环形拓扑的堆叠交换机系统的单播报文恢复方法及装置

摘要

本发明提供一种环形拓扑的堆叠交换机系统的单播报文恢复方法，应用在成员设备上，所述成员设备之间通过堆叠口互连，所述方法包括：以一个堆叠口为接收报文的端口，以另一个堆叠口为发送报文的端口来生成备用转发路径表；对不带有环回标识的单播报文，如果发送该报文的端口是连接故障点的堆叠口，添加环回标识，将添加环回标识的单播报文环回后根据备用转发路径表转发；对目的成员设备为其他成员设备的带有环回标识的单播报文，根据备用转发路径表转发。本发明的技术方案减少了故障发生时流量中断的时间，提高了堆叠交换机系统的可用性。

说明书

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种环形拓扑的堆叠交换机系 统的单播报文恢复方法及装置。

背景技术

IRF（Intelligent Resilient Framework，智能弹性架构）是一种堆叠交换机 系统实现技术，利用软件虚拟化技术，将至少两台网络设备连接在一起，进 行必要的配置后，虚拟化成一台“分布式设备”。使用这种虚拟化技术可以 集合多台设备的硬件资源和软件处理能力，实现多台设备的协同工作、统一 管理和不间断维护。

IRF能够简化管理，在形成之后，用户通过任意成员设备的任意端口都 可以登录IRF系统，对IRF内所有成员设备进行统一管理。IRF的高可靠性 体现在多个方面，例如：IRF由多台成员设备组成，Master（主）设备负责 IRF的运行、管理和维护，Slave（从）设备在作为备份的同时也可以处理业 务；一旦Master设备故障，系统会迅速自动选举新的Master，以保证业务不 中断，从而实现了设备的1:N备份；此外，成员设备之间的IRF链路支持聚 合功能，IRF和上、下层设备之间的物理链路也支持聚合功能，多条链路之 间可以互为备份也可以进行负载分担，从而进一步提高了IRF的可靠性。IRF 有良好的扩展能力，通过增加成员设备，可以轻松自如的扩展IRF的端口数、 带宽；因为各成员设备都有CPU，能够独立处理协议报文、进行报文转发， 所以IRF还能够轻松自如的扩展处理能力。

随着语音、视频等新网络业务的出现和发展，对网络的可靠性提出了更 高的要求。这些业务对流量的中断非常敏感，因此，在发生故障后如何能尽 快恢复转发业务，就成为IRF技术需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种环形拓扑的堆叠交换机系统的单播报文恢复 方法，应用在所述堆叠交换机系统的成员设备上，所述成员设备通过两个堆 叠口分别连接至其他成员设备中的两个，所述方法包括：

以一个堆叠口为接收报文的端口，以另一个堆叠口为发送报文的端口来 生成备用转发路径表；

对不带有环回标识的单播报文，如果发送该报文的端口是连接故障点的 堆叠口，添加环回标识，将添加环回标识的单播报文环回后根据备用转发路 径表转发；

对目的成员设备为其他成员设备的带有环回标识的单播报文，根据备用 转发路径表转发。

本发明还提供了一种环形拓扑的堆叠交换机系统的单播报文恢复装置， 应用在所述堆叠交换机系统的成员设备上，所述成员设备通过两个堆叠口分 别连接至其他成员设备中的两个，所述装置包括：

备用转发路径表生成单元，用于以一个堆叠口为接收报文的端口，以另 一个堆叠口为发送报文的端口来生成备用转发路径表；

环回单元，用于对不带有环回标识的单播报文，如果发送该报文的端口 是连接故障点的堆叠口，添加环回标识，将添加环回标识的单播报文环回后 根据备用转发路径表转发；

环回转发单元，用于对目的成员设备为其他成员设备的带有环回标识的 单播报文，根据备用转发路径表转发。

由以上技术方案可见，本发明的实施例通过将需要通过故障点转发的单 播报文添加环回标记后，根据备用转发路径表从环形拓扑的另一条链路向其 目的成员设备发送，实现了故障发生后单播业务的快速恢复，减少了流量中 断的时间，提高了堆叠交换机系统的可用性。

附图说明

图1是一种堆叠交换机系统的环形拓扑连接示例图；

图2是本发明实施例一中环形拓扑的堆叠交换机系统的单播报文恢复方 法流程图；

图3是本发明实施例二中成员设备上报文单播转发的流程图；

图4是堆叠交换机系统的成员设备的一种硬件结构图；

图5是本发明中一种环形拓扑的堆叠交换机系统的单播报文恢复装置的 逻辑结构图。

具体实施方式

IRF的实现分为两种方式：软件IRF和硬件IRF。软件IRF中，跨成员 设备的数据流量转发时，报文转发信息无法携带到其他成员设备，报文经过 每个成员设备都需要重新进行表项查找和转发。硬件IRF中，成员设备间通 过具有特殊功能的堆叠口连接，通过堆叠口能够把描述符信息（决定报文如 何转发的信息）携带到其他成员设备，在IRF内根据描述符信息进行转发。

堆叠口是成员设备上用于成员设备之间互联的端口，是一种逻辑接口。 一个堆叠口可能对应一个物理端口，也可能由多个物理端口聚合形成，以达 到增强带宽和链路备份的作用。

IRF的成员设备间通常采用两种拓扑：链形拓扑和环形拓扑。链行拓扑 由各个成员设备依次连接成串；环形拓扑中每个成员设备的两个堆叠口分别 与另外两个成员设备的堆叠口相连接，所有的成员设备连接成环。环形拓扑 比链形拓扑更可靠，当链形拓扑中出现链路故障时，会引起IRF分裂；而环 形拓扑中某条链路故障时，会形成链形拓扑，IRF的业务不会受到影响。两 个成员设备的堆叠口间的连接通道称为IRF链路。

在IRF中，每个成员设备和邻居成员设备通过交互IRF Hello报文来收 集整个IRF的拓扑。IRF Hello报文会携带拓扑信息，包括堆叠口连接关系、 成员设备编号、成员设备优先级等内容。每个成员设备在本地记录已知的拓 扑信息并将已知的拓扑信息周期性的从堆叠口发送出去，在收到邻居的拓扑 信息后，更新本地记录的拓扑信息，这样，所有成员设备都会收集到完整的 拓扑信息。

根据收集到的拓扑信息中，每个成员设备都知道报文要从自己的哪个堆 叠口转发出去才能到达某个其他成员设备，从而生成框级转发表。例如，在 图1所示的IRF中，成员设备10、成员设备20、成员设备30和成员设备40 通过各自的两个堆叠口连接为环形拓扑的硬件IRF，其中，成员设备10与成 员设备20、成员设备40之间分别通过IRF链路直接连接，成员设备30与成 员设备20、成员设备40之间分别通过IRF链路直接连接。在拓扑信息收集 完整后，成员设备10上的框级转发表如表1所示：

目的成员设备编号 堆叠口号 框跳数 成员设备10 NULL 0 成员设备20 堆叠口-10-20 1 成员设备30 堆叠口-10-20 2 成员设备40 堆叠口-10-40 1

表1

其中，目的成员设备编号是报文离开IRF前的最后一个成员设备的编号； 堆叠口号是本成员设备上将该报文转发出去的堆叠口的编号，其值为NULL 表示本成员设备是该报文离开IRF前的最后一个成员设备，该报文将通过用 户端口而不是堆叠口转发；框跳数为到达该报文离开IRF前的最后一个成员 设备还需要经过的转发次数。

在硬件堆叠系统中，报文在进入IRF时，接收该报文的成员设备查找转 发表项，如果该报文离开IRF的目的端口在其他成员设备上，会在报文中增 加描述符信息，描述符信息包括目的成员设备、目的端口和其他控制信息， 其中目的端口是目的成员设备将该报文转发出IRF的用户端口。这样，报文 在IRF系统中可以通过描述符信息和成员设备的框级转发表进行转发。当报 文到达目的端口所在的成员设备后，目的端口所在的成员设备删除报文中的 描述符信息，将其转发至目的用户端口。

现有技术中，当IRF系统内发生故障时，如某个成员设备故障或某条IRF 链路故障，与故障点直接连接的成员设备感知到故障发生后，会将发生故障 的消息广播给IRF中的其他成员设备。仍以图1中的IRF为例，如果成员设 备20和成员设备30之间的IRF链路中断，成员设备20会广播“成员设备 30不可达”的消息，成员设备30也会广播“成员设备20不可达”的消息， 收到这些消息的成员设备更新本地记录的拓扑信息，等到各个成员设备上本 地记录的拓扑信息重新达到稳定后，才会按照新的拓扑信息更新框级转发表。 而在框级转发表完成更新之前，每个成员设备仍然按照原来的框级转发表来 转发报文，例如，对目的成员设备编号为30的报文，成员设备10仍按照本 地的框级转发表将其发送给成员设备20；成员设备20查找本地的框级转发 表，发现成员设备30不可达，则将该报文丢弃。这样，就造成了在发现故障 到框级转发表更新完成的这一相当长的时间段内，出现了流量的中断。

本发明实施例一提出一种环形拓扑的堆叠交换机系统的单播报文恢复方 法来解决上述问题。实施例一的方法应用在堆叠交换机系统的成员设备上， 该堆叠交换机系统中每个成员设备的两个堆叠口分别与其他成员设备的堆叠 口连接，使得整个堆叠交换机系统连接为环形拓扑。实施例一的流程如图2 所示。

在步骤S210，以一个堆叠口为接收报文的端口，以另一个堆叠口为发送 报文的端口来生成备用转发路径表。

在IRF的每个成员设备上用两个堆叠口生成备用转发路径表，以一个堆 叠口为接收报文的端口，而另一个堆叠口则成为发送报文的端口。这样，每 个成员设备的备用转发路径表中包括2条记录，第1条记录中接收报文的堆 叠口是第2条记录中发送报文的堆叠口，而第1条记录中发送报文的端口是 第2条记录中接收报文的堆叠口。

以图1所示的IRF为例，在成员设备10上生成的备用转发路径表如表2 所示：

接收报文的堆叠口 发送报文的堆叠口 堆叠口10-20 堆叠口10-40 堆叠口10-40 堆叠口10-20

表2

在成员设备20上生成的备用转发路径表如表3所示：

接收报文的堆叠口 发送报文的堆叠口 堆叠口20-10 堆叠口20-30 堆叠口20-30 堆叠口20-10

表3

成员设备30和成员设备40上的备用转发路径表可参照表2和表3推出， 不再赘述。

在步骤S220，对不带有环回标识的单播报文，如果发送该报文的端口是 连接故障点的堆叠口，添加环回标识，将添加环回标识的单播报文环回后根 据备用转发路径表转发。

在IRF系统发生故障后，与故障点直接连接的成员设备能够快速感知到 故障。在与故障点直接连接的成员设备上，对不带有环回标识的单播报文， 即常规的经过IRF进行转发的单播报文，如果需要从连接故障点的堆叠口发 送，则为该报文添加环回标识，并将添加环回标识的报文从连接故障点的堆 叠口内部环回。内部环回后，对连接故障点的成员设备而言，连接故障点的 堆叠口即是接收内部环回后的单播报文的堆叠口，连接故障点的成员设备据 此查找备用转发路径表，查到另一个堆叠口为发送报文的端口，则将已添加 环回标识的报文从另一个堆叠口发送。

在一种可选的实施方式中，可以将环回标识添加在描述符信息中，在描 述符信息中增加一个设定字段来表示本单播报文是否是经过故障点的环回报 文。

在步骤S230，对目的成员设备为其他成员设备的带有环回标识的单播报 文，根据备用转发路径表转发。

如果某个成员设备从一个堆叠口收到的单播报文带有环回标识，并且该 报文的目的成员设备不是本设备，则查找备用转发路径表后，从另一个堆叠 口发送该报文。

上述步骤S220和步骤S230之间没有时序关系。

本实施例中，对目的成员设备是本成员设备的单播报文，不论其是否带 有环回标识，都从本成员设备的用户端口发送，将报文转发出IRF。

对目的成员设备是其他成员设备，并且不带有环回标识的单播报文，按 照现有技术，根据框级转发表进行转发即可。

对目的成员设备是其他成员设备、并且带有环回标识的单播报文，如果 查找备用转发路径表后，发送该报文的堆叠口是连接故障点的端口，则该报 文因无法发送而被丢弃。此时可能是IRF中出现至少两个故障点，也可能是 该报文的目的成员设备发生故障，导致该报文无法成功转发。

需要说明的是，在IRF故障并按照备用转发了路径表转发环回报文的同 时，仍然可以根据现有技术进行拓扑信息更新和框级转发表更新。当框级转 发表更新完成后，正常的报文转发路径会避开故障点，此时不会再有不带有 环回标识的报文需要从连接故障点的堆叠口发送，各成员设备根据框级转发 表即可完成报文转发功能。

应用本实施例的方法后，在IRF中出现故障后，连接故障点的成员设备 不会丢弃需要从连接故障点的堆叠口正常转发的单播报文，而是在单播报文 中添加环回标识后进行内部环回，并根据备用转发路径表通过环形拓扑的另 一条链路继续将该报文发送往目的成员设备，极大的减少了在IRF故障导致 的转发表更新过程中单播数据流量中断的时间，提高了堆叠交换机系统的可 用性。

仍以图1中的堆叠交换机系统IRF为例，成员设备20和成员设备30之 间的IRF链路发生中断，正常转发报文的成员设备20感知到故障，其堆叠 口20-30为连接故障点的端口。一个由成员设备10进入IRF、其目的端口在 成员设备30上的单播报文（此时该单播报文不带有环回标识），由成员设备 10根据其框级转发表表1发送至成员设备20。成员设备20查找本地的框级 转发表，发现发送该单播报文的端口是堆叠口20-30，则在报文中添加环回 标识并进行内部环回。内部环回后，该单播报文带有环回标识、目的成员设 备为成员设备30，则成员设备20查找备用转发路径表，根据接收该报文的 端口——堆叠口20-30（即环回端口），找到发送该单播报文的端口为堆叠 口20-10，则从堆叠口20-10将该单播报文发送给成员设备10。成员设备10 和成员设备40均按照备用转发路径表转发该单播报文后，该单播报文到达其 目的成员设备——成员设备30，并由成员设备30从用户端口转发。

本发明实施例二提供了一种在成员设备上进行单播报文转发的具体流程。 需要说明的是，以下流程的前提有两点：其一先生成备用转发路径表，生成 方式与实施例一中一致，不再赘述；其二是成员设备一旦感知到某个堆叠口 连接到故障点，立即将该堆叠口标记为环回端口。

请参见图3，在步骤S310，成员设备收到单播报文；

在步骤S320，成员设备判断该报文的目的成员设备是本设备，如果是， 转发至用户端口，如果否，执行步骤S330；

在步骤S330，成员设备判断该单播报文是否带有环回标识，如果是，转 步骤S370；如果否，执行步骤S340；

在步骤S340，成员设备查找框级转发表，找到发送该单播报文的堆叠口；

在步骤S350，成员设备判断发送该报文的堆叠口是否被标记为环回端口， 如果是，转步骤S360；如果否，发送该单播报文；

在步骤S360，成员设备在该单播报文中添加环回标识后，从环回端口内 部环回发送添加了环回标识的单播报文；

在步骤S370，成员设备查找备用路径转发表，找到发送带有环回标识的 单播报文的堆叠口并发送。如果该端口已被标记为环回端口，则丢弃该报文。

与上述流程实现对应，本实施例提供了一种环形拓扑的堆叠交换机系统 的单播报文恢复装置，运行在堆叠交换机系统的成员设备上，该装置可以通 过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。以软件实现为例， 作为一个逻辑意义上的装置，本实施例是通过成员设备的CPU将非易失性存 储其中对应的计算机程序指令读取到内存中运行形成的。从硬件层面而言， 除了图4所示的CPU、内存以及非易失性存储器之外，成员设备通常还包括 其他硬件，如负责处理报文处理的转发芯片等等；从硬件结构上来讲该设备 还可能是分布式的设备，可能包括多个接口卡以在硬件层面进行报文处理的 扩展。

图5所示为本实施例提供的一种环形拓扑的硬件IRF的业务堆叠交换机 系统的单播报文恢复装置，应用在所述IRF堆叠交换机系统的成员设备上， 所述成员设备通过两个堆叠口分别连接至其他成员设备中的两个，该装置包 括备用转发路径表生成单元、环回单元和环回转发单元，其中：备用转发路 径表生成单元用于以一个堆叠口为接收报文的端口，以另一个堆叠口为发送 报文的端口来生成备用转发路径表；环回单元用于对不带有环回标识的单播 报文，如果发送该报文的端口是连接故障点的堆叠口，添加环回标识，将添 加环回标识的单播报文环回后根据备用转发路径表转发；环回转发单元用于 对目的成员设备为其他成员设备的带有环回标识的单播报文，根据备用转发 路径表转发。

所述装置还包括目的端口转发单元，用于对目的成员设备为本设备的单 播报文，从用户端口发送。

所述装置还可以包括堆叠转发单元，用于对目的成员设备为其他成员设 备的不带有环回标识的单播报文，根据框级转发表发送。

在一种可选的实施方式中，所述环回标识位于描述符信息中。

所述装置还可以包括环回丢弃单元，用于在发送带有环回标识的单播报 文的端口是连接故障点的堆叠口时，丢弃所述报文。

从以上各种方法和装置的实施方式中可以看出，相对于现有技术在框级 转发表更新完成前丢弃通过故障点转发的单播报文，本发明中的各个实施例 将需要通过故障点的单播报文环回发送，通过环形拓扑的另一条链路使其到 达目的成员设备，使得在框级转发表更新完成前单播业务照常运作，减少了 故障恢复的时间，提高了堆叠交换机系统的可用性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本 发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明保护的范围之内。