TWI383616B - 指派複數個媒體存取控制給複數個處理器的方法及系統 - Google Patents

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Description

指派複數個媒體存取控制給複數個處理器的方法及系統
本發明係關於通訊系統之領域，及更具體言之，本發明係關於改良故障偵測之品質及來自複數個LAN之複數個客戶與具有一組處理節點(單元)之網路設備之間的連接性之復原方法。
此申請案是非臨時申請案，其主張2007年9月11日申請之美國臨時專利申請案第60/971,415號之優先權日期之權利，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。
在基於複數個處理單元之網路裝置之系統中，該等處理單元被連接至一或多個乙太網路區域網路(LAN)，其挑戰是：99.999%以上的時間提供可靠性、可用性、及可伺服性(RAS)連接，同時在不同LAN之間維持好的分離以達到安全需要。一網路裝置可以是網路中之節點，其通訊及伺服複數個使用者。一示例性網路裝置可以是一多點控制單元(MCU)，一防火牆，一控制伺服器，一媒體伺服器，等等。
在一公共網路裝置中，只要系統啟動並運行，一或多個媒體存取控制(MAC)位址即與一處理單元相關。一MAC位址可與一乙太網路硬體位址(EHA)或一硬體位址有關。一MAC位址是一識別符，該識別符被附著至多數網路適配器(亦即，網路介面卡(NIC))作為適配器之名稱。在此一公共結構中，如果一處理節點未能操作或需要替代，不轉換至另一MAC其決不支援處理器至一待用處理單元之功能。使用一冗餘MAC/處理器對導致高成本/利用係數。而且，每一LAN需要一MAC/處理器待用對。即使處理器沒有處於永久故障狀態，及或者可伺服來自其他LAN之使用者，一故障發生在MAC或沿著實體路徑(PHY或電纜)之別的地方可導致斷開連接器。
因此，很明顯，多個處理器設備之當前技術在與外部乙太網路LAN之可靠性連接方面產生明顯困難。
上述說明之需要滿足使用一拓撲，其中複數個MAC被從複數個處理節點(單元)中分離，該等MAC負責分派藉由一公開系統互連模組/堆疊之資料連結層指定之任務。處理節點負責處理與OSI第3層及以上責任相關之任務。MAC控制器功能之上述群組作為一連接資源池用於複數個處理節點，該功能作為一處理資源池及被從MAC控制器中分離。在此拓撲中二資源池在空中可被相互連接，傳送需要之可靠性、可用性及可伺服性。
圖中同一數字代表同一元件。為方便起見，僅相同群組之某些元件被標注數字。圖式之目的是說明示例性實施例而不用於生產。因此圖中繪示之特徵被選擇僅為表達之方便及清晰。
圖1概略圖解一示例性網路裝置系統之元件，該網路裝置系統係基於複數個處理節點/單元100a-100e及藉由一互連交換器陣列101連接之一組MAC控制器102a-102e。處理節點之數目及MAC控制器之數目不限於圖1繪示之數目。例如，該系統可具有二處理器節點及五MAC控制器。各種其他組合亦可被配置。每一MAC控制器102a-102e負責藉由OSI模組/堆疊之資料連結層指定之任務。例如，每一MAC控制器(102)可遵守藉由資料連結層採用之通訊協定諸如，但不限於，802.3 CSMA/CD，802.1P及802.1Q。
參閱圖1，MAC控制器102a-102e可被分成一或多個組。每一組可與一廣播域相關諸如複數個使用者之區域網路(LAN)。每一廣播域可與'N'組MAC位址及'N+1'組MAC控制器相關。MAC控制器可被實體的連接至一廣播域。來自此域之MAC位址之每一者可被指派給一對應MAC控制器，該MAC控制器屬於相同域。N是被連接至相同廣播域之作用中MAC控制器之數目及'+1'MAC控制器是非作用中冗餘MAC控制器(亦即，一待用MAC控制器)。應該需要發生，一MAC控制器之MAC位址可被重新使用或被重新指派給待用冗餘MAC控制器。一廣播域是一電腦網路之區段，其中所有節點藉由資料連結層中之廣播可相互延伸。路由器及另一較高層裝置在廣播域之間形成邊界。當第一電腦僅具有第二電腦之網路位址時(例如，一IP位址)，一示例性廣播訊息可用於一廣播域。該第一電腦可使用位址分辨協定(ARP)及廣播一ARP請求具有第二電腦之IP位址。如果該第二電腦被連接至相同廣播域，則該第二電腦可回應其MAC位址。
通常，MAC位址是藉由IEEE組織分配給網路裝置之賣主及網路介面卡(NIC)。然後每一賣主可分配一MAC位址給每一NIC。讀者希望學習更多關於分配MAC位址之處理時，請造訪IEEE網址：http://standards.ieee.org/regauth/index.html 。
揭示一示例性實施例，'N'組MAC位址被分配給網路裝置，例如一MCU。該群組可藉由內務管理電腦103或104管理。來自該群組之MAC位址可被分配給乙太網路MAC控制器102之任一者，該乙太網路控制器是作用中的(被連接至廣播域)。一待用乙太網路MAC控制器102與一MAC位址無關。通常，MAC控制器102之數目比'N'大，例如'N+1'，俾包含冗餘。
當至廣播域之新的連接被建立時，一處理器100及一乙太網路MAC控制器102被選擇及經由互連交換器陣列101相互相關。來自MAC位址之群組之一MAC位址藉由作用中內務管理處理器103轉移至選擇的處理器100，使用一指令將MAC位址輸入到相關之MAC控制器102。後續，至廣播域之連接被建立。
MAC控制器一般被連接至實體(例如，基於10/100/1000之T PHY，圖1沒有繪示)，其根據OSI模組/堆疊負責經由一實體媒體之未組織之位元流之傳輸。OSI實體層例如可遵守10基-T，100基-T，1000基-T，1000基-LX，或1000基-SX。
每一處理節點100a-100e負責處理與OSI第3層或以上相關之任務。例如，每一處理節點100a-100e可處理IP(網際網路協定)，DHCP(動態主機組態協定)，IPSEC(IP安全)及ICMP(網際網路控制訊息協定)。OSI傳輸層任務(例如)可包含TCP(傳輸控制協定)，UDP(使用者資料報協定)及RTP(即時傳輸協定)。與OSI模組之上層相關之其他任務可包含處理音訊信號諸如G.711，視頻信號諸如H.261，安全相關任務諸如SSH(安全殼體)，網際網路管理諸如SNMP(簡單網路管理協定)，網路時間諸如NTP(網路時間協定)，及其它應用諸如HTTP(超文字傳輸協定)或FTP(檔案傳送協定)。
互連交換器陣列101可遵守各種標準諸如但不限於例如PCI快遞，RapidIO，或一藉由場可程式化閘陣列實施之橫桿陣列。一示例性交換器可是藉由CA美國Vitsse半導體公司製造之VSC3312。希望學習更多關於交換器陣列之讀者請造訪Vitsse網址：www.vitsse.com 。處理節點100a-100e可經由一內部網路105與一作用中內務管理處理器(處理節點)103通訊。網路105可是一電路轉換網路，封包轉換網路，攜載器感測媒體存取網路，或允許二或多個處理節點相互通訊之任一技術。在一些實施例中，一額外內務管理組包含處理器104及網路106可被附加用於冗餘性及可靠性。網路105及106被從外部LAN(圖式中沒有繪示)中分離，該外部LAN被連接至乙太網路MAC控制器102之另一側。在一些實施例中，除其他任務外，內務管理任務可以藉由處理節點100之一者予以執行。
在啟動期間，內務管理處理單元103可將一來自與一定LAN相關之一組位址之MAC位址指派給一MAC控制器(102a-102e)，該MAC控制器屬於與相同LAN相關之一組控制器。在啟動之後，經由互連交換器陣列(101)之至一處理器(100a-100e)之MAC控制器(102a-102e)之連結及重連結可被實施，諸如圖2圖解之，其中一平穩及迅速未能至一冗餘MAC控制器或處理節點是可能的。在將一MAC控制器(102a-102e)與一處理器(100a-100e)連結之後，一MAC位址被分配給該處理器。該等處理器(100a-100e)經由連接轉移分配之MAC位址至其新的結合MAC控制器，該連接經由互連交換器陣列(101)藉由處理器建立。
圖2圖解在故障偵測之前，期間及之後，圖解具有一處理節點之MAC控制器之指派處理。該處理可以是例如經由網路105而藉由作用中內務管理處理節點103予以執行。
故障偵測是系統中一異常行為被偵測之過程。流程始於在客戶與處理節點及廣播域之間建立連接期間。步驟200決定MAC控制器102a-102e之一是否可用。一可用MAC控制器是經由其實體層被實體地連接至廣播域之控制器。如果沒有可用之MAC控制器，則過程結束。如果存在一可用MAC控制器，則處理節點經由互連交換器陣列101被動態地指派及結合(步驟201)至可用MAC控制器(圖1)。一旦MAC/處理器對之動態指派被完成，則來自MAC位址之群組之自由MAC位址被指派給該對。在本發明之實例中，MAC位址是藉由作用中內務管理處理器分配給指派之處理器，繼而，其將MAC位址輸入與其相關之MAC控制器102。
然後，故障偵測階段之處理開始。圖2體現示例性故障偵測處理，使用ICMP封包(回音封包(echo packet))以週期地監視使用者網路。回音封包之目的地可以是LAN之預設閘道IP位址，其中MAC控制器被連接至該LAN。如果該回音回覆被接收，內務管理處理器103可請求處理單元100發送回音封包及後面應答。透過請求及應答之此處理，內務管理處理器監視處理單元至使用者LAN之連接之可用性，因此如果一故障沿著連接路徑發生，則偵測到一故障。
如果一回音被接收指示連接閘道存在，則故障偵測處理首先發送一回音給預設閘道IP位址(步驟202)及決定(步驟203)。預設閘道是廣播域之預設閘道，指派之MAC控制器被連接至該廣播域。在T1秒後(步驟204)，故障偵測處理藉由發出一新的回音封包(步驟202)而重新開始。如果(步驟203)回音回覆沒有被接收，則指示一故障被偵測到，復原階段被啟動(步驟205至209)。T1可以是一可組態參數；其可在幾毫秒至幾秒之範圍內，取決於廣播域及MAC控制器102(圖1)與廣播域之間的連接。
復原階段之第一階段是經由互連交換器陣列101(圖1)指派一冗餘處理節點(步驟205)。第二階段是發出一新的回音封包(步驟206)。第三階段是決定該回音封包是否被接收(步驟207)。如果該回音回覆被接收，故障偵測處理藉由發出一新的回音封包(步驟202)而重新開始。步驟207中回音封包之接收指示此刻還沒有偵測到故障。如果回音回覆沒有被接收到，則其指示一故障已經被偵測到。後續，決定是否存在一被連接至與可疑故障MAC控制器相容之廣播域之待用冗餘MAC控制器(步驟208)。較佳地，冗餘MAC控制器先被指派給可疑故障MAC之MAC位址以可平穩傳輸至冗餘路徑。在本發明之另一示例性實施例，連結-重新連結之順序可以替代MAC控制器及然後一處理器開始。
處理器(圖2沒有繪示)可開始藉由停用當前MAC控制器且然後僅啟用冗餘MAC控制器，以避免MAC位址副本，在此情況下，冗餘MAC控制器確實被連接至相同廣播域。使用相同MAC位址可使一旦新的連接路徑被呈現，則引起之不期望之效應可最小化。當冗餘MAC控制器使用與故障MAC控制器相同之MAC位址時(不是同時)，使用者之網路沒有意識到替代。基於IEEE802.1D透明橋接方法，包含於在連接中之第2層轉換可被連接至冗餘MAC且僅藉由接收即將來臨的回音封包自動學習新的路徑。如果一冗餘MAC控制器是可用的，該MAC控制器被指派給處理器(步驟209)且故障偵測之處理可繼續(202)。
揭示之方法及系統改良基於複數個處理節點(處理器)之網路裝置之可靠性、可用性及可伺服性，該等處理節點需要連接至使用者乙太網路區域網路。揭示之方法及系統藉由提供一拓撲降低一處理器系統之非排程故障時間，該拓撲支援一處理器系統可能面對的故障之任一單點之故障切換。揭示之方法及系統亦可降低一處理器系統之排程故障時間以啟用升級(例如)。而且，藉由啟用MAC/處理器對之間的分離，本發明為網路分離提供一方法及裝置，亦即，一防火牆閘道。
藉由一冗餘處理器替代處理器之處理205可包含將軟體輸入冗餘處理器及處理作用需要之資訊，該作用可藉由故障處理器實施。處理是藉由作用內務管理處理器103予以執行，該內務管理處理器可記錄需要之資訊。
本發明之說明及專利申請範圍中，每一動詞，"comprise"(包含)"include"(包含)及"have"(具有)，及其變化，用於指示動詞之目的或目的未必是構件，組件，元件，或動詞之目的或目的之部分之全部列表。
此應用中詞"unit"(單元)及"module"(模組)可被交替使用。任一指定為單元或模組可以是一獨立單元或一專門模組。一單元或一模組可以是模組或具有模組態樣，允許其可容易地被移除及由另一類似單元或模組替代。每一單元或模組可以是軟體，硬體，及/或韌體之任一者，或其等之任一組合。一邏輯模組之軟體可被實施在一電腦可讀媒體中諸如一讀/寫硬碟，CDROM，快閃記憶體，ROM等等。為了實施一定任務，如需要，一軟體程式可被裝入需要之適當處理器。
使用實施例之詳細說明已說明本發明，以實例方式提供此等實施例且不期望限制本發明之範圍。說明之實施例包含不同特徵，但不是本發明之所有實施例需要之全部特徵。本發明之一些實施例僅利用一些特徵或特徵之可能組合。本發明之各種實施例之變體被說明及本發明之實施例包含說明之實施例中標示之特徵之不同組合，此等將可由技術者執行。
100a．．．處理節點/單元
100b．．．處理節點/單元
100c．．．處理節點/單元
100d．．．處理節點/單元
100e．．．處理節點/單元
101．．．互連交換器陣列
102a．．．MAC控制器
102b．．．MAC控制器
102c．．．MAC控制器
102d．．．MAC控制器
102e．．．MAC控制器
103．．．內務管理電腦
104．．．處理器
105．．．內部網路
106．．．網路
圖1是一圖解一示例性網路裝置之區塊圖，該網路裝置基於複數個處理單元(節點)及藉由一互連交換器陣列連接至一組MAC控制器；及
圖2是一圖解處理節點處於三個階段之MAC控制器之指派處理之流程圖：在故障偵測之前，故障偵測期間，及故障偵測之後。
100a．．．處理節點/單元
100b．．．處理節點/單元
100c．．．處理節點/單元
100d．．．處理節點/單元
100e．．．處理節點/單元
101．．．互連交換器陣列
102a．．．MAC控制器
102b．．．MAC控制器
102c．．．MAC控制器
102d．．．MAC控制器
102e．．．MAC控制器
103．．．內務管理電腦
104．．．處理器
105．．．內部網路
106．．．網路

Claims (30)

  1. 一種容錯可復原系統，該系統包含：複數個處理單元；複數個MAC控制器；一互連交換器，其用於使一或多個對可通訊且動態相關聯，其中每一對包含自該複數個處理單元中選擇之一處理單元及自該複數個MAC控制器中選擇之一MAC控制器；及一內務管理處理器，其可通訊耦合至該複數個處理單元之每一者，其中該內務管理處理器被程式化以動態指派MAC位址給該一或多個對之每一者，每一動態指派MAC位址屬於一廣播域，及其中對每一對而言，該處理單元係經配置以經由該MAC控制器與該廣播域通訊。
  2. 如請求項1之系統，其中該複數個MAC控制器屬於一廣播域。
  3. 如請求項1之系統，其中該內務管理處理器經由一區域網路可通訊地耦合至該複數個處理單元。
  4. 如請求項1之系統，其中該內務管理處理器被程式用化以：一旦該對之該MAC控制器故障，則指派該複數個MAC控制器之另一者給該等對之任一者。
  5. 如請求項4之系統，其中該內務管理處理器被程式化以重新指派該故障之MAC控制器之該MAC位址給該複數個 MAC控制器之該另一者。
  6. 一種用於復原自一處理單元/MAC控制器對至一廣播域之故障連接之方法，包含：一旦偵測具有一第一MAC位址之一處理單元/MAC控制器對至該廣播域之故障連接，則重新指派一替代處理單元或一替代MAC控制器之一者給該處理單元/MAC控制器對；驗證該處理單元/MAC控制器對至該廣播域之連接之可用性；及如果該處理單元/MAC控制器對是不可用的，則指派一替代處理單元或一替代MAC控制器之另一者給該處理單元/MAC對，及如果一替代MAC控制器被重新指派給該處理單元/MAC控制器對，則重新指派該第一MAC位址給該替代MAC控制器，其中驗證該可用性係用該第一MAC位址予以執行，及其中對每一對而言，該處理單元係經配置以經由該MAC控制器與該廣播域通訊。
  7. 如請求項6之方法，其中一故障之偵測是藉由發送一故障偵測封包給該廣播域之預設閘道予以執行。
  8. 如請求項6之方法，其中驗證包含發送一故障偵測封包給該廣播域之該預設閘道。
  9. 如請求項7之方法，其中該故障偵測封包是一ICMP回音封包。
  10. 如請求項8之方法，其中該故障偵測封包是一ICMP回音封包。
  11. 如請求項6之方法，進一步包含決定一替代MAC控制器是否可用及當一冗餘MAC控制器是不可用時結束該方法。
  12. 如請求項6之方法，其中一故障之該偵測之該發送、該冗餘處理單元之該重新指派、該驗證、另一故障之該偵測，該替代MAC控制器之該重新指派、及該第一MAC位址之該重新指派給該替代MAC控制器是藉由一作用中內務管理處理器予以執行。
  13. 如請求項12之方法，其中一待用內務管理處理器可通訊耦合至該作用中內務管理處理器及耦合至該複數個處理單元，監視該作用中內務管理處理器之操作，及一旦偵測到該作用中內務管理器中之一故障，即執行一故障之該偵測之發送，該冗餘處理單元之該重新指派，另一故障之該偵測，該替代MAC控制器之該重新指派，及該第一MAC位址至該替代MAC控制器之該重新指派。
  14. 一種維持一網路中之一連接之方法，該方法包含：提供複數個處理單元；提供複數個MAC控制器；提供複數個屬於一廣播域之MAC位址，其中該複數個MAC位址被指派給該複數個MAC控制器，及其中該複數個MAC控制器被指派給該複數個處理單元之至少之一者； 提供一互連交換器用於將該複數個處理單元可通訊地耦合至該複數個MAC控制器，其中對每一對而言，該處理單元係經配置以經由該MAC控制器與該廣播域通訊；及一內務管理處理器可通訊地耦合至該複數個處理單元，其中自該內務管理處理器：發送一第一故障偵測封包至該網路之一預設閘道；一旦偵測到一故障，即重新指派一冗餘處理單元用於連接至該網路；發送一第二故障偵測封包至該網路之該預設閘道；一旦偵測到一故障，即決定用於連接至該網路之一冗餘MAC控制器之可用性；及將該冗餘MAC控制器重新指派給用於連接至該網路之該冗餘處理單元。
  15. 如請求項14之方法，其中該故障偵測封包是一ICMP回音封包。
  16. 如請求項14之方法，其中當該冗餘MAC控制器是不可用時，該方法結束。
  17. 如請求項14之方法，其中在一作用中內務管理處理器中執行該方法，及其中該作用中內務管理處理器被通訊耦合至該複數個處理單元。
  18. 如請求項17之方法，其中一待用內務管理處理器監視該作用中內務管理處理器之該操作，及一旦在該作用中處理器中偵測到一故障，即接管該方法之該執行，及其中 該待用內務管理處理器被通訊地耦合至該複數個處理單元及該作用中內務管理處理器。
  19. 一種用於在一網路裝置與一廣播域之間建立一連接之方法，其中該網路裝置包含複數個MAC控制器及複數個處理器，及其中MAC位址之一群組被分配給該網路裝置，該方法包含：從該複數個處理器中選擇一可用處理器；從該複數個MAC控制器中選擇一可用MAC控制器；將該選擇之處理器與該選擇之MAC控制器結合成一處理器及MAC控制器對；從該複數個MAC位址中選擇一屬於該廣播域之可用MAC位址；及指派該選擇之MAC位址給該處理器及MAC控制器對，其中該選擇處理器係經配置以經由該MAC控制器與該廣播域通訊。
  20. 一種容錯可復原通訊系統，該系統包含：複數個MAC控制器；一與自該複數個MAC控制器中選擇之一第一MAC控制器通訊且動態地相關聯之處理單元；及一內務管理處理器，其被程式化以：動態指派一與一廣播域相關聯之MAC位址給該處理單元及該第一MAC控制器之一結合；一旦該第一MAC控制器故障，則指派一自該複數個MAC控制器中選擇之一第二MAC控制器給該處理單 元；及重新指派該MAC位址給該第二MAC控制器，其中該處理單元經由該第一MAC控制器或該第二MAC控制器與該廣播域通訊。
  21. 如請求項20之系統，其中該內務管理處理器係嵌入於該處理單元之中。
  22. 如請求項20之系統，其中該複數個MAC控制器屬於一廣播域。
  23. 如請求項20之系統，其中該處理單元係經由一交換器陣列通訊且動態地與一第一MAC控制器相關聯。
  24. 一種用於復原自一處理單元/MAC控制器對至一廣播域之故障連接之方法，包含：偵測具有一MAC位址之一處理單元/MAC控制器對至該廣播域之故障連接，其中該處理單元經由該MAC控制器與該廣播域通訊；及一旦偵測該故障：則重新指派一替代MAC控制器給該處理單元；及重新指派該MAC位址給該替代MAC控制器，其中該MAC位址屬於該廣播域。
  25. 如請求項24之方法，其中該偵測包含發送一故障偵測封包給該廣播域之一預設閘道。
  26. 如請求項25之方法，其中該故障偵測封包是一ICMP回音封包。
  27. 如請求項24之方法，其中該偵測、該替代MAC控制器之 該重新指派及該MAC位址之該重新指派給該替代MAC控制器是藉由一內務管理處理器予以執行。
  28. 一種維持一網路中之一連接之方法，該方法包含：指派與該網路中之一廣播域相關聯之MAC位址給複數個MAC控制器之一者，複數個MAC控制器之該一者係指派給一通訊地耦合至該複數個MAC控制器之一處理單元，其中該處理單元係經配置以經由該MAC控制器與該廣播域通訊；使用一內務管理處理器以執行一內務管理應用，該內務管理應用使該內務管理處理器：發送一故障偵測封包至該網路之一預設閘道；一旦偵測到一故障，即重新指派一冗餘MAC控制器用於連接至該網路；重新指派該MAC位址給該冗餘MAC控制器；及重新指派該冗餘MAC控制器給該處理單元用於連接至該網路。
  29. 如請求項28之方法，其中該內務管理處理器係嵌入於該處理單元之中。
  30. 如請求項28之方法，其中該處理單元係經由一交換器陣列通訊地耦合至該複數個MAC控制器。
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