专利名称：虚拟网络设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据网络。更具体而言，本发明涉及网络拓扑。
背景技术：
在大多数企业网络中，采用的是分层(tiered)网络设计，在各个层上具有冗余网络设备。典型的网络涉及如图1所示。核心层105可被连接到数据中心110和/或因特网115。核心层105一般包括2个交换机，其中每个交换机与分发层120中的每个设备相连以用于冗余目的。(这里所使用的术语“交换机”将用于指实际的交换机、路由器或任何类似网络设备。)类似地，在接入层125中的每个配线柜通常连接到分发层120的两个设备。
虽然已证明这种网络拓扑非常健壮(robust)而可靠，但它具有某些缺点。例如，每对冗余交换机代表两个管理点。这意味着与配置单个设备所需的相比，配置第2层和第3层协议、生成树协议等等需要花费双倍的时间和努力。此外，每个配线柜必须针对分发层中的两个冗余设备中的每个设备的上行链路来配置。
将需要形成这样的网络，该网络保持了传统网络拓扑的健壮性质，但更易于管理。
发明内容
提供了用于形成数据网络的虚拟交换机的方法和设备。如上所述，这里使用的术语“交换机”将应用于交换机、路由器和类似的网络设备。每个虚拟交换机充当单个逻辑单元，同时包含至少两个物理机箱。因此，每个虚拟交换机可以被视为单个管理点。每个虚拟交换机包括主机箱和至少一个从机箱。主机箱被配置用于控制从机箱。主机箱包括至少一个主监管器卡，而从机箱包括至少一个从监管器卡。主机箱和从机箱根据虚拟交换链路协议而经由虚拟交换链路通信。
本发明的某些实现方式提供了用于网络的分发层或核心层的虚拟交换机。虚拟交换机包括具有第一多个线路卡和用于控制第一多个线路卡的主监管器卡的主机箱。虚拟交换机包括在主监管器卡的控制下的从机箱，该从机箱具有第二多个线路卡和从监管器卡。虚拟交换机还包括用于在主机箱和从机箱之间通信的虚拟交换链路(“VSL”)。VSL可以包括组合构成一个逻辑链路的多个物理链路。
主机箱和从机箱可以根据虚拟交换链路协议通信，该虚拟交换链路协议用于在逻辑上将主机箱的数据平面(构架、数据总线等)扩展到从机箱的数据平面。
在优选实施例中，VSL包括控制虚拟交换链路(“CVSL”)和数据虚拟交换链路(“DVSL”)。在某些实施例中，CVSL和DVSL在同一物理链路上。CVSL可以扩展内部的带外信道(“OBC”)以用于主机箱和从机箱之间的通信。DVSL可以扩展内部的机箱数据平面以用于主机箱和从机箱之间的通信。主监管器可以经由CVSL上的带内消息与从监管器通信。CVSL优选地被首先联机，并且可被用于确定哪个机箱将是主机箱。
VSL协议优选地包括指示分组是否已经穿越虚拟交换链路的字段。穿越VSL的OBC可被用于同步主机箱和从机箱的路由表。DVSL或CVSL可被用于同步第2层表。在某些实施例中，单个物理链路将控制虚拟交换链路和数据虚拟交换链路组合起来。在替换实施例中，控制虚拟交换链路和数据虚拟交换链路由分离的物理链路构成。
本发明的某些实施例提供了被配置用于控制网络的分发层或核心层的虚拟交换机的主机箱。主机箱包括第一多个线路卡和用于控制第一多个线路卡和从机箱的主监管器卡。主监管器卡经由VSL协议与从机箱通信，VSL协议在逻辑上将主机箱的数据平面扩展到从机箱的数据平面。
本发明的某些方面提供了用网络中的分发层或核心层中的多个物理交换机构成虚拟交换机的方法。该方法包括以下步骤将第一物理交换机配置为用于控制虚拟交换机的主交换机；将第二物理交换机配置为在主交换机的控制下的从交换机；在主交换机和从交换机之间形成用于通信的VSL；以及致使主交换机和从交换机经由VSL协议通信。
虚拟交换链路协议可以包括源端口标识符、目的地端口索引、源泛滥信息或VLAN信息。虚拟交换链路协议可以指示访问控制列表或QoS指定是否应被应用到帧。虚拟交换链路协议可以指示帧是否是MAC通知帧，并且可以包括用于帧的数据平面优先级信息。
主交换机的第一数据平面可根据经由虚拟交换链路协议在主交换机和从交换机之间的通信被扩展，以包括从交换机的第二数据平面。虚拟交换链路可以由充当单个逻辑链路的多个物理链路构成。虚拟交换链路可以被形成为包括数据虚拟交换链路和控制虚拟交换链路。数据虚拟交换链路和控制虚拟交换链路可以被形成在单个物理链路上。
该方法还可以包括以下步骤更新主机箱和从机箱中的第2层转发表，并且校正主机箱和从机箱中的第2层转发表之间的不一致。该不一致可以根据在数据虚拟交换链路上发送的帧来校正。所述帧可以是媒体访问控制(“MAC”)通知帧。本发明的某些实现方式提供了包含在机器可读介质中的计算机程序。该计算机程序包含用于控制网络的分发层或核心层中的多个物理交换机以执行以下步骤的指令将第一物理交换机配置为用于控制所述虚拟交换机的主交换机；将第二物理交换机配置为在所述主交换机的控制下的从交换机；在所述主交换机和所述从交换机之间形成用于通信的VSL；以及致使所述主交换机和所述从交换机经由VSL协议通信。
计算机程序可以包括用于控制网络的多个物理交换机以在逻辑上将主交换机的数据平面扩展到从交换机的数据平面的指令。
本发明的其他实现方式提供了用于初始化虚拟网络设备的方法。该方法包括以下步骤在第一机箱和第二机箱之间执行握手序列，所述第一机箱和所述第二机箱是数据网络的冗余网络设备；以及判断是所述第一机箱还是所述第二机箱将是主机箱，该主机箱用于控制包含所述第一机箱和所述第二机箱的虚拟网络设备。该方法还可以包括以下步骤根据在握手序列期间交换的信息来形成虚拟网络设备的控制虚拟交换链路。
握手序列可以包括交换以下信息中的任意信息监管器的硬件版本；机箱标识符；机箱号；机箱中的每个监管器的软件版本；机箱中的插槽的硬件值；以及针对所述第一机箱和所述第二机箱之间的特定链路的远程端点的插槽/端口。
该方法可以包括以下步骡确定将成为数据虚拟交换链路的物理链路是否既连接到所述第一机箱又连接到所述第二机箱。该方法还可以包括以下步骤如果所述确定步骤指示所述物理链路既连接到所述第一机箱又连接到所述第二机箱，则形成所述虚拟网络设备的数据虚拟交换链路。
图1是示出传统网络拓扑的网络图。
图2A和2B提供了构成虚拟交换机的简化图示。
图2C是示出根据某些实现方式，在接入层设备和分发层设备之间发送的帧的简化版本的框图。
图3示出了虚拟交换机的最小连接配置。
图4示出了虚拟交换机的更健壮连接配置。
图5示出了示例性的数据虚拟交换链路和虚拟交换机的中等健壮的连接配置。
图6是示出根据虚拟交换链路协议的一种实现方式的帧头部的简化版本的框图。
图7示出了可被配置用于实现本发明的某些方法的网络设备的简化版本。
具体实施例方式
在以下描述中，提出了多个具体细节以提供对本发明的全面理解。但是，本领域技术人员将会发现，无需这些具体细节中的某些或全部也可以实现本发明。在其他实例中，没有详细描述公知的过程步骤，以免不必要地模糊本发明。
虚拟交换机概述在虚拟交换机内，只有1个主监管器。主监管器向用户提供单个管理点。包含主监管器的机箱(chassis)被称为主机箱。构成虚拟交换机的其他机箱被称为从机箱。从机箱中的活动监管器将充当主监管器的从属，并且在主监管器发生故障时用作主监管器的备用。如果在机箱中只有1个监管器，则整个机箱将在发生故障时失效，但是虚拟交换机将继续工作，就好像在发生故障的机箱上的那些端口在经历热插拔(“OIR”)事件一样。位于两个机箱上的所有接口将像一个大交换机一样呈现给用户。端口寻址是单个全局空间，其中虚拟交换机内的每个第2层(“L2”)接口具有唯一的端口索引。
虚拟交换机的软件图像应该被配置在主监管器上，并被下载到所有其他的监管器。这确保了整个虚拟交换机将一直运行相同的软件图像版本。
虚拟交换机的示例性实施例图2A是示出根据本发明某些实施例的虚拟交换机200的高层物理视图的网络图。在本实施例中，虚拟交换机200包括分发层交换机205和210，它们经由虚拟交换链路215进行通信。在某些优选实施例中，虚拟交换链路215是被组合构成一个逻辑链路的多个物理链路。根据某些这样的实施例，虚拟交换链路215是根据专门的虚拟交换链路协议运行的以太网信道端口束。接入层设备220、225和230物理上连接到分发层交换机205和210中的每一个。
图2B示出了虚拟交换机200的逻辑图。接入层设备220、225和230虽然在物理上连接到分发层交换机205和210中的每一个，但它们与虚拟交换机200之间的交互就好像虚拟交换机200是单个网络设备一样。虚拟交换机200外部的所有设备都将其视为单个网络设备。在第3层，虚拟交换机200充当到接入层125和核心层105的单个路由器。类似地，在第2层，虚拟交换机200充当到接入层125和核心层105的单个交换机。分发层交换机205和210的两个配置点可以被看作单个配置点。
虽然在上述示例中虚拟交换机200被形成在分发层上，但是虚拟交换机200也可以形成在网络的其他部分中，例如在核心层上。此外，根据某些实施例，形成在分发层上的虚拟交换机200还包括接入层125中的设备。根据某些这样的实施例，与虚拟交换机200通信的接入层设备不执行独立的转发判决(关于访问控制列表(“ACL”)、服务质量(“QoS”)等)。在这样的实施例中，接入层设备充当对分发层设备的远程静默线路卡(有时被称为“卫星”)。因此，虚拟交换机200既可以包括分发层中的设备，也可以包括接入层中的设备。虚拟交换机200的这种实施例创建了用于接入层和分发层两者的单个管理点。
图2C示出了在卫星和分发层中的设备之间的通信所使用的帧的示例性格式。这里使用的术语“分组”和“帧”具有相同的意义。每个字段的大小不一定与每个字段中的字节数目相对应。这里示出和描述的字段类型纯粹是示例性的。此外，每个字段可以包含一个或多个子字段，其中某些子字段可以被预留。
字段235包括目的地信息，该目的地信息例如可以指示由端口索引表使用的目的地索引、泛滥(flooding)是否已被使能、VLAN信息等等。字段240包括源信息，例如由端口索引表使用的源索引。字段245包括状态、控制和帧类型信息。字段250包括服务种类和服务类型信息。字段255可以包括诸如束散列信息和转发信息之类的信息。
字段260包括各种控制信息。字段260例如可以包括关于输入或输出QoS或ACL是否应该被应用到帧的信息。字段260的某些子字段优选地被预留。字段265包括有效载荷，而字段270是CRC字段。
卫星交换机通过向简单交换机提供非本地转发能力来执行对配线柜的管理。所有转发智能性都由上游交换机提供。卫星需要到2个上游交换机的上行链路链接以用于冗余目的。
如果没有虚拟交换机，则需要将某些卫星端口分配给一个分发交换机，而将某些卫星端口分配给另一分发交换机。如果这2个分发交换机是独立的，则配置可以不同，并且使卫星端口的配置同步而不是使本地端口的配置同步引入了大量复杂性。另外，对两个交换机的全局配置可以不同，因此同步将导致本地端口出现问题，而全局信息不同步将导致卫星端口在切换时出现问题。虚拟交换机模型允许配线柜卫星连接到1个虚拟交换机。由于整个虚拟交换机只存在一种配置，因此解决了连接到多个分发交换机时遇到的所有问题。
虚拟交换链路虚拟交换机的一个重要特征是虚拟交换链路(“VSL”)。VSL是作为同一虚拟交换机的一部分的至少两个机箱之间的点到点连接。穿过VSL的分组例如以预置头部的形式提供附加信息。在VSL中传递的最重要的几条信息的其中一条是源端口索引。这使对等机箱上的转发引擎能够得知原始进入端口。它还向主监管器指示当分组被提供到软件时从机箱上的进入物理端口。
在优选实施方式中，源于VSL的分组不包含VSL端口索引。因此，这种实现方式需要附加的硬件机制，以确保分组不会在构成VSL的多个物理链路之间循环。在某些这样的实现方式中，每个进入VSL端口的端口ASIC将在分组头部标记一个VSL位。在每个外出VSL端口上，端口ASIC检查分组头部，如果设置了VSL位，则不将分组重传出VSL。
VSL不仅用于数据流量，也用于内部控制流量。通常不会被发送到机箱外部的分组被准许到VSL外部去，以便使主机箱和从机箱能够构成单个虚拟交换机。主监管器CPU和在从机箱上的CPU之间的通信通过VSL而发生在带内。分组根据VSL协议被发送。示例性的VSL协议将在下面参考图6描述。
软件图像通过这种带内通信被从主监管器分发到从机箱。诸如OIR事件和端口事件(例如链路启动/关闭)之类的附加信息也经由这种带内机制传播。通常，执行某些机制(即头部中的“不转发”位)来确保这样的信息不会被传播到机箱外。在VSL上，这些机制被禁止(即在VSL上，设置了“不转发”位的分组允许到机箱外)。
优选地，第3层(“L3”)转发表经由来自主监管器的带内CPU通信来填充。L2转发表优选地通过硬件学习来填充。泛滥的分组将被泛滥到属于虚拟交换机内的VLAN的所有端口。组播分组将被发送到已经加入该组的所有端口，无论该端口位于哪个机箱。
由于学习是通过分布式硬件完成的，因此分布式转发引擎(FE)在丢失同步时需要L2转发表的校正。这是以MAC通知帧的形式执行的，该MAC通信帧从外出FE发送到进入FE。利用VSL的引入，MAC通知被扩展到机箱外部。这只在VSL链路上是允许的。在某些实现方式中，帧大小被扩展到64字节以符合最小以太网标准大小。通常，MAC通知只由外出FE生成。在虚拟交换机中，如果进入端口是VSL的一部分，则MAC通知也可以在进入FE查找时生成。MAC通知允许遍及整个虚拟交换机的硬件学习。
VSL在两个机箱之间运载控制和数据流量。它用于为数据流量在对等机箱之间扩展内部数据平面(构架、数据总线等等)，并且为了控制流量(即IPC、SCP流量)而扩展内部OBC。在本发明的某些优选实现方式中，VSL被分离成控制VSL(“CVSL”)和数据VSL(“DVSL”)。CVSL和DVSL可以是分离的物理链路，或者可以被组合在相同的物理链路上。
由于它们的设计和实现方式的本质，大多数路由协议被设计为工作在单个CPU内。在虚拟交换机内，可以存在多个监管器卡。在多个监管器之间，将选择出一个监管器来运行整个VS的所有路由协议。
需要被发送到从机箱本地端口外部的L3和L2控制分组(即OSPFLSA、生成树BPDU等等)将经由数据虚拟交换链路(“DVSL”)被发送到从机箱，如下面详细描述的。到从机箱的所有控制信息都将经由控制虚拟交换链路(“CVSL”)被发送到从机箱。与L2和L3控制协议一道，软件数据路径可以以集中方式运行在活动的主监管器上。在替换实施例中，软件数据路径可以以分布的方式运行。
根据某些优选实现方式，内部的带外信道(OBC)被用于机箱内的卡之间的控制软件通信。在这样的实现方式中，CVSL被用于将内部OBC扩展到远程机箱。DVSL被用于将内部机箱数据平面扩展到远程机箱。
CVSL被用于CPU到CPU的通信。另外，CVSL被用于与对等机箱通信以确定其主人角色(mastership role)。机箱的主人角色极大地影响软件的行为。因此，主人角色应该在机箱启动引导时大多数软件应用开始运行之前尽早确定。为了避免初始化任意线路卡并缩短引导时间，应该将CVSL限制于物理上位于监管器卡上的端口。
CVSL在确定主人身份之前被使用。这推断出，由于主人是未知的，因此用于启动引导的适当配置文件是未知的。由于正确的配置文件是未知的，因此CVSL端口应该是公知端口。因此，每个监管器卡的前2个上行链路被优选地用作控制VSL。当机箱上存在2个监管器时，本地备用监管器上的端口将可被本地的活动监管器所访问。
主机箱监管器将经由带内消息与其在从机箱上的对等体通信。这种带内消息通过CVSL发送。带内消息可以被引导至从机箱监管器或从机箱上的线路卡。
当消息正被发送到从机箱上的线路卡时，它将被从监管器所代理。从监管器代表主机箱监管器将消息经由OBC发送到线路卡。
在内部，CVSL优选地被实现为端口束，并且在全网状系统中将易于从单个链路的故障中恢复。但是，由于散列算法优选地将基于源和目的地MAC地址，而对于带内CPU通信来说，源和目的地MAC地址总是相同的，因此只需要一条链路。
到远程机箱的线路卡的通信将经由CVSL来发送，并被远程机箱上的活动监管器所终止。然后，该监管器将消息经由OBC发送到线路卡，并代理发回原始机箱的响应。
在某些实施例中，每个机箱可以具有一个或两个监管器。由于只有一条CVSL物理链路是强制性的，因此导致CVSL存在多种硬件部署场景。
图3示出了最小硬件部署场景。在场景300中，主机箱305具有单个监管器315和多个线路卡325。类似地，从机箱310具有单个监管器320和多个线路卡330。链路335形成在监管器315的端口333和监管器320的端口340之间。在本实施例中，链路335将CVSL和数据虚拟交换链路(“DVSL”)组合在一条物理链路中。以下将描述DVSL的示例性属性。
场景300的主要优点在于最小成本和最小配置时间。缺点包括缺乏冗余性，这是由于任何组件的故障都会导致断供(outage)。因此，场景300不能像根据本发明的虚拟交换机的其他配置一样健壮。
在图4中示出了更健壮的部署场景400。主机箱405包括主监管器415、备用监管器417和线路卡425。从机箱410包括从监管器420、备用从监管器422和线路卡430。
在此场景中，两个机箱都包含两个监管器，并且在监管器之间存在4条物理链路链路435连接端口440和445；链路450连接端口455和460；链路465连接端口470和475；链路480连接端口485和490。
部署场景400的优点在于其具有比部署场景300更大的冗余性。由于在两个机箱上都具有监管器冗余，因此利用4个监管器中的每一个之间的物理链路，可以创建健壮得多的物理链路场景部署场景400使虚拟交换机即使在3个监管器发生故障之后也能够工作。部署场景400的缺点包括更高的成本和更长的配置时间。
控制VSL初始化在虚拟交换机可以变得活动之前，必须使CVSL联机。根据一个优选实施例，以下各项作为初始握手序列的一部分被传递监管器的硬件版本；机箱标识符(例如来自机箱背板的MAC地址)；机箱号；机箱中的每个监管器的软件版本；机箱中的每个插槽的硬件(例如EEPROM)值；以及针对特定CVSL链路的远程端点的插槽/端口。
以上各项中的大多数项被用于确定主人身份。直接影响CVSL的两项是机箱标识符和针对特定CVSL链路的远程端点的插槽/端口。
插槽/端口插槽/端口被用于确定多种可能的CVSL硬件部署场景中的哪种部署场景正在使用。在优选实现方式中，该信息还被用于在必要时生成警报。
机箱标识符机箱标识符被用于确定是否所有CVSL链路都被连接到同一机箱。如果该配置发生错误，机箱将优选地选择对等机箱中与其构成虚拟交换机的那个机箱。优选地，机箱随后将在管理上切断未连接到所选中的对等机箱的所有CVSL链路。初始化序列优选地将通过剩余的CVSL与被选中的对等机箱进行协商，以避免当存在多个错误配置时无法形成虚拟交换机的情况发生。
通过CVSL执行的初始化握手利用了公知的目的地MAC地址。这允许分组被重定向到CPU，并确保初始化握手分组不会被视为数据分组并被转发到虚拟交换机外部。初始化握手分组被重定向到主监管器(如果可获得的话)或被重定向到本地监管器，主监管器和本地监管器两者中的任意一个都可以基于源端口索引来确定错误场景。在检测到配置错误之后，优选地向用户发布警报，并在管理上切断链路的两端。初始握手序列将在链路启动/关闭事件发生时被优选地重新触发。
数据VSL在将CVSL联机之后，主人身份被确定并形成了虚拟交换机，则必须使数据VSL(DVSL)联机。DVSL是内部数据平面的扩展，并被用于在虚拟交换机的机箱之间转发分组。CVSL优选地不被用于任意用户数据流量。
图5示出了CVSL和DVSL的一种示例性配置。CVSL链路515将主机箱501中的主监管器505的端口520与从机箱502中的从监管器510的端口525相连。CVSL链路530将主机箱501中的主监管器505的端口535与从机箱502中的备用从监管器542的端口540相连。DVSL链路545将主机箱501中的线路卡550与从机箱502中的线路卡555相连。类似地，DVSL链路560将主机箱501中的线路卡565与从机箱502中的线路卡570相连。
DVSL的数据流量使用根据本发明的某些优选实现方式，从非DVSL端口到达的分组将在以下情形中被发送出DVSL端口(1)分组在VLAN上泛滥，并且在对等机箱上存在一个或多个承载该特定VLAN的端口；(2)分组想去往如下组播组，该组播组中的成员已经加入到对等机箱上的一个或多个端口上；(3)分组想去往如下MAC地址，该MAC地址已在对等机箱的端口上获知；或者(4)分组是想去往对等机箱上的端口的MAC通知帧。
在情形1、2和3中，分组通过VSL被发送，这是因为VSL是到达外出端口的唯一途径。在情形4中分组通过VSL被发送，因为它们是想去往对等机箱EARL的内部控制分组。注意，对于情形1，给定分组可以通过VSL被发送。
穿越DVSL的所有分组都将被封装以带内头部。在优选实现方式中，该头部将由外出端口(例如外出端口的ASIC)附加到分组，并在DVSL的另一侧被进入端口剥离。带内头部携带了诸如进入端口索引、目的地端口索引、VLAN、CoS等的信息。
图6示出了一种示例性头部格式。每个字段的大小不一定与每个字段中的字节数相对应。示出并描述的字段类型纯粹是示例性的。此外，每个字段可以包含一个或多个子字段，其中某些子字段可以被预留。这里，字段605包括服务种类信息，字段610指示帧的类型(例如以太网、ATM等等)。字段615包括控制信息，例如端口索引表是否应该被更新，以及端口是否是“可信的”。字段620包括源VLAN信息，并指示输入或输出ACL或QoS是否应该被应用到该帧。
字段625包括源信息，例如源索引、源泛滥信息等等。字段630是帧长度字段。字段635是状态字段，该字段包括关于例如封装类型以及是否已正确接收到CRC的信息。字段640包括接收端口从帧中提取出的第3层信息。字段645指示该帧是否是MAC通知帧等等。字段650包括构架优先级位和退出端口(port-of-exit)位。字段655包括目的地信息，例如目的地索引和目的地泛滥信息。字段655中的信息可以由地址转发逻辑提供。字段660是CRC字段。
DVSL的MAC通知的使用除了一般的网络流量之外，DVSL还被用于传输在某些优选实现方式中使用的MAC通知(MN)帧。MAC地址表管理将优选地在每个机箱上独立发生。诸如静态MAC条目之类的项的配置将从主机箱提供，作为配置同步的一部分。
MAC地址表管理中的大部分工作优选地以硬件形式执行，例如动态MAC条目的学习。由于某些网络设备的转发机制(例如Cisco的Catalyst6000TM的L2转发)的分布式本质，在ASIC之间存在针对MAC地址表管理的内部通信。MAC通知(MN)帧被用于校正在L2表中发现的任何不一致。
DVSL被用户所配置，并且可以在支持带内头部的任意线路卡上。虽然DVSL可以仅操作单个物理链路，但是推荐的做法是，DVSL被实现为多个物理链路，这些物理链路被组合以构成一个逻辑链路，例如作为多模块以太网信道。
DVSL可以经由接口级配置命令来配置。在某些实现方式中，该命令可以仅在以太网信道接口上被配置。根据某些这样的实现方式，最多可以将2个以太网信道接口配置为VSL。2个被配置的以太网信道接口用于VSL的每一端。当命令被输入时，应该检查以太网信道成员端口以确保它们都是同一物理机箱的一部分。如果它们不是，则应该发布警报，并且该命令应该被拒绝。DVSL应该仅在CVSL启动时被配置，因为它要求DVSL的两端都被配置在活动的主监管器上。
在存在2条以太网信道被配置作为虚拟交换机中的DVSL之前，DVSL初始化序列不应该开始。每个以太网信道代表DVSL的一端。在配置了2个DVSL端点之前，已配置的第一DVSL将优选地保持管理上切断的状态。这将有助于确保初始化握手分组在从常规以太网信道到DVSL的短暂配置期间不会被发送并被理解为数据分组。
DVSL初始化DVSL初始化序列优选地是CVSL初始化序列的子集。在优选实现方式中，初始化握手使用公知的目的地MAC地址以确保即使在错误配置时，握手分组也将被发送到本地CPU，而不会被交换到虚拟交换机外部。在初始化握手序列期间，所有分组都被重定向到主监管器CPU。在从机箱上，这经由CVSL完成。这是速率高度受限的，并通过对等机箱中的本地活动监管器来代理。DVSL初始化握手的目的主要在于检查各种DVSL特有的配置错误。
大多数配置错误已通过CVSL初始化握手被检查过。DVSL初始化握手交换机箱标识符以确保所有DVSL链路都被连接在同样的两个机箱之间。常规的数据流量将穿越该DVSL，直到初始化握手已成功完成为止。如果链路由于任何原因关闭，则初始化握手序列将再次开始，并且数据流1量将不会穿越该链路，直到握手完成为止。
图7示出了可被配置用于实现本发明的某些方法的网络设备的示例。网络设备760包括主中央处理单元(CPU)762、接口768和总线767(例如PCI总线)。一般而言，接口768包括适合于与适当媒体通信的端口769。在某些实施例中，一个或多个接口768包括至少一个独立的处理器774，并且在某些示例中还包括易失性RAM。独立处理器774例如可以是ASIC或任意其他适当的处理器。根据某些这样的实施例，这些独立处理器774执行这里描述的逻辑的至少某些功能。在某些实施例中，一个或多个接口768控制诸如媒体控制和管理之类的通信密集型任务。通过为通信密集型任务提供分离的处理器，接口768使主微处理器762能够高效地执行其他功能，例如路由计算、网络诊断、安全性功能等等。
接口768通常提供为接口卡(有时被称为“线路卡”)。一般而言，接口768控制网络上数据分组的发送和接收，并且有时支持网络设备760所使用的其他外设。可以提供的接口有FC接口、以太网接口、帧中继接口、线缆接口、DSL接口、令牌环接口等等。另外，可以提供各种甚高速接口，例如快速以太网接口、千兆位以太网接口、ATM接口、HSSI接口、POS接口、FDDI接口、ASI接口、DHEI接口等等。
在本发明的某些实现方式中，当在适当软件或固件的控制下工作时，CPU 762可以负责执行与所需网络设备的功能相关联的特定功能。根据某些实施例，CPU 762在软件的控制下完成所有这些功能，所述软件包括操作系统(例如Windows NT)和任意适当的应用软件。
CPU 762可以包括一个或多个处理器763，例如来自Motorola微处理器族的处理器或来自MIPS微处理器族的处理器。在替换实施例中，处理器763是专门设计的用于控制网络设备760的操作的硬件。在特定实施例中，存储器761(例如非易失性RAM和/或ROM)也构成CPU 762的一部分。但是，存在很多不同方式可以使存储器耦合到系统。存储器块761可以被用于各种目的，例如缓存和/或存储数据、编程指令等等。
无论网络设备的配置怎样，它都可以采用一个或多个存储器或存储器模块(例如存储器块765)，所述存储器或存储器模块被配置用于存储数据、用于通用网络操作的程序指令和/或与这里所述技术的功能相关的其他信息。程序指令例如可以控制操作系统和/或一个或多个应用程序的操作。
由于这样的信息和程序指令可被用于实现这里所述的系统/方法，因此本发明涉及包括了用于执行这里所述各种操作的程序指令、状态信息等的机器可读介质。机器可读介质的示例包括但不局限于诸如硬盘、软盘和磁带之类的磁介质；诸如CD-ROM盘之类的光介质；磁光介质；以及专门配置用于存储和执行程序指令的硬件设备，例如只读存储器设备(ROM)和随机访问存储器(RAM)。本发明还可以被包含在通过适当的介质传播的载波中，例如无线电波、光线路、电线路等等。程序指令的示例既包括机器代码(例如由编译器产生的代码)，也包括包含了可以由计算机使用解释器执行的更高级代码的文件。
虽然图7所示的系统示出了本发明的一种特定网络设备，但是这不意味着本发明只能在该网络设备体系结构上实现。例如，也经常使用具有用于处理通信和路由计算的单个处理器等等的体系结构。此外，该网络设备也可以使用其他类型的接口和介质。接口/线路卡之间的通信路径可以是基于总线的(如图7所示)，也可以是基于交换构架的(例如交叉开关)。
其他实施例虽然这里示出并描述了本发明的示例性实施例和应用，但是在本发明的概念、范围和精神内可以存在很多变化和修改，并且本领域普通技术人员在阅读了本申请之后将明白这些变化。例如，虽然本发明的虚拟交换机主要在网络的分发层方面进行了描述，但是它们同样可应用于核心层和数据中心。
因此，本实施例将被看作示例性的，而非限制性的，并且本发明不局限于这里给出的细节，而是可以在所附权利要求书的范围和等同物内进行修改。
权利要求
1.一种用于网络的虚拟交换机，该虚拟交换机包括主机箱，包括第一多个线路卡；以及用于控制所述第一多个线路卡的主监管器卡；以及在所述主监管器卡控制下的从机箱，该从机箱包括第二多个线路卡；以及从监管器卡；以及用于在所述主机箱和所述从机箱之间进行通信的虚拟交换链路。
2.如权利要求1所述的虚拟交换机，其中所述主机箱和所述从机箱根据虚拟交换链路协议进行通信，所述虚拟交换链路协议用于在逻辑上将所述主机箱的数据平面扩展到所述从机箱的数据平面。
3.如权利要求1所述的虚拟交换机，其中所述虚拟交换链路包括控制虚拟交换链路和数据虚拟交换链路。
4.如权利要求1所述的虚拟交换机，其中所述虚拟交换链路包括组合构成一个逻辑链路的多个物理链路。
5.如权利要求2所述的虚拟交换机，其中所述虚拟交换链路协议包括指示分组是否已经穿越所述虚拟交换链路的字段。
6.如权利要求2所述的虚拟交换机，其中所述虚拟交换链路被用于同步所述主机箱和所述从机箱的路由表。
7.如权利要求3所述的虚拟交换机，其中所述控制虚拟交换链路扩展内部的带外信道以在所述主机箱和所述从机箱之间进行通信。
8.如权利要求3所述的虚拟交换机，其中所述数据虚拟交换链路扩展内部的机箱数据平面以在所述主机箱和所述从机箱之间进行通信。
9.如权利要求3所述的虚拟交换机，其中所述主监管器经由所述控制虚拟交换链路上的带内消息与所述从监管器通信。
10.如权利要求3所述的虚拟交换机，其中所述控制虚拟交换链路被首先联机，并被用于确定哪个机箱将是主机箱。
11.如权利要求3所述的虚拟交换机，其中单个物理链路将所述控制虚拟交换链路和所述数据虚拟交换链路组合起来。
12.如权利要求3所述的虚拟交换机，其中所述控制虚拟交换链路和所述数据虚拟交换链路是由分离的物理链路构成的。
13.一种被配置用于控制网络的虚拟交换机的主机箱，该主机箱包括第一多个线路卡；以及用于控制所述第一多个线路和从机箱的主监管器卡，该主监管器卡经由虚拟交换链路协议与所述从机箱通信，所述虚拟交换链路协议在逻辑上将所述主机箱的数据平面扩展到所述从机箱的数据平面。
14.一种用网络中的多个物理交换机构成虚拟交换机的方法，该方法包括将第一物理交换机配置为用于控制所述虚拟交换机的主交换机；将第二物理交换机配置为在所述主交换机的控制下的从交换机；在所述主交换机和所述从交换机之间形成用于通信的虚拟交换链路；以及致使所述主交换机和所述从交换机经由虚拟交换链路协议进行通信。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述虚拟交换链路协议包括源端口标识符。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述虚拟交换链路协议包括目的地端口索引。
17.如权利要求14所述的方法，其中所述虚拟交换链路协议包括源泛滥信息。
18.如权利要求14所述的方法，其中所述虚拟交换链路协议包括VLAN信息。
19.如权利要求14所述的方法，其中所述虚拟交换链路协议指示访问控制列表是否应被应用于帧。
20.如权利要求14所述的方法，其中所述虚拟交换链路协议指示QoS指定是否应被应用于帧。
21.如权利要求14所述的方法，其中所述虚拟交换链路协议指示帧是否是MAC通知帧。
22.如权利要求14所述的方法，其中所述虚拟交换链路协议包括用于帧的数据平面优先级信息。
23.如权利要求14所述的方法，还包括根据所述主交换机和所述从交换机之间的通信经由所述虚拟交换链路协议来扩展所述主交换机的第一数据平面，以包括所述从交换机的第二数据平面。
24.如权利要求14所述的方法，还包括用充当单个逻辑链路的多个物理链路构成所述虚拟交换链路。
25.如权利要求14所述的方法，还包括形成所述虚拟交换链路以包括数据虚拟交换链路和控制虚拟交换链路。
26.如权利要求14所述的方法，还包括更新所述主机箱中的第2层转发表；更新所述从机箱中的第2层转发表；以及校正所述主机箱中的第2层转发表和所述从机箱中的第2层转发表之间的不一致。
27.如权利要求25所述的方法，其中形成所述虚拟交换链路的步骤包括将所述数据虚拟交换链路和所述控制虚拟交换链路组合在单个物理链路上。
28.如权利要求25所述的方法，还包括更新所述主机箱中的第2层转发表；更新所述从机箱中的第2层转发表；以及根据在所述数据虚拟交换链路上发送的帧，校正所述主机箱中的第2层转发表和所述从机箱中的第2层转发表之间的不一致。
29.如权利要求28所述的方法，其中所述帧是MAC通知帧。
30.一种用于在网络的分发层或核心层中用多个物理交换机构成虚拟交换机的装置，该装置包括用于将第一物理交换机配置为用于控制所述虚拟交换机的主交换机的装置；用于将第二物理交换机配置为在所述主交换机的控制下的从交换机的装置；用于在所述主交换机和所述从交换机之间形成用于通信的虚拟交换链路的装置；以及用于致使所述主交换机和所述从交换机经由虚拟交换链路协议通信的装置，所述虚拟交换链路协议在逻辑上将所述主交换机的数据平面扩展到所述从交换机的数据平面。
31.一种包含在机器可读介质中的计算机程序，所述计算机程序包含用于控制网络的多个物理交换机以执行以下步骤的指令将第一物理交换机配置为用于控制所述虚拟交换机的主交换机；将第二物理交换机配置为在所述主交换机的控制下的从交换机；在所述主交换机和所述从交换机之间形成用于通信的虚拟交换链路；以及致使所述主交换机和所述从交换机经由虚拟交换链路协议通信。
32.如权利要求31所述的计算机程序，还包括用于控制网络的多个物理交换机以在逻辑上将所述主交换机的数据平面扩展到所述从交换机的数据平面的指令。
33.一种初始化虚拟网络设备的方法，包括在第一机箱和第二机箱之间执行握手序列，所述第一机箱和所述第二机箱是数据网络的冗余网络设备；以及判断是所述第一机箱还是所述第二机箱将是主机箱，该主机箱用于控制包含所述第一机箱和所述第二机箱的虚拟网络设备。
34.如权利要求33所述的方法，其中所述握手序列包括交换从以下群组中选出的信息，所述群组包括监管器的硬件版本；机箱标识符；机箱号；机箱中的每个监管器的软件版本；机箱中的插槽的硬件值；以及针对所述第一机箱和所述第二机箱之间的特定链路的远程端点的插槽/端口。
35.如权利要求33所述的方法，还包括如下步骤根据在所述握手序列期间交换的信息来形成所述虚拟网络设备的控制虚拟交换链路。
36.如权利要求35所述的方法，还包括如下步骤确定将成为数据虚拟交换链路的物理链路是否既连接到所述第一机箱又连接到所述第二机箱。
37.如权利要求36所述的方法，还包括如下步骤如果所述确定步骤指示所述物理链路既连接到所述第一机箱又连接到所述第二机箱，则形成所述虚拟网络设备的数据虚拟交换链路。
全文摘要
提供了用于形成数据网络的虚拟交换机的方法和设备。如上所述，这里使用的术语“交换机”将应用于交换机、路由器和类似的网络设备。每个虚拟交换机充当单个逻辑单元，同时包含至少两个物理机箱。因此，每个虚拟交换机可以被视为单个管理点。每个虚拟交换机包括主机箱和至少一个从机箱。主机箱被配置用于控制从机箱。主机箱包括至少一个主监管器卡，而从机箱包括至少一个从监管器卡。主机箱和从机箱根据虚拟交换链路协议而经由虚拟交换链路通信。
文档编号H04L12/46GK1826769SQ200480020880
公开日2006年8月30日 申请日期2004年9月8日 优先权日2003年9月18日
发明者迈克尔·史密斯, 艾力·戈尔杉, 杰弗里·伊·王, 尼利马·梅塔, 文卡特斯·扎拉克拉曼 申请人:思科技术公司