可堆疊乙太網交換機系統中的環路防止系統和方法
2023-09-16 23:16:55
專利名稱：可堆疊乙太網交換機系統中的環路防止系統和方法
技術領域：
本發明一般地涉及通信網絡。更具體地，但不作為任何限制，本 發明涉及用於與可堆疊乙太網交換機系統一起使用的環路防止系統
和方法o
背景技術：
在基於乙太網技術的數據通信網絡中，分組交換機，包括多層交
換機和路由器，用於有效地(operatively)連接許多節點，用於在其 間進行信息分組的通信。使得獨立而不依賴於共享的底板的交換機 具有多個埠和內部交換結構，用於將在進入埠處所接收的入站 (inbound)分組定向到合適的外出埠 。在現有技術的一些實現中， 通過將所選擇的交換機埠 (即，堆疊埠 )有效地連結在一起以 便於創建可作為單個交換實體操作的可堆疊交換機系統，而連結多 個獨立的交換機，來增強交換能力。這種系統，有時稱作堆疊交換 機系統，常常在例如企業的客戶駐地中一起採用。
在典型的實現中， 一個系統的堆疊交換機經由 一對在每一個交換機上的所指派的堆疊埠有效地互連， 一 個交換機也稱作 一 個元件。 該系統的堆疊交換才幾通常串聯連接，並且該系統的拓樸通常以稱作
環的閉合環路或在此稱作鏈的交換機的開放串(叩en strand )為特徵。 通過使用便於有效傳輸的堆疊交換機標識符經由堆疊埠發送分 組，以及將這些分組交換到合適的堆疊交換機元件，每一個堆疊交 換機適於執行在其自身數據埠以及其他堆疊交換機的數據埠之 間的交換。
已知在包括可堆疊交換機元件的某些架構中，當交換機元件之一 的控制處理器變得功能失常時，可以出現用戶數據業務量的環回。 一旦在網絡中建立環路，網絡變得無法使用，並且要求用戶幹預以 才企修問題，從而導致網絡停工時間和相關聯的無效率。
發明內容
本公開的實施例涉及可在具有大量堆疊交換機元件的可堆疊以 太網交換機系統(SESS)中操作的環路防止系統和方法。大體上， 提供邏輯用於監視SESS的堆疊交換機元件的堆疊埠上的控制管 理業務量。還包括邏輯，可操作為響應確定在SESS的具體交換機元 件的堆疊埠上存在控制管理業務量的丟失，用於在保持控制管理 業務量路徑開放的同時，去激活在該堆疊埠上的用戶業務量數據。
一個實施例涉及一種可在具有至少兩個可堆疊交換機元件的可 堆疊乙太網節點中操作的環路防止方法，其中每一個交換機元件包 括至少一個堆疊埠和至少一個核心交換機埠 ，使得核心交換機 埠可操作為連接到核心交換機。該環路防止方法包括監視可堆
疊交換機元件的每一個的堆疊埠上的控制管理業務量；以及在確 定可堆疊節點的具體交換機元件的堆疊埠上存在控制管理業務量 的丟失時，去激活具體交換機元件的堆疊埠上的用戶數據業務量， 以避免在其中部署有節點的網絡環境中的涉及用戶數據業務量的環 路情況。
另 一個實施例涉及可在具有至少兩個可堆疊交換機元件的可堆疊乙太網節點中操作的環路防止設備，其中每一個交換機元件包括 至少一個堆疊埠和至少一個核心交換機埠 ，使得核心交換機端
口可操作為連接到核心交換機。該環路防止設備包括用於監視每 一個可堆疊交換機元件的堆疊埠上的控制管理業務量的裝置；以 及這樣的一個裝置，其可操作為響應確定可堆疊節點的具體交換機 元件的堆疊埠上存在控制管理業務量的丟失，用於去激活具體交 換機元件的堆疊埠上的用戶數據業務量，以避免在其中部署有節 點的網絡環境中的涉及用戶數據業務量的環路情況。
進一步的實施例涉及可在作為可堆疊乙太網交換機系統的以太 網環境中操作的網絡節點，包括至少兩個可堆疊交換機元件，其 中每一個交換機元件包括至少 一個堆疊埠和至少 一個核心交換機 埠，使得核心交換機埠可操作為連接到核心交換機；這樣的邏 輯，其與每一個可堆疊交換機元件相關聯，用於監視每一個可堆疊 交換機元件的堆疊埠上的控制管理業務量；以及這樣的邏輯，其 可操作為響應確定在網絡節點的具體交換機元件的堆疊埠上存在 控制管理業務量的丟失，用於去激活具體交換機元件的堆疊埠上 的用戶數據業務量，以避免在網絡中的涉及用戶數據業務量的環路 情況。
可以通過結合附圖參考以下的詳細描述而得到本發明的更完全 的理解，其中
圖1是一個示例性乙太網環境，具有可堆疊乙太網交換機系統 (SESS),其中可以實現本發明的實施例；
圖2是一個根據一個實施例的圖1的示例性SESS中的乙太網插 槽/元件的框圖3A和3B是根據一個實施例的關於SESS的功能的流程圖； 以及
圖4是關於本專利公開的環路防止方案的實施例的流程圖。
具體實施例方式
將參考怎樣可以最佳製造和使用實施例的各種示例來描述本發 明的實施例。貫穿描述和附圖的幾個視圖使用相同的參考數字來指 示相似或相應的部分，其中各個元件不需要按比例繪製。現在具體
參考圖i,其示出了一個示例性乙太網環境100，具有可堆疊乙太網 交換機系統(SESS) 102，其中可以實現本發明的實施例。在開始時， 應該認識到乙太網環境100代表任何已知或至今未知的乙太網實現， 其中具有眾所周知的層2或層2/3功能，或者根據開放系統互連 (OSI)模型的任何其他較高層功能的一個或多個乙太網節點在一個 通信網絡中互連在一起。因此，例如，乙太網環境IOO可以是操作 為企業級網絡的區域網(LAN)、客戶駐地網等。作為進一步的舉 例說明，網絡環境IOO可以體現為兩宿主(dual-home)或多宿主 (multi-home)應用。在更進一步的實施例中，乙太網環境100可以 包括城域乙太網或接入網實現。
多個乙太網交換機元件106 - 1至106-N(也稱作插槽或堆疊交 換機)形成SESS102，其操作為連接到乙太網環境100的核心交換 4幾104的可擴展網絡節點。關於配置，插槽106-1至106-N可以 組織成為具有任何合適的拓樸的"堆疊"，所述拓樸例如鏈形拓樸、 環形拓樸或星形拓樸，用堆疊鏈路105互連。每一個插槽或交換機 元件可以支持多個乙太網埠 ，以便於這些插槽之間的網絡連通性， 與其他網絡節點和/或設備以及核心交換機104的網絡連通性，在一 個實現中，該核心交換機104可以是另一個乙太網交換機。因此， 為了本公開的目的，堆疊交換機元件的乙太網埠可以分組成為三 類(i) 一個或多個核心交換機("CS")埠，可操作為經由各 自的核心交換機連接而將每一個堆疊交換機元件連接到核心交換機 104; (ii) —個或多個堆疊埠，可操作為實現互連多個交換機元 件106 - 1至106-N的堆疊鏈路105;以及(iii) 一個或多個埠， 可操作為支持與其他網絡元件、節點和/或設備的連通性。如圖l所示，參考數字UO - 1至IIO-N分別指與N個交換機元件相對應的 CS埠 ，其中多個交換機元件106- 1至106-N經由核心交換機連 接107 - 1至107-N連接到核心交換機104。相對於每一個交換機 元件示出了一對堆疊埠，例如針對交換機元件106-1的埠 108 -A(l)和108-B(1)、針對交換機元件106-2的埠 108-A(2)和 108-B(2)等等，以實現堆疊鏈路105，其中該堆疊鏈路105可以以 雙絞線電纜或光纜的配置實現。類似地，每一個交換機元件還提供 有大量網絡埠，例如，針對交換機元件106-1的埠 112-K(l)、 針對交換機元件106-2的埠 112-K(2)等等。本領域的技術人員 將認識到，儘管每一個交換機元件示例為具有相同的埠數目，但 在任何具體實現中，並不需要是這種情況。如前面所指，在優選實施例中，堆疊交換機元件106-1至106 -N可操作為適於在OSI參考模型所定義的層2(數據鏈路層)和層 3 (網絡層)處對協議數據單元(PDU)(優選地為幀和分組)執行 交換和路由操作的多層交換機，儘管它們還可以執行層4-7交換操 作。此外，每一個交換機元件通常能夠工作為獨立的網橋、交換機 或路由器。但是，在提供有集成堆疊管理器協議(ISMP)的情況下， 堆疊交換機元件106 - 1至106-N共同協作，以仿效比獨立操作中的個體交換機元件的單純集合更強大的單個交換節點。所得到的 SESS節點102優選地適於提供具有增強的容錯和用戶方便性的可擴 展網絡能力。具體地，SESS 102可以動態地擴展以併入另外的堆疊 交換機元件，檢測不可操作的堆疊交換機和堆疊鏈路，動態地在不 可操作的堆疊交換機周圍(有時通過該不可操作的堆疊交換機)路 由，並且自動地配置堆疊交換機元件以產生不冗餘的識別方案，以便於堆疊交換機間轉發操作。圖2是根據一個實施例的圖1的示例性SESS 102中的乙太網插 槽/元件的框圖。該示例性插槽200，可操作為SESS 102的任何堆疊 交換機元件106 - 1至106-N，包括一個或多個網絡接口模塊(NIM) 204 (i)、 一個或多個交換控制器(即，網絡處理器)206、以及管理才莫塊220,優選地所有這些共同協作以經由多個乙太網埠 202 (i) , i=l， 2, 3,…，M，接收進入數據業務量和發送外出數據 業務量。為了該實施例的目的，多個埠 202 (i)的每一個可以被 認為是適於接收進入數據和發送外出數據的雙工埠。此外，埠 202 (i)代表三種類型的乙太網埠，包括以上參考圖1所描述的堆 疊埠以及CS埠。因此，可以設想如果具體埠 202 (i)可操作 為堆疊埠 ，則該埠可以傳輸用戶數據業務量以及控制管理業務 量。
NIM元件204 (i)優選地包4舌一個或多個物理層^"口和々某體訪 問控制(MAC)接口，其適於經由合適的有線或無線網絡通信鏈路
(未示出)交換例如乙太網幀和IP分組的PDU。與可操作為堆疊端 口的埠相關聯的NIM例如是適於根據堆疊配置模式與其他堆疊交 換機進行堆疊間通信，以及與各種可兼容的節點交換傳統數據業務 量，以及交換PDU的標準乙太網NIM。藉助於一個或多個進入數據 總線205A,進入PDU從多個NIM傳送到網絡處理器/控制器206。 類似地，經由一個或多個外出數據總線205B,外出PDU從控制器 206傳輸到多個NIM。
在一個實現中，管理模塊220通常包括策略管理器224，用於保 持和實現業務量策略。由策略管理器224實現的策略優選地部分地 基於從源學習操作中推導出的層2和/或層3尋址信息、從其他路由 設備所接收的路由信息、以及由網絡管理者使用例如簡單網絡管理 協議(SNMP)消息226經由配置管理器上傳的過濾規則。從源學習、 其他網絡節點和管理者所推導出的業務量策略對於由網絡處理器 206所執行的路由引擎230是可用的，並且由轉發表254共同地表示。 除了業務量策略，管理模塊220還包括埠/堆疊管理模塊
(PSMM) 210,用於實現以下更具體描述的堆疊監視功能和埠狀 態管理功能。PSMM 210優選地包括埠狀態監視模塊212和堆疊管 理器214。埠狀態監視模塊212適於使用例如保持活躍
(Keep-Alive )信號的控制業務量信號來監視堆疊埠的操作狀態，
9並識別連接到交換機元件200的堆疊埠的鄰居堆疊交換機的出現。 在優選實施例中的PSMM210還可以包4舌堆疊管理器214,其適於參
與確定每一個堆疊交換機的管理責任的選擇；處理用於監視其他交 換機元件的狀態的監督消息；並且如果需要，則用作初級主交換機
(PMS)或次級主交換機(SMS)，其責任可以包括將特有的元件 標識符分配給一個或多個堆疊交換機，以及將處理器標識符分配給 其網絡處理器。另外，堆疊管理器214適於確定堆疊交換機拓樸， 以及處理在SESS 102的堆疊交換機元件之間交換的拓樸相關的消 息。具體地，堆疊管理器214發送SESS拓樸請求，向其他堆疊交換 機發送已知的SESS拓樸信息，並維持一個或多個本地拓樸表。在一 些實施例中，埠狀態監視器212和堆疊管理器214的功能還可以 包括檢測元件的丟失、另外元件的插入(引起阱(trap)或異常產生)、 元件從堆疊的去除，並確定PSMM的內部操作狀態。
此外，在優選實施例中的堆疊管理器214維持和更新一個或多個 堆疊交換機鄰居表218，優選地一個與每一個堆疊埠相關聯。鄰居 表218是通過相關聯的堆疊埠可到達的那些堆疊交換機的列表。 在一個實現中，以交換機元件與首先列出的埠緊鄰的順序列舉鄰 居堆疊交換機。如前面所述，每一個元件可以提供有兩個堆疊埠。 因此，交換機元件200的每一個堆疊埠保持單獨的鄰居表218,其 列出通過該堆疊埠可到達的所有鄰居堆疊交換機。結果，如果 SESS 102的拓樸是環形配置，則兩個鄰居表218都具有相同的鄰居 堆疊交換機列表，但順序相反。
繼續參考圖2，網絡處理器206能夠但不限於在OSI參考模型中 定義的層2和層3交換搡作。用於可操作地將埠 202 ( 1 )至202 (M )連接到各自的有線和/或無線通信鏈路的層2協議的例子包括 電氣電子工程師學會(IEEE) 802.3和IEEE 802.11標準。類似地， 層3協議的例子包括在網際網路工程任務組(IETF)請求註解(RFC) 791中定義的網際協議(IP)版本4和在IETFRFC 1883中定義的IP 版本6。網絡處理器206優選地包括路由引擎230和隊列管理器240。在 一個示例性實現中，路由引擎230包括分類器232，其從數據總線 205A接收進入PDU,檢查PDU一個或多個欄位，使用內容可尋 址存儲器(CAM) 233將PDU分類成多個流的一個，以及從存儲在 存儲器中的轉發表254中取迴轉發信息。從轉發表254中取回的轉 發信息優選地包括但不限於流標識符，其用於指定那些準備具體 PDU用於外出所需要的轉發操作，其中流標識符可以包括下一跳地 址和力良務種類(CoS)或服務質量(QoS)身見定。轉發處理器234接 收具有相關聯的轉發信息的進入PDU，並在傳輸給合適的一個或多 個外出埠之前執行一個或多個轉發操作。轉發操作優選地包括但 不限於用於重新封裝數據的頭變換，用於將一個或多個VLAN標籤 附加到PDU的VLAN標籤壓操作(pushing )，用於從PDU去除一 個或多個VLAN標籤的VLAN標籤推:操作(poping ),用於保留網 絡資源的QoS管理，用於監視客戶業務量的計費和記帳，多協議標 籤交換(MPLS)管理、PDU的選擇性過濾，訪問控制，包括地址解 析協議(ARP)控制的高層學習，等等。
在由轉發處理器234處理之後，PDU傳遞到隊列管理器240，並 存儲在其中，直到帶寬可用於將PDU傳輸給合適的外出埠。具體 地，外出PDU在緩衝器242的一個或多個優選級隊列中緩沖，直到 它們由調度器244經由數據總線205B傳輸給外出埠 。關於網絡處 理器實現的另外的細節可以在以上交叉引用的一個或多個共同所有 共同未決的專利申請中找到。
圖3A和3B是根據一個實施例的關於SESS的功能的流程圖。 如圖3A所示，根據已知的過程初始化SESS節點(框302 ),例如， 具有以上詳細描述的堆疊交換機元件200的SESS 102，於是響應合 適的生成樹協議(STP)的執行建立SESS的埠拓樸(框304 )。 此外，SESS中的各個埠的狀態信息，包括連接到核心交換機的 CS埠，被分配和指派(框306)。在適當配置和初始化時，確保 SESS的至少 一個CS埠處於阻塞狀態，而其他CS埠處於轉發狀態，從而使得當SESS被最初聯機(brought online )時，避免了數 據業務量的環路(框308 )。在SESS的堆疊交換機元件的堆疊埠上存在控制管理業務量的 丟失的情況下(框350 ) , STP處理檢測拓樸變化(框352)。在大 量情形下甚至連接堆疊交換機元件的堆疊鏈路物理上維持不變的情 況下，可以導致該丟失情況(i)鄰居堆疊交換機元件的網絡處理 器可能功能失常或有故障；(ii)鄰居堆疊交換機元件可能不適當地 重啟；和/或(iii)關於鄰居堆疊交換機元件的專用集成電路(ASIC) 存在某些異常情形。響應檢測到拓樸改變，與SESS相關聯的STP 處理將所有CS埠變為轉發狀態。即，甚至使初始化為阻塞狀態的 埠變為轉發狀態。結果，在乙太網環境中產生了環路情況，其可 以引起數據業務量泛洪(flooding)。圖4是關於可與示例性SESS 102 —起操作的本專利公開的環路 防止方案的實施例的流程圖。將認識到在圖4的流程圖中給出的一 個或多個步驟可以以軟體(例如，計算機可讀介質上的指令)、硬 件、固件或其任何組合實現，並且可以體現在以上已經詳細描述的 SESS的多個堆疊交換機元件200的一個或多個適當的邏輯框中。另 外或可選地， 一些步驟和操作可以是可選擇的，並且因此不是在所 有實現和實施例中都有要求。與堆疊交換機元件相關聯的邏輯，具體地，作為示例性實施例在 圖2中所示的堆疊交換機元件200的PSMM 210在SESS初始化後可 操作為監視SES S 102的堆疊埠的物理狀態，從而使得當堆疊埠 的狀態從DOWN改變為UP時，與堆疊交換機元件相關聯的另外的 埠監視邏輯被激活(框402)。如上所給出的，埠狀態分配和拓 樸配置作為SESS的初始化的部分而執行。在檢測到從DOWN到UP 的狀態轉變時，堆疊埠上的控制/管理業務量被激活，並隨後被監 視(框404 )。 一旦確保在堆疊埠上已經開始了合適的控制業務量， 則激活用戶數據業務量，用於經由堆疊埠傳輸，作為在SESS中實 現的正常操作的部分(框406)。藉助於與PSMM210相關聯的邏輯，繼續監^L堆疊埠上的控 制業務量的狀態和情況(框408 )。當具體交換機元件的堆疊埠在 物理上UP但在該埠沒有從鄰居交換機元件接收到控制業務量消 息(例如，保持活躍消息)時，確定存在從鄰居交換機元件的控制 業務量的丟失(框410)。在一個示例性實現中，丟失情況可以基於 檢測到來自鄰居交換機元件的保持活躍消息在一段時間後沒有接收 到來確定，該一段時間可以是預先確定的或可配置為是動態可變的 等。響應確定在堆疊埠上存在控制業務量的丟失，在繼續保持控 制/管理業務量路徑開放的同時，去激活在該堆疊埠上的用戶數據 業務量(框412)。因此，堆疊埠上用戶數據業務量的去激活作用 為防止其中部署有SESS的網絡環境中的數據環路形成。在堆疊埠 上檢測到來自鄰居元件的合適的控制業務量後(由於，例如，由網 絡操作者或管理者重新啟動)，可以在堆疊埠上重新激活或恢復 用戶數據業務量(框414)。
認為根據以上給出的詳細描述，本發明的操作和構造是明顯的。 儘管所示的和所描述的本發明的示例性實施例是優選的，應該可以
理解，在不偏離以下權利要求所給出的本發明的範圍的前提下，可 以進行各種改變和修改。
權利要求
1. 一種可在具有至少兩個可堆疊交換機元件的可堆疊乙太網交換機系統(SESS)中操作的環路防止方法，其中每一個交換機元件 包括至少一個堆疊埠和至少一個核心交換機埠 ，使得所述至少 一個核心交換機埠可操作為連接到核心交換機，所述環路防止方 法包括監^L所述可堆疊交換機元件的每一個的所述至少一個堆疊埠 上的控制管理業務量；以及在確定所述SESS的具體交換機元件的堆疊埠上存在所述控制 管理業務量的丟失時，去激活所述具體交換機元件的所述堆疊埠 上的用戶數據業務量，以避免在所述SESS中涉及所述用戶數據業務 量的環路情況。
2. 如權利要求1所述的環路防止方法，其中基於檢測到在一段到"保;活躍"消息，來確定在所述具體交換機元件的所述堆疊端 口上的所述控制管理業務量的所述丟失。
3. 如權利要求2所述的環路防止方法，其中所述時間段是預先 確定的。
4. 如權利要求2所述的環路防止方法，其中所述時間段是可配 置地變化的。
5. 如權利要求1所述的環路防止方法，還包括在檢測到所述堆 疊埠上的所述控制管理業務量已經恢復時，激活在所述具體交換 機元件的所述堆疊埠上的所迷用戶數據業務量。
6. 如權利要求1所述的環路防止方法，其中在所述SESS的初始 配置之後，執行所述監視操作，其中在連接到所述核心交換機時， 所述核心交換機埠的至少之一 變為阻塞狀態。
7. 如權利要求1所述的環路防止方法，其中通過與每一個可堆 疊交換機元件相關聯的堆疊埠業務量邏輯塊，在所述可堆疊交換機元件的每 一 個上監^L所述控制管理業務量。
8. —種可堆疊乙太網交換機系統，包括至少兩個可堆疊交換機元件，其中每一個交換機元件包括至少一個堆疊埠和至少一個核心交換機埠 ，使得所述至少一個核心交換機埠可操作為連接到核心交換機；與每一個可堆疊交換機元件相關聯的邏輯，用於監視在每一個所述可堆疊交換機元件的所述至少 一 個堆疊埠上的控制管理業務 量；以及可操作為響應確定在所述SESS的具體交換機元件的堆疊埠上 存在所述控制管理業務量的丟失的邏輯，用於去激活所述具體交換 機元件的所述堆疊埠上的用戶數據業務量，以避免在所述SESS 中涉及所述用戶數據業務量的環路情況。
9. 如權利要求8所述的可堆疊乙太網交換機系統，其中基於檢 測到在 一段時間之後沒有從連接到所述具體交換機元件的鄰居交換 機元件接收到"保持活躍，，消息，來確定在所述具體交換機元件的 所述堆疊埠上的所述控制管理業務量的所述丟失。
10. 如權利要求8所述的可堆疊乙太網交換機系統，還包括用於 在檢測到在所述堆疊埠上的所述控制管理業務量已經恢復時，激 活在所述具體交換機元件的所述堆疊埠上的所述用戶數據業務量 的邏輯。
全文摘要
一種可在可堆疊乙太網交換機系統(SESS)中操作的環路防止系統和方法。在一個實施例中，提供邏輯用於監視SESS的堆疊交換機元件的堆疊埠上的控制管理業務量。還包括邏輯，可操作為響應確定在SESS的具體交換機元件的堆疊埠上存在控制管理業務量的丟失，用於在保持控制管理業務量路徑開放的同時，去激活在該堆疊埠上的用戶業務量數據。
文檔編號H04L29/06GK101312426SQ200610101869
公開日2008年11月26日 申請日期2006年7月12日 優先權日2006年7月12日
發明者伊格內修斯·D·桑託索, 文森特·馬格雷特 申請人:阿爾卡特公司