CN1889453A - 以太网接口的联动倒换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及设备主备保护技术，公开了一种以太网接口的联动倒换方法，使得通过主备以太网接口互连的通信设备可以实现联动倒换。本发明中，被设定为主动模式的第一子系统通过OAM消息与被设定为被动模式的第二子系统进行握手，获知OAM链路质量和第二子系统各以太网接口的主备信息，并至少部分地根据所获信息作出自身以太网接口的倒换仲裁；第一子系统倒换后将自身主备信息通知第二子系统，第二子系统至少部分地根据此信息作出倒换仲裁，由此实现第一、第二子系统的联动倒换。第一子系统还进行流量失衡检测，如果发现流量失衡则启动联动倒换过程。在启用联动倒换功能前，第一、第二子系统还需要通过对应以太网接口进行OAM协商。

Description

以太网接口的联动倒换方法

技术领域

本发明涉及设备主备保护技术，特别涉及通过以太网接口连接的设备的主备保护技术。

背景技术

以太网是一种传统的计算机局域网。是美国Xerox公司研究所和斯坦福大学在1975年联合推出的能随机存取的局域网，可以在1～10公里以内用同轴电缆互连，可以任意分支形成树型结构。每台计算机都通过收发器连接到同一条电缆上，可以随机向这一共用媒体发送报文。这种计算机局域网方式使用最为普遍，被称为“典型的局域网”。

以太网的结构简单，易于扩展，是最具有扩展性的网络技术之一。近年来它不仅是局域网的主要技术，而且将成为广域网和城域网的主要技术。其规模越来越大，技术也越来越先进，从10Mbps的应用开始，现在已经发展到100Mbps快速以太网，以及千兆位高速以太网和万兆位超高速以太网。

以太网的操作管理维护(Operations，Administration and Maintenance，简称“OAM”)是以太网的重要组成部分，其位置是在以太网模型的物理层之上，位于媒体访问控制(Medium Access Control，简称“MAC”)层和逻辑链路控制(Logical Link Control，简称“LLC”)层之间，属于网间互联协议(Internet Protocol，简称“IP”)层以下的管理。OAM的实现对以太网有着重要的意义，如能对以太网底层的故障及时迅速的进行检测。OAM需要是点对点的，也就是说，通过两点的相互操作来完成各自的控制和管理。同时，为了保证正常数据流量的带宽，对OAM的占用带宽和速率都要作明确的限制。另外，也要保证OAM可以采用硬件或软件进行处理。

在国际上，国际电信联盟(International Telecommunications Union，简称“ITU”)与电子和电气工程师协会(Institute of Electrical and ElectronicsEngineers，简称“IEEE”)两大组织都试图解决以太网的OAM问题，只是各自的侧重点有所不同。以太网接入研究联盟(Ethernet in the First MileAlliance，简称“EFMA”)所提出的OAM主要是为了解决最后一公里以太网设备的操作管理维护问题，包括链路性能监测、故障侦测和告警等等。该方案适合在以太网的接入设备中应用，并且已在802.3ah中成为IEEE的标准。

以太网中电信级接入设备的IP信令分发功能由以太网接口完成。如果以太网接口对外中断就意味着该设备不可用，因此，以太网接口的可靠性显得极为重要。

目前，为了保障以太网接口的可靠性，在电信级设备(如软交换设备)的配置中，以太网接口都设置成主备，在主用接口的各种可靠性检测机制出现问题后，就需要利用备用接口接替原来主接口的业务，使业务能够在相对更可靠的连接上运行。其中，各种可靠性检测机制包括物理层状态检测，即通过端口检测，查看以太网接口的物理网口的好坏实现、地址解析协议(Address Resolution Protocol，简称“ARP”)检测以及统计端口流量。另外，局域网交换机也采用主备方式，通过配置使得局域网交换机到路由器的上行端口如果出现故障，就能快速进行倒换。电信级设备(如软交换设备)与局域网交换机共同采用主备方式，进一步保证了电信级设备出口连接的可靠性，避免出现单点故障(如图1所示)。

在实际应用中，上述方案存在以下问题：通过主备以太网接口互连的通信设备无法实现联动倒换。

造成这种情况的主要原因在于，由于电信级设备的以太网接口使用的是同一IP地址，备用的以太网接口无法使用ARP检测，因而就无法获知出口的以太网链路层状态。并且，由于局域网交换机只根据上行端口的状态决定主备，所以电信级设备中主用的以太网接口连接的局域网交换机很有可能不是主用的(如图2所示)。

由此，在数据传输过程中就增加了一次转发，也就是增加了潜在的故障点。如果此时主用局域网交换机出现软件的转发故障，那么即使以太网接口能通过ARP检测功能进行倒换，也不能解决问题。另外，现有的ARP检测、流量统计等功能在IP层之上，因此检测时间长，而且并不十分准确。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种以太网接口的联动倒换方法，使得通过主备以太网接口互连的通信设备可以实现联动倒换。

为实现上述目的，本发明提供了一种以太网接口的联动倒换方法，第一子系统中互为主备的两个以太网接口分别和第二子系统中互为主备的两个以太网接口连接，包含以下步骤：

C第一子系统发生以太网接口的倒换后，将两个以太网接口的主备信息通过OAM消息发送给第二子系统，第二子系统至少部分地根据第一子系统以太网接口的主备信息进行自身以太网接口的倒换仲裁，并执行仲裁结果。

其中，还包含以下步骤：

A所述第一子系统将自身两个以太网接口的主备信息通过OAM消息发送给所述第二子系统，第二子系统回复响应消息，其中包含第二子系统中两个以太网接口的主备信息和OAM链路质量；

B所述第一子系统至少部分地根据OAM链路质量和自身以太网接口的主备信息进行自身以太网接口的倒换仲裁，并执行仲裁结果。

此外在所述方法中，还包含以下步骤：

所述第一、第二子系统通过所述以太网接口进行OAM协商。

此外在所述方法中，所述第一子系统还进行流量失衡检测，如果发现流量失衡则执行所述步骤B和步骤C；并且，

所述步骤B中，所述倒换仲裁还至少部分地根据流量失衡检测的结果作出。

此外在所述方法中，所述步骤B中，所述倒换仲裁还至少部分地根据物理层的状态作出，其中，作为倒换仲裁的依据，物理层的状态的优先级高于其它较高层的倒换仲裁依据。

此外在所述方法中，所述第一子系统为主动模式、所述第二子系统为被动模式。

此外在所述方法中，所述步骤A周期性执行。

此外在所述方法中，所述第一或第二子系统可以是一个具有两个独立以太网接口的通信设备，或由两个有主备关系的通信设备组合而成。

此外在所述方法中，所述第一子系统可以是软交换设备；

所述第二子系统可以由两个互相连接的局域网交换机组成。

此外在所述方法中，所述OAM消息至少部分地包含以下内容之一或其任意组合：

源MAC地址、目的MAC地址、协议类型、厂家标识、自定义类型及其长度、设备标识、设备或其以太网接口的主备信息。

通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的主要区别在于，被设定为主动模式的第一子系统通过OAM消息与被设定为被动模式的第二子系统进行握手，获知OAM链路质量和第二子系统各以太网接口的主备信息，并至少部分地根据所获信息作出自身以太网接口的倒换仲裁；第一子系统倒换后将自身主备信息通知第二子系统，第二子系统至少部分地根据此信息作出倒换仲裁，由此实现第一、第二子系统的联动倒换。

第一子系统还进行流量失衡检测，如果发现流量失衡则启动联动倒换。

在启用联动倒换功能前，第一、第二子系统还需要通过对应以太网接口进行OAM协商。

这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即因为第二子系统根据第一子系统的倒换情况作出相应的倒换仲裁，所以第一子系统的倒换可以引起第二子系统的联动，从而达到联动倒换的效果。

因为第一子系统在倒换仲裁时综合考虑了双方以太网接口的主备信息和OAM链路情况，所以仲裁结果更为准确。

因为流量失衡时可以启动联动倒换，所以对整个通信系统的保护更为完善。

总体来说，本发明可以在数据链路层上使两端的设备迅速监测到底层链路的状态，为自身的主备板的倒换提供依据；同时得到各自对端的主备状态，并依据主备状态决定被动模式的对端设备发生联动倒换，保证运行设备主备一致性，减少转发次数，降低故障发生的可能性，使电信级设备更加稳定可靠。

附图说明

图1是现有技术中软交换设备通过主备以太网交换与主备局域网交换机连接时的网络结构示意图；

图2是软交换设备以太网接口的主备和局域网交换机的主备不一致时，数据迂回路径示意图；

图3是根据本发明的第一实施例的以太网接口的联动倒换方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

总的来说，本发明的原理在于，被设定为主动模式的第一子系统通过OAM消息与被设定为被动模式的第二子系统进行握手，获知OAM链路质量和第二子系统各以太网接口的主备信息，并至少部分地根据所获信息作出自身以太网接口的倒换仲裁，并且，第一子系统倒换后将自身主备信息通知第二子系统，第二子系统至少部分地根据此信息作出倒换仲裁，由此实现第一、第二子系统的联动倒换。此外，在本发明中，还进一步提出由第一子系统进行流量失衡检测，并在发现流量失衡时启动上述联动倒换过程的方案。

在本发明提出的以太网接口的联动倒换方法中，涉及第一和第二子系统，其中，第一或第二子系统可以是一个具有两个独立以太网接口的通信设备，或由两个有主备关系的通信设备组合而成。并且，第一子系统中互为主备的两个以太网接口分别和第二子系统中互为主备的两个以太网接口连接。

在根据本发明的第一实施例的以太网接口的联动倒换方法中，第一子系统是软交换设备，被设置成主动模式，下文中为描述简洁清楚起见统称为“主动方”，第二子系统则由两个互相连接的局域网交换机组成，被设置成被动模式，下文中统称为“被动方”。如上所述，主动方互为主备的两个以太网接口分别与被动方互为主备的两个以太网接口连接。

如图3所示，在本实施例的以太网接口的联动倒换方法中，首先，在步骤310，主动方和被动方通过以太网接口进行OAM协商。

具体的说，在本步骤中需要按照802.3ah-2004中相关的OAM协议，执行由主动模式方发起协商，被动模式方进行应答的过程，OAM协商的具体过程可参考OAM协议中的Discovery过程。在本实施例中，当主动方和被动方协商一致后，OAM的联动倒换功能才能启用。

此后，在步骤320，主动方向被动方发送OAM消息，该消息中携带了自身设备号，以及两个以太网接口的主备信息。此外，在本发明的其他实施例中，OAM消息还可以携带有源MAC地址、目的MAC地址、协议类型、厂家标识、自定义类型及其长度、设备标识等信息中的一种或它们的任意组合。

被动方收到上述OAM消息后，回复响应消息，其中包含被动方中两个以太网接口的主备信息和OAM链路质量。由此，完成了OAM链路检测。

在本实施例中，OAM消息帧采用的是标准的TLV(类型，长度，值)格式，

消息结构：

{

消息头；          //源目的MAC地址，协议类型等标志OAM消息

厂家标识；        //24位的OUI(Organazitionally Unique Identifier)

根据各个厂家标识，选择后面的TLV格式。

自定义类型；      //自定义的类型，根据类型的不同，自定义带的信息也不一样

自定义长度；      //自定义的该类型的长度，用来过滤无效消息

设备标识；        //自定义类型中的第一个关键字段，设备的编号，用来区分多个同类型//设备

设备主备信息；       //自定义类型中的第二个关键字段，用来标识该设备的主备信息

}

这里简单说明物理层、数据链路层以及IP或其以上层的检测。对于物理层，通过端口检测查看主备以太网接口的物理网口的是否正常。对于数据链路层，通过OAM链路的探测，查看作为主动方的软交换设备与作为被动方的局域网交换机之间的OAM链路状态，例如错帧数量等。对于IP或其以上层，则通过ARP检测、流量统计倒换等功能，在IP层之上进行检测。从而为自身主备板的可靠性提供依据。

需要指出的是，本步骤可以通过时钟触发周期性地执行，并且相应的周期性触发步骤330，其中，周期可以取为1秒。

此后，在步骤330，主动方至少部分地根据诸如错帧数量之类的OAM链路质量、主动方各以太网接口的主备信息进行自身以太网接口的倒换仲裁，并执行仲裁结果。

本领域的一般技术人员能够理解，本发明虽然重点讲述了基于OAM链路质量、主被动方各以太网接口的主备信息来作出倒换仲裁方法，但并不排斥已有的一些倒换仲裁依据，例如参考物理层的状态(物理层断路等情况)作出倒换仲裁，而且物理层的状态应该是比OAM链路层更高优先级的倒换依据。

由此可见，本发明中主动方通过OAM消息与被动方进行握手后，基于由OAM链路检测获取的OAM链路质量以及主、被动方各个以太网接口的主备信息等因素进行主备以太网接口的倒换仲裁，能够使仲裁结果更加准确。并且，值得一提的是，OAM协议本身就是用于链路质量检测的，本发明利用了这些信息实现更为准确的倒换仲裁。

举例来说，当位于主动方的软交换设备中的设备管理单元根据OAM链路质量以及主、被动方各个以太网接口的主备信息等因素发现由于物理层、或OAM链路、或IP以上层的原因，导致主用的OAM链路由好变坏，同时备用的OAM链路由坏变好时，将仲裁进行主备以太网接口的倒换。由于这种仲裁基于实际变化之上，因此仲裁结果更加准确。

在主动方完成主备以太网接口倒换后，在步骤340，主动方将倒换后的主备以太网接口的主备信息通过OAM消息发送给被动方，被动方至少部分地根据主动方的以太网接口的主备信息进行自身以太网接口的倒换仲裁，并执行仲裁结果。

具体的说，主动方的软交换设备的备用以太网接口升级为主用以太网接口后，主动方将向被动方发送自定义的OAM消息，该消息中携带了主动方倒换后的以太网接口的主备信息。

由此，被动方局域网交换机可根据该信息，在其设备管理单元中进行加权。在其他因素(物理层状态等)相同的情况下，如果被动方局域网交换机对应的对端端口为倒换后的主用以太网接口，则该局域网交换机的加权值高于对端以太网接口为倒换后的备用以太网接口的情况。此后，在进一步根据包含物理层状态等项的加权结果，仲裁是否进行主备以太网接口倒换。

在本实施例中，由于随着主动方软交换设备的以太网接口主备的倒换，局域网交换机的原主备以太网接口加权值发生了变化，当备用局域网交换机的以太网接口加权值高于主用局域网交换机的以太网接口的加权值时，局域网交换机就会发生主备倒换，从而实现联动倒换。

由此可见，在本发明中，主动方和被动方进行以太网接口主备倒换的条件是不同的，主动方根据链路质量进行主备倒换，而被动方是在主动方进行了以太网接口主备倒换后，利用主动方软交换设备向被动方局域网交换机发送的自定义OAM消息帧，根据消息帧中带有的主动方软交换设备的倒换后的以太网接口的主备信息，判断是否进行倒换，以保证软交换设备与局域网交换机之间的以太网接口主备一致。

熟悉本领域的一般技术人员能够理解，上述联动倒换可以减少局域网交换机主备以太网接口的转发，从而降低途中出错的可能性，并且可以保证电信级设备及时发现对外连接的状况，以及利用更有效的连接来对外通讯。

以上说明了根据本发明的第一实施例的以太网接口的联动倒换方法，下面简要描述根据本发明的第二实施例的以太网接口的联动倒换方法。

第二实施例和第一实施例的区别在于，它在第一实施例的基础上进一步增加了一个步骤。即，主动方还进行IP层的流量失衡检测，如果发现流量失衡，则执行第一实施例中的步骤330和步骤340；并且，在步骤330中，倒换仲裁还至少部分地根据流量失衡检测的结果作出。具体的说，在OAM链路正常的情况下，上下行的流量应该在一定范围内。主用软交换设备比较上行和下行的流量，一旦两者的流量偏差比较大，导致了业务的失衡，则判定主用局域网交换机或者路由器出现故障，这时电信设备就会启动主动方软交换设备的主备以太网接口倒换，并通过联动倒换机制，使被动方局域网交换机也随之发生倒换，确保业务最终恢复。

本实施例的其他步骤和第一实施例完全相同，为使本说明书清楚简洁，在此不做赘述。

总而言之，通过本发明提出的以太网接口的联动倒换方法，不但可以在数据链路层上使主动方和被动方的设备迅速监测到底层链路的状态，为自身的主备板的倒换提供更加准确的依据，而且能够得到各自对端的主备状态，据此决定被动模式的对端设备是否需要进行联动倒换，以保证运行设备主备一致性，减少转发次数，降低故障发生率。从而使电信级设备更加稳定可靠。

虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种以太网接口的联动倒换方法，第一子系统中互为主备的两个以太网接口分别和第二子系统中互为主备的两个以太网接口连接，其特征在于，包含以下步骤：

C第一子系统发生以太网接口的倒换后，将两个以太网接口的主备信息通过OAM消息发送给第二子系统，第二子系统至少部分地根据第一子系统以太网接口的主备信息进行自身以太网接口的倒换仲裁，并执行仲裁结果。

2.根据权利要求1所述的以太网接口的联动倒换方法，其特征在于，还包含以下步骤：

A所述第一子系统将自身两个以太网接口的主备信息通过OAM消息发送给所述第二子系统，第二子系统回复响应消息，其中包含第二子系统中两个以太网接口的主备信息和OAM链路质量；

B所述第一子系统至少部分地根据OAM链路质量和自身以太网接口的主备信息进行自身以太网接口的倒换仲裁，并执行仲裁结果。

3.根据权利要求2所述的以太网接口的联动倒换方法，其特征在于，还包含以下步骤：

所述第一、第二子系统通过所述以太网接口进行OAM协商。

4.根据权利要求2所述的以太网接口的联动倒换方法，其特征在于，所述第一子系统还进行流量失衡检测，如果发现流量失衡则执行所述步骤B和步骤C；并且，

所述步骤B中，所述倒换仲裁还至少部分地根据流量失衡检测的结果作出。

5.根据权利要求4所述的以太网接口的联动倒换方法，其特征在于，所述步骤B中，所述倒换仲裁还至少部分地根据物理层的状态作出，其中，作为倒换仲裁的依据，物理层的状态的优先级高于其它较高层的倒换仲裁依据。

6.根据权利要求2所述的以太网接口的联动倒换方法，其特征在于，所述第一子系统为主动模式、所述第二子系统为被动模式。

7.根据权利要求2所述的以太网接口的联动倒换方法，其特征在于，所述步骤A周期性执行。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的以太网接口的联动倒换方法，其特征在于，所述第一或第二子系统可以是一个具有两个独立以太网接口的通信设备，或由两个有主备关系的通信设备组合而成。

9.根据权利要求8所述的以太网接口的联动倒换方法，其特征在于，所述第一子系统可以是软交换设备；

所述第二子系统可以由两个互相连接的局域网交换机组成。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的以太网接口的联动倒换方法，其特征在于，所述OAM消息至少部分地包含以下内容之一或其任意组合：

源MAC地址、目的MAC地址、协议类型、厂家标识、自定义类型及其长度、设备标识、设备或其以太网接口的主备信息。

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