专利名称：对基于流控制传送协议的偶联进行保护的方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，具体的说，涉及对IP网中的基于流控制传送协议的偶联(以下简称SCTP偶联，SCTP是Stream Control Transmission Protocol的缩写)在主备处理机之间进行保护的方法。
背景技术：
随着传统电路网与新兴IP网的融合，许多应用要求电路网中的信令延伸到IP网中。要在IP网中传输电路网的信令，必须考虑到电路网信令多是基于消息的情况，以及对可靠性、时延等方面的要求，因此找到一个合适的传输协议十分关键。TCP协议是在IP网上得到广泛应用的传输层协议，它在不可靠的网络层(IP)上提供可靠的数据流传输服务，然而在传输电路网信令等许多应用上它表现出许多局限性TCP的基于字节流的传输服务要求应用程序要为自己的消息加以界定和区分，应用程序必须通过PUSH操作等繁琐方式实现一个完整消息在合理时间内传输；单个TCP连接不支持多个地址，所以增加了应用程序在用多穴主机提高传输可靠性方面应用的复杂性；TCP在安全性方面也有许多弱点使其易于受到攻击，难以适应信令传输的需要。为此IETF提出了SCTP协议来适应在IP网上传送电信网信令的需要，同时也可以有更广泛的应用。
SCTP是一个面向连接的传输层协议，它在对等的SCTP端点之间建立偶联来提供可靠的面向用户消息的传输服务。相对于TCP等其他传输协议来说，它有许多优点使之更适合传送对实时性和可靠性都要求很高的电信网信令，比如SCTP在一个偶联内支持多个IP地址，以及对不同地址之间路径的管理，这提供了网络级的错误冗余能力，使之具有更好的可靠性，可方便应用于多穴主机环境下的数据传输。
由于SCTP协议广泛应用于电信领域，而在电信级的应用中很多情况下都要求物理设备的1+1备份，因此实现SCTP偶联在不同的处理机之间的保护，使得处理机在进行主备切换时避免SCTP偶联的关闭、重新建立、以及由此导致的用户消息的丢失和业务中断无疑是十分有用和必要的。但在现有的IETF的协议框架中，只是提出了一个SCTP偶联在一个多穴主机上利用多路径机制对IP通路进行备份保护，以及通过SCTP用户层(如M3UA)在不同处理机之间不同SCTP偶连的备份(这种方式未提出如何保证用户数据的不丢失、不失序，而且应用时基于整个网络拓扑，与对端的实现和应用有关)。对于如何实现一个SCTP偶联在不同处理机之间的保护，保证处理机切换时用户数数据的不丢失不失序，而且同偶联对方端点的组网形式和实现形式无关，IETF并未提出解决方法。
由于SCTP协议是一个通过确认-应答-重传机制来保证可靠传输的协议，任何一个发送的用户数据不能按预定的传输序号被成功传输到对端并得到应答都将最终导致偶联中断，因此要想保持SCTP偶联不仅需要对偶联控制信息进行保护，而且需要对用户数据的收发信息进行保护。用户数据的发送、接收、确认、顺序恢复和分片重组等数据信息是实时变化的，而且在应用中往往数据量很大，因此直接在处理机之间实时进行上述信息的同步不仅实现十分复杂，而且效率低下。另一种方法是把上层用户和网络层的数据消息同时发送到不同的处理机上，希望通过同步外部输入的方法来同步系统的运行，但由于SCTP数据传输的运行同处理机自身的定时器等许多难以完全同步的因素相关，即使很小的不同步也可能积累扩大，很容易导致系统运行的不稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于流控制传送协议的偶联进行保护的方法，更确切地说，是提供一种在主备处理机之间对一个或多个SCTP偶联进行保护的方法，最大限度地保证主备机切换时偶联不中断和重新启动，用户消息不丢失不失序。
本发明的技术方案是对基于流控制传送协议(SCTP)的偶联进行保护的方法，在基于SCTP通讯的IP网中的各端点包括主处理机和备处理机，主备处理机各自有一个或多个IP地址可以和对端通信，包括以下步骤1.1本端主备机同对端端点建立SCTP偶联，主机偶联进入偶联建立状态，备机进入偶联建立备份状态；1.2主机上建立的偶联承载用户数据传输业务，接收对端的数据并进行确认，执行完整的SCTP协议流程，备机进入建立备份状态的偶联仅在一个IP地址上接收对端探测路径可达性的心跳消息(HeartBeat)并响应；1.3当主机上偶联中止或关闭时，通知备机清除偶联建立备份状态；当备机接收对端关闭或中止连接的请求消息时，将此消息传送到主机处理，备机启动后向主机请求已建立偶联的控制信息；1.4主备机切换时，原主机上建立的偶联停止接收对端数据，并把本端未完成的发送、接收数据内容及同数据相关的信息通过内部通信传送到备机，传送完成后进入偶联建立备份状态成为新的备机，原备机上处于建立备份状态的偶联设立定时器等待接收原主机保护数据信息，完成后偶联进入正常建立状态工作成为新的主机，如果原备机在定时器超时前不能成功从原主机接收到保护数据，应当立即向对端发起偶联重启动过程。
在上述方法中，步骤1.1中的本端主备机同对端端点建立偶联，包括以下步骤2.1把主备机的所有IP地址传送给对端，使偶联建立后对端有不同的路径可以到达主备机；2.2本端发起建立偶联时，从主机发起；主机偶联建立后将偶联的控制信息通过内部通道传送到备机，备机进入偶联建立备份状态；2.3当本端主机收到对端的建立偶联的请求时执行建立流程，偶联建立后主机将偶联的控制信息通过内部通信通道传送到备机，备机进入偶联建立备份状态；当本端备机收到对端的建立偶联请求时，将此消息传到主机处理，或备机自行完成偶联建立过程后将偶联的控制信息通过内部通信通道传送到主机，主机进入偶联建立状态，备机进入偶联建立备份状态。
上述方案中的控制信息，包括偶联的建立状态、两端的IP地址、端口号、验证标签等。
从上述技术方案可以看到，采用本发明的方法后，在处理机未发生切换时只需要对偶联建立或关闭时的控制信息进行同步。在正常运行时不需要对动态变化的大量数据信息进行同步，而在处理机切换时只需要对当前固定时刻的数据信息进行同步。这样不仅实现方便，稳定可靠，而且对主备处理机内部通信的带宽要求很低，也不对系统的正常运行增加负荷。同时本发明巧妙利用了SCTP协议的多路径特性并拓展应用到两个处理机上，在本端处理机切换时利用对端SCTP协议本身的重发和主路径切换机制实现了偶联对端发送到本端数据的保护。本发明的另一个优点是与网络拓扑结构和对端具体实现形式无关，也与本端IP网络层的具体实现无关，通用性强。此外，针对主处理机突然断电等异常情况，本发明提出了快速进行偶联重建来最大程度减少用户数据丢失的机制。
本发明的方法实现方便可靠，对本端IP网络层的实现方式及对端的实现方式没有特殊要求，通用性强；而且效率高，不会明显加重系统的处理负荷。
图1是本发明方法的基本流程图；图2是SCTP偶联在主备机间工作的示意图；图3是主机切换到备机时偶联保护的流程图；图4是备机切换到主机时偶联保护的流程图；
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明的实施方式进行详细描述。
图1是本发明的方法的基本流程图。首先，本端主备机同对端端点建立SCTP偶联，主机偶联进入偶联建立状态，备机进入偶联建立备份状态；然后，主机上建立的偶联承载用户数据传输业务，接收对端的数据并进行确认，执行完整的SCTP协议流程，备机进入建立备份状态的偶联仅在一个IP地址上接收对端探测路径可达性的心跳消息(HeartBeat)并响应；当主机上偶联中止或关闭时，通知备机清除偶联建立备份状态；当备机接收对端关闭或中止连接的请求消息时，将此消息传送到主机处理，备机启动后向主机请求已建立偶联的控制信息；主备机切换时，原主机上建立的偶联停止接收对端数据，并把本端未完成的发送、接收数据内容及同数据相关的信息通过内部通信传送到备机，传送完成后进入偶联建立备份状态成为新的备机，原备机上处于建立备份状态的偶联设立定时器等待接收原主机保护数据信息，完成后偶联进入正常建立状态工作成为新的主机，如果原备机在定时器超时前不能成功从原主机接收到保护数据，应当立即向对端发起偶联重启动过程。
图2是SCTP偶联在主备机间工作的示意图。如图所示，本端主机和备机各自有自己的IP地址可以对端通信，在偶联建立过程中，通过内部通信在主备机之间同步偶联的建立状态、两端地址、端口号、验证标签等控制信息。备机在启动后应当向主机请求已建立偶联的控制信息。
在偶联建立后，主机上处于建立状态的偶联完成完整的SCTP协议功能，主机的IP地址完全可用，根据协议承载用户数据的收发和对端数据的确认。备机上相应的偶联处于建立备份状态，在备机IP地址上，处于建立备份状态的偶联不接收对端的DATA消息，也不对其确认，这样使得对端发送到备机IP地址的数据会重发到主机，而且对端最终会选择主机的IP地址作为主路径进行数据传输。但是备机在自己的一个IP地址上接收对端的HeartBeat(中文为“心跳消息”，即周期性发送，根据是否收到对端的心跳响应来探测路径可达性的消息)消息并发送HeartbeatAck消息(中文为“心跳响应消息”，即对收到对端的心跳消息进行响应和确认的消息)进行确认，这样使得此地址对对端而言是一个可用路径，在主备倒换时对端会把数据重发到此地址。主机和备机可以各自有多个IP地址，在这种情况下，主机的所有IP地址都可以使用；备机只有一个IP地址可以接收对方的HeartBeat消息并进行确认，这样备机上只有一个IP地址对对端而言是可用路径，对端重发的数据不会在备机的IP地址之间进行轮转。
在主机偶联关闭、中止或重启动时，应当把状态变化同步到备机。如果备机偶联收到对端的偶联关闭、中止、重启动等其它控制消息，则应转发的主机进行相应处理。
图3是主机切换到备机时偶联保护的流程图。当主->备切换时，原主机上已建立的SCTP偶联停止接收IP层上报的数据消息，同时把上层用户已交给本端但尚未发送的数据、已发送但尚未得到确认的数据、已接收但尚未完成顺序恢复的数据、已接收但尚未完成分片重组的数据、发送接收的序号等传送信息通过内部通信同步到新主机(原备机)，然后原主机上建立的偶联进入偶联建立备份状态工作。由于此时偶联已不再从其IP地址接收数据消息并确认，将引发对端将数据重传到新主机的可用路径，并完成主路径到新主机的转换。
图4是备机切换到主机时偶联保护的流程图。当备->主切换时，原备机上处于建立备份状态的SCTP偶联启动定时器等待接收原主机的保护数据。在定时器超时之前收到了原主机的保护数据后，停止等待定时器，并用接收到的数据恢复偶联的传输状态，此时偶联转而进入正常建立状态进行工作。如果等待定时器超时，则说明由于异常情况原主机数据无法保护到备机，为了尽量减少用户数据传输的中断时间，此时新主机上处于建立备份状态的偶联应当利用此前同步的对端地址等控制信息向对端发起偶联重建，或者中止偶联来导致对方进行偶联重建，偶联状态的变化应当通知用户层，并尝试同步到备机。
综上所述，采用本发明，可以方便地实现SCTP偶联在不同处理机之间的保护，在主备机切换时最大程度实现偶联不中断和用户数据传输的不丢失、不失序。即使在切换时主机数据无法同步到备机的恶劣情况下，也可以通过快速重建来减少用户数据传输的中断时间。
权利要求
1.一种对基于流控制传送协议(SCTP)的偶联进行保护的方法，在基于SCTP通讯的IP网中的各端点包括主处理机和备处理机，主备处理机各自有一个或多个IP地址可以和对端通信，其特征在于，包括以下步骤1.1本端主备机同对端端点建立SCTP偶联，主机偶联进入偶联建立状态，备机进入偶联建立备份状态；1.2主机上建立的偶联承载用户数据传输业务，接收对端的数据并进行确认，执行完整的SCTP协议流程，备机进入建立备份状态的偶联仅在一个IP地址上接收对端探测路径可达性的心跳消息(HeartBeat)并响应；1.3当主机上偶联中止或关闭时，通知备机清除偶联建立备份状态；当备机接收对端关闭或中止连接的请求消息时，将此消息传送到主机处理，备机启动后向主机请求已建立偶联的控制信息；1.4主备机切换时，原主机上建立的偶联停止接收对端数据，并把本端未完成的发送、接收数据内容及同数据相关的信息通过内部通信传送到备机，传送完成后进入偶联建立备份状态成为新的备机，原备机上处于建立备份状态的偶联设立定时器等待接收原主机保护数据信息，完成后偶联进入正常建立状态工作成为新的主机，如果原备机在定时器超时前不能成功从原主机接收到保护数据，应当立即向对端发起偶联重启动过程。
2.如权利要求1所述的对基于流控制传送协议(SCTP)的偶联进行保护的方法，其特征在于，所述步骤1.1中的本端主备机同对端端点建立偶联，包括以下步骤2.1把主备机的所有IP地址传送给对端，使偶联建立后对端有不同的路径可以到达主备机；2.2本端发起建立偶联时，从主机发起；主机偶联建立后将偶联的控制信息通过内部通道传送到备机，备机进入偶联建立备份状态；2.3当本端主机收到对端的建立偶联的请求时执行建立流程，偶联建立后主机将偶联的控制信息通过内部通信通道传送到备机，备机进入偶联建立备份状态；当本端备机收到对端的建立偶联请求时，将此消息传到主机处理，或备机自行完成偶联建立过程后将偶联的控制信息通过内部通信通道传送到主机，主机进入偶联建立状态，备机进入偶联建立备份状态。
3.如权利要求1或2所述的对基于流控制传送协议(SCTP)的偶联进行保护的方法，其特征在于，所述的控制信息包括偶联的建立状态、两端的IP地址、端口号、验证标签。
全文摘要
本发明涉及对IP网中的SCTP偶联在主备处理机之间进行保护的方法。其方案包括以下步骤本端主备机同对端端点建立SCTP偶联，主机偶联进入偶联建立状态，备机进入偶联建立备份状态；主机上建立的偶联执行完整的SCTP协议流程，备机进入建立备份状态；当主机上偶联中止或关闭时，主备机切换并转换角色正常工作。本发明的方法实现方便可靠，对本端IP网络层的实现方式及对端的实现方式没有特殊要求，通用性强；而且效率高，不会明显加重系统的处理负荷。
文档编号H04L29/02GK1533100SQ03115970
公开日2004年9月29日 申请日期2003年3月18日 优先权日2003年3月18日
发明者高峰, 高毅, 高 峰 申请人:中兴通讯股份有限公司