以太网交换机热备份的设计与链路汇聚的实现

摘要

通讯网络中使用的设备,必须保证长时间可靠运行.在电信领域中,系统可靠性应达到99.999%以上.这就要求系统能够容错,并能够在不中断服务的情况下维护与升级,从软件设计的角度来看,高可靠性以故障恢复为主要内容.但单靠一台设备很难使系统的可靠性达到99.999%,目前的做法一般是对重要的系统数据进行备份,此时一台设备(主设备)处于正常运行状态,另一台设备处于备用状态.备用的设备(从设备)不对业务报文进行处理,只是定时或实时地接收主备设备发送过来的数据.当主设备出现故障时,从设备迅速地接替它进行工作,这样就可以确保网络通讯不出现长时间的中断.目前国内电信运营商的骨干网络中使用的设备都是国外的产品,这不仅是一个很大的经济问题,而且是国家信息安全的一个很大的问题.本论文根据这个现状,给出了一种热备份的实现方案,并在此方案的基础上实现链路汇聚模块;详细说明了进行备份应该考虑的问题及主从同步、主从切换的流程;并提出了几种同步与平滑的方案.各模块使用哪一种同步及平滑方式可依据实际情况进行选择,对于链路汇聚模块来说只能采用独立事件的同步方式.在链路汇聚的实现中,简要说明了链路汇聚的功能;对数据结构、与外部模块接口及子程序的设计则进行详细描述.本人在此项目中所做的工作如下:1.端口轮询模块的编码、测试.2.全程参与热备份模块的方案设计、详细设计、编码、测试.3.链路汇聚模块的概要设计、详细设计、编码、测试4.与各模块负责人一起完成集成测试.目前,本文设计的这些模块已经调试完毕,通过α测试和由××公司组织的专家组的验收,β测试正在进行当中.正式的产品预计将于05年03月推入市场.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1现状

1.2课题背景及研究内容

1.3论文的组织结构

第二章基础知识

2.1计算机网络的体系结构

2.1.1计算机网络与分布式系统的区别

2.1.2开放式系统互连参考模型(OSI/RM)

2.2交换技术的原理概述

2.2.1共享技术

2.2.2交换技术

2.2.3第二层交换技术

2.2.4第三层交换技术

2.3二层交换的四大基本协议

2.3.1生成树算法(STP)

2.3.2 IEEE802.1Q

2.3.3 IEEE802.1D网桥的功能和运行原理

2.3.4 IEEE802.3ad TRUNK的概念和运行原理

2.4芯片功能简介

2.4.1生成树协议

2.4.2 802.3ad链路聚合

2.5 VLAN与报文转发流程

2.5.1 VLAN的概念

2.5.2相关概念

2.5.3 VLAN的作用

2.5.4 VLAN的实现

2.5.5二层转发流程

2.5.6三层转发流程

第三章热备份的总体设计

3.1软硬件体系结构

3.2在热备份系统中需要考虑的问题

3.2.1主从选举

3.2.2对方状态获取

3.2.3保持状态协调正确

3.2.4故障恢复

3.2.5故障监控

3.2.6状态同步

3.2.7平滑处理

3.3硬件结构设计

3.4软件结构的设计

3.5行为设计

3.5.1 MPU卡的状态机

3.5.2主从选举流程

3.5.3主从切换的流程

3.6热备份中的一些关键技术

3.6.1概念

3.6.2状态同步的方式

3.6.3平滑处理的方式

第四章链路汇聚的原理

4.1链路汇聚协议概述

4.2目的和目标

4.3概念和原理

4.3.1 Link Aggregation的原理

4.3.2 LAC概念和原理

4.3.3标识

4.4工作原理

4.4.1LA子层

4.4.2 LACP(Link Aggregation Control Protocol)

4.5 AGGREGATOR工作流程

4.5.1接收MAC层的帧

4.5.2发送MAC Client实体要求传送的帧

4.6 MARKER协议

4.7其他

4.7.1动态分配操作值

4.7.2选择机制的两个措施

4.7.3为给定的会话动态重分配不同端口的措施

第五章链路汇聚的实现

5.1概念

5.2系统设计的一些基本要求

5.2.1字节对齐

5.2.2模块的低耦合与高内聚

5.2.3高效率

5.2.4函数重入

5.3规格说明

5.3.1 TRUNK的功能

5.3.2其他

5.4结构设计

5.4.1模块初始化接口

5.4.2 Shell命令处理接口

5.4.3 IDB接口

5.4.4 ag事件接口

5.4.5 HA调用接口

5.4.6 AG报文发送的AP调整接口

5.4.7状态同步与平滑

5.5行为设计

5.5.1初始化流程

5.5.2网管创建、更新TRUNK流程

5.5.3网管删除TRUNK流程

5.6 TRUNK模块与外部的接口

5.6.1与HA模块的接口

5.6.2与端口状态管理模块的接口

5.6.3 IDB接口与MIB库的设计

5.7数据结构的设计

5.7.1端口TRUNK映射表

5.7.2端口设备映射表

5.7.3 AG、AP绑定的结构说明

5.7.4影子表结构的设计

5.7.5配置规则结构的设计

5.7.6调试开关全局变量与调试的设计

5.7.7信号量的定义

5.7.8 TRUNK同步报文设计

5.8子程序设计

5.8.1 TRUNCK核心

5.8.2 AG与AP的关系

5.8.3 IDB接口

5.8.4 SHELL及脚本的处理

5.8.5 AG事件

5.8.6状态同步

5.8.7硬件设置接口

第六章测试

6.1测试环境

6.2TRUNK模块测试内容、步骤与结果分析

6.2.1用错误的端口列表创建TRUNK

6.2.2用错误的均衡算法代号创建

6.2.3用正确的输入创建TRUNK

6.2.4更新TRUNK

6.2.5删除不存在的TRUNK

6.2.6删除存在的TRUNK

6.2.7端口UP/DOWN

6.2.8热拔线卡

6.2.9热插线卡

6.2.10协议报文发送

6.3 HA模块的测试内容、步骤与结果分析

6.3.1主从选举

6.3.2完全同步

6.3.3热切换

6.3.4实时同步与热插拔

6.3.5故障监控

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研工作