一个端口并在中继组端口上恰当地分发数据包。广播数据包通常是通过入站网络设备(ingress network device)发送到所有端口，组播数据包是通过入站网络设备发送到多个可识别的端口。为组播或广播数据包，在将数据包发送至入站网络设备之前，先要对数据包中的几个特定比特进行设置。不明目标的单播数据包是指入站网络设备不能识别其目标地址的单播数据包。因此，入站网络设备广播该数据包，除了预期送达但先前不明其目标地址的端口外，其它所有端口都忽视(不接收)该数据包。当先前的不明目标端口向入站网络设备发送响应信息时，所有网络设备都“获知”该相关的目标地址。此后，发送到该先前不明目标端口的任何单播数据包将按惯例的单播数据包方式进行发送。
网络可以包括互相连接和连接到其它网络设备的多个设备。例如，网络可以包括第一设备，该第一设备经高速链路与第二设备连接。该第一设备也可以通过具有两个链路的第一中继连接到第一交换机。第二设备可以通过在第二中继的一个链路连接到第一交换机和通过在第二中继中的另一个链路连接到第二交换机。
为了从一个网络设备传送信息到另一网络设备，发送/入站设备需确定目标端口是否为中继端口.如果目标端口是中继端口，发送信息的网络设备必须在中继端口中动态地选择一个物理外部成员端口用以传送数据包.动态选择必须考虑中继的成员端口之间的负载均衡(load shareing)问题，以便在中继上分配将输出的数据包。这样，正常条件下，通信流量会在基于散列法(hashing)的中继组成员之间分流。当中继组的某一成员出现故障，发向故障成员的所有通信流量必须转移到其余的成员。由于中继组可以将网络设备与多个设备相连接，目标端口和故障转移端口可能在不同的设备上。目前，中继故障转移可以通过从中继成员表中删除故障成员来获得。然而，这种方法需要CPU的支持，并且处理过程缓慢。因此，为了获得高速故障转移需要得到硬件的支持。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种从中继组中选择故障转移端口的网络设备，所述网络设备包括：
至少一个包括多个物理端口的中继组，其中，所述网络设备通过多个物理端口中的至少一个物理端口与至少一个其它网络设备连接；
与多个物理端口之一相关联的中间部件，用于当该端口存在故障时将该端口设置为预定模式、用于在端口出现故障之后改变该端口相关的状态、及用于将进入的到相关故障端口的数据包发送到入站模块；
获取装置，用于从表中获取一组备份端口；
散列装置，用于从该组备份端口中选择一个备份端口；和
处理装置，用于映射进入的数据包、用于标记映射的数据包拷贝、及用于将所标记的映射的数据包重定向到所选择的备份端口。
优选地，所述散列装置包括加载均衡装置，用于将进入的数据包分发到该组备份端口，其中，该组备份端口包括中继组的其它端口。
优选地，所述表包括多个条目(entry)，其中，每个条目与一个中继组相关联，并且包括与中继组里的端口相关联的多个域，其中，每个条目都包括散列域，所述散列域用于从进入的数据包的预定域中选择位，以获得用于访问所述多个域中的一个域的索引位和用于从散列值中选择预定位的选择域。
优选地，与所述网络设备相关联的软件包括配置装置，用于动态地配置所述多个域。
优选地，所述入站模块包括入站管道，其用于在故障转移模式下执行操作，其中对来自与故障端口相关联的数据包进行映射和标记，并将映射的拷贝发送至备份端口。
优选地，所述入站模块包括用于在所述入站管道中丢弃已交换的数据包拷贝的装置。
优选地，所述网络设备进一步包括设置装置，用于将多个端口中的每个端口设置到无效(disabled)状态、发送(forwarding)状态或重定向(redirecting)状态，其中，当端口处于无效状态时，没有通信流量输入至该端口或从该端口输出；当端口处于发送状态时，通信流量传输到该端口和从该端口接收通信流量；当端口的主链接不起作用时，端口被置为重定向状态。
优选地，中间部件包括用于将端口改变为重定向状态的装置，其中，传送到该端口的通信流量被引导到所选择的备份端口。
优选地，所述网络设备进一步包括当端口变为正常时，将所述端口从重定向状态转变为发送状态的装置.
优选地，所述网络设备进一步包括在软件初始化后，将所有端口置为发送状态的装置。
优选地，所述网络设备进一步包括当映射的数据包拷贝被标记时，在高速报头中设置位的装置。
优选地，所述网络设备进一步包括当所述端口处于重定向状态时，丢弃进入的已标记的映射的数据包拷贝的装置。
根据本发明的一个方面，提供一种从中继组中选择故障转移端口的方法，该方法包括以下步骤：
通过至少一个包括多个物理端口的中继组，将网络设备连接到至少一个其它的网络设备；
当端口存在故障时，将多个物理端口中的至少一个端口设置为预定模式并改变相关端口的状态；
将进入的到该端口的数据包发送至入站模块；
从表中获取一组备份端口；
从该组备份端口中选择一个备份端口；
映射进入的数据包和标记映射的数据包拷贝；和
将所标记的映射的数据包重定向到所选择的备份端口。
优选地，该方法进一步包括将进入的数据包分发到该组备份端口，其中，该组备份端口包括中继组的多个物理端口中的其它端口。
优选地，该方法进一步包括：
将多个条目存储到表中，其中每个条目与一个中继组相关联并包括与中继组里的端口相关联的多个域，且每个条目都包括散列域；
利用散列域，从进入的数据包的预定域选择位以获得用于访问所述多个域中的一个域的索引位；和
利用选择域，从散列值中选择预定位
优选地，该方法进一步包括丢弃已映射的数据包的交换拷贝。
优选地，该方法进一步包括将每个端口设置位失效状态、发送状态或重定向状态，其中，当端口处于无效状态时，没有通信流量输入至该端口或从该端口输出；当端口处于发送状态时，通信流量传输到该端口和从该端口接收通信流量；
优选地，该方法进一步包括当端口的主要链接不起作用时，将所述端口转变为重定向状态。
优选地，该方法进一步包括当端口变为正常时，将所述端口从重定向状态转变为发送状态。
优选地，该方法进一步包括在软件初始化后，将所有端口置为发送状态。
优选地，该方法进一步包括当映射的数据包拷贝被标记时，在高速报头中设置位。
优选地，该方法进一步包括当端口处于重定向状态时，丢弃进入的已标记的映射的数据包拷贝。
根据本发明的一个方面，提供一种从中继组中选择故障转移端口的装置，该装置包括：
连接装置，用于通过至少一个包括多个物理端口的中继组将网络设备连接到至少一个其它的网络设备；
设置装置，用于当端口存在故障时，将所述多个物理端口中的至少一个端口设置为预定模式，及改变该端口相关的状态；
发送装置，用于将进入的到该端口的数据包发送至入站模块；
获取装置，用于从表中获取一组备份端口；
选择装置，用于从该组备份端口中选择一个备份端口；
映射装置，用于映射进入的数据包和标记映射的数据包拷贝；和
重定向装置，用于将所标记的映射的数据包重定向到所选择的备份端口。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是可实施本发明方法的网络设备的示例图；
图2是根据本发明实施例的集中式入站管道结构的示例图；
图3是一种网络的示例图，其中，多个网络设备通过中继连接；
图4是根据本发明实施例的中继组表；
图5是可实施本发明的故障转移机制的网络设备的示例图；
图6是根据本发明实施例的故障转移表。
具体实施方式
以下通过本发明的最佳实施例并结合附图对本发明进行详细说明。
图1示出的是网络设备，例如交换机，本发明的实施例可在其中实施的。设备100包括入站模块(ingress module)102，存储器管理单元(MMU)104和出站模块(egress module)106。入站模块102用于对进入的数据包执行交换功能。MMU 104用于存储数据包和对每一数据包执行资源检查(resource check)。出站模块106用于执行数据包修正和将数据包发送到适当的目标端口。入站模块102、MMU 104和出站模块106均包括用于处理由该模块产生的指令的多个周期(cycles)。设备100采用管道方式(a pipelined approach)处理进入的数据包。根据本发明的一实施例，设备100具有在每一时钟周期处理一个数据包的管道能力。根据本发明的一个实施例，设备100包括133.33MHZ的核心时钟。这意味着设备100每秒钟能够处理133.33M数据包。
设备100还可以包括一个或多个内置高速端口108a-108x(例如HiGigTM)、一个或多个外部以太网端口109a-109x和一个CPU端口110。高速端口108a-108x用于将系统中各个网络设备互相连接起来，并因此形成内部交换结构，用以在外部源端口与一个或多个外部目标端口之间传输数据包。因而，在包括多个相互连接的网络设备的系统之外，是看不见高速端口108a-108x的。CPU端口110用于发送数据包到外部交换/路由控制实体或CPU，和从外部交换/路由控制实体或CPU接收数据包。根据本发明的一个实施例，CPU端口110可以认为是外部以太网端口109a-109x中的一个。设备100通过CPU处理模块111(例如CMIC)与外部/片外CPU接口连接(interface with)，该CPU处理模块与PCI总线接口连接，该PCI总线将设备100连接到外部CPU.
网络通信流量通过外部以太网端口109a-109x进入和退出设备100。具体地，设备100中的通信流量从外部以太网源端口路由到一个或多个唯一目标以太网端口109a-109x。在本发明的一个实施例中，设备100支持物理以太网端口和逻辑(中继)端口。物理以太网端口是设备100上的由全球端口标识符进行标识的物理端口。在一个实施例中，全球端口标识码包括模块标识和本地端口号码，用于唯一地标识设备100和特定的物理端口。中继端口是一组作为单一链接层端口的物理外部以太网端口。每个中继端口分配有一个全球中继组标识符(TGID)。根据一个实施例，设备100能够支持多达128个中继端口及支持多达29个外部物理端口，其中每个中继端口多达8个成员(members)。在设备100上的目标端口109a-109x可以是物理外部以太网端口或中继端口。如果目标端口是中继端口，设备100通过使用散列法(hash)选择成员端口，从而在中继中动态地选择物理外部以太网端口。如以下更详细的描述，动态选择使设备100能够顾及在中继端口之间进行动态负载均衡。
一旦数据包从源端口109a-109x进入设备100，数据包被传送到入站模块102进行处理。数据包可以从XBOD或GBOD进入设备100。在一个实施例中，该XBOD是具有10GE/12G MAC的模块，并支持来自高速端口108a-108x的数据包。该GBOD是具有1210/100/1G MAC的模块，并支持来自端口109a-109x的数据包。
图2示出的是入站模块102的集中式入站管道结构200。入站管道200处理进入的数据包，主要确定出口位图，并且在某些情况下，计算数据包的哪部分可修正。入站管道200包括数据保存寄存器202、模块报头保存寄存器204、仲裁器206、配置阶段(stage)208、分析阶段210、丢弃阶段212和交换阶段213。入站管道200从XBOD，GBOD或CPU处理模块111处接收数据，并将单元数据存储到数据保存寄存器202中。仲裁器206负责对来自GBOD，XBOD和CPU的请求进行调度安排(scheduling)。配置阶段208用于设置全部主要端口-特定域的对照表，以满足交换的需要。分析阶段210分析进入的数据包和高速模块报头(如果出现)，通过第三层通道表查找处理通道化的数据包、产生用户定义域、在外部Ipv4报头上验证Internet协议版本4(Ipv4)的校验和(checksum)、执行地址检查，以及为下游查找处理程序准备相关域。丢弃阶段212搜索各种早期丢弃条件，并且要么丢弃数据包和/或要么防止其通过管道200发送。交换阶段213在入站管道200执行所有交换处理，包括地址识别。
根据本发明的一个实施例，入站管道包括一个1024位单元数据保存寄存器202和用于XBOD或GBOD的一个96位模块报头寄存器204。数据保存寄存器202在仲裁之前将进入的数据累加到一个接近128字节单元，模块报头寄存器204存储进入的96位的模块报头，该模块报头随后用在入站管道200。具体地，保存寄存器202存储进入的状态信息。
入站管道200每6个时钟周期对来自XBOD和GBOD的请求进行调度安排，并且当来自XBOD和GBOD的请求被调度时，发送信号到每一个XBOD和GBOD以作指示.CPU处理模块111每次传输一个单元到入站模块102，并在发送后续的单元之前，等待入站模块102已使用该单元的指示.入站管道200对来自XBOD、GBOD的信号进行复用，CPU基于由仲裁器206确定的允许哪个源访问入站管道200而进行处理.根据从XBOD或GBOD接收的信号，寄存器缓冲器202计算出源端口，将XBOD或GBOD的连接映射到设备100上的具体的物理端口成员，寄存器202将涉及调度单元的信息传递到仲裁器206.
当仲裁器206接收到来自寄存器缓冲器202的信息时，仲裁器206可以发布数据包操作代码、指令操作代码或FP更新代码中的至少一个，这取决于资源冲突。根据一个实施例，仲裁器206包括主仲裁器207和辅助仲裁器209。主仲裁器207是基于时分复用(TDM)的仲裁器，其负责对来自GBOD和XBOD的请求进行调度，其中，来自主仲裁器207的请求被给予最高优先权。辅助仲裁器209调度所有非XBOD/GBOD的请求，包括CPU数据包访问请求、CPU存储器/寄存器读/写请求、学习操作(learn operations)，时效操作(age operations)、CPU表插入/删除请求、更新请求以及比率限制(rate-limited)计数器更新请求。辅助仲裁器209的请求是基于主仲裁器207的可利用时隙来进行调度安排。
当主仲裁器207赋予XBOD或GBOD时隙，从寄存器202取出单元数据并连同来自寄存器202中的其它信息一起发送到入站管道200。在安排XBOD/GBOD单元之后，主仲裁器207将某些状态位转发至辅助仲裁器209。
辅助仲裁器209也负责执行所有资源检查，在具体周期内，确保同时发布的任何操作不能访问同一资源。例如，辅助仲裁器209能够调度每个请求周期的指令操作码或数据包操作码的最大值。根据一个实施例，辅助仲裁器209实施资源检查处理和严格的优先仲裁方案。资源检查处理考虑所有可能挂起的请求，以基于其使用的资源确定哪个请求可以发送。在本发明的一个实施例中，所实施的严格的优先仲裁方案要求辅助仲裁器209对CPU的访问请求给予最高优先权、对CPU数据包传输请求给予第二优先权、速率更新请求给予第三优先权、CPU存储器复位操作给予第四优先权和学习和时效(age)操作给予第五优先权。根据对单元数据的处理，辅助仲裁器209传输数据包信号到配置阶段208。
配置阶段208包括端口表，用于保存交换所需的所有主端口的具体域，其中一个条目(entry)与每个端口相关联。配置阶段208也包括几个寄存器。当配置阶段208从仲裁器206获得信息，配置阶段208在第一周期内为端口表设置输入，在第二周期为其它端口的具体寄存器复用输出。在第二周期结束时，配置阶段208将输出发送到分析阶段210。
当在管道200中查找请求时，分析阶段210管理保存有128字节单元的入站管道缓冲器。当查找请求到达管道200的末端，从入站管道缓冲器取出数据，并将其发送至MMU 104。如果在高速端口上接收到数据，那么通过分析阶段210对数据包所附带96位模块报头的进行分析。分析过所有域之后，分析阶段210将输入单元数据写到入站管道缓冲器，并将写指针传递到管道。由于数据包被写到入站管道缓冲器中，数据包数据不必要进一步传输，并且已分析过的模块报头信息可以丢弃。然后，丢弃阶段212查找各种早期丢弃条件，并且如果出现一个或多个这样的条件，丢弃阶段丢弃数据包和/或防止其通过芯片进行发送。
交换阶段213执行地址识别处理和关于输入数据包的其它交换处理.根据本发明的一个实施例，交换阶段213包括第一交换阶段214和第二交换阶段216.第一交换阶段214解决任何丢弃条件，执行BPDU处理，检查第二层源站移动和解决第二、三层的单播数据包、第三层组播数据包和IP组播数据包的大部分目标处理.第一交换阶段214通过随意地(optionally)将不同类型的协议数据包复制到CPU或将其丢弃，来执行协议数据包控制交换.第一交换阶段214进一步执行所有源地址检查，并确认是否第二层入口需要获得学习或重学习站移动情况.第一交换阶段214进一步执行目标呼叫，以确认如何基于目标交换信息来交换数据包.具体地，第一交换阶段214计算出单播数据包的目标端口或组播数据包的端口位图、计算新的优先权、随意地(optionally)将数据包送到CPU中和丢弃各种错误条件的数据包.第一交换阶段214进一步将高速交换处理与从端口109a-109i的交换处理中分离，并基于阶段报头操作码交换进入的高速数据包.
然后，第二交换阶段216执行域处理器(FP)操作识别、源端口转移、中继识别，高速中继、端口阻塞、CPU优先处理，端对端的线端拥塞(HOL)资源检查、资源检查，映射和最大传输宽度(MTU)检查，以校验输入/输出数据包的大小是否小于最大传输宽度。第二交换阶段216采用第一交换阶段214的交换决策、任何层的路由信息和FP重定向，以产生交换的最终目标。第二交换阶段216从目标端口位图中将源端口删除，并执行中继识别处理，以解决单播数据包到目标端口的中继、入站映射到端口和出站映射到端口。通过检查源端口是否为高速中继组的一部分，并且是否将所有源的高速中继组端口删除，第二交换阶段216执行高速中继。通过因各种原因执行封口(masking)、包括掩蔽(meshing)以及入站封口(masking)，第二交换阶段216进一步执行端口阻塞。
图3示出的是一个网络的具体实施例，其中多个网络设备，如上所述，通过中继连接。如图3所示，网络300包括通过中继310-316连接的设备302-308。设备302包括中继组310的端口1和端口2、设备304包括中继组310的端口4和端口6、设备306包括中继组310的端口10和端口11。每个网络设备302-308都可以接收单播或组播数据包，这些数据包必须传输到适当的目标端口。如本领域技术人员所知悉的，在数据包单播这种情况下，目标端口是已知的端口。为了将单播数据包发送到目标中继中的适当端口，每个网络设备302-308均包括图4示出中继组表400。
如上面所述，每个设备302-308都可以支持多达128个中继端口，每个中继端口具有多达8个的成员。这样，表400是一个128条目(entry)的表，其中每一个条目包括8个端口的域(fields)。所以，回到图3中，对于中继组310，在表400中相关的条目是条目0，条目0包括在该中继组的每一个模块和端口的域。如此，表400的条目0包括：在域402中，模块ID302和端口ID1；在域404中，模块ID302和端口ID2；在域406中，模块ID304和端口ID4；在域408中，模块ID304和端口ID6；在域410中，模块ID306和端口ID10；在域412中，模块ID306和端口ID11。由于中继组310仅具有6个端口，所以在条目0中的最后两个域414和416可以包括来自该条目的域402-412的任何冗余的信息。表400在每个条目中都包括R-TAG值。在本发明的一个实施例中，该RTAG值可以是6个选择中的一个，其中每个选择用于标识预定的域和从每个域中选择出某些位。之后，来自每个预定域的所有值是通过异或逻辑运算获得在0-7之间的一个数字，其中与所获得的数字相关的端口被从中继组中选择出来的，以传输数据包到目标设备。不同RTAG用于获得不同的分发类型。由于分发是基于数据包，RTAG使设备能够将数据包的分发分布到给定中继组的所有端口。
在本发明的一个实施例中，如果RTAG值设为1，那么端口的选择是基于数据包的源地址(SA)、虚拟局域网(VLAN)、以太类型、源模块ID(SRC_MODID)和源端口(SRC_PORT).如果RTAG值设为2，那么端口的选择是基于数据包的目标地址(DA)、虚拟局域网(VLAN)、以太类型、源模块ID和源端口.如果RTAG值设为3，那么端口的选择是基于数据包的源地址、目标地址、虚拟局域网(VLAN)、以太类型(EtherType)、源模块ID和源端口.RTAG4、5和6提供第三层报头选择.如果RTAG值设为4，那么端口的选择是基于源IP地址(SIP)和TCP源端口(TCP_SPORT).如果RTAG值设为5，那么端口的选择是基于目标IP地址(DIP)和TCP目标端口(TDP_DPORT).如果RTAG值设为6，那么端口的选择是基于对RTAG4散列(hash)和RTAG5散列进行异或运算所获得的值.
具体地，在这个实施例中，由于中继组表的每个条目包括与中继组端口相关联的8个域，从RTAG散列的域中的每个字节选择三位来表示8位。因此如果RTAG值为1，那么对SA[0:2]、SA[8:10]、SA[16:18]、SA[32:34]、SA[40:42]、VLAN[0:2]、VLAN[8:10]、以太类型[0:2]、以太类型[8:10]、SRC_MODID[0:2]和SRC_PORT[0:2]取异或获得用于中继组表400索引的三位的值。如果RTAG值为2，那么对DA[0:2]、DA[8:10]、DA[16:18]、DA[32:34]、SA[40:42]、VLAN[0:2]、VLAN[8:10]、以太类型[0:2]、以太类型[8:10]、SRC_MODID[0:2]和SRC_PORT[0:2]取异或获得用于中继组表400索引的三位的值。如果RTAG值为3，那么对SA[0:2]、SA[8:10]、SA[16:18]、SA[32:34]、SA[40:42]、DA[0:2]、DA[8:10]、DA[16:18]、DA[32:34]、DA[40:42]、VLAN[0:2]、VLAN[8:10]、以太类型[0:2]、以太类型[8:10]、SRC_MODID[0:2]和SRC_PORT[0:2]取异或获得用于中继组表400索引的三位的值。
如果RTAG值为4，那么对SIP[0:2]、SIP[8:10]、SIP[16:18]、SIP[32:34]、SIP[40:42]、SIP[48:50]、SIP[56:58]、SIP[66:64]、SIP[72:74]、SIP[80:82]、SIP[88:90]、SIP[96:98]、SIP[104:106]、SIP[112:114]、SIP[120:122]、TCP_SPORT[0:2]和TCP_SPORT[8:10]取异或获得用于中继组表400索引的三位的值。如果RTAG值为5，那么对DIP[0:2]、DIP[8:10]、DIP[16:18]、DIP[32:34]、DIP[40:42]、DIP[48:50]、DIP[56:58]、DIP[66:64]、DIP[72:74]、DIP[80:82]、DIP[88:90]、DIP[96:98]、DIP[104:106]、DIP[112:114]、DIP[120:122]、TCP_DPORT[0:2]和TCP_DPORT[8:10]取异或获得用于中继组表400索引的三位的值。
图5示出的是根据本发明的实施例，实施故障转移机制的网络设备500的示例图。根据图5，网络设备500包括入站模块502、出站模块504和与端口512相关联的MAC部件506。在正常操作期间，数据包508通过端口512传输到设备500外和数据包510经过端口512进入设备500。由于设备500的一个实施例可以支持多达128个中继端口，每个中继端口具有多达8个成员，中继的每个端口可以使用中继中其它7个端口中的一个或多个作为备份端口。在那样的情况下，到故障端口的通信流量就被均衡加载到所有备份端口。因此，当数据包传输到一组故障转移备份端口时，采用散列法机制从这组物理备份端口中选择成员。
在一个实施例中，对于每个端口，故障转移表600(如图6所示)指定一组故障转移备份端口和一个故障转移RTAG.故障转移RTAG用于选择散列功能，其中散列值是基于已选择散列功能而计算，且散列值用于从一组故障转移备份端口选择一个备份端口.故障转移表600包括故障转移RTAG域602，散列选择域604和多个成员域608-622.故障转移RTAG域602是3位域，用于选择8个RTAG中的一个并计算目标为故障端口的数据包的散列值.该域选择散列功能，所选择散列功能的输出用于选择备份端口.散列选择域604用于从20位的散列值中选择3位.成员域608是带有一个全球端口标识符的13位域，对应与RTAG值为0相关的这组故障转移备份端口中的成员；成员域610是带有一个全球端口标识符的13位域，对应与RTAG值为1相关的这组故障转移备份端口中的成员；成员域612是带有一个全球端口标识符的13位域，对应与RTAG值为2相关的这组故障转移备份端口中的成员；成员域614是带有一个全球端口标识符的13位域，对应与RTAG值为3相关的这组故障转移备份端口中的成员；成员域616是带有一个全球端口标识符的13位域，对应与RTAG值为4相关的这组故障转移备份端口中的成员；成员域618是带有一个全球端口标识符的13位域，对应与RTAG值为5相关的这组故障转移备份端口中的成员；成员域620是带有一个全球端口标识符的13位域，对应与RTAG值为6相关的这组故障转移备份端口中的成员；成员域622是带有一个全球端口标识符的13位域，对应与RTAG值为7相关的这组故障转移备份端口中的成员.
在本发明的一个实施例中，表600是完全由软件配置的。因此，在一个示例中，在一组故障转移备份端口中仅有一个备份端口，软件能够在所有8个条目608-622上编写全球端口标识符，以便所有通信流量可到达该备份端口。在另一个示例中，如果在一组故障转移备份端口中有备份端口A，B和C，软件可以编写成员608-612到端口A，成员614-618到端口B和成员620和622到端口C的程序。这样，来自故障转移端口的通信流量将以3∶3∶2的比率被分发。
发送到给定的端口(例如端口512)的数据包能够“映射(mirrored)”到其它端口。设备500支持不同映射类型，包括入站映射、出站映射、基于MAC(即基于地址)的映射和快速过滤处理器(FFP)映射。入站映射数据包被作为没有修正的数据包传输，出站映射数据包传输的是具有VLAN标志并已修正过的，符合某种限制。如果数据包是入站映射的，那么数据包的两份拷贝传输到映射到端口(mirror-to-ports)，未修正过的数据包到入站映射到端口(mirror-to-ports)和已修正过的数据包到出站映射到端口(mirror-to-ports)。
端口和它的一组故障转移备份端口可以连接到不同的网络设备这个事实，意味着不能采用本地链路层机制来执行故障转移，因为故障转移端口可能在远程设备上。然而，对于远程端口，故障转移不能在入站设备内执行，因为入站设备没有远程链接的瞬时状态。因此，在本发明的一个实施例中，如图5所示，如果故障转移发生在端口512，端口512的MAC506设置为本地环回模式514，其中MAC506将出站数据包发送到故障端口512再返回到端口的入站模块502。故障端口512的入站模块502在这种模式下进行操作，这种模式是指所有到故障端口512的数据包在故障端口512被入站映射，以动态选择该组故障转移备份端口的成员，丢弃数据包最初交换的拷贝。
因此，当故障转移发生在端口512时，设备500设置MAC506到本地环回模式514。当数据包508传输到端口512时，数据包508经本地MAC环回514回到端口512的入站模块502。对设备500中的入站管道进行配置，以在故障转移模式下操作，其中来自故障目标端口512的数据包508被映射和该映射拷贝516发送到基于表600的一组故障转移备份端口的一个端口。在数据包508的最初交换拷贝上被标记将被丢弃。这样，重定向数据包是入站映射数据包，并因此一直也是仅映射的单播数据包。
本发明的一个实施例中，每个端口处于失效(disabled)状态，发送(forwarding)状态或重定向(redirecting)状态中.在失效状态中，没有通信流量传输到该和从该端口发出.一旦某个端口处于发送状态，通信流量传输到该端口和从该端口接收.如果状态链接表明端口的主要链接不起作用，设备500中的硬件故障转移机制自动将端口改变为重定向状态，其中目标为故障端口的通信流量被引导到一组故障转移备份端口中的故障转移端口.当该端口的主要链接变为正常时，通知与硬件相关联的软件并可以在其后将端口置为发送状态.在本发明的一个实施例中，在软件初始化后，设备500通过默认方式，将所有端口置为正常发送状态.在该示例中，受硬件影响的唯一状态转变是从发送状态转变为重定向状态，该转换由端口主要链接的故障所引起.所有其它状态转变由软件执行.
如上所述，当某个端口故障时，目标为该故障端口的数据包被重定向到备份端口。然而，备份端口也可能出现故障，数据包可以再次被重定向到另一端口，因此形成循环。例如，在中继中的两个端口可以相互重定向，如果这两个端口都有故障，那么数据包可能在这两个端口之间回弹。为防止可能发生的循环，环回数据包被标记为“重定向”以指示该数据包已经被重定向，且不应该再次重定向到另一端口。在本发明的一个实施例中，当数据包被标记为重定向时，在高速报头设置一位。这样，当某一端口在重定向状态下进行操作时，进入该端口的被标志为重定向的任何数据包将在队列期间丢弃。这将防止重定向端口把将要丢弃的数据包列入队列中。当端口进入重定向状态时，已标志为重定向的一些数据包可能已经列入该端口的队列。为防止这些数据包被再次重定向，在出队列期间对这些数据包进行检查，如果是被标记为重定向的则丢弃。
同样地，回到图5，当端口512存在故障时，MAC环回514被激活。之后，当数据包508进入设备500，如果数据包508没有被标记为重定向，那么数据包508被回送。之后，回送的数据包508在端口512的入站管道中被标记为入站映射数据包和从表600中恢复该组故障转移备份端口。然后，数据包508的映射拷贝516被标记为重定向，该数据包的已交换拷贝被丢弃。
通过在MAC层506上执行重定向，本发明确保在入站管道排队的数据包被保留，对数据包设置故障转移端口而不是丢弃该数据包。由于故障转移拷贝是原始数据包的入站映射拷贝，所以当数据包指向一组故障转移备份端口时，本发明也确保故障转移拷贝不会被数据包处理逻辑修正。此外，所有数据包的修正在故障端口的出口执行而不是在该组故障转移备份端口的成员的出口执行，因此保留了任何端口的属性。
在一个优选实施例中，通过适当的半导体制造技术和基于上述实施例中的电路布图，上述本发明的装置可在半导体基片(例如硅)上实施，这对本技术领域的技术人员是显而易见的。基于上述所描述的结构，知悉半导体设计和制造的本技术领域人员能够在单个半导体基片实现本发明的各种模块、接口、表、缓冲器等等。采用分立电子元器件来实施本发明所公开的元件也属于本发明的保护范围，因此，通过采用单个的半导体基片，利用本发明的功能特征不会最大化其优势，
具体到本发明，网络设备可以是利用网络数据的任何设备，可以包括交换机、路由器、网桥、网关或服务器。此外，当上述讨论特别提及数据包处理时，在本申请文件中，数据包可以包括任何种类的自带寻址信息的独立地从数据源行走到终点的数据包(datagram)、数据包和数据单元，或在网络设备之间交换的任何种类的数据。
前面所述的涉及本发明的具体实施例。然而，显而易见的是，在保留全部或部分上述优点的情况下，可以对上述实施例进行其它变型和修改。因此，本发明的权利要求的目标就是要覆盖所有的包含在本发明的实质精神范围内的这些修改和变型。

Claims (10)

1.一种从中继组中选择故障转移端口的网络设备，该网络设备包括：
至少一个包括多个物理端口的中继组，其中，所述网络设备通过多个物理端口中的至少一个物理端口与至少一个其它网络设备连接；
与多个物理端口之一相关联的中间部件，用于当该端口存在故障时将该端口设置为预定模式、用于在端口出现故障之后改变该端口相关的状态、及用于将进入的到相关故障端口的数据包发送到入站模块；
获取装置，用于从表中获取一组备份端口；
散列装置，用于采用散列法机制从该组备份端口中选择一个备份端口；和
处理装置，用于映射进入的数据包、用于标记映射的数据包拷贝、及用于将所标记的映射的数据包重定向到所选择的备份端口并在所述数据包的报头设置重定向标记。
2.根据权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述散列装置包括加载均衡装置，用于将进入的数据包分发到该组备份端口，其中，该组备份端口包括中继组的其它端口。
3.根据权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述表包括多个条目，其中，每个条目与一个中继组相关联，并且包括与中继组里的端口相关联的多个域，其中，每个条目都包括散列域，所述散列域用于从进入的数据包的预定域中选择位，以获得用于访问所述多个域中的一个域的索引位和用于从散列值中选择预定位的选择域。
4.根据权利要求3所述的网络设备，其特征在于，所述网络设备包括配置装置，用于动态地配置所述多个域。
5.根据权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述入站模块包括入站管道，其用于在故障转移模式下执行操作，其中对来自与故障端口相关联的数据包进行映射和标记，并将映射的拷贝发送至备份端口。
6.根据权利要求5所述的网络设备，其特征在于，所述入站模块包括用于在所述入站管道中丢弃已交换的数据包拷贝的装置。
7.一种从中继组中选择故障转移端口的方法，该方法包括以下步骤：
通过至少一个包括多个物理端口的中继组，将网络设备连接到至少一个其它的网络设备；
当端口存在故障时，将多个物理端口中的至少一个端口设置为预定模式并改变相关端口的状态；
将进入的到该端口的数据包发送至入站模块；
从表中获取一组备份端口；
采用散列法机制从该组备份端口中选择一个备份端口；
映射进入的数据包和标记映射的数据包拷贝；和
将所标记的映射的数据包重定向到所选择的备份端口并在所述数据包的报头设置重定向标记。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括将进入的数据包分发到该组备份端口，其中，该组备份端口包括中继组的多个物理端口中的其它端口。
9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：
将多个条目存储到表中，其中每个条目与一个中继组相关联并包括与中继组里的端口相关联的多个域，且每个条目都包括散列域；
利用散列域，从进入的数据包的预定域选择位以获得用于访问所述多个域中的一个域的索引位；和
利用选择域，从散列值中选择预定位。
10.一种从中继组中选择故障转移端口的装置，该装置包括：
连接装置，用于通过至少一个包括多个物理端口的中继组将网络设备连接到至少一个其它的网络设备；
设置装置，用于当端口存在故障时，将所述多个物理端口中的至少一个端口设置为预定模式，及改变该端口相关的状态；
发送装置，用于将进入的到该端口的数据包发送至入站模块；
获取装置，用于从表中获取一组备份端口；
选择装置，用于采用散列法机制从该组备份端口中选择一个备份端口；
映射装置，用于映射进入的数据包和标记映射的数据包拷贝；和
重定向装置，用于将所标记的映射的数据包重定向到所选择的备份端口并在所述数据包的报头设置重定向标记。
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