WO2001091380A1 - Vorrichtung zur dynamischen verbindung von mindestens zwei datenringzellen - Google Patents

Vorrichtung zur dynamischen verbindung von mindestens zwei datenringzellen Download PDF

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Wolfgang Winderl
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    • H04L12/42—Loop networks
    • H04L12/437—Ring fault isolation or reconfiguration

Definitions

  • the invention relates to a device for the dynamic connection of at least two data ring cells.
  • the object of the invention is therefore to specify a device which ensures the maintenance of the data flow and the access to all data sources without manual intervention and which operates a data ring both after in the event of any node or after failure of a cell control device.
  • a device for the dynamic connection of at least two data ring cells which have cell control devices, with a switching device by means of which the data ring cells to be connected can be separated and by means of which a connection between data ring cells can be established, and a network control device which ensures the proper The function of the cell monitoring devices is monitored, and a control device which is connected to the network control device and which controls the switching device in such a way that by disconnecting the at least two data ring cells and connecting the at least two data ring cells to one another, a data ring is formed, the node previously coupled by the individual data ring cells connects with each other.
  • the network control device which monitors the cell control devices, detects when one of the cell nodes or one of the cell control devices fails.
  • the data ring cells are constructed using fiber channel technology.
  • the network control device is connected to a control interface so that it can be controlled by other devices or by software.
  • FIG. 1 shows the structure of a single data ring cell
  • FIG. 2 shows a device according to the invention with two data ring cells
  • FIG. 3 shows a further device according to the invention with two data ring cells
  • Figure 4 shows an inventive device with four data ring cells
  • FIG. 5 shows an application for the use of the device from FIG. 2.
  • a single data ring cell Z0 has a data ring line 1 which connects several devices DO, D1 and D2 to one another.
  • a cell control device ZKV which monitors the devices of the data ring cell Z0.
  • the devices DO, D1 and D2 are not connected directly to the data line 1, but via a coupling module 2, such as is shown in detail using the device D2.
  • Such a coupling module 2 is present in all devices, but is not shown in the drawings.
  • Individual devices can be separated from the network of data ring 1 by coupling module 2.
  • switch 4 is opened and a bypass switch 3 is closed.
  • the data traffic to the device D2 is monitored. If the cell control device determines that there is an error, the device D2 is automatically switched off in order to maintain trouble-free operation of the data ring.
  • Such a configuration of a data ring is known from the prior art.
  • FIG. 2 shows a device according to the invention, which is constructed from two data ring cells ZO and ZI.
  • the design of the data ring cells ZO and ZI corresponds to the embodiment shown in FIG. 1.
  • a switching device SV is provided. This has two switches 11 and 12, which are closed during normal operation of the data rings ZO and ZI.
  • a network control device NKV is also provided, which monitors the cell control devices ZKV.
  • the switching device SV is controlled via a control device STV in such a way that the two switches 11 and 12 are opened.
  • the data traffic in the data ring cells ZO and ZI is thus interrupted.
  • a connection between the two open ends of the data ring cells Z0 and ZI is closed.
  • the data losses that may arise from this process are avoided by higher protocol layers.
  • the network control device NKV is not a separate unit representing a higher-level entity, but rather forms a unit with the cell control devices ZKV.
  • Control over the data ring can now be taken over by the remaining cell control device or, in an advantageous embodiment, by the central network control device. Without a central network control device, the cell control devices monitor each other.
  • FIG. 4 shows how an arrangement with four data ring cells can be designed.
  • a network control device NKV now controls four data ring cells ZO, ZI, Z2 and Z3.
  • Two data ring cells can be coupled to one another by a switching device SV.
  • the data ring cells ZO and ZI are connected to form a common data ring.
  • the data ring cells ZO and ZI are separated.
  • the network control device NKV is arranged centrally and controls all data ring cells and also controls all switching devices SV.
  • FIG. 1 For the sake of clarity, only switching devices between adjacent cells are shown in FIG. Likewise, for example, the cells ZI and Z3 can be connected to one another by a switching device. The individual devices that are connected by a data ring cell are also not shown for the sake of clarity.
  • FIG. 5 shows a device according to the invention, which is used in an environment in which four servers S1, S2, S3 and S4 are arranged on a plurality of hard disks 21 access.
  • This can be, for example, a so-called RAID system (Redundant Array of Independent Devices). So on the part of the hard disks 21 it is already ensured that there is a high level of reliability.
  • the hard drives are coupled to one another via two data rings 22 and 23. These are now connected via bridge controllers 24 and 25 to the servers S1, S2, S3 and S4 or corresponding host bus adapters via hubs HUBO and HUB1, which are assigned to data rings Z5 and Z4.
  • All devices are equipped as Fiber Channel devices.
  • the data rings of the bridge controllers 24 and 25 are controlled on the server side by so-called hubs.
  • the bridge controller 24 has failed and a connection has been established between the two hub data ring cells. Due to the configuration shown, the unrestricted access of all servers to the hard disks 21 is now established via the bridge controller 25. All devices can communicate with each other so that uninterrupted operation is ensured.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dynamischen Verbindung von mindestens zwei Datenringzellen (Z0, Z1), wobei diese Zellenkontrollvorrichtungen (ZKV) aufweisen. Durch eine Schaltvorrichtung (SV) sind jeweils zwei Datenringzellen (Z0, Z1) verbindbar, wobei jeweils die Datenringzellen (Z0, Z1) durch die Schaltvorrichtung (SV) aufgetrennt werden. Eine Netzkontrollvorrichtung überwacht die Zellenkontrollvorrichtungen (ZKV) und steuert über eine Steuervorrichtung (STV) die Schaltvorrichtungen (SV) derart an, dass bei Auftreten eines Fehlers in einer Zellenkontrollvorrichtung (ZKV) die Datenringzellen (Z0, Z1) miteinander verbunden werden, so daß ein Datenring entsteht. Die Erfindung ist vorteilhaft einsetzbar in einem RAID-System (Redundant Array of Independent Devices).

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur dynamischen Verbindung von mindestens zwei Datenringzellen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dynamischen Verbindung von mindestens zwei Datenringzellen.
Mittlerweile ist es selbstverständlich, daß Rechner gemeinsa- me 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 mit- einander 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 Datenringinter- faces auszustatten, so daß jedes Gerät an zwei Datenringe angeschlossen ist, die zueinander redundant sind. Zwar kann diese sogenannte Dual-Loo -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.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung anzugeben, die das Aufrechterhalten des Datenflusses und des Zugan- ges sämtlicher Datenquellen ohne manuellen Eingriff sicherstellt und die den Betrieb eines Datenringes sowohl nach Aus- fall 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 ZellenkontroUvorrichtungen aufweisen, mit einer Schaltvorrichtung, durch die die zu verbindenden Datenringzellen auftrennbar sind und durch die eine Verbindung zwischen Datenringzellen herstellbar ist, und einer Netzkontrollvorrich- tung, die die ordnungsgemäße Funktion der ZellenkontroUvorrichtungen überwacht, und einer Steuervorrichtung, die mit der Netzkontrollvorrichtung verbunden ist und die die Schalt- Vorrichtung 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 .
Gemäß der Erfindung existieren also mindestens zwei Daten- ringzellen, die jeweils eine Zellenkontrollvorrichtung aufweisen. Durch die Datenringzellen können unterschiedliche Geräte miteinander verbunden sein. Die Netzkontrollvorrichtung, die die ZellenkontroUvorrichtungen überwacht, erkennt, wenn einer der Zellenknoten oder eine der Zellenkontrollvorrich- tungen 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 über- wacht oder im Falle eines Ausfalles einer Zellenkontrollvorrichtung in einer vorteilhaften Ausgestaltung durch eine zentrale Netzkontrollvorrichtung übernommen. Ohne eine zentrale Netzkontrollvorrichtung können sich die ZellenkontroUvorrichtungen 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 ande- ren Geräten oder durch Software ansteuerbar ist.
Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert . Es zeigt :
Figur 1 den Aufbau einer einzelnen Datenringzelle,
Figur 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Datenringzellen,
Figur 3 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Datenringzellen,
Figur 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit vier Datenringzellen und
Figur 5 ein Anwendungsfall für den Einsatz der Vorrichtung von Figur 2.
Eine einzelne Datenringzelle Z0 weist in Figur 1 eine Daten- ringleitung 1 auf, die mehrere Geräte DO, Dl und D2 miteinander verbindet. Außerdem weist sie eine Zellenkontrollvorrich- tung ZKV auf, die die Geräte der Datenringzelle Z0 überwacht. Die Geräte DO, Dl 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 er- halten. Eine solche Konfiguration eines Datenringes ist aus dem Stand der Technik bekannt .
Die Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die aus zwei Datenringzellen ZO und ZI aufgebaut ist. Die Ausgestal- tung der Datenringzellen ZO und ZI entspricht der in Figur 1 dargestellten Ausführung. Zusätzlich ist eine Schaltvorrichtung SV vorgesehen. Diese weist zwei Schalter 11 und 12 auf, die im normalen Betrieb der Datenringe ZO und ZI geschlossen sind. Weiterhin ist eine Netzkontrollvorrichtung NKV vorgese- hen, die die ZellenkontroUvorrichtungen ZKV überwacht.
Stellt die Netzkontrollvorrichtung NKV fest, daß die bis dahin getrennten Zellen verbunden werden sollen oder eine der ZellenkontroUvorrichtungen ZKV nicht ordnungsgemäß funktio- niert, 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 ZO und ZI ist damit unterbrochen. Gleichzeitig wird jedoch eine Verbindung zwischen den nun beiden offenen Enden der Datenringzellen Z0 und ZI geschlossen. Dadurch entsteht ein neuer, geschlossener Datenring, der sämtliche Geräte DO bis D5 umfaßt, die zuvor von den einzelnen Datenringzellen Z0 und ZI miteinander verbunden waren. Die durch diesen Vorgang eventuell entstandenen Datenverluste werden durch höhere Pro- tokollschichten vermieden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von Figur 2 wird die Kontrolle in dem durch die Verbindung der beiden Datenringzellen ZO und ZI entstandenen Datenring durch die Netzkontrollvorrichtung NKV ausgeübt.
In einer anderen Ausführungsform gemäß der Figur 3 ist die Netzkontrollvorrichtung NKV keine eine übergeordnete Instanz darstellende eigene Einheit, sondern bildet jeweils eine Einheit mit den ZellenkontroUvorrichtungen ZKV.
Die Kontrolle über den Datenring kann nun von der verbleiben- den Zellenkontrollvorrichtung übernommen werden, oder in einer vorteilhaften Ausgestaltung durch die zentrale Ne zkon- trollvorrichtung. Ohne eine zentrale Netzkontrollvorrichtung überwachen sich die ZellenkontroUvorrichtungen gegenseitig. Das erfindungsgemäße und bereits anhand von zwei Zellen be- schriebene Konzept ist natürlich ausdehnbar auf Anordnungen mit mehr als zwei Datenringzellen. In der Figur 4 ist dargestellt, wie eine Anordnung mit vier Datenringzellen ausgestaltet sein kann. Eine Netzkontrollvorrichtung NKV kontrolliert nun vier Datenringzellen ZO, ZI, Z2 und Z3. Jeweils zwei Datenringzellen sind durch eine Schaltvorrichtung SV miteinander koppelbar. In der dargestellten Betriebssituation sind die Datenringzellen ZO und ZI zu einem gemeinsamen Datenring verbunden. Die Datenringzellen ZO und ZI sind aufgetrennt. Die Netzkontrollvorrichtung NKV ist zentral angeord- net und kontrolliert sämtliche Datenringzellen und steuert ebenso sämtliche Schaltvorrichtungen SV.
Der Übersichtlichkeit halber sind in der Figur 4 nur Schaltvorrichtung zwischen benachbarten Zellen dargestellt . Ebenso können beispielsweise die Zellen ZI 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 Figur 5 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die in einer Umgebung eingesetzt ist, in der vier Server Sl, 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 Sl, S2 , S3 und S4 oder entsprechenden Host Bus Adaptern über Hubs HUBO und HUBl, die Datenringen Z5 und Z4 zugeordnet sind, verbunden. Geschieht dies über einen ein- zigen 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 Sl und S2 und der andere die Server S3 und S4 über die Hubs HUBO und HUBl 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 Sl 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 Be- triebssituation 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 unterbrechungs- freier Betrieb sichergestellt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur dynamischen Verbindung von mindestens zwei Datenringzellen, die ZellenkontroUvorrichtungen (ZKV; HUB) aufweisen, mit einer Schaltvorrichtung (SV) , durch die die zu verbindenden Datenringzellen (ZO, ZI, Z2 , Z3 ; Z4 , Z5) auftrennbar und durch die eine Verbindung zwischen Datenringzellen (ZO, ZI, Z2, Z3; Z4, Z5) herstellbar ist und einer Netzkontrollvorrichtung (NKV) , die die ordnungsgemäße
Funktion der ZellenkontroUvorrichtungen (ZKV; HUB) überwacht und einer Steuervorrichtung (STV) , die mit der Netzkontrollvorrichtung (NKV) verbunden ist und die die Schaltvorrichtung (SV) derart ansteuert, daß durch Auftrennen der mindestens zwei Datenringzellen (ZO, ZI, Z2 , Z3 ; Z4 , Z5) und Verbinden der mindestens zwei Datenringzellen (ZO, ZI, Z2 , Z3 ; Z4 , Z5) miteinander ein Datenring entsteht, der zuvor durch die einzelnen Datenringzellen (ZO, ZI, Z2 , Z3 ; Z4 , Z5) gekoppelte Knoten miteinander verbindet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß nach der Verbindung der Datenringzellen (ZO, ZI, Z2 , Z3) eine der ZellenkontroUvorrichtungen (ZKV) die Kontrolle über den gesamten Datenring ausübt .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Netzkontrollvorrichtung (NKV) mit jeweils den ZellenkontroUvorrichtungen (ZKV) eine Einheit bildet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Netzkontrollvorrichtung (NKV) eine eigenständige Einheit bildet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die zentrale Netzkontrollvorrichtung (NKV) die Kontrolle des Datenringes ausübt, wenn die Datenringzellen miteinander verbunden sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Datenringzellen (ZO, ZI, Z2 , Z3 ; Z4 , Z5) die Geräte in Fibre Channel-Technologie verbinden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Netzkontrollvorrichtung (NKV) mit einem Kontroll- Interface (KI) verbunden ist.
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