專利名稱：在二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中生成樹協(xié)議的優(yōu)雅重啟實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，生成樹協(xié)議的Graceful Restart(優(yōu)雅重啟)方法。該方法使以太網(wǎng)交換機設(shè)備中運行的生成樹協(xié)議即STP(Spanning-Tree Protocol)協(xié)議在控制層面出現(xiàn)故障時，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)仍然正常進行，從而保障網(wǎng)絡(luò)上關(guān)鍵業(yè)務(wù)不受影響。
背景技術(shù)：
隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，用戶對于網(wǎng)絡(luò)的可靠性提出了越來越高的要求。不間斷轉(zhuǎn)發(fā)NSF(NoneStop Forwarding)就是一項重要的高可靠性技術(shù)(HA，High Availability)，它可以保證在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制層面出現(xiàn)故障時，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)仍然正常執(zhí)行，從而保護網(wǎng)絡(luò)上關(guān)鍵業(yè)務(wù)不受影響。
不間斷轉(zhuǎn)發(fā)是指在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制層面故障過程中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)不間斷地正常執(zhí)行。最初這個概念的提出主要是在路由器上，路由器設(shè)備是一種三層設(shè)備，進行三層轉(zhuǎn)發(fā)，它關(guān)心的主要是一些重要三層協(xié)議的不間斷轉(zhuǎn)發(fā)，如OSPF(Open Shortest Path First，開放最短路徑優(yōu)先)、BGP(Border Gateway Protocol，邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議)、IS-IS(IntermediateSystem-to-Intermediate System，中間系統(tǒng)對中間系統(tǒng)協(xié)議)、LDP(Label DistributionProtocol，標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議)、RSVP(Resource-Reservation Protocol，資源預(yù)留協(xié)議)等。通常情況下，路由器故障后，其路由協(xié)議層面的鄰居會檢測到它們之間的鄰居關(guān)系斷掉，過一段時間后再次建立，這個過程稱為鄰居關(guān)系震蕩。這種震蕩會導(dǎo)致路由震蕩的出現(xiàn)，使得重啟路由器在一段時間內(nèi)出現(xiàn)黑洞或者導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的路由重新匯聚，由此導(dǎo)致的路由重新計算和整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的路由更新會消耗大量處理資源，并有可能在瞬時轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)路中導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失。不間斷轉(zhuǎn)發(fā)正是為了防止上述情況的發(fā)生，保護網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的正常進行。
為了實現(xiàn)不間斷轉(zhuǎn)發(fā)，需要路由協(xié)議做擴展以支持GR(Graceful Restart)功能，可以說GR正是實現(xiàn)不間斷轉(zhuǎn)發(fā)的重要組成部分。
隨著交換機在網(wǎng)絡(luò)中越來越多的應(yīng)用，特別是二層以上交換機三層多層交換機的出現(xiàn)，用戶對交換機特別是核心交換機的可靠性也提出了更高的要求。但是，交換機跟路由器是有區(qū)別的，路由器是一臺三層設(shè)備，它的功能主是要完成選路，而核心層的三層交換機除了具有路由功能外，它也會進行高速的二層轉(zhuǎn)發(fā)。因此，STP協(xié)議是交換機設(shè)備中不可或缺的重要的二層協(xié)議。而要想在核心交換機上做到NSF這樣的高可靠性，二層轉(zhuǎn)發(fā)的保證是必不可少的。
現(xiàn)有的技術(shù)都是基于三層協(xié)議的GR實現(xiàn)，尚未實現(xiàn)對于二層的GR功能。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本發(fā)明提供一種交換機控制層面發(fā)生故障時，數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)仍能正常執(zhí)行的在二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中生成樹協(xié)議的優(yōu)雅重啟實現(xiàn)方法。
為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案本發(fā)明在二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中生成樹協(xié)議的優(yōu)雅重啟實現(xiàn)方法，包括如下步驟步驟A，線卡記錄主用控制板發(fā)送的生成樹網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元報文；步驟B，在主用控制板與備用控制板倒換時，使用線卡上記錄的生成樹網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元報文向外通告；步驟C，倒換結(jié)束后，使用當(dāng)前主用控制板上生成樹協(xié)議產(chǎn)生的生成樹網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元報文向外通告。
優(yōu)選的在所述的在二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中生成樹協(xié)議的優(yōu)雅重啟實現(xiàn)方法中，步驟B具體為步驟B1，在主用控制板與備用控制板倒換時，主用控制板向線卡和備用控制板發(fā)送控制板倒換信息，在一定時間內(nèi)使端口的狀態(tài)不變，不對端口進行刪除MAC操作；步驟B2，利用線卡緩存的生成樹網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元報文向外發(fā)送生成樹網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元報文。
優(yōu)選的在所述的在二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中生成樹協(xié)議的優(yōu)雅重啟實現(xiàn)方法中，步驟B1具體為步驟B11，線卡接收到主用控制板發(fā)送的主用控制板與備用控制板倒換消息后，設(shè)置線卡倒換超時定時器；備用控制板接收到倒換消息后，啟動主用控制板上的倒換超時定時器；步驟B12，線卡倒換超時定時器未超時的情況下，每個發(fā)送間隔時間向外發(fā)送線卡接口上記錄的生成樹網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元報文一次；步驟B13，線卡倒換超時定時器未超時的情況下，線卡接收到寫端口狀態(tài)消息時，屏蔽該消息，不再通告給驅(qū)動模塊；步驟B14，主用控制板的倒換超時定時器未超時的情況下，接收到FLUSH消息后，不再刪除MAC地址。
優(yōu)選的在所述的在二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中生成樹協(xié)議的優(yōu)雅重啟實現(xiàn)方法中，所述超時定時器定時為30秒。
與現(xiàn)有的主用控制板主備倒換相比，本發(fā)明在主用控制板進行主備倒換時，不影響二層流量的轉(zhuǎn)發(fā)，提高了交換機設(shè)備的可靠性，增強了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，具有實際應(yīng)用的意義。


圖1分布式體系結(jié)構(gòu)交換機GR實現(xiàn)原理圖；
圖2線卡事件驅(qū)動流程圖；圖3主控事件驅(qū)動流程圖；圖4實施例組網(wǎng)圖。
具體實施例方式
現(xiàn)有交換設(shè)備的控制板主備倒換實現(xiàn)的是一個實際意義上的冷倒換，備用控制板在主用控制板正常工作時，只是運行了同樣的軟件版本，但是各個具體的協(xié)議模塊并沒有運行。只有當(dāng)備用控制板變成主用控制板的時候，協(xié)議模塊才開始進行初始化。
對于生成樹協(xié)議來說，控制板發(fā)生主備倒換的時候，備用控制板上的STP才會進行協(xié)議的初始化。初始化過程中首先會把開啟了生成樹協(xié)議的端口狀態(tài)設(shè)置為阻塞狀態(tài)，然后會刪除從該端口上學(xué)習(xí)到的所有MAC地址，這樣就會在穩(wěn)定的拓撲結(jié)構(gòu)中引起流量的瞬間不通。同時由于備用控制板啟動時，備用控制板中沒有網(wǎng)絡(luò)中鄰居交換機的向量信息，如果備用控制板變?yōu)橹靼鍐訒r間很長，鄰居交換機就會由于接收不到BPDU報文，導(dǎo)致STP重新計算，這樣就可能會對網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)產(chǎn)生影響。
為了實現(xiàn)STP協(xié)議在主控板主備倒換時，不影響數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，有以下兩種實現(xiàn)方法1做STP協(xié)議的RESTART過程仿照路由協(xié)議的做法，在RESTART過程中，通告鄰居交換機，使得鄰居交換機在一定時間內(nèi)，保持端口向量信息和端口狀態(tài)不變，當(dāng)本端RESTART啟動完成后，鄰居交換機還需要負責(zé)把端口信息通告給RESTART的交換機。本做法由于牽涉到協(xié)議狀態(tài)機的修改，沒有標(biāo)準的支持，很難實現(xiàn)，通用性也不好，故沒有采用。
方法2如圖1所示，線卡會記錄當(dāng)前發(fā)送BPDU報文信息，當(dāng)控制板主備倒換時，主用控制板會向線卡和備用控制板發(fā)送控制板倒換信息，在一定時間內(nèi)使端口的狀態(tài)不變，不對端口進行刪除MAC操作，同時利用線卡緩存的BPDU報文向外發(fā)送BPDU報文。倒換結(jié)束后，以前的備用控制板變成了當(dāng)前的主用控制板，它會用當(dāng)前STP協(xié)議進程計算的BPDU報文信息向線卡同步，線卡同樣會記錄下當(dāng)前發(fā)送BPDU報文信息，并向外通告當(dāng)前的BPDU報文信息。
參照附圖2，分布式體系結(jié)構(gòu)的交換機具體實現(xiàn)有以下幾個方面線卡通過DISP_RCV_PACKET_MESSAGE消息接收到主控板上發(fā)送過來BPDU報文，通過np_rec_mstp_pkt函數(shù)記錄下該BPDU報文；線卡上接收到主控板主備倒換消息MSG_MSExchange后，把np_stp_masterToslave變量設(shè)置為1，設(shè)置mstp_msexchange_Tick定時器；線卡上的30秒倒換定時器未超時，通過np_send_mstp_pkt函數(shù)發(fā)送線卡接口上記錄下的BPDU報文，每個HELLO時間向外發(fā)送BPDU報文一次；線卡上30秒倒換定時器未超時，接收到寫端口狀態(tài)消息時，屏蔽該消息，不再通告給驅(qū)動模塊；線卡上30秒倒換定時器超時，把np_stp_masterToslave變量設(shè)置為0；參照附圖3，備用控制板接收到倒換消息MSG_SlaveToMaster后，把變量mstp_slave_master設(shè)置為1，啟動主控板上30秒的倒換定時器主控板上30秒的倒換定時器沒有超時接收到FLUSH消息時，不再調(diào)用mac_on_port_stp_down函數(shù)刪除MAC地址；主控上30秒定時器超時后，通過函數(shù)sync_port_state同步端口狀態(tài)到線卡上，防止在主備倒換期間網(wǎng)絡(luò)拓撲發(fā)生變化導(dǎo)致主控和線卡上端口狀態(tài)不一致。
圖4是一個現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用的組網(wǎng)環(huán)境，該環(huán)境中使用了四臺分布式體系結(jié)構(gòu)核心三層交換機。在該環(huán)境中，為了實現(xiàn)鏈路冗余，開啟了MSTP(Multiple Spanning-Tree Protocol)，將四臺交換機都配置在同一個區(qū)域中，其中共配置了10個實例，每個實例分別以其中某一臺交換機為根網(wǎng)橋。為了實現(xiàn)結(jié)點冗余，還開啟了VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol，虛擬路由冗余協(xié)議)，防止單點故障。為了宣告路由，還配置了OSPF協(xié)議。總之，這是一個比較復(fù)雜的環(huán)境，既開啟了二層MSTP協(xié)議，又開啟了相應(yīng)的三層協(xié)議。
由于使用該設(shè)備的客戶是運營商級的客戶，所以對設(shè)備的性能和可靠性都要求比較高。因此，對于主控板主備倒換時對流量的影響要求比較高。在沒有加上STP的GR功能時，從圖中switch1所接PC與switch2所接PC互ping包進行測試，當(dāng)switch1或者switch2的主控板進行主備倒換時，可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)包會丟大概20個左右。這正是因為備用控制板在成為主用控制板后，會對STP協(xié)議重新進行初始化，會把開啟了生成樹協(xié)議的端口狀態(tài)設(shè)置為阻塞狀態(tài)，然后會刪除從該端口上學(xué)習(xí)到的所有MAC地址，這樣就會在穩(wěn)定的拓撲結(jié)構(gòu)中引起流量的瞬間不通。當(dāng)為STP協(xié)議加上GR功能后，同樣的環(huán)境里面進行同樣的測試，可以直觀地看出，丟包率為0％。
為了進一步驗證結(jié)果，將兩端的PC機換成測試儀，從測試儀兩端互發(fā)二層流量，進行主控板主備倒換，從測試儀的控制臺可以看到，一個數(shù)據(jù)包都沒有丟失。
綜上所述，本發(fā)明有效地實現(xiàn)了當(dāng)控制層面出現(xiàn)故障時，數(shù)據(jù)的不間斷轉(zhuǎn)發(fā)。本發(fā)明實現(xiàn)簡單，不用對STP狀態(tài)機進行修改，因此對軟件成本增加不大，避免了代碼的大規(guī)模修改和由此引入的潛在問題，有效地提高交換機的可靠性，實現(xiàn)了STP的Graceful Restart功能。
權(quán)利要求
1.一種在二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中生成樹協(xié)議的優(yōu)雅重啟實現(xiàn)方法，包括如下步驟步驟A，線卡記錄主用控制板發(fā)送的生成樹網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元報文；步驟B，在主用控制板與備用控制板倒換時，使用線卡上記錄的生成樹網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元報文向外通告；步驟C，倒換結(jié)束后，使用當(dāng)前主用控制板上生成樹協(xié)議產(chǎn)生的生成樹網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元報文向外通告。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中生成樹協(xié)議的優(yōu)雅重啟實現(xiàn)方法，其特征在于步驟B具體為步驟B1，在主用控制板與備用控制板倒換時，主用控制板向線卡和備用控制板發(fā)送控制板倒換信息，在一定時間內(nèi)使端口的狀態(tài)不變，不對端口進行刪除MAC操作；步驟B2，利用線卡緩存的生成樹網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元報文向外發(fā)送生成樹網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元報文。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中生成樹協(xié)議的優(yōu)雅重啟實現(xiàn)方法，其特征在于步驟B1具體為步驟B11，線卡接收到主用控制板發(fā)送的主用控制板與備用控制板倒換消息后，設(shè)置線卡倒換超時定時器；備用控制板接收到倒換消息后，啟動主用控制板上的倒換超時定時器；步驟B12，線卡倒換超時定時器未超時的情況下，每個發(fā)送間隔時間向外發(fā)送線卡接口上記錄的生成樹網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元報文一次；步驟B13，線卡倒換超時定時器未超時的情況下，線卡接收到寫端口狀態(tài)消息時，屏蔽該消息，不再通告給驅(qū)動模塊；步驟B14，主用控制板的倒換超時定時器未超時的情況下，接收到FLUSH消息后，不再刪除MAC地址。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中生成樹協(xié)議的優(yōu)雅重啟實現(xiàn)方法，其特征在于，所述超時定時器定時為30秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中生成樹協(xié)議的優(yōu)雅重啟實現(xiàn)方法，解決了現(xiàn)有優(yōu)雅重啟方法只能在三層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上實現(xiàn)，無法在二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上實現(xiàn)的問題。包括線卡記錄主用控制板發(fā)送的網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元報文；在主用控制板與備用控制板倒換時，使用線卡上記錄的網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元報文向外通告；倒換結(jié)束后，使用當(dāng)前主用控制板上生成樹協(xié)議產(chǎn)生的網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元報文向外通告。與現(xiàn)有的主用控制板主備倒換相比，本發(fā)明在主用控制板進行主備倒換時，不影響二層流量的轉(zhuǎn)發(fā)，提高了交換機設(shè)備的可靠性，增強了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，具有實際應(yīng)用的意義。
文檔編號H04L12/24GK1988542SQ20061016211
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月5日
發(fā)明者鄒宗惠, 陸小科 申請人:中興通訊股份有限公司