专利名称：通信路径冗余保护系统和方法
技术领域：
本发明通常涉及通信，并且特别涉及提供通信系统中的通信路径的冗余保护。
背景技术：
保护通信系统以提供可靠服务和高可用性，对于运营商和服务提供商来说是一项正在进行的挑战。设备冗余是普通保护方案的一个例子。在设备冗余保护系统中，部署了能够执行相同功能或者至少普通保护功能的部件组。冗余组中仅一个冗余部件通常依赖于在任何时刻执行保护功能，并且通常称为“现用”部件。冗余组的其它部件(一个或多个“备用”部件)典型地是空闲的，直到检测到现用部件出故障。在这个事件中，活动性从出故障的现用部件切换至备用部件，该备用部件接管该出故障现用部件的保护功能。
一个已知的冗余保护方案是虚拟路由器冗余协议(VRRP)。VRRP被用在尽力而为的(best-effort)互联网协议(IP)网络中，以为网关IP路由器提供冗余保护。在一个普通类型的安装中，网关IP路由器连接到默认的静态局域网(LAN)，该局域网包括IP主机并且向该IP主机提供到IP网络的接入。
VRRP把设备冗余原则应用于路由器，并且因此需要两个路由器来提供冗余。然而，尽管为每个要保护的网关路由器在第二路由器中进行了额外投资，然而VRRP中的活动性切换影响了主干IP网络中的路由拓扑，由此需要网络重新收敛。这可能在全面服务恢复之前导致几分钟的通信业务中断。根据IP网络的大小和拓扑，服务中断可能持续15-30分钟或更久。
因此，尽管VRRP提供了防止网关路由器故障的级别，然而对于如何提供高可用性的IP服务仍然存在着很大的挑战。分钟级的服务中断恢复时间对于IP网络来说是不可行的，在该IP网络中提供了关键业务(missioncritical)和实时服务，例如IP上的语音(VoIP)、视频服务以及web商务服务。
发明内容
本发明的实施例为具有较高网络可用性约束的应用提供了IP网关处的通信路径冗余保护，所述应用例如是VoIP和视频应用。
根据本发明一个实施例的单个路由器冗余协议(SRRP，Single RouterRedundancy Protocol)，通过使用具有相同地址的两个接口来提供第3层接口保护，并且因而提供了通信路径保护。这些接口对于其它设备显得像是单个接口。一个接口是现用的并且转发第3层业务。另一个接口是非现用的，其以备用模式操作来被动地丢弃所有业务。当在现用接口上检测到故障时，备用接口获得活动性并且继续转发业务。
根据本发明的一个方面，用于提供通信系统中的通信路径冗余保护的设备包括多个接口，配置这些接口以支持在多个各自的通信路径上与远程系统进行通信。所述多个接口具有公共地址。所述设备还包括控制器，配置该控制器以在所述多个接口中选择一个接口作为现用接口，用于与远程系统交换通信业务。
还可以配置控制器用于响应于与现用接口或该现用接口所支持的通信路径相关联的故障，从所述多个接口中选择新的现用接口。
控制器所进行的故障检测可以基于对至少一个下列内容的监控与现用接口所支持的通信路径相关联的端口的状态、通信路径上所传送的业务，以及通信路径上所传送的其它信息。
在一个实施例中，在与地址相关联的通信设备中提供所述设备，该通信设备用在通信网中以在通信网络和远程系统之间传送业务。在选择新的现用接口之后，所述地址仍可用于在通信网和远程系统之间传送业务。
所述接口可以包括物理接口或逻辑接口，并且在一个实施例中，所述多个接口包括第3层接口或IP接口。
远程系统的例子是局域网，其中有效耦合了多个主机系统。在该情况下，公共地址可以是缺省地址，主机系统使用该地址以将通信业务传送到LAN之外的外部系统。
所述设备还可以包括配置接口，其允许为所述多个接口配置公共地址。
在通信系统中，所述设备可以被实现在第一通信网的网关处，该网关为第二通信网络提供到该第一通信网络的接入。该网关可以与地址相关联，该地址用在第一通信网络中以在该第一通信网和第二通信网之间传送业务。即使在响应于现用接口或其支持的通信路径的故障而选择新的现用接口之后，所述地址仍可用于在所述第一通信网络和第二通信网络之间传送业务。
根据本发明的另一方面，用于提供从接入网到通信网络的接入的通信网络网关，包括配置接口和控制器。所述配置接口允许配置通信路径冗余组，该通信路径冗余组包括网关和接入网之间的多个通信路径，所述多个通信路径是由具有与该接入网相关联的公共地址的各个通信接口来支持的。配置所述控制器来控制所述多个通信路径，以将所述多个通信路径之一指定为现用通信路径，用于在通信网和接入网之间传送通信业务。
公共地址可以是接入网的部件用来接入通信网的缺省网关地址。
在一个实施例中，所述网关与在通信网中被用来与接入网通信的地址相关联。优选地，网关地址与现用通信路径无关。
还可以配置所述控制器以检测与现用通信路径相关联的故障，并且响应于该检测而将冗余组的另一通信路径指定为现用通信路径。
根据本发明的另一个实施例，提供通信系统中的通信路径冗余的方法包括将通过具有公共地址的各个通信接口的多个通信路径配置为通信路径冗余组、选择所述多个通信路径之一作为用于传送通信业务的现用通信路径，并且响应于与该现用通信路径相关联的故障来选择所述多个通信路径中的另一个作为现用通信路径。
所述方法还可以包括至少监控所述现用通信路径。然后，响应于该监控期间所检测的故障而选择所述多个通信路径中的另一个。
在通信路径包括通信网络网关和接入网之间的通信路径的情况下，所述配置可能涉及将用在接入网中的缺省网关地址配置为公共地址。
所述方法还可以包括利用通信网中所使用的地址来配置另一个通信接口，以向接入网传送通信业务。该通信网络地址不受选择所述多个通信路径中另一个的操作的影响。
在一个实施例中，一种机器可读介质存储指令，这些指令在被执行时能够实现所述方法。所述指令包括被执行时允许配置通信路径冗余组的指令，和被执行时实现选择所述多个通信路径之一并选择该多个通信路径中另一个的操作的指令。
通过查看下面对指定说明性实施例的描述，本发明的其它方面和特征对本领域的技术人员来说将变得显而易见。
现在，将参考附图详细描述本发明实施例的例子，其中图1是实现冗余网关路由器的通信系统的框图；图2是其中可实现本发明实施例的通信系统的框图；图3是实现根据本发明实施例的冗余保护系统的通信网络单元的框图；图4是本发明实施例的方法的流程图。
具体实施例方式
图1是实现冗余网关路由器的通信系统的框图。通信系统10包括通信网12、冗余网关路由器14、16、接入网22以及主机系统24、26、28。在典型的VRRP安装中，通信网12是IP网络，网关路由器14、16是IP路由器，接入网22是LAN，并且主机系统24、26、28是IP主机。本领域的技术人员应该熟悉图1所示的部件，因此这里仅对其进行简要描述。
动态IP路由已经是在所谓的例如通信网12的核心网络中产生网络部署的准则。然而，连接到主机系统24、26、28的接入网22典型地保留了静态且默认的路由环境。
这个情景在服务提供商网络中是很普遍的。在服务提供商网络中，主机系统24、26、28可以是IP主机，例如宽带通信服务用户家中的设备，其包括个人计算机(PC)、机顶盒、和/或IP电话、包括媒体网关的VoIP/视频后端办公设备、软交换机、视频编码器和/或中间件，或数据中心中的互联网web服务器。
接入网22的例子是采用桥接的协议数据单元(PDU)的以太网和异步传输模式(ATM)网络。
在只提供了路由器14、16之一的非冗余系统中，接入网12聚集来自主机系统24、26、28的所有业务，并且将其移交(hand off)给网关路由器。网关路由器是用于所有主机系统24、26、28的缺省网关路由器。根据网络应用，主机系统24、26、28的数量可以从几个到几万。
非冗余系统中的缺省网关路由器是主机系统24、26、28用来接入通信网12且通信网12和其它系统用来接入主机系统24、26、28的唯一路径，其中所述其它系统能够通过通信网络12进行通信。为确保主机系统24、26、28所提供或所使用的服务的高可用性，期望对缺省网关路由器的全面保护。
IP网络中的网关路由器保护的一个普通方法，是通过部署图1所示的一对缺省网关路由器14、16、利用来自接入网22的两个出口链路(exit link)来提供设备冗余保护。在这个方法中，两个路由器14、16为彼此提供冗余支持，并且两个出口链路为通信网12和接入网22之间的接入通信提供路径分集和保护。
如果连到接入网22的主机系统运行例如开放最短路径优先(OSPF)或路由信息协议(RIP)的动态路由协议，则这个方法非常有效。每个主机系统24、26、28都可以具有到每个缺省网关路由器14、16的路由邻接。该路由邻接可以被管理，以使一个网关路由器是现用，而另一个处于备用模式，或者处于负载分担模式，在该负载分担模式中网关路由器14、16二者都可用于处理通信业务。
然而，动态路由在接入网22中存在几个挑战。例如，不是所有的主机系统24、26、28都可以典型地运行动态路由协议。尽管一些高端工作站或PC可能具有运行动态路由协议的处理循环，然而例如电话和机顶盒的许多低端IP主机设备却没有。即使所有的主机系统都能够运行动态路由协议，也非常需要缺省网关路由器14、16与成百上千的主机系统邻接。另外，即使缺省网关路由器14、16可以处理所要求的邻接数量，也通过提供成对的冗余边缘路由器而不是单个路由器而显著增加了通信网12中的路由节点的数量。这增加了路由器的数量并且因而增加了通信网22中的收敛次数，从而针对例如22的外部接入网中的主机系统而支持接入。
可能情况下的动态路由协议因而在实践中趋于不可行。
互联网工程任务组(IETF)请求注释(RFC)3768规定了VRRP。VRRP专用于消除缺省路由环境中固有的单个故障点，但是假定使用如图1所示的双路由器结构。如果另一个路由器发生故障，则它使一个路由器能够承担另一个路由器的网关功能。
VRRP是典型地运行在两个连接到同一IP子网的缺省网关路由器之间的选举协议(election protocol)，IP子网典型地是以太网LAN。VRRP的细节可以在上述RFC-3768中找到，并且因此这里只简要描述VRRP。
再次参考图1，VRRP消息经由接入网22被交换。对于以太网实现，每个网关路由器14、16都具有被分配给它的已知的虚拟媒体访问控制(MAC)地址。在由对14、16的主网关路由器发送的所有周期性VRRP通告(advertisement)消息中使用这个虚拟的路由器MAC地址，以实现接入网22中的桥接学习(bridge learning)。
IP主机只知道一个IP缺省网关路由器地址，并且将设法学习该缺省网关路由器的MAC地址。缺省IP网关路由器的地址通常在每个主机系统24、26、28被人工地配置，并且虚拟MAC地址是通过地址解析协议(ARP)而被学习的。然后，利用作为以太网报头中的目的地址的虚拟MAC地址来发送IP分组。由主机系统24、26、28产生的以太网帧通过接入网22中的以太网交换机(未示出)而被发送到对14、16的主网关路由器，该交换机通过ARP来学习主网关路由器位于何处。
当期望IP网络只传送尽力而为类型的服务时设计了VRRP。具有“5个9(5-nines)”可用性需求的关键业务服务，在该情况下超出了范围。然而目前，IP网络被部署以传送例如语音、视频以及IP虚拟专用网(VPN)优质数据(premium data)的服务，其需要很高的网络可用性。很多这些服务大量使用连到LAN或其它接入网的应用服务器。普通的应用服务器包括VoIP软交换机和会话边界控制器，视频点播(VOD)服务器和中间件，以及其它IP多媒体子系统(IMS)媒体服务器。这些服务器是通信系统中为成百万用户提供服务的中心点。因而，针对通过接入网的IP网络接入的5个9可用性是很关键的。
尽管VRRP为接入通信提供了冗余保护，然而其涉及加倍的网关路由器基础设施。由于它在接入网中对于主机系统的服务恢复速度和在主干网中的网络收敛速度，VRRP也不能确保5个9和可比拟的可用性。
服务恢复对于VRRP趋于较慢，这是因为来自主机系统的数据业务只被发送到主网关路由器。如果主网关路由器发生故障，则主机系统24、26、28所提供或所使用的任何IP服务都将停止，直到VRRP恢复为止。VRRP恢复需要备份网关路由器以检测主网关路由器的故障、将自己转换成主状态并且通告以太网交换机和/或接入网22的其它部件它现在是主路由器。典型地，在备份网关路由器完全作为主路由器操作以重新开始分组转发并且接入网22中的MAC转发表被更新之前，完全的服务恢复要占用5到10秒。
尽管来自接入网22的所有数据业务通常仅被发送到主网关路由器，然而来自通信网12的通信业务可以根据发送方和网络拓扑的位置而被发送到主网关路由器或备份网关路由器。根据被分配给IP路由的链路成本或度量(metric)，通信网12的核心中的路由器(未示出)选择向对14、16的主网关路由器或备份网关路由器进行发送。
在这种情况下，核心路由器对主网关路由器的故障的检测可能占用几分钟。不同于通常可根据VRRP在几秒内发现主网关路由器故障的备份路由器，核心路由器没有任何方法来快速检测主网关路由器的故障，而是必须依赖于例如OSPF或边界网关协议(BGP)的路由协议，说明性地是BGP版本4(BGP4)，来检测主和备份网关路由器之间的路由邻接无效(down)。同时，核心路由器可以按照它们当前的路由表继续向出故障的主路由器发送业务。因此，源节点的至少一个子集不能与接入网22中的主机系统24、26、28通信。如果主机系统24、26、28例如是语音、视频或媒体服务器，则用户的子集不能获得预订的服务。
当核心路由器最终检测到主网关路由器发生故障时，新的路由更新被提供给其它路由器，以使整个通信网12可以完全地收敛，此后，所有通信业务都被发送到新的主网关路由器。仅在这点，接入网22中的主机系统服务才被完全地恢复。根据网络大小和拓扑，通信网12中的完全路由收敛可以占用5到30分钟的时间，或者在某些情况下占用更久的时间。
图1清楚地示出了通信网12中网关路由器的数量被加倍以利用VRRP提供冗余保护。网关路由器所需的地址数量也被加倍，它是在通信网12的边缘所需的路由邻接的数量。这些基础设施要求增加管理通信网12所需的资金和操作开支。
根据本发明的实施例，冗余保护模型被改变以实现较高的网络和服务可用性。这里称为SRRP的冗余保护方案规定了比传统保护技术更快的恢复，并且因此为关键业务和实时服务提供了更高的可用性。
图2是其中可实现本发明实施例的通信系统的框图。通信系统30包括通信网32、网关34、经由网关34有效耦合到通信网32的接入网42、接入网络单元39，和出口链路或通信路径36、38，以及接入网42中的主机系统44、46、48。
尽管可以在通信系统中提供许多通信网32、网关34和接入网42，然而图2中仅示出了每个类型的系统的一个例子以避免拥塞。在接入网42中可以提供比三个主机系统44、46、48更多或更少的主机系统，并且网络32、42可以包括图2中未明确示出的附加部件。因此应当认识到，图2的系统以及后续附图的内容只用于说明的目的，并且本发明决不限于如图中所示且这里明确描述的特定示例性实施例。
通信网32代表骨干网，说明性地是互联网，例如用户终端(未示出)的其它系统可以通过该网络与接入网42中的主机系统44、46、48通信。在至少一些实现中，接入网42是不如通信网32扩展的网络。通过接入网42，主机系统44、46、48相互通信并且与通信网32通信。
本领域的技术人员熟悉很多不同类型的通信网，这些通信网可以被用来实现网络32、34。例如，在一个实施例中，通信网32是IP网络，而接入网42是被实现为以太网LAN的IP子网，其具有作为主机系统44、46、48的IP主机。然而，本发明并不限于所述或任何其它的指定实现。本发明的实施例可以结合其它类型的网络、设备和/或通信协议而被用来提供冗余保护，其中包括那些当前已知的以及其它以后可以被开发的。
因此，网络32、42的指定类型、结构和操作可以在本发明的实施例之间改变，并且特定的实现细节对于不同的网络来说可能是不同的。因此，尽管本发明的一些实施例在此参考网络32、42的例子而被描述，然而本领域的技术人员能够基于本公开内容在若干不同类型网络的任一网络中实现本发明的原理。
网关34是通信网32的边界或边缘网络单元，其向例如主机系统44、46、48的外部系统提供到通信网32的接入。在一个实施例中，网关34是IP网关路由器。
接入网络单元39针对接入网42实现类似的边缘功能。在一个实施例中，接入网络单元39是在主机系统44、46、48和网关34之间传送IP业务的以太网交换机。接入网络单元39是接入网42的设备的例子，其中主机系统44、46、48可以通过它有效耦合到通信网32，并且本身可以通过其它设备而直接(如所示)或间接地连接到网关34。
PC和应用服务器是主机系统44、46、48的说明性例子。例如，主机系统44、46、48可以在接入网42的以太网LAN域中在静态缺省IP环境中被配置。在应用服务提供商(ASP)接入点(POP，Point of Presence)或数据中心中、互联网的所谓“三重服务(triple play)”提供商的安装中、电话、和电视服务、和/或无线/IMS服务提供商系统中，这个类型的安排是普遍的。
在操作中，从主机系统44、46、48的观点看，主机系统44、46、48和网关34之间的通信基本上类似于先前的技术。例如，主机系统44、46、48可以经由接入网络单元39向一个缺省网关和一个MAC地址发送所有IP业务。根据本发明的实施例，SRRP利用网关34来提供具有快速恢复和高可用性的冗余保护，而不影响主机系统44、46、48。
接入网络单元39支持接入网42和通信网32之间的两个通信路径36、38。在基于IP和以太网的实现中，可以配置路径36、38以共享网关34处两个IP接口上的一个IP地址和用于两个IP接口的一个虚拟MAC地址。因此，当网络单元39从主机系统44、46、48接收IP业务并且将接收的业务转发给缺省网关地址时，该业务实际上在两个路径36、38上被发送。
尽管SRRP在一个实施例中在网关34被实现，然而接入网络单元39不需要具有关于在网关34上实现SRRP的任何知识。如在“哑”桥或交换机的情况下，接入网络单元39可以与业务的内容无关地、简单地向网关34转发该业务。
在网关34，只有所述路径之一被配置为现用路径来向网络32中转发业务，并且另一条路径被配置为备用路径并丢弃所接收的业务。
利用公共地址配置冗余通信路径将SRRP降至内部机制，以使网关34上的SRRP的操作对于接入网络单元39、主机系统44、46、48以及通信网32中的核心路由器来说完全是透明的。这在实现SRRP的网关路由器(例如34)与不实现SRRP的其它路由器和设备之间规定了互操作性。
检测通信路径失效或故障的方法在某种程度上可能取决于冗余通信路径的类型。例如，通信路径故障检测可以基于同步光网络/同步数字体系(SONET/SDH)层故障、通过操作、管理和维护(OAM)技术所检测的ATM层故障，或者以太网物理层或MAC层故障。
当在对36、38的现用路径上检测到故障时，网关34在备用路径上转发所有业务。由于恢复机制在网关34内部，因此与接入网42的通信可以在以秒级而不是分钟级的恢复时间内重新开始。
同样，由于通信路径冗余是由单个网关34提供的，因此现用通信路径的故障对核心网络32中的路由不会产生任何影响。核心路由器可以继续向网关34转发通信业务，而不管哪个路径36、38当前是现用。同样，由于在网关34处针对路径36、36二者使用相同的地址信息，因此接入网络单元39不需要在活动性切换的情况下为备用路径确定新的地址。相反，如上所述，在VRRP实现中从主网关路由器的故障中恢复，需要核心网络收敛和备份网关路由器的标识二者，这实质上要占用更久的时间。
在一个实施例中，SRRP在网关34被操作员配置。对于基于IP和以太网的系统，操作员可以配置主接口和保护接口，用于这两个接口的虚拟MAC地址，以及用于这两个接口的单个IP地址。IP静态路由还可以在两个接口上被配置，并且通过内部网关协议(IGP)或BGP4在通信网32中被分配，以经由网关34来通告主机系统44、46、48的可达到性。
图3是实现根据本发明实施例的冗余保护系统的通信网络单元的框图。根据要在通信系统中提供的冗余度，网络单元50可以例如被实现为例如网关34(图2)的网关以提供到通信网的接入、被实现为例如接入网的39(图2)的网络单元，或者可能被实现为二者。网络单元50还可以或替代地被实现在通信网核心中，与其边缘相反，尽管例如动态路由的其它故障保护机制通常也可用于网络核心中。网络单元50可能在其它保护机制不可行的情况下特别有用，例如在静态IP环境中。
如图3所示，网络单元50包括通信接口52、54、56、有效耦合到通信接口52、54、56的配置接口58、有效耦合到配置接口58和通信接口52、54、56的存储器62，以及有效耦合到配置接口58、通信接口52、54、56以及存储器62的控制器64。控制器64包括选择器66和监控器68。
应当认识到，网络单元可以包括比图3明确示出的更多、更少或不同的部件，它们可以用类似或不同的方式有效地耦合。另外，图3所示部件的特定结构、实现和操作可能根据(一个或多个)通信网络而变化，其中网络单元50结合所述通信网络进行操作。
通信接口52、54、56代表支持与其它系统或设备进行通信的资源。这些资源可以包括物理资源和逻辑资源或物理和逻辑资源的一些组合，所述物理资源例如是网络接口卡、输入/输出(I/O)卡以及连接到不同物理线路的路由器端口，所述逻辑资源例如是ATM虚拟信道。因此，接口52、54、56可以被认为是物理接口和/或逻辑接口。接口52、54、56的指定结构和操作可能取决于例如以下因素可以利用远程系统或设备来建立的通信路径的类型，以及在冗余接口54、56情况下的要提供的保护的级别。
在网络单元50的说明性例子中，通信接口52支持与核心通信网的通信，而通信接口54、56支持到接入网的冗余通信路径。尽管接口54、56在图3中被示为分离的块，然而它们可以共享至少一些物理部件。对于相对较高级别的保护，期望为通信接口54、56中每一个提供分离的物理部件。然而，可以通过利用公共、共享的物理部件来配置不同的逻辑通信路径，来提供一种故障保护的方法。
配置接口58允许利用例如操作员终端的本地设备来配置接口52、54、56。一些类型的网络单元和配置接口还可以或替代地允许例如通过网络管理系统(NMS)来远程配置接口52、54、56。
接口52、54、56的配置方式至少在某种程度上还取决于接口52、54、56的类型、这些接口所支持的通信路径的类型，以及用于其中要部署网络单元50的通信网络的适当的控制或管理机制。在一个实施例中，操作员在终端输入例如地址信息的配置信息，并且这个配置信息通过配置接口58被接收并且被存储在存储器62中。
许多不同类型存储设备中的任一个都可以被用来实现存储器62。存储器62可以包括多个相同或不同类型的存储设备。固态存储设备、磁盘驱动器以及用于固定、活动或甚至可拆卸的存储介质的其它存储设备，都是存储器62可能包括的设备类型的例子。
可以在硬件中、存储于存储器62中用于由处理器执行的软件中或其一些组合中，实现包括选择器66和监控器68的控制器64。可用于执行控制软件的处理器的例子包括微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑器件(PLD)以及场可编程门阵列(FPGA)。在一个实施例中，控制器64是利用通信设备中控制卡上的微处理器而被实现的。
为了本发明，控制器64执行各种不同的功能来控制冗余通信路径。控制器64还可以执行用于控制网络单元50的其它操作的功能，如图3所示通过控制器64和通信接口52之间的连接。例如，控制卡处理器可能不是专用于冗余控制功能。
网络单元50为接入网通信提供冗余保护。通信接口54、56通过配置接口58而被配置，用来支持在各个通信路径上与接入网进行通信，或者更一般地支持与远程系统进行通信。根据本发明的一方面，冗余接口54、56使用公共地址。该公共地址可以包括如图3所示的IP地址IP2。如上面所指出的，通信接口54、56还可以或替代地被配置用来共享公共虚拟MAC地址，其中接入网是以太网。
在一个实施例中，冗余组的通信接口通过经由配置接口58输入配置信息而被配置。然后，例如通过向冗余组添加其它接口以及它们的被支持通信路径，可以创建该冗余组。
例如，通过指定虚拟MAC地址、IP地址以及用于通信接口的其它配置，并且然后通过为接口配置不同的冗余路径，可以在选择或不选择指定现用路径的情况下配置冗余路径组。在一个实施例中，通过指定路径和冗余路径，其后随包括IP地址和MAC地址的配置，来创建接口。
冗余组创建和成员可以用不同的方法来管理。冗余组可以在它的第一接口由操作员配置时被创建。例如，操作员可以指定主接口/路径将针对冗余组而被配置。冗余组中的成员可以利用标记、组名称或配置信息中的其它字段来指示，或者可以通过标识组成员列表中的冗余接口和/或路径来指示。在一个实施例中，通过将例如公共地址的任何公共组配置信息自动置入(port into)被添加到该冗余组的新接口的配置信息中，简化了配置过程。这避免让操作员为组中的每个接口和路径重新输入等同的配置信息，由此即节省了配置时间又避免了潜在的数据输入错误。
一旦冗余组已经利用至少两个接口而被配置，选择器66就选择现用接口或通信路径用于与接入网交换通信业务。现用接口或路径的选择可以基于配置信息、用户做出的明确选择来实现，或者如下所述地基于来自监控器68的输出来实现。在冗余组配置期间，操作员可以将例如被配置第一接口的特定接口指定为冗余组的主接口。然后，该主接口可以在它可操作时被选择器66选择为现用接口。在一些实施例中，操作员还可以人工调用活动性切换，和/或将特定接口或路径作为现用接口或路径的强制选择。
各种不同的机制可以被实现以控制冗余组内的活动性。通信接口54、56可以只是现用的，以例如在被来自控制器64的控制信号启动时执行通信操作。在这种情况下，选择器66可以断言(assert)用于现用接口并因此用于现用通信路径的使能信号，除非或直到活动性要被切换。然后，只有被启动的通信接口可用来处理通信业务。在另一个可能的实施例中，基于与配置信息一起存储在存储器62中的的标记或其它指示符来控制活动性。然后，每个通信接口54、56都可以接入存储器62以确定它当前是否是现用的。
尽管网络单元50可以在多个冗余接口上接收通信业务，然而由于所述组中的所有接口具有相同的地址，因此仅现用接口处理通信业务。在图3中，仅接口54、56中的现用接口通过通信接口52将通信业务传递入或传递出核心网络，以及可能的其它通信业务处理部件(未示出)。任何备用接口都可以简单地丢弃或放弃所接收的通信业务。
监控器68监控接口54、56所支持的通信路径，或至少监控现用通信路径，以检测故障。例如，可以基于对以下内容中一个或多个的监控来检测故障物理和/或逻辑端口状态、通信路径上所传送的通信业务和通信路径上所传送的其它信息。例如，可以基于ATM端口状态和OAM业务中任一个或二者来检测SONET/ATM故障，所述OAM业务例如是告警指示信号(AIS，Alarm Indication Signal)或远程缺陷指示(RDI)信元。
如果监控器68检测到故障，则选择器66从接口54、56中选择新的现用接口。根据本发明，当与现用路径相关联的故障被检测到时，接口54、56是第3层接口，并且第三层业务从出故障的接口或路径被切换到备用接口和路径。
根据本发明实施例的通信路径冗余，可以被设计成结合其它保护机制进行操作，例如线路卡冗余(LCR)/设备保护切换(EPS)以及SONET自动保护切换(APS)。例如，可以设计控制器64以使由APS导致的端口切换不会导致接口/路径活动性切换，而在ATM虚拟信道(VC)级的中断导致活动性切换。
对于以太网接口冗余保护组，链路聚集组(LAG，Link AggregationGroup)优选地在保护组之下。LAG使用两个或更多物理端口来聚集IP业务。如果冗余接口或路径包括属于两个不同LAG的端口，则只要现用接口或路径中的LAG保持可操作就不必切换现用性，即至少一个端口是可操作状态。然后，选择器66可以只在监控器68检测到整个LAG处于故障状态时切换活动性。
示例性网络单元50在图3中被示为网关网络单元，其中，通信接口52与核心通信网中的地址IP1相关联，而通信接口54、56与接入网中的同一公共地址IP2相关联。地址IP1被用在核心通信网中以与接入网传送业务，并且与任何时刻都为现用的通信接口54、56中特定的一个无关。因此，即使在网络单元50中进行活动性切换，地址IP1也保持可用于在核心通信网和接入网之间传送业务。
这个通信网络地址无关的特性提供了实质上的益处，即例如允许利用单个网关路由器的冗余接入路径保护的实现。在基于IP的核心通信网中，核心网络中的IP路由表不受接入路径活动性切换的影响，并且因此接入路径活动性切换不需要任何核心网络收敛或路由表更新。
根据通信接口54、56的结构层以及通信路径中所涉及的较低层，在较低层的公共配置可以就接入通信的恢复操作提供类似的优点。将具有IP主机的核心IP网络和以太网LAN的例子考虑为接入网。如果通信接口54、56是用公共虚拟MAC地址来被配置的，则在网络单元50处发生活动性切换的情况下，将IP地址映射到MAC地址的ARP表不需要更新。
上面主要就系统和设备描述了本发明的实施例。图4是根据本发明另一实施例的方法的流程图。方法70开始于72，即配置通信路径冗余组。如上所述，这可能包括例如配置接口和路径，例如静态IP路由。冗余组包括通过具有公共地址的各个通信接口的多个通信路径。
在74，所述通信路径之一被选择为用于传送通信业务的现用通信路径。在76，针对一个或多个故障条件监控至少一个现用通信路径。监控可能是正在进行的过程，其一直持续到在78检测到故障为止。响应于故障的检测，所述通信路径中的另一个在74被选择为现用通信路径。
方法70代表根据本发明一个实施例的方法的例子。其它实施例可以用比图4明确示出的更多或更少的步骤来被实现，其可以用类似或不同顺序来执行。根据前面对系统和设备的描述，方法70的一些潜在变型是明显的，并且其它变型对于本领域的技术人员是显而易见的。
由此，新的冗余和恢复范例由本发明的实施例提供。通信接口(说明性地是例如IP接口的第3层接口)被配置为具有公共地址的冗余组，并且因而显得像是到使用该公共地址的远程系统的单个接口。所述接口中只有一个接口在任何时刻都是现用的，以处理通信业务。例如，现用接口可以转发通信业务，而(一个或多个)非现用接口将丢弃所有接收的业务。
通过在单个通信设备(例如在核心网络和接入网之间交换业务的网关路由器)上配置多个路径，核心网络中的通信不受冗余组内活动性切换的影响。例如在IP核心网络中，网络中的IP路由表不受活动性切换的影响。从路由的观点看，只要一个接口和路径是可操作的，冗余组就保持可用。
相对于VRRP中需要的那些操作，较不密集的故障恢复操作例如在静态缺省路由环境中提供了IP服务的高可用性。此处公开的单个路由器结构可以提供IP服务的较高的可用性，比起VRRP情况下的分钟级来说具有潜在的次秒级的故障恢复时间。结合SRRP，例如视频或VoIP服务器的服务器，实质上可以向用户提供不停止的多媒体服务。
SRRP还为提供商和网络管理者实现了成本节省。例如，在网关路由器实现中，降低了投资支出，这是因为只需要一个网关路由器而不是像VRRP那样需要双路由器。也降低了操作开支，这是因为路由器的数量、基础设施所需要的核心(和接入)网络地址的数量以及核心网络物理链路的数量，相对于VRRP来说都减半了。
所描述的内容仅是本发明实施例的原理应用的说明。本领域的技术人员可以在不脱离本发明范围的前提下实现其它安排和方法。
例如，本发明实施例的实际实现可能在设备、网络和通信的类型之间发生变化。本发明决不限于信元中继上的桥接封装和以太网封装的接口，或上面已经描述的任何其它说明性例子。
本发明的实施例可以针对企业服务提供到例如企业站点中的主机的高可用性的公司IP接入。这种站点中的以太网交换机可以经由ATM网络而连接到公司IP网络中的网关路由器。为了提供冗余保护，在交换机和路由器之间可以提供两个ATM VC。
本发明实施例的另一个可能应用是提供高可用性的非对称数字用户线(ADSL)宽带服务。DSL接入复用器(DSLAM)，例如基于ATM的DSLAM或基于以太网的DSLAM，可以具有两个接入网或中继线接口，并且SRRP可以在边缘路由器处被实现。
高可用性应用数据中心也可以受益于如这里公开的通信路径冗余保护。服务提供商不断为他们的用户计划新的增值服务。许多新的服务依赖于在高端服务器上运行的智能应用。例子包括视频中间件和用于三重服务的动态主机配置协议(DHCP)策略服务器，以及用于下一代IP多媒体/VoIP服务的软交换机和应用/媒体服务器。在这些例子中，即使没有数百万，也有数万用户依赖于到应用数据中心的无中断接入，以获得这种服务。如上所述，也许网络路由器和服务器之间最普通的互连类型是具有静态缺省LAN网络的以太网。
例如，移动IMS运营商为他们的用户提供增值服务，包括VoIP、视频电话、现场(presence)、即时消息以及按键通话/视频。这些服务需要用户可靠地接入相应的服务器。利用SRRP的运营商级路由器可以提供这种接入。
宽带服务提供商的挑战是令人生畏的。他们的VoIP和视频服务类似地需要利用视频头端服务器、语音软交换机和媒体网关，来恒定地、安全可靠地接入他们的后端办公室。提供视频和VoIP服务的宽带服务提供商通常发现用户对可靠性的期望要高于高速互联网服务。SRRP可以被用来提供适合于提供这些类型的服务的可靠性和可用性的级别。
因此，本发明决不限于任何特定类型的网络或拓扑。
还应当认识到，冗余组可以包括不止一对接口/路径。冗余组可以包括两个或更多接口/路径。
此外，尽管主要就方法和系统进行了描述，然而也设想了本发明的其它实现，例如存储在机器可读介质上的指令，或用于在这种介质上存储配置信息的数据结构。
权利要求
1.用于提供通信系统中的通信路径冗余保护的设备，该设备包括多个接口，配置所述接口以支持在多个各自的通信路径上与远程系统进行通信，所述多个接口具有公共地址；和控制器，配置所述控制器以选择所述多个接口中的一个接口，作为用于与所述远程系统交换通信业务的现用接口。
2.根据权利要求1的设备，其中，还配置所述控制器以响应于故障而从所述多个接口中选择新的现用接口，其中所述故障与所述现用接口或该现用接口所支持的通信路径相关联。
3.根据权利要求2的设备，其中，配置所述控制器以基于对以下内容中至少一个的监控来检测故障与所述现用接口所支持的通信路径相关联的端口的状态、在所述通信路径上所传送的业务，以及在所述通信路径上所传送的其它信息。
4.根据权利要求2或3的设备，其中，所述设备包括与通信网中的地址相关联的通信设备，该地址用在所述通信网中以在所述通信网和远程系统之间传送业务，并且保持可用于在选择新的现用接口之后在所述通信网和远程系统之间传送业务。
5.根据权利要求1到3中任一个的设备，其中，所述多个接口包括物理接口或逻辑接口。
6.根据权利要求1到3中任一个的设备，其中，所述多个接口包括第3层接口或互联网协议接口。
7.根据权利要求1到3中任一个的设备，其中，所述远程系统包括其中有效耦合多个主机系统的局域网，所述公共地址包括缺省地址，其中所述多个主机系统使用该缺省地址向所述局域网之外的外部系统传送通信业务。
8.根据权利要求1到3中任一个的设备，还包括配置接口，其允许用于所述多个接口的公共地址的配置。
9.一种通信系统，其包括包括网关的第一通信网，该网关包括根据权利要求1到3中任一个的设备；和包括所述远程系统的第二通信网，所述网关向该第二通信网提供到所述第一通信网的接入。
10.根据权利要求9的通信系统，其中，所述网关与所述第一通信网中的地址相关联，该地址在所述第一通信网中被用来在该第一通信网和第二通信网之间传送业务，其中，所述公共地址包括所述第二通信网中的地址，并且其中，还配置所述控制器以响应于故障而从所述多个接口中选择新的现用接口，该故障与所述现用接口或该现用接口所支持的通信路径相关联，所述第一通信网地址保持可用于在选择新的现用接口之后在所述第一通信网和第二通信网之间传送业务。
11.一种用于提供从接入网到通信网的接入的通信网络网关，该网关包括配置接口，用于允许通信路径冗余组的配置，该通信路径冗余组包括所述网关和接入网之间的多个通信路径，该多个通信路径是由具有与所述接入网相关联的公共地址的各个通信接口来支持的；和控制器，配置所述控制器来控制所述多个通信路径，以将该多个通信路径之一指定为现用通信路径用于在所述通信网和接入网之间传送通信业务。
12.根据权利要求11的网关，其中，所述公共地址包括由所述接入网的部件用来接入所述通信网的缺省网关地址。
13.根据权利要求11的网关，其中，所述网关与在所述通信网中被用来与所述接入网进行通信的地址相关联。
14.根据权利要求13的网关，其中，所述网关的地址与所述现用通信路径无关。
15.根据权利要求11到14中任一个的网关，其中，还配置所述控制器以检测与所述现用通信路径相关联的故障，并且响应于所述检测而将所述冗余组的另一个通信路径指定为现用通信路径。
16.一种提供通信系统中的通信路径冗余的方法，该方法包括将通过具有公共地址的各个通信接口的多个通信路径配置为通信路径冗余组；选择所述多个通信路径之一，作为用于传送通信业务的现用通信路径；并且响应于与所述现用通信路径相关联的故障，来选择所述多个通信路径之一作为现用通信路径。
17.根据权利要求16的方法，还包括至少监控所述现用通信路径，其中，所述选择多个通信路径之一包括响应于所述监控期间所检测的故障来选择所述多个通信路径中的另一个。
18.根据权利要求16或17的方法，其中，所述通信路径包括通信网络网关和接入网之间的通信路径，并且其中，所述配置包括将所述接入网中使用的缺省网关地址配置为所述公共地址。
19.根据权利要求18的方法，还包括利用所述通信网中所使用的地址来配置另一个通信接口，以向所述接入网传送通信业务，该地址不受选择所述多个通信路径中另一个的操作的影响。
20.一种存储指令的机器可读介质，所述指令在被执行时能够执行根据权利要求16或17的方法，所述指令包括被执行时允许配置所述通信路径冗余组的指令，和被执行时实现选择所述多个通信路径之一并选择该多个通信路径中另一个的操作的指令。
全文摘要
公开了通信路径冗余保护系统和方法。具有公共地址的多个通信接口支持各个通信路径上的通信。所述接口或通信路径之一被选择为现用接口或路径用于传送通信业务。如果故障与现用接口或路径相关联，则所述接口或路径中另一个被选择以变为现用。公共地址允许冗余接口显得像是到其它通信设备的单个接口，而多个接口利用单个通信设备来提供冗余路径保护。当本发明的实施例被实现在例如核心通信网的网关路由器中时，冗余接入路径之间的活动性切换对核心网络中的路由没有影响。
文档编号H04L29/10GK1893338SQ20061009422
公开日2007年1月10日 申请日期2006年6月27日 优先权日2005年6月28日
发明者M·布罗瑟斯顿, H·昌 申请人:阿尔卡特公司