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CN101984573B - 分布式实现lacp标准状态机的方法及系统 - Google Patents

分布式实现lacp标准状态机的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种分布式实现LACP标准状态机的方法及系统，该方法包括：基于物理端口运行的四个状态机即接收状态机、周期状态机、MUX状态机、发送状态机，运行在本线卡即物理端口所在的线卡，选择状态机运行在主控；从所述物理端口收到报文后，发送给所述接收状态机并依次调用所述接收状态机、所述周期状态机、所述MUX状态机、所述发送状态机并根据所述主控上的所述选择状态机的物理链路选择状态，完成报文的处理。本发明方法和系统提高了分布式通讯设备运行效率、可靠性、实现主备热备份的稳定性。

Description

分布式实现LACP标准状态机的方法及系统
技术领域
本发明涉及数据通讯领域，尤其涉及一种分布式实现LACP(LinkAggregation Control Protocol，链路汇聚控制协议)标准状态机的方法及系统。
背景技术
链路聚合就是一系列物理端口的聚合，对MAC(Media Access Control，媒体访问控制)Client(用户)呈现单一的、标准IEEE802.3接口，起到增加物理端口带宽和冗余备份的作用。链路聚合协议是控制链路聚合的标准协议，运行在对等的链路聚合体之间，通过协议报文交互决定物理端口的加入和移出，并决定物理端口是否能够接收和发送数据报文。标准的链路聚合协议是集中式状态机，包含运行在物理端口上相互联系的具有特定功能的五个协议状态机。
现有LACP状态机包括以下状态机，其功能及相互关系描述如下：
接收(RX)状态机(Receive machine)：该状态机接收从Partner(对端)来的LACPDU(link aggregation control protocol data unit，链路聚合控制协议数据单元)，记录其中的信息并按照LACP设置的超时使用短超时或长超时使之超时，RX状态机评估从Partner来的信息，确定Actor(本端)和对端是否已经同意交换的协议信息，一定程度上用于端口和其他端口聚合或成为独立端口，否则RX状态机设置NTT(Need-To-Transmit，需要发送)标识，以发送新的协议信息到Partner，如果Partner的协议信息超时，RX状态机安装默认的参数值以供其他状态机使用。
周期状态机(Periodic Transmission machine)：确定Actor及其Partner的聚合模式，为了维持聚合，确定是否周期地交换LACPDU(如果任意一端或者两端都配置为Active，定期LACPDU交互发生)。
选择状态机(Selection Logic)：负责选择和该端口相关的Aggregator(聚合体)，并决策多个Aggregator中哪个Aggregator处于激活状态。
MUX状态机(Mux machine)：负责按照当前协议信息的要求将端口的collecting和distributing打开或关闭。
发送(TX)状态机(Transmit machine)：处理在其他状态机的要求下或者基于定期的LACPDU的发送。
LACP标准状态机是集中式状态机，图1描述了现有的LACP集中式状态机运行关系示意图，现有的LACP集中式状态机依次按照接收状态机、周期状态机、选择状态机、MUX状态机、发送状态机的顺序执行。
在分布式系统中按照功能分为MP(Management Processor，主控处理单元)、RP(Routing Processor，路由处理单元)、NP(Network Processor，网络处理单元)，其中MP主要完成命令解释、网管等功能，RP主要实现协议，NP主要完成报文收发和转发等。对于集中式系统来说，MP、RP、NP在一个CPU上实现，主要用于低端设备。对于分布式系统，MP、RP、NP放到各自独立的CPU上，主要用于高端设备。为了提高报文转发性能，增加报文转发的稳定性和可靠性，NP放到多个CPU上实现。为了增加RP的可靠性，采用主备系统，主备系统是指有两组RP，运行在不同的CPU上，互为备份。
主备系统的实现方式分为两种：主备冷备份和主备热备份。下面以RP的主备系统为例进行说明。主备冷备份是指：当主RP发生异常，备RP由备状态切换为主状态，这个时候，切换后的RP重新读取数据库，进行初始化，完成和NP的交互后，切换到工作状态；在这个过程中，切换前的RP上的动态数据全部丢失，需要重新学习，导致网络震荡，导致转发中断。主备热备份是指：当备板插上后，完成和主板的消息交换，然后进入到批量同步状态，将主RP上的静态数据和动态数据同步到备板上；批量同步结束后，主备板之间进行实时同步，主板上RP将变化的数据及时同步到备板上；这样，当主备倒换后，备板上保存了主板上绝大多数数据，通过数据平滑和协议的GR(Graceful Restart，平滑重启)，使得主备倒换后，动态数据及时恢复，减少了网络震荡，也保证主备倒换期间，现有的转发不中断。
现有的LACP集中式状态机运行在RP上，主备冷备份很容易实现，但是实现主备热备份就比较困难了。主备热备份在主备倒换过程会有大量协议运行GR功能，这导致RP所在CPU使用率增高、报文投递延迟、投递丢失的概率增大，定时器运行不准时等问题，并且主备倒换完成时间随着业务数据量的增加而线性增加。
为了维持聚合，LACP的本端Actor和对端Partner必须周期地交换LACPDU，主备热备份过程中出现的报文投递延迟、投递丢失、定时器运行不准时等问题会导致Partner在超时时间内不能收到Actor发来的LACPDU，进而导致物理链路断链，流量转发中断。尤其在Partner设置短超时(要求Actor每秒发送一个LACPDU，如果Partner在3秒未收到LACPDU，超时断链)时，这种断链、断流现象更加容易发生。
另外，在Actor和Partner的LACPDU报文交换过程中，Actor从线卡(NP)上的物理端口收到报文后，投递到主控(RP)-主，交给接收状态机处理，并依次调用接收状态机、周期状态机、选择状态机、MUX状态机、发送状态机；当报文发送时，需要从主控(RP)-主投递到对应的线卡(NP)发送。主控-主和线卡之间的两次报文投递过程增加了LACPDU报文交换的延迟，降低了物理链路冗余切换的性能，同时耗费了宝贵的CPU资源。
综上所述，分布式通讯设备运行LACP集中式状态机存在着低效率、不可靠、不易实现主备热备份等问题。
发明内容
本发明提供了一种分布式实现LACP标准状态机的方法及系统，提高了分布式通讯设备运行效率、可靠性、实现主备热备份的稳定性。
为解决以上技术问题，本发明提供了一种分布式实现LACP标准状态机的方法，包括：
基于物理端口运行的四个状态机即接收状态机、周期状态机、MUX状态机、发送状态机，运行在本线卡即物理端口所在的线卡，选择状态机运行在主控；
从所述物理端口收到报文后，发送给所述接收状态机并依次调用所述接收状态机、所述周期状态机、所述MUX状态机、所述发送状态机并根据所述主控上的所述选择状态机的物理链路选择状态，完成报文的处理。
进一步地，若所述本线卡上的状态机运行前后的状态机数据存在变化，则同步所述本线卡上的状态机数据到所述主控。
进一步地，所述本线卡上的状态机运行的触发源包括以下之一或任意组合：所述接收状态机收报、所述状态机周期运行定时器超时、所述主控同步来的变化的状态机数据。
进一步地，所述主控上所述选择状态机运行的触发源包括以下之一或任意组合：所述选择状态机周期运行定时器超时、所述本线卡同步来的变化的状态机数据、所述选择状态机运行前后的状态机数据存在变化、配置数据变化。
进一步地，触发主控上所述选择状态机运行时，同步数据到主控-备、非本线卡。
进一步地，主备倒换时，所述主控-备根据接收的所述同步数据，完成切换。
为解决以上技术问题，本发明还提供了一种分布式实现LACP标准状态机的系统，包括：线卡、主控，其中：
所述线卡上运行四个状态机即接收状态机、周期状态机、MUX状态机、发送状态机；所述主控上运行选择状态机；
从物理端口收到报文后，发送给所述接收状态机并依次调用所述接收状态机、所述周期状态机、所述MUX状态机、所述发送状态机并结合主控上的所述选择状态机的物理链路选择状态，完成报文的处理。
进一步地，若线卡上的状态机运行前后的数据存在变化，则同步线卡上的状态机数据到所述主控。
进一步地，线卡上的状态机运行的触发源包括以下之一或任意组合：所述接收状态机收报、状态机周期运行定时器超时、所述主控同步来的变化的状态机数据。
进一步地，所述主控上所述选择状态机运行的触发源包括以下之一或任意组合：所述选择状态机周期运行定时器超时、本线卡同步来的变化的状态机数据、所述选择状态机运行前后的状态机数据存在变化、配置数据变化时。
本发明方法及系统解决了分布式通讯设备运行LACP集中式状态机的低效率、不可靠、不易实现主备热备份的问题，从而提高了LACP状态机的运行效率，增加了LACP状态机的运行可靠性和稳定性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1描述了现有技术的LACP集中式状态机运行关系示意图；
图2是本发明应用的分布式设备组网示意图；
图3是本发明LACP分布式状态机运行关系示意图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本实施例的技术方案如下：
基于物理端口运行的四个状态机即接收状态机、周期状态机、MUX状态机、发送状态机，运行在本线卡即物理端口所在的线卡，选择状态机运行在主控；
从物理端口收到报文后，发送给所述接收状态机并依次调用所述接收状态机、所述周期状态机、所述MUX状态机、所述发送状态机并结合所述主控上的所述选择状态机，完成报文的处理。
本实施例的技术方案如下：若线卡上的状态机运行前后的状态机数据存在变化，则同步线卡上的状态机数据到所述主控。
本实施例的技术方案如下：
线卡上的状态机运行的触发源包括以下之一或任意组合：所述接收状态机收报、所述状态机周期运行定时器超时、所述主控同步来的变化的状态机数据。
本实施例的技术方案如下：所述主控上所述选择状态机运行的触发源包括以下之一或任意组合：所述选择状态机周期运行定时器超时、所述本线卡同步来的变化的状态机数据、所述选择状态机运行前后的状态机数据存在变化、配置数据变化时。
本实施例的技术方案如下：触发主控上所述选择状态机运行时，同步数据到主控-备、非本线卡。
本实施例的技术方案如下：主备倒换时，所述主控-备根据接收的所述同步数据，完成切换。
本实施例的系统技术方案如下：包括：线卡、主控，
所述线卡上运行四个状态机即接收状态机、周期状态机、MUX状态机、发送状态机；所述主控上运行选择状态机；
从物理端口收到报文后，发送给所述接收状态机并依次调用所述接收状态机、所述周期状态机、所述MUX状态机、所述发送状态机并结合主控上的所述选择状态机，完成报文的处理。
本实施例的技术方案如下：若线卡上的状态机运行前后的数据存在变化，则同步线卡上的状态机数据到所述主控。
本实施例的技术方案如下：线卡上的状态机运行的触发源包括以下之一或任意组合：所述接收状态机收报、状态机周期运行定时器超时、所述主控同步来的变化的状态机数据。
本实施例的技术方案如下：所述主控上所述选择状态机运行的触发源包括以下之一或任意组合：所述选择状态机周期运行定时器超时、本线卡同步来的变化的状态机数据、所述选择状态机运行前后的状态机数据存在变化、配置数据变化时。
图2是本发明应用的分布式设备组网示意图，设备包含主控-主、主控-备、线卡1、线卡2，gei_1/1、gei_1/2在线卡1上，gei_2/1、gei_2/2在线卡2上，gei表示接口为千兆。接收状态机、周期状态机、MUX状态机、发送状态机在线卡上按照顺序依次运行，四个状态机以每个物理链路为单位运行，只需要在物理链路所在的线卡运行。选择状态机运行在主控-主上，负责把物理链路选择到和该物理链路特征一致的聚合体中，并决策多个聚合体中哪个聚合体处于激活状态、其他聚合体处于非激活状态。
图3是本发明的LACP分布式状态机运行关系示意图，从线卡上的物理端口收到报文后，不再投递到主控-主，而是直接交给接收状态机处理，并依次调用接收状态机、周期状态机、MUX状态机、发送状态机。只有线卡上物理链路的状态机运行数据发生变化时才向主控-主同步状态机数据，这样就大大减小了线卡和主控之间的报文投递次数。在物理链路已经协议建链成功的前提下，主控发生异常，不会干扰到线卡上的物理链路正常协议交互；非端口所在的线卡发生异常时也不会影响到其他线卡上的物理链路正常协议交互，这样就大大提高了LACP协议状态机的可靠性和稳定性。
步骤S301，物理端口所在的线卡叫本线卡，其他的线卡叫非本线卡，物理端口收到对端发来的LACPDU报文；
步骤S302，在本线卡的物理端口收到LACPDU报文后，直接把报文送到LACP模块的接收状态机处理，而不再投递到主控，接收状态机记录LACPDU报文中的信息并按照Partner设置的超时使用短超时或长超时使之超时，RX状态机评估从Partner来的信息，确定Actor和Partner是否已经同意交换的协议信息一定程度上用于端口和其他端口聚合或成为独立端口，否则接收状态机产生NTT以发送新的协议信息到Partner，如果Partner的协议信息超时，接收状态机安装默认的参数值以供其他状态机使用；
步骤S303，接收状态机运行后运行周期状态机，确定Actor及其Partner的聚合模式，为了维持聚合，是否周期地交换LACPDU；
步骤S304，周期状态机运行后运行MUX状态机，负责按照当前协议信息的要求将端口的collecting和distributing打开或关闭；
步骤S305，MUX状态机运行后运行发送状态机，处理在其他状态机的要求下或者基于定期的LACPDU的发送；
步骤S306，发送状态机向Partner的物理端口发送LACPDU；
步骤S307，当线卡状态机运行前后的状态机数据存在变化，同步线卡的状态机数据到主控；
步骤S308，主控上，选择状态机运行后把物理链路选择到和该物理链路特征一致的聚合体中，并决策多个聚合体中哪个聚合体处于激活状态、其他聚合体处于非激活状态；
步骤S309，当选择状态机运行前后的状态机数据存在变化、线卡同步过来的状态机数据存在变化、配置数据变化时，同步数据到主控-备、非本线卡；
步骤S310，主控-备收到同步过来的数据后，保存数据供主备倒换后数据平滑使用；
步骤S311，非本线卡收到同步过来的数据后，不处理；
步骤S312，本线卡收到同步过来的数据后，更新配置数据和选择状态机数据，校验本线卡的四个状态机数据。
下面以图2的分布式设备组网方式，举例说明本发明在主备倒换过程中的具体应用：
在主备倒换前，线卡上物理链路的运行数据同步到了主控-主，主控-主把聚合组和聚合组下所有物理链路的配置和运行数据同步到了主控-备上，主控-备上保存了聚合组和聚合组下所有物理链路的配置和运行数据。
主备倒换后，依次基于聚合组和物理链路对当前的运行数据进行平滑，正常情况下倒换后的主控-主的选择状态机输出数据不会改变，因而线卡上感知不到主控主备倒换对线卡的影响，即主控主备倒换对线卡是透明的。尤其是在测试最大配置对主备倒换影响时，倒换后的主控-主CPU繁忙或主控-主和线卡之间消息投递存在时延或消息丢失等异常不会对线卡产生影响，保证了主备倒换过程中，LACP协议状态机的平滑过渡。
综上所述，本发明在遵循LACP标准协议状态机的基础上，通过分布式实现LACP标准协议状态机，有效地提高了LACP状态机的运行效率，增强了LACP标准协议状态机的运行可靠性和稳定性。
当然，针对LACP标准协议状态机，本发明还可有其他多种组合，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种分布式实现LACP标准状态机的方法，其特征在于，该方法包括：
基于物理端口运行的四个状态机即接收状态机、周期状态机、MUX状态机、发送状态机，运行在本线卡即物理端口所在的线卡，选择状态机运行在主控；
从所述物理端口收到报文后，发送给所述接收状态机并依次调用所述接收状态机、所述周期状态机、所述MUX状态机、所述发送状态机并根据所述主控上的所述选择状态机的物理链路选择状态，完成报文的处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：若所述本线卡上的状态机运行前后的状态机数据存在变化，则同步所述本线卡上的状态机数据到所述主控。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述本线卡上的状态机运行的触发源包括以下之一或任意组合：所述接收状态机收报、所述状态机周期运行定时器超时、所述主控同步来的变化的状态机数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述主控上所述选择状态机运行的触发源包括以下之一或任意组合：所述选择状态机周期运行定时器超时、所述本线卡同步来的变化的状态机数据、所述选择状态机运行前后的状态机数据存在变化、配置数据变化。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：触发主控上所述选择状态机运行时，同步数据到备用主控、非本线卡。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：主备倒换时，所述备用主控根据接收的所述同步数据，完成切换。
7.一种分布式实现LACP标准状态机的系统，包括：线卡、主控，其特征在于，
所述线卡上运行四个状态机即接收状态机、周期状态机、MUX状态机、发送状态机；所述主控上运行选择状态机；
从物理端口收到报文后，发送给所述接收状态机并依次调用所述接收状态机、所述周期状态机、所述MUX状态机、所述发送状态机并结合主控上的所述选择状态机的物理链路选择状态，完成报文的处理。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：若线卡上的状态机运行前后的数据存在变化，则同步线卡上的状态机数据到所述主控。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：线卡上的状态机运行的触发源包括以下之一或任意组合：所述接收状态机收报、状态机周期运行定时器超时、所述主控同步来的变化的状态机数据。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述主控上所述选择状态机运行的触发源包括以下之一或任意组合：所述选择状态机周期运行定时器超时、本线卡同步来的变化的状态机数据、所述选择状态机运行前后的状态机数据存在变化、配置数据变化时。
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