用於將多個mac分配給多個處理器的方法和系統的製作方法

2023-09-10 07:16:10

專利名稱：用於將多個mac分配給多個處理器的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及通信系統領域，尤其涉及對來自多個LAN的多個客戶端與具有一組處理節點(單元)的網絡設備之間的連通性的故障檢測質量和恢復方法的改進。
背景技術：
在基於連接到一個或多個乙太網區域網(LAN)的多個處理單元的網絡設備系統中，在保持不同LAN之間的良好的獨立性以實現安全需要的同時，在超過99. 999%的時間內提供可靠、可用且適用(RAS)的連接是具有挑戰性的。網絡設備可以是用於通信和服務多個用戶的網絡中的節點。示例的網絡設備可以是多點控制單元(MCU)、防火牆、內容伺服器、媒體伺服器等。在通用網絡設備中，只要系統建立並運行，一個或多個媒體存取控制(MAC)地址與一個處理單元相關聯。MAC地址可以指乙太網硬體地址(EHA)或硬體地址。MAC地址是一種標識符，其附加到大多數網絡適配器(即，網絡接口卡(NIC))上，作為適配器的名稱。在這種通用結構中，如果處理節點無法進行操作或者必須被替換掉，則無法在不切換到另外一個MAC的情況下支持實現備用處理單元的處理器功能。使用冗餘的MAC/處理器對導致了高成本/使用比。此外，每個LAN都需要一個MAC/處理器備用對。MAC上或者物理路徑(PHY或者電纜)的某些地方上出現的故障導致與處理器斷連，即使處理器並非處於永久性故障狀態下，並且另外能服務於來自其它區域網的用戶。因此，顯而易見的是，目前的多處理器裝備技術在與外部乙太網LAN的可靠連通性上有重大的困難。

發明內容
通過使用一種拓撲結構來滿足上面描述的需求，在這種拓撲中，多個負責由開放系統互聯模塊/棧中數據鏈路層規定的任務的MAC被從多個處理節點(單元)中分離。處理節點負責處理與OSI第三層以及以上的職責相關的任務。上述MAC控制器組作為多個處理節點的連通性資源池，而這些處理節點作為處理資源池並且與MAC控制器分離開來。在這種拓撲中，兩個資源池在運行中彼此連接，傳遞需要的可靠性、可用性和適用性。


圖1是示出了基於通過互連交換機陣列連接的多個處理單元(節點)和一組MAC控制器的示例的網絡設備系統的示意圖；圖2是示出了 MAC控制器與處理節點的分配過程的流程圖，所述分配包括3個過程在故障檢測前、在故障檢測中和故障檢測後。
具體實施例方式相同的附圖標記在圖中表示相同的元件。為了方便起見，只有相同組中的某些元件可用附圖標記進行標記。這些附圖的目的是描述示例的實施例而不是用於生產。因此，所選擇的在圖中示出的特徵只是為了便利和表述清楚。圖1示意性地描述了基於通過互連交換機陣列101連接的多個處理節點/單元IOOa-1OOe和一組MAC控制器102a - 102e的示例的網絡設備系統的元件。處理節點的數量和MAC控制器的數量並不限於由圖1中示出的那些。例如，這個系統可能有2個處理器節點和5個MAC控制器。也可以設置各種其他組合。MAC控制器102a-102e的每一個負責 OSI模塊/棧的數據鏈路層規定的任務。例如，每一個MAC控制器(102)能夠遵守數據鏈路層使用的通信協議，例如但不限於802. 3CSMA/CD、802.1P和802. 1Q。參考圖1，MAC控制器102a - 102e可以被分為一組或者多組。每一組能夠與一個廣播域關聯，例如多個用戶的區域網(LAN)。每一個廣播域能夠與一組『N』個MAC地址和一組『Ν+Γ個MAC控制器關聯。MAC控制器可以與廣播域物理連接。該域中每一個MAC地址能夠分配給屬於相同域的相應的MAC控制器。N為連接到相同廣播域的活動的MAC控制器數量，而『+I』MAC控制器為非活動的冗餘MAC控制器(B卩，備用MAC控制器)。如果有必要，MAC控制器的MAC地址能夠被重用，或者被重新分配給備用冗餘MAC控制器。廣播域是計算機網絡的一部分，在這個廣播域中所有的節點在數據鏈路層上通過廣播互相聯繫。路由器和其他的高層設備在廣播域之間形成邊界。當第一計算機只有第二計算機的網絡地址(例如IP位址)時，一個示例的廣播消息能夠在廣播域中使用。第一計算機可以使用地址解析協議(ARP)並廣播帶有第二計算機的IP位址的ARP請求。第二計算機,如果連接到了相同的廣播域就可以以其MAC地址進行響應。通常MAC地址是通過IEEE組織分配給各個網絡設備和網絡接口卡(NIC)的商家。然後，每個商家為每一個NIC分配MAC地址。如果讀者想要知道更多的關於MAC地址分配過程，請訪問 IEEE 的網站http://standards, ieee. org/regauth/index, html。在公開的示例性實施例中，一組『N』個MAC地址被分配給網絡設備，例如MCU。這個組能夠由輔助(housekeeping)計算機103或者104進行管理。來自這個組的MAC地址能夠被分配給任何一個活動的乙太網MAC控制器102 (連接到廣播域)。備用乙太網MAC控制器102不與MAC地址關聯。為了包含冗餘，通常MAC控制器102的數量大於N，例如為『N+1，。當建立了到廣播域的新連接時，選擇處理器100和乙太網MAC控制器102，並且該處理器100和乙太網MAC控制器102通過互連的交換機陣列101彼此關聯。活動的輔助處理器103利用指令將來自MAC地址組中的MAC地址傳遞到選定的處理器100，以將該MAC地址加載到關聯的乙太網MAC控制器102。隨後，建立到廣播域的連接。MAC控制器通常連接到物理實體(例如圖1中沒有示出的10/100/1000base-TPHY),該實體根據OSI模塊/棧負責通過物理介質傳輸非結構化的比特流。OSI物理層任務可以符合例如 10base-T、100Base-T、IOOObase-T, IOOObase-LX 或者 lOOObase-SX。處理節點IOOa-1OOe的每一個負責處理與OSI模型第三層及以上相關的工作。例如，處理節點IOOa-1OOe的每一個能夠處理IP (網際網路協議)、DHCP (動態主機配置協議)、IPSEC (IP安全協議)和ICMP (網際網路控制信息協議)。例如OSI傳輸層的任務可以包括TCP (傳輸控制協議)、UDP (用戶數據報協議)和RTP (實時傳輸協議)。其他與OSI模塊上層相關的任務可以包括處理音頻信號如G. 711、視頻信號如H. 261、安全相關任務如SSH(安全外殼)、網際網路管理如SNMP (簡單網絡管理協議)、網絡定時如NTP (網絡時間協議)以及其他應用如HTTP (超文本傳輸協議)或者FTP (文件傳輸協議)。互連交換機陣列101可以符合多種標準，例如但不限於PCI方式，RapidIO或者通過場可編程門陣列實現的縱橫(cross bar)陣列。示例的交換機可以是CA USA的Vitsse半導體公司生產的V S C 3312。想要了解更多關於交換機陣列的信息的讀者請訪問Vitsse公司網頁www. vitsse. com。處理節點100a_100e能夠通過內部網絡105與活動的輔助處理器(處理節點)103進行通信。網絡105可以是電路交換網絡、分組交換網絡、載波傳感媒體訪問(carriersense media access)網絡或者是任何允許兩個或兩個以上處理節點相互進行通信的技術。在某些實施例中，為了冗餘性和可靠性，可以加入包括處理器104和網絡106的附加的輔助設置。網絡105和106獨立於連接到乙太網MAC控制器102另一端的外部LAN (圖中沒有示出)。在某些實施例中，除處理節點的其它任務之外，輔助任務可以由其中一個處理節點100執行。初始化期間，輔助處理單元103能夠從一組與特定LAN關聯的地址中分配MAC地址到屬於與相同LAN相關聯的一組控制器的MAC控制器(102a- 102e)。完成初始化以後，通過互連交換機陣列(101)綁定和重綁定MAC控制器(102a-102e)到處理器(100a_100e)能夠如如圖2所示的過程執行，在該過程中可以進行冗餘MAC控制器或者處理節點的平穩和快速的故障轉移(failover)。在將MAC控制器(102a_102e)和處理器(100a_100e)進行綁定後，MAC地址被分配給該處理器。處理器(IOOa-1OOe)通過處理器經由互連交換機陣列
(101)建立的連接將該分配的MAC地址傳遞到其新綁定的MAC控制器。圖2示出了在故障檢測前，故障檢測中以及故障檢測後，MAC控制器與處理節點的分配過程。例如，該過程可以通過網絡105由活動的輔助處理節點103來實現。故障檢測是檢測系統中的異常行為的過程。這個流程圖開始於在客戶端和處理節點以及廣播域之間建立連接。在步驟200判斷MAC控制器102a-102e之一是否可用。可用的MAC控制器是通過其物理層與廣播域進行物理連接的MAC控制器。如果沒有可用的MAC控制器，那麼整個過程結束。如果有可用的MAC控制器，那麼處理節點就會通過互連交換機陣列101被動態分配和綁定(步驟201)到該可用的MAC控制器上(圖1)。一旦MAC/處理器對的動態分配完成，來自MAC地址組中可用的MAC地址就被分配給該對。在本發明的示例中，由活動的輔助處理器將MAC地址分配給所分配的處理器，後者依次將該MAC地址加載到與之相關聯的MAC控制器102。然後，故障檢測過程階段開始。圖2中示出的示例的故障檢查過程使用ICMP分組(回波分組)來周期性地監視用戶網絡。回波分組的目的地可以是MAC控制器連接的LAN的默認網關IP位址。輔助處理器103能夠請求處理單元100發送回波分組，並且如果接收到回波應答就進行確認返回。通過請求和確認過程，輔助處理器監視處理單元到用戶區域網的連接有效性，從而如果在連通路徑上發生故障就可以被檢測到故障。故障檢測過程開始於向默認網關IP位址發送回波(步驟202)，並判斷(步驟203)是否接收到表示與網關的連接是活動的回波應答。所述默認網關是指所分配的MAC控制器連接的廣播域的默認網關。Tl秒後(步驟204)故障檢測過程通過發出新的回波分組(步驟202)重新開始。如果(步驟203)沒有接收到表示故障被檢測到的回波應答，初始化恢復過程(步驟205到209)。Tl是可配置的參數；它可以在幾毫秒到幾秒的範圍內，依賴於廣播域以及MAC控制器102 (圖1)與廣播域之間的連接。恢復過程的第一階段是通過互連交換機陣列101 (圖1)分配冗餘的處理節點(步驟205)。第二階段是發出新的回波分組(步驟206)。第三階段是判斷回波分組是否被接收(步驟207)。如果接收到回波應答，那麼故障檢測過程通過發出新的回波分組重新開始(步驟202)。在步驟207中收到回波分組表示在那一時刻沒有檢測到故障。如果沒有接收到回波應答，那麼這就表示已經檢測到故障。隨後，判斷是否有備用的冗餘MAC控制器(步驟 208)連接到與可疑的故障MAC控制器相同的廣播域。優選地，冗餘MAC控制器首先被分配以可疑的故障MAC的MAC地址，從而使得平滑過渡到在冗餘的路徑上。在本發明的可選典型實施例中，綁定-再綁定命令能夠開始於替換MAC控制器，然後是處理器。過程(沒有在圖2中示出)可以開始于禁用當前MAC控制器並且隨後僅使冗餘的MAC控制器活動，以在冗餘MAC控制器確實連接到相同的廣播域的情況下避免MAC地址的重複。一旦新的連通路徑出現，使用相同的MAC地址能夠最小化產生的不利影響。當冗餘MAC控制器使用與故障的MAC控制器相同的MAC地址時(並不是同時)，用戶的網絡並不知道該替換。該連接中包括的層2交換機，其基於IEEE802.1D透明橋方法，能夠連接到冗餘MAC，並通過接收即將到來的回波分組自動學習新的路徑。如果冗餘的MAC控制器是可用的，則所述MAC控制器被分配給該處理器(步驟209 )，並且故障檢測過程可以繼續(202 )。公開的方法和系統提高了基於需要連接到用戶乙太網區域網中的多個處理節點(處理器)的網絡設備的可靠性、可用性和適用性。公開的方法和系統通過提供支持處理器系統可能遇到的任何單個點的故障的故障轉移的拓撲，來減少處理器系統的計劃外的停機時間。公開的方法和系統還例如減少了處理器系統的計劃內的停機時間，以允許升級。除此之外，公開的內容通過使MAC/處理器對分離，提供了一種網絡分離的方法和裝置，即防火牆網關。通過冗餘處理器替換處理器的過程205可以包括向冗餘處理器中加載軟體和需要用於處理由故障處理器執行的活動的信息。這個過程由能記錄需要的信息的活動的輔助處理器103執行。在本申請的說明書和權利要求書中，每一個動詞，「包含」、「包括」和「具有」，及其變形被用於表示該動詞的受詞並不一定是成員、組件、元素或者動詞的部分主語或動詞主語的完整列表。在本申請中，詞「單元」和「模塊」是可以相互交換的。被稱為單元或者模塊的任何物都可以是獨立單元或者專門的模塊。單元或者模塊可以是標準組件或者具備標準組件的某些方面，允許使用另一個類似單元或者模塊容易地移除和替換它。每一個單元或者模塊可以是軟體、硬體和/或固件中的任何一個或者其任何組合。邏輯模塊軟體能夠包括在計算機可讀介質上，例如可讀/寫硬碟、CDR0M、快閃記憶體、ROM等等。為了執行特定任務，軟體程序能夠根據需要被加載到適當的處理器中。通過詳細描述本發明的實施例對本發明進行了描述，本發明的實施例僅以示例的方式提供但並不意在對本發明的範圍進行限制。所描述的實施例包括不同的特徵，並不是所有這些特徵在本發明的所有實施例中都需要。本發明的某些實施例只使用一些特徵或者這些特徵的可能的組合形式。本領域技術人員能夠想到描述的本發明的實施例的變形以及包括所描述的實施例中記錄的特徵的不同組合的本發明的實施例。·
權利要求
1.一種容故障可恢復系統，包括多個處理單元；多個MAC控制器；互連交換機，用於可通信地且動態地關聯一個或多個對，其中每個對包括選自所述多個處理單元的處理單元和選自所述多個MAC控制器的MAC控制器；以及可通信地連接到所述多個處理單元中的每一個的輔助處理器，其中所述輔助處理器編程用於動態地為一個或多個對中的每一個分配MAC地址，每個動態分配的MAC地址屬於廣播域，以及其中，對於每個對，所述處理單元被配置成通過MAC控制器在廣播域上通信。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述多個MAC控制器屬於廣播域。
3.根據權利要求1所述的系統，其中所述輔助處理器通過區域網可通信地連接到所述多個處理單元。
4.根據權利要求1所述的系統，其中所述輔助處理器編程用於當任何一個對中的MAC 控制器故障時分配所述多個MAC控制器中的另一個給所述對。
5.根據權利要求4所述的系統，其中所述輔助處理器編程用於將故障MAC控制器的 MAC地址重新分配給所述多個MAC控制器中的另一個。
6.一種用於設置網絡設備與廣播域之間的連接的方法，其中，所述網絡設備包括多個 MAC控制器和多個處理器，並且其中，多個MAC地址被分配給所述網絡設備，所述方法包括從所述多個處理器中選擇可用的處理器；從所述多個MAC控制器中選擇可用的MAC控制器；將選定的處理器和選定的MAC控制器綁定成處理器和MAC控制器對；從所述多個MAC地址中選擇屬於廣播域的可用的MAC地址；將所述選定的MAC地址分配給所述處理器和MAC控制器對，其中所述選定的處理器被配置成通過選定的MAC控制器在廣播域上通信。
7.一種容故障可恢復通信系統，包括多個MAC控制器；處理單元，用於可通信地且動態地關聯選自所述多個MAC控制器的第一 MAC控制器；以及輔助處理器，編程用於動態地將與廣播域關聯的MAC地址分配給處理單元和第一 MAC控制器的關聯；在所述第一 MAC控制器故障時，將選自所述多個MAC控制器的第二 MAC控制器分配給所述處理單元；以及重新分配所述MAC地址給所述第二 MAC控制器，其中，所述處理單元通過所述第一 MAC控制器或所述第二 MAC控制器在所述廣播域上通信。
8.根據權利要求7所述的系統，其中所述輔助處理器被嵌入在所述處理單元中。
9.根據權利要求7所述的系統，其中所述多個MAC控制器屬於廣播域。
10.根據權利要求7所述的系統，其中所述處理單元通過交換機陣列可通信地且動態地關聯所述第一 MAC控制器。
11.一種用於從處理單元/MAC控制器對與廣播域的連通性故障中恢復的方法，包括 檢測具有MAC地址的處理單元/MAC控制器對與廣播域的連通性故障，其中，所述處理單元通過MAC控制器在廣播域上通信；以及當檢測到故障時重新分配替代MAC控制器給所述處理單元；以及重新分配所述MAC地址給所述替代MAC控制器，其中所述MAC地址屬於所述廣播域。
12.根據權利要求11所述的方法，其中所述檢測包括發送故障檢測分組到所述廣播域的默認網關。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述故障檢測分組是ICMP回波分組。
14.根據權利要求11所述的方法，其中所述檢測，所述重新分配替代MAC控制器，以及所述重新分配所述MAC地址給所述替代MAC控制器是由所述輔助處理器來執行的。
15.—種維護網絡中的連接的方法，包括將與所述網絡的廣播域關聯的MAC地址分配給多個MAC控制器中的一個，所述多個MAC 控制器中的一個被分配給可通信地連接到所述多個MAC控制器的處理單元，其中所述處理單元被配置成通過所述MAC控制器在所述網絡的廣播域上通信；以及利用輔助處理器執行輔助應用，使得所述輔助處理器發送故障檢測分組給網絡的默認網關；當檢測到故障時，重新分配用於連接到所述網絡的冗餘MAC控制器；重新分配所述MAC地址給所述冗餘MAC控制器；以及重新分配所述冗餘MAC控制器給所述處理單元用於連接到所述網絡。
16.根據權利要求15所述的方法，其中所述輔助處理器被嵌入在所述處理單元中。
17.根據權利要求15所述的方法，其中所述處理單元通過交換機陣列可通信地連接到所述多個MAC控制器。
全文摘要
通過一組MAC控制器將一組處理單元連接到多個LAN中。互連交換機允許任何處理單元訪問任何MAC控制器。輔助處理器周期性地檢測處理單元到LAN的連通性故障。當檢測到故障時，冗餘的處理單元被分配連接到LAN。如果故障仍然存在，那麼冗餘的MAC控制器被分配給冗餘處理單元。先前的MAC控制器的MAC地址被重新分配給冗餘的MAC控制器。
文檔編號G06F11/20GK103002072SQ20121047219
公開日2013年3月27日 申請日期2008年9月10日 優先權日2007年9月11日
發明者K·羅森博格, A·海拉威 申請人:寶利通公司