DE10025283B4

DE10025283B4 - Vorrichtung zur dynamischen Verbindung von mindestens zwei Datenringzellen

Info

Publication number: DE10025283B4
Application number: DE2000125283
Authority: DE
Inventors: Robert Depta; Wolfgang Winderl
Original assignee: Fujitsu Technology Solutions GmbH
Current assignee: Fujitsu Technology Solutions Intellectual Property GmbH
Priority date: 2000-05-22
Filing date: 2000-05-22
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2020-05-23
Also published as: WO2001091380A1; DE10025283A1

Abstract

Vorrichtung zur dynamischen Verbindung von mindestens zwei Datenringzellen, die Zellenkontrollvorrichtungen (ZKV; HUB) aufweisen, mit
einer Schaltvorrichtung (SV), durch die die zu verbindenden Datenringzellen (Z0, Z1, Z2, Z3; Z4, Z5) auftrennbar und durch die eine Verbindung zwischen Datenringzellen (Z0, Z1, Z2, Z3; Z4, Z5) herstellbar ist und
einer Netzkontrollvorrichtung (NKV), die die ordnungsgemäße Funktion der Zellenkontrollvorrichtungen (ZKV; HUB) überwacht und
einer Steuervorrichtung (STV), die mit der Netzkontrollvorrichtung (NKV) verbunden ist und die bei Auftreten eines Fehlers in einer Zellenkontrollvorrichtung (ZKV) die Schaltvorrichtung (SV) derart ansteuert, daß durch Auftrennen der mindestens zwei Datenringzellen (Z0, Z1, Z2, Z3; Z4, Z5) und Verbinden der mindestens zwei Datenringzellen (Z0, Z1, Z2, Z3; Z4, Z5) miteinander ein Datenring entsteht, der zuvor durch die einzelnen Datenringzellen (Z0, Z1, Z2, Z3; Z4, Z5) gekoppelte Knoten miteinander verbindet, so dass nach der Verbindung der Datenringzellen (Z0, Z1, Z2, Z3) die jeweils andere Zellenkontrollvorrichtung (ZKV) die Kontrolle...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dynamischen Verbindung von mindestens zwei Datenringzellen.
Mittlerweile ist es selbstverständlich, daß Rechner gemeinsame Ressourcen nutzen. Zur Verbindung mehrerer Geräte sind unterschiedliche Netzwerkkonfigurationen möglich. Prinzipiell kann man zwischen sogenannten Point-to-Point-Konfigurationen und Verbindungen durch Datenringe unterscheiden. Bei einer Point-to-Point-Konfiguration werden jeweils zwei Knoten miteinander verbunden. In einem Datenring werden dagegen mehrere Knoten miteinander verbunden. Ein Datenring wird durch eine Kontrollvorrichtung überwacht und gesteuert. Der Datenfluß kann flexibel gelenkt werden, auch Fehler einzelner Geräte bringen den Datenfluß in einem Datenring nicht ins Stocken.

Um eine Ausfallsicherung der Geräte zu ermöglichen, ist es bekannt, die zu verbindenden Geräte mit zwei Datenringinterfaces auszustatten, so daß jedes Gerät an zwei Datenringe angeschlossen ist, die zueinander redundant sind.

Aus der DE 199 26 569 A1 ist ein Datennetzwerk bekannt, bei dem an das Netzwerk angeschlossene Knoten über jeweils zwei Datenringe miteinander verbunden sind. Wird ein Fehler in einem der Netzwerksegmente festgestellt, wird durch die benachbarten Knoten eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Datenring festgestellt, so dass sich ein neuer, einzelne Datenring ergibt, der alle fehlerfreien Segmente und Knoten des Datennetzwerkes umfasst.

Aus der WO 92/04787 A1 ist ein Datennetzwerk mit Knoten bekannt, die jeweils an zwei Datenleitungen angeschlossen sind. Des Weiteren umfasst das Datennetzwerk Kreuzverbindungsknoten, die es erlauben unterschiedliche logische Datenringe über die Datenleitungen herzustellen, so dass fehlerhafte Knoten oder Datenleitungen aus dem Datennetzwerk ausgeschlossen werden können

Zwar kann diese sogenannte Dual-Loop-Konfiguration, wenn die erhöhte Ausfallsicherung nicht benutzt wird, auch für die Erhöhung des Datendurchsatzes oder für den Anschluss separater Rechnersysteme an die gemeinsam genutzte Ressourcen (Datenbestände, Back-up Vorrichtungen etc.) verwendet werden, allerdings ist ein zusätzlicher Aufwand durch den Aufbau von zwei separaten Vernetzungen unumgänglich.

Aus der GB 2 318 262 A ist eine Schaltvorrichtung bekannt, mit deren Hilfe ein Knoten, der zwischen einem ersten und einem zweiten Anschluss angeschlossen ist, überbrückt werden kann, sobald durch eine erste oder eine zweite Signalüberwachungseinheit ein Ausfall der Datenkommunikation zwischen dem Knoten und dem ersten oder zweiten Anschluss festgestellt wird.

Aus der JP 08316980 A ist eine Anordnung zweier Datenringe bekannt, wobei die zwei Datenringe Knoten aufweisen, die es ermöglichen den ersten Datenring mit dem zweiten Datenring zu verbinden. Durch das Verbinden des ersten und des zweiten Da tenrings entsteht ein neuer Datenring, der alle Knoten des ersten und des zweiten Datenringes umfasst.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die das Aufrechterhalten des Datenflusses und des Zuganges sämtlicher Datenquellen ohne manuellen Eingriff sicherstellt und die den Betrieb eines Datenringes sowohl nach Ausfall eines beliebigen Knotens als auch nach Ausfall einer Zellenkontrollvorrichtung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur dynamischen Verbindung von mindestens zwei Datenringzellen gelöst, die Zellenkontrollvorrichtungen aufweisen, mit einer Schaltvorrichtung, durch die die zu verbindenden Datenringzellen auftrennbar sind und durch die eine Verbindung zwischen Datenringzellen herstellbar ist, und einer Netzkontrollvorrichtung, die die ordnungsgemäße Funktion der Zellenkontrollvorrichtungen überwacht, und einer Steuervorrichtung, die mit der Netzkontrollvorrichtung verbunden ist und die bei Auftreten eines Fehlers in einer Zellenkontrollvorrichtung die Schaltvorrichtung derart ansteuert, daß durch Auftrennen der mindestens zwei Datenringzellen und Verbinden der mindestens zwei Datenringzellen miteinander ein Datenring entsteht, der zuvor durch die einzelnen Datenringzellen gekoppelte Knoten miteinander verbindet, so dass nach der Verbindung der Datenringzellen die jeweils andere Zellenkontrollvorrichtung die Kontrolle über den gesamten Datenring ausübt.

Gemäß der Erfindung existieren also mindestens zwei Datenringzellen, die jeweils eine Zellenkontrollvorrichtung aufweisen. Durch die Datenringzellen können unterschiedliche Geräte miteinander verbunden sein. Die Netzkontrollvorrichtung, die die Zellenkontrollvorrichtungen überwacht, erkennt, wenn einer der Zellenknoten oder eine der Zellenkontrollvorrichtungen ausfällt. Durch Auftrennen der Datenringzellen und Verbinden der Datenringzellen miteinander wird ein gemeinsamer Datenring geschaffen, der nun sämtliche Geräte miteinander verbindet. Die Kontrolle über den so entstandenen Datenring wird von einer übergeordneten Kontrollvorrichtung überwacht oder im Falle eines Ausfalles einer Zellenkontrollvorrichtung in einer vorteilhaften Ausgestaltung durch eine zentrale Netzkontrollvorrichtung übernommen. Ohne eine zentrale Netzkontrollvorrichtung können sich die Zellenkontrollvorrichtungen also gegenseitig überwachen, während eine zentrale Netzkontrollvorrichtung eine übergeordnete Instanz darstellt.

Nach dem Ausfall eines Knotens wird der verlorene Zugang zu den Datenressourcen über einen anderen an die entsprechenden Datenressourcen angeschlossenen Datenring ermöglicht, so daß eine besonders hohe Verfügbarkeit entsteht.

In einer bevorzugten Ausführung sind die Datenringzellen in Fibre Channel-Technologie aufgebaut. Darüber hinaus erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Netzkontrollvorrichtung mit einem Kontroll-Interface verbunden ist, so daß sie von anderen Geräten oder durch Software ansteuerbar ist.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
1 den Aufbau einer einzelnen Datenringzelle,
2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Datenringzellen,
3 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Datenringzellen,
4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit vier Datenringzellen und
5 ein Anwendungsfall für den Einsatz der Vorrichtung von 2.
Eine einzelne Datenringzelle Z0 weist in 1 eine Datenringleitung 1 auf, die mehrere Geräte D0, D1 und D2 miteinander verbindet. Außerdem weist sie eine Zellenkontrollvorrichtung ZKV auf, die die Geräte der Datenringzelle Z0 überwacht. Die Geräte D0, D1 und D2 sind aber nicht direkt mit der Datenleitung 1 verbunden, sondern über ein Koppelmodul 2, wie anhand des Gerätes D2 im Detail dargestellt ist. Ein solches Koppelmodul 2 ist bei allen Geräten vorhanden, in den Zeichnungen jedoch nicht dargestellt. Durch das Koppelmodul 2 sind einzelne Geräte aus dem Verbund des Datenringes 1 abtrennbar. Dazu werden Schalter 4 geöffnet und ein Bypass-Schalter 3 geschlossen. Der Datenverkehr zu dem Gerät D2 wird überwacht. Stellt die Zellenkontrollvorrichtung fest, daß ein Fehler vorliegt, so wird das Gerät D2 automatisch abgeschaltet, um einen störungsfreien Betrieb des Datenringes aufrecht zu erhalten. Eine solche Konfiguration eines Datenringes ist aus dem Stand der Technik bekannt.
Die 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die aus zwei Datenringzellen Z0 und Z1 aufgebaut ist. Die Ausgestaltung der Datenringzellen Z0 und Z1 entspricht der in 1 dargestellten Ausführung. Zusätzlich ist eine Schaltvorrichtung SV vorgesehen. Diese weist zwei Schalter 11 und 12 auf, die im normalen Betrieb der Datenringe Z0 und Z1 geschlossen sind. Weiterhin ist eine Netzkontrollvorrichtung NKV vorgesehen, die die Zellenkontrollvorrichtungen ZKV überwacht.
Stellt die Netzkontrollvorrichtung NKV fest, daß die bis dahin getrennten Zellen verbunden werden sollen oder eine der Zellenkontrollvorrichtungen ZKV nicht ordnungsgemäß funktioniert, so wird über eine Steuervorrichtung STV die Schaltvorrichtung SV derart angesteuert, daß die beiden Schalter 11 und 12 geöffnet werden. Der Datenverkehr in den Datenringzellen Z0 und Z1 ist damit unterbrochen. Gleichzeitig wird jedoch eine Verbindung zwischen den nun beiden offenen Enden der Datenringzellen Z0 und Z1 geschlossen. Dadurch entsteht ein neuer, geschlossener Datenring, der sämtliche Geräte D0 bis D5 umfaßt, die zuvor von den einzelnen Datenringzellen Z0 und Z1 miteinander verbunden waren. Die durch diesen Vorgang eventuell entstandenen Datenverluste werden durch höhere Protokollschichten vermieden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 2 wird die Kontrolle in dem durch die Verbindung der beiden Datenringzellen Z0 und Z1 entstandenen Datenring durch die Netzkontrollvorrichtung NKV ausgeübt.
In einer anderen Ausführungsform gemäß der 3 ist die Netzkontrollvorrichtung NKV keine eine übergeordnete Instanz darstellende eigene Einheit, sondern bildet jeweils eine Einheit mit den Zellenkontrollvorrichtungen ZKV.
Die Kontrolle über den Datenring kann nun von der verbleibenden Zellenkontrollvorrichtung übernommen werden, oder in einer vorteilhaften Ausgestaltung durch die zentrale Netzkontrollvorrichtung. Ohne eine zentrale Netzkontrollvorrichtung überwachen sich die Zellenkontrollvorrichtungen gegenseitig. Das erfindungsgemäße und bereits anhand von zwei Zellen beschriebene Konzept ist natürlich ausdehnbar auf Anordnungen mit mehr als zwei Datenringzellen. In der 4 ist dargestellt, wie eine Anordnung mit vier Datenringzellen ausgestaltet sein kann. Eine Netzkontrollvorrichtung NKV kontrolliert nun vier Datenringzellen Z0, Z1, Z2 und Z3. Jeweils zwei Datenringzellen sind durch eine Schaltvorrichtung SV miteinander koppelbar. In der dargestellten Betriebssituation sind die Datenringzellen Z0 und Z1 zu einem gemeinsamen Datenring verbunden. Die Datenringzellen Z0 und Z1 sind aufgetrennt. Die Netzkontrollvorrichtung NKV ist zentral angeordnet und kontrolliert sämtliche Datenringzellen und steuert ebenso sämtliche Schaltvorrichtungen SV.
Der Übersichtlichkeit halber sind in der 4 nur Schaltvorrichtung zwischen benachbarten Zellen dargestellt. Ebenso können beispielsweise die Zellen Z1 und Z3 miteinander durch eine Schaltvorrichtung verbindbar sein. Die einzelnen Geräte, die durch eine Datenringzelle verbunden werden, sind ebenfalls der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
Die 5 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die in einer Umgebung eingesetzt ist, in der vier Server S1, S2, S3 und S4 auf eine Anordnung aus einer Vielzahl von Festplatten 21 zugreifen. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein sogenanntes RAID-System (Redundant Array of Independent Devices) handeln. Also ist auf Seite der Festplatten 21 bereits dafür gesorgt, daß eine hohe Ausfallsicherheit besteht. Die Festplatten sind über zwei Datenringe 22 und 23 miteinander gekoppelt. Diese sind nun über Bridge-Controller 24 und 25 mit den Servern S1, S2, S3 und S4 oder entsprechenden Host Bus Adaptern über Hubs HUB0 und HUB1, die Datenringen Z5 und Z4 zugeordnet sind, verbunden. Geschieht dies über einen einzigen Bridge-Controller 24 oder 25, so kann trotz der hohen Ausfallsicherheit des Festplattensystems der Zugriff aller Server auf die Festplatten nicht immer gewährleistet werden. Erst beim Einsatz von zwei Controllern 24 und 25, wobei einer die Server S1 und S2 und der andere die Server S3 und S4 über die Hubs HUB0 und HUB1 mit den Festplatten 21 verbindet, ist in Verbindung mit der Schaltvorrichtung SV gewährleistet, daß in jeder Fehlersituation, insbesondere bei Ausfall eines Bridge-Controllers, alle Server auf die Festplatten zugreifen können. Außerdem kann bei einer Ausgestaltung nach dem Stand der Technik im Fehlerfall keine Verbindung zwischen beispielsweise den Servern S1 und S3 hergestellt werden. Jeder der Bridge-Controller 24 und 25 weist drei Knoten auf, nämlich einen in der jeweiligen Datenringzelle Z4 oder Z5 und zwei Knoten für die Ankopplung der Festplatten.
Zur Erzielung hoher Datenübertragungsraten sind sämtliche Geräte als Fibre Channel-Geräte ausgestattet. Die Datenringe der Bridge-Controller 24 und 25 sind auf der Server-Seite durch sogenannte Hubs gesteuert. In der dargestellten Betriebssituation ist der Bridge-Controller 24 ausgefallen und eine Verbindung zwischen den beiden Hub-Datenringzellen hergestellt. Aufgrund der dargestellten Konfiguration ist nun der uneingeschränkte Zugriff aller Server über den Bridge-Controller 25 auf die Festplatten 21 hergestellt. Alle Geräte können miteinander kommunizieren, so daß ein unterbrechungsfreier Betrieb sichergestellt ist.

Claims

Vorrichtung zur dynamischen Verbindung von mindestens zwei Datenringzellen, die Zellenkontrollvorrichtungen (ZKV; HUB) aufweisen, mit einer Schaltvorrichtung (SV), durch die die zu verbindenden Datenringzellen (Z0, Z1, Z2, Z3; Z4, Z5) auftrennbar und durch die eine Verbindung zwischen Datenringzellen (Z0, Z1, Z2, Z3; Z4, Z5) herstellbar ist und einer Netzkontrollvorrichtung (NKV), die die ordnungsgemäße Funktion der Zellenkontrollvorrichtungen (ZKV; HUB) überwacht und einer Steuervorrichtung (STV), die mit der Netzkontrollvorrichtung (NKV) verbunden ist und die bei Auftreten eines Fehlers in einer Zellenkontrollvorrichtung (ZKV) die Schaltvorrichtung (SV) derart ansteuert, daß durch Auftrennen der mindestens zwei Datenringzellen (Z0, Z1, Z2, Z3; Z4, Z5) und Verbinden der mindestens zwei Datenringzellen (Z0, Z1, Z2, Z3; Z4, Z5) miteinander ein Datenring entsteht, der zuvor durch die einzelnen Datenringzellen (Z0, Z1, Z2, Z3; Z4, Z5) gekoppelte Knoten miteinander verbindet, so dass nach der Verbindung der Datenringzellen (Z0, Z1, Z2, Z3) die jeweils andere Zellenkontrollvorrichtung (ZKV) die Kontrolle über den gesamten Datenring ausübt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzkontrollvorrichtung (NKV) mit jeweils den Zellenkontrollvorrichtungen (ZKV) eine Einheit bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzkontrollvorrichtung (NKV) eine eigenständige Einheit bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenringzellen (Z0, Z1, Z2, Z3; Z4, Z5) Geräte in Fibre Channel-Technologie verbinden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzkontrollvorrichtung (NKV) mit einem Kontroll-Interface (KI) verbunden ist.