专利名称：用于将多个mac分配给多个处理器的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信系统领域，尤其涉及对来自多个LAN的多个客户端与具 有一组处理节点(单元)的网络设备之间的逸遏性的故障检测质量和'1^1方法 的組
背景技术：
在^4于连接到一个或多个以太网局域网(LAN)的多个处理单元的网络设 备系统中，在##不同LAN之间的良好的独立性以实现^需要的同时，在 超过99.999%的时间内提供可靠、可用JLit用(RAS )的连接是具有挑战性的。 网络设备可以是用于通信和服务多个用户的网络中的节点。示例的网络设备可 以是多点控制单元(MCU)、防火墙、内叙良务器、^^体服务器等。
扭用网络设备中，只要系统建立^^行， 一个或多^N^NM^滩制(MAC) 地址与一个处理单^f目关联。MAC地址可以指以太网硬件地址(EHA)或硬 件地址。MAC地址是一种标iX^P,其附加到大多数网络适配器(即，网皿 口卡(MC))上，作为适配器的名称。在这种通用结构中，如果处理节点无法 进^f，怍或者必须被替换掉，则无法在不切换到另外一个MAC的情况下支持 实现备用处理单元的处理器功能。使用冗余的MAC/处理器对导致了高成^/ 佳月比。jtW卜，每个LAN都需要一个MAC/处理器备用对。MAC上或者物理 路径(PHY或者电缆)的某些地方上出现的故障导致与处理器断连，即^^t理 器并非处于永久性故障状态下，并且另夕卜淑l务于来自其它局域网的用户。
因此，显而易见的是，目前的多处理器装备技术在与夕MP以太网LAN的 可靠M性上有重大的困难。
发明内容
5通过^^]一种拓朴结构来满足上面描述的需求，在这种拓朴中，多个负责
由开放系统互^^^/栈中数^l^v^M^:的任务的MAC被从多个处理节点 (单元)中分离。处理节点负责处理与OSI第三层以及以上的职责相关的任务。 上述MAC控制器组作为多个处理节点的i^ii性资源池，而这些处理节点作为 处理资源池并且与MAC控制器分离开来。在这种拓朴中，两个资源池^it行 中^^接，传递需要的可靠性、可用'l^Nt用性。
图1是示出了基于通itX连交换机阵列连接的多个处理单元(节点)和一 组MAC控制器的示例的网^^i殳备系统的示意图2是示出了 MAC控制器与处理节点的分配过程的流程图，所述分配包 括3个过程在故障;f^则前、在故障检测中^t障检测后。
M实施方式
相同的附图才封^图中表示相同的元件。为了方^^L，只有相同组中的 某些元件可用附图标i^ii行^i己。这些附图的目的是描述示例的实施例而不是 用于生产。因此，所选择的在图中示出的特征只是为了便利和表述清楚。
图1示意,^J^葛述了基于通iti连交换机阵列101连接的多个处理节点/ 单元100a-100e和一组MAC控制器102a - 102e的示例的网络设备系统的元 件。处理节点的数量和MAC控制器的数量并不限于由图1中示出的那些。例 如，这个系统可負沐2个处理器节点和5个MAC控制器。也可以诏！各种其 ^J且合。MAC控制器102a -102e的[个负责OSI ^/栈的数##^^1^ 的任务。例如，^-"个MAC控制器(102)能够遵守数ll^^^f吏用的通信协 议，例如斜限于802.3 CSMA/CD、 802.1P和802.1Q。
参考图l, MAC控制器102a-102e可以被分为一组或者多組。—组能 够与一个广播域关联，例如多个用户的局域网(LAN)。每一个广播域能够与 一组'N，个MAC地iit^一组'N+l，个MAC控制器关联。MAC控制器可以与广
控制器。N为连接到相同广播域的活动的MAC控制器数量，而'+l，MAC控制 器为非活动的冗余MAC控制器(即，备用MAC控制器)。如^必要，MAC 控制器的MAC地址能够被重用，或者^皮重新分西ei^4^用冗余MAC控制器。 广播^A计算机网络的一部分，在这个广播域中所有的节点在数l^^层-tit过广播X^目联系。路由器和無的高层设备在广播域之间形成边界。当第""i十 ##几只有第二计#^的网络地址(例如IP地址)时， 一个示例的广播消息能够
在广播域中使用。第一计#^几可以^^1皿解#^议(ARP)并广，有第二 计算机的IP地址的ARP请求。第二计糸feJL，如果连接到了相同的广播域就可 以以其MAC地iihi^f亍响应。
通常MAC地址是通过IEEE组织分配给各个网络设备和网络接口卡 (NIC)的商家。然后，每个商家为^r—个NIC分配MAC地Jah。如果读者想 要知道更多的关于MAC地址分配过程，请访问IEEE的网站 http:〃standards.ieee,org/regauth/index.html。
在/iHf的示例性实施例中， 一組'N，个MACitkiibfc^酉ei^网络设备，例如 MCU。这个组能够由辅助(houseke印ing)计算机103或者104进行管理。来 自这个组的MAC地址能够被分酉eiM壬何一个活动的以太网MAC控制器102 (连接到广播域)。名^用以太网MAC控制器102不与MAC地址关联。为了 包含冗余，通常MAC控制器102的数量大于N,例如为'N+1，。
当建立了到广"lt域的新连接时，选择处理器100和以太网MAC控制器 102,并且该处理器100和以太网MAC控制器102通过互连的交换机阵列101 ;fet匕关联。活动的辅助处理器103利用指令将来自MAC^iiti且中的MAC地 址传递到选定的处理器100，以将该MAC地iib^口载到关联的以太网MAC控 制器102。
，建立到广播域的连接。
MAC控制器通常连接到物理实体(例如图1中没有示出的10/100/1000
流。OSI物理层任务可以符合例如10base^T、 100Base~T、 1000base~T、 1000base~LX或者1000bas&SX。
处理节点100a-100e的#-~个负责处理与OSI模型第三层及以Ji^目关的工 作。例如，处理节点100a-100e的每一个能够处理IP (因特网协议)、DHCP(动 态主4;Lg己置协议)、IPSEC (IP安全协议)和ICMP (因特网控制信息协议)。 例如OSI传输层的任务可以包括TCP (传输控制协议)、UDP (用户数据报协 议)和RTP (实时传^1^议)。其他与OSI才^Ui^相关的任务可以包括处理 钱信号如G7U、视濒信号如H.261、安全相关任劣4口SSH (*^卜壳)、因 特网管理如SNMP (简单网錄理协议)、网络定时如NTP (网络时间协议)以及^fe应用如HTTP (超iL^传m^议)或者FTP (文件传HH^议)。
互连交换机阵列101可以符合多种标准，例如但不限于PCI方式， RapidIO或者通过场可编程门阵列实现的纵横(cross bar)阵列。示例的交换 机可以是CAUSA的Vitese半"IM^^司生产的V S C 3 3 1 2。缺了解更多 关于交换机阵列的信息的读^fri方问Vifsse公司网页www.vitsse.com。 处理 节点100a -lOOe能够通过内部网络105与活动的辅助处理器(处理节点)103 进行通信。网络105可以是电路交换网络、^^且交换网络、栽波传感媒体访问
(carrier sense media access)网络或者是4^f可允许两个或两个以上处理节点相 互进行通信的技术。在某些实施例中，为了冗余+沐可靠性，可以加入包括处 理器104和网络106的附加的辅助i殳置。网络105和106独立于连接到以太网 MAC控制器102另一端的夕MP LAN (图中没有示出)。在某些实施例中，除 处理节点的其它任务O卜，辅助任务可以由其中一个处理节点100执行。
初始化期间，辅助处理单元103能够从一组与特定LAN关联的地址中分 配MAC地iit到属于与相同LAN相关联的一组控制器的MAC控制器(102a-102e)。完成初始化以后，通过互连交换机阵列(101)绑定和重绑定MAC控制器
(102a -102e)到处理器(100a-100e)能够:Wt。图2所示的过程执行，在该过 程中可以进行冗余MAC控制器或者处理节点的平稳和快速的故障转移 (failover)。在将MAC控制器(102a-102e)和处理器(100a-100e)进行绑定后， MAC地iibM^SeiH亥处理器。处理器(100a-100e)通it^:理器经由互连交换 机阵列(101)建立的连翻寻该分配的MAC地址传itf"其新绑定的MAC控制 器。
图2示出了在故P章^^则前，故障检测中以及故障^^则后，MAC控制器与 处理节点的分配过程。例如，该过程可以通过网络105由活动的辅助处理节点 103来实现。
故障枱侧是检测系统中的异常行为的过程。这个流程图开始于在客户端和 处理节点以及广播域之间建立连接。在步骤200判断MAC控制器102a-102e
^^一是否可用。可用的mac控制器是通过其物aj:与广播:yui行物理连接的
MAC控制器。如果没有可用的MAC控制器，那么^^个过程结束。如果有可 用的MAC控制器，那么处理节点就M过互连交换机阵列101净皮动态分配和 绑定(步骤201)到该可用的MAC控制器上(图1 )。 一旦MAC/处理器对的动态分配完成，来自MAC地址组中可用的MAC地扯^^^酉ei^该对。# 发明的示例中，由活动的辅助处理II^MAC地扯分S2i^所分配的处理器，后 者^将该MAC地iiUr。栽到与^目关联的MAC控制器102。
然后，故障;f^测过程阶段开始。图2中示出的示例的故障检查过程^^J ICMP ^^且(回>^^且)来周期'14^J&fM户网络。回ifc^ia的目的地可以是 MAC控制器连接的LAN的默认网关IP地址。辅助处理器103能够请求处理
单元ioo发送回》:^^且，并且如果接^'J回》:^答^^行确i^回。通过请求 和确认过程，辅助处理器监一統理单元到用户局域网的连接有效性，从而如果
在i^it^f圣Ji^故障就可以被^^则到故障。
故障检测过程开始于向默认网关IP地^jI^送回波(步骤202 ),并判断(步 骤203)是否接》10"表示与网关的连接是活动的回^^答。所^T犬认网^A指 所分配的MAC控制器连接的广播域的默〖人网关。Tl秒后(步骤204)故障检 测过禾liiit^出新的回^^^且(步骤202 )重新开始。如果(步骤203 )没有接 j)ti'j表示故障被检测到的回波应答，初始化'1^1过程(步骤205到209)。 Tl 是可配置的##:;它可以在几毫秒到几秒的范围内，依赖于广^f域以及MAC 控制器102 (图1)与广^f域之间的连接。
'ltt过程的第一阶^A通过互连交换机阵列101 (图1)分配冗余的处理节 点(步骤205)。第二阶IS^发出新的回波分组(步骤206)。第三阶R^判断回 波^^且是否被接收(步骤207)。如果接iR^回波应答，那么故障检测过程通过 发出新的回^^^且重新开始(步骤202)。在步骤207中^1〗回》^^錄示在那 一时刻没有^^则到故障。如果没有接》10'回^^答，那么逸錄示已经检测到 故障。随后，判断是否有备用的冗余MAC控制器(步骤208)连接到与可疑 的故障MAC控制器相同的广播域。M地，冗余MAC控制器首先净紛配以 可疑的故障MAC的MAC地址，从而使得平滑过渡到在冗余的路径上。# 发明的可选典型实施例中，绑定-再绑定命令能够开始^^换MAC控制器，然 后是处理器。
过程(没有在图2中示出)可以开始于禁用当前MAC控制器并且(s1^仅 使冗余的MAC控制器活动，以在冗余MAC控制器确实连接到相同的广播域 的情况下i^ MAC地址的重复。 一旦新的连^径出现，使用相同的MAC 地址能够最小化产生的不利影响。当冗余MAC控制器使用与故障的MAC控制器相同的MAC地址时(并不是同时)，用户的网络并不知道该替换。该连接 中包括的层2交换机，其基于IEEE802.1D透明桥方法，能够连接到冗余MAC， ^if过接收即将到来的回^^H且自动学习新的5^圣。如果冗余的MAC控制器 是可用的，则所述MAC控制器^^BeiH亥处理器(步骤209 )，并且故障检测 过程可以继续(202)。
//Hf的方法和系乡级高了基于需要连接到用户以太网局域网中的多个处理 节点(处理器)的网络设备的可靠性、可用'^Mt用性。公开的方法和系, 过提供支持处理器系统可能魁']的^^可单个点的故障的故障#^多的拓朴，如咸 少处理器系统的计划外的停机时间。公开的方法和系鍵还例如减少了处理器系 统的计划内的停机时间，以允"i情级。除jtb^Jf， z^Hf的内^it过使MAC/处 理器对分离，提供了一种网齡离的方法和装置，即防火墙网关。
通过冗余处理器替换处理器的过程205可以包括向冗余处理器中加载软件 和需要用于处理由故障处理器执行的活动的信息。这个过程由能记录需要的信 息的活动的辅助处理器103沐f亍。
在本申请的说明书和权利要求书中，^"-个动词，"包舍，、"包括"和'具有"，
及其变形辆ju于表示该动词的受词并不一;t^员、组件、元素或者动词的部
^^主i告或动词主i吾的完整列表。
在本申请中，词"单元，，一'才執"是可以相互交换的。被称为单;^者才狭
的^f可物都可以是独立单元或者专门的模块。单^til者才狭可以是标准组件或 者^^标准组件的某些方面，允iff吏用另一个类似单;Usl者^^容易地移ft^ 替换它。#-"个单诚者微可以是软件、硬件和/或固件中的^f可一个或者其 ^f可组合。逻辑^^:软件能够包括在计算机可读介质上，例如可读/写硬盘、 CDROM、闪存、ROM等等。为了扭/f亍特定任务，软^H呈序能够根据需要被 加栽到适当的处理器中。
通过详细描ii^发明的实施例对本发明进行了描述，本发明的实施例仅以 示例的方式提供f旦并不意M本发明的范围进行限制。所描述的实施例包括不 同的特征，并不是所有这些特4i^M^发明的所有实施例中都需要。本发明的某
些实施例只^^I一些特;Ml者这些特征的可能的组^式。^^页域技#员能
够想到描述的本发明的实施例的变形以及包括所描述的实施例中记录的特征的 不同组合的本发明的实施例。
权利要求
1.一种容故障可恢复系统，包括多个处理单元；多个MAC控制器；互连交换机，用于可通信地且动态地关联一个或多个对，其中每个对包括选自所述多个处理单元的处理单元和选自所述多个MAC控制器的MAC控制器；以及可通信地连接到所述多个处理单元中的每一个的辅助处理器，其中所述辅助处理器编程用于动态地为一个或多个对中的每一个分配MAC地址。
2. 才財居权利要求1所述的系统，其中所述多个MAC控制器属于广播域。
3. 才財居权利要求l所述的系统，其中所述辅助处理器通it^域网可通信地 连接到所述多个处理单元。
4. 才財居权利要求l所述的系统，其中所述辅助处理器编程用于当^f可一个 对中的MAC控制器故障时分配所迷多个MAC控制器中的另一个给所必寸。
5. 才財居权利要求4所述的系统,其中所述辅助处理器编程用于M障MAC 控制器的MAC地址重新分商e^所述多个MAC控制器中的另一个。
6. —种用于M理单iL/MAC控制器对与广播域的i^i性故障中恢复的方 法，包括当检测到具有第一 MAC地址的处理单iL/MAC控制器对与广播域的i^ii 性故障时，向所述处理单; L/MAC控制器对重新分配替代处理单元或者替代 MAC控制器之一；^ii所舰理单it/MAC控制器对连接到所述广播域的可用性；并且如杲所i^h理单it/MAC控制器对不可用，分配务他的替^^l:理单;^替 代MAC控制器给所i^t理单;^/MAC控制器对；以及如果魏MAC控制器被重新分酉條所狄理单it/MAC控制器对，那么 重新分配所述第一 MAC地iiti^所述^f戈MAC控制器，其中通it^斤述第一 MAC 3^止来^f亍可用'l^^iit。
7. 才M居权利要求6所述的方法，其中通*送故障检测^^且到所述广播域的默i人网关来^fm障^^'j。
8. 才 权利要求6所述的方法，其中l^iit包括发送故^r测^^且到所述广 ^f域的所述IW人网关。
9. 才財居权利要求7所述的方法，其中所述故障^^测^ia是ICMP回^^^且。
10. 才Nt权利要求8所述的方法，其中所述故障检测^^a^ICMP回波分组。
11，才財居权利要求6所述的方法，进一步包括确认^f戈MAC控制器是否可 用，以及当冗余MAC控制器不可用时结^^斤^法。
12. 4Nt权利要求6所述的方法，其中通过活动的辅助处理器来执行发送故障^;则，重新分配冗余处理单元， ， ^;则另一个故障，重新分配^RMAC控制器，以及重新分配所述第一 MAC i^ih^所迷^f、MAC控制器。
13. 4緣权利要求12所述的方法，其中可通信itkJ^接到所述活动的辅助处 理器以及所述多个处理单元的^^用辅助处理器，J3^J^斤述活动的辅助处理器的 ，并且当;j^则到所述活动的辅助处理器中的故障时^f亍发送故障^"测， 重新分配所述冗余处理单元，验证，检测另一个故障，重新分配^f戈MAC控 制器，并重新分配所述第一MACi^ii^^RMAC控制器。
14. 一种维护网络中的连接的方法，包括 提供多个处理单元； 提供多个MAC控制器；提供多个MAC地址，其中所述多个MAC地Jjbfic^酉e^所述多个MAC 控制器，并且其中，所述多个MAC控制器^^酉條所述多个处理单元中的至少一个；提供互连交换才几，用于可通信:fe^接所述多个处理单元与所述多个MAC 控制器；以及可通信itk^i^接到所述多个处理单元的辅助处理器，其中以下来自所述辅助 处理器发送第一故障^^则^^E^网络的默认网关；当检测到故障时，重新分配用于连接到所述网络的冗余处理单元；发送第二故障^^则^M^所述网络的所ii^认网关；当检测到故障时，确认用于连接到所述网络的冗余MAC控制器的可用性，以及重新分配所述冗余MAC控制器给所述冗余处理单元用于连接到所述网络。
15，根据权利要求14所述的方法，其中该故障^^则^^议ICMP回波分组。
16. 才^t权利要求14所述的方法，其中当所述冗余MAC控制器不可用时， 结A^斤i^法。
17. 才Nt权利要求14所述的方法，其中所#法在活动的辅助处理器中执 行，并且其中，所述活动的辅助处理器可通信i^k^接到所述多个处理单元。
18. 4Mt权利要求17所述的方法，其中备用辅助处理器监视活动的辅助处 理器的辦，并且当;f^则到活动的辅助处理器中的故障时接管所i^r法的^fr， 并且其中，所述备用辅助处理器可通信itk^接到所述多个处理单元和活动的辅 助处理器。
19. 一种用于设置网络设备与广播域之间的连接的方法，其中，所迷网络 设备包括多个MAC控制器和多个处理器，并且其中， 一組MAC^iib^^配 给所述网^"i殳备，所#法包括A^斤述多个处理器中选择可用的处理器；从所述多个MAC控制器中选择可用的MAC控制器；#^定的处理器和选定的MAC控制器绑^处理器和MAC控制器对；A^斤述多个MAC ^i止中选择可用的MAC ^kJt止；将所iii^定的MAC地i止分gei^所述处理器和MAC控制器对。
全文摘要
通过一组MAC控制器将一组处理单元连接到多个LAN中。互连交换机允许任何处理单元访问任何MAC控制器。辅助处理器周期性地检测处理单元到LAN的连通性故障。当检测到故障时，冗余的处理单元被分配连接到LAN。如果故障仍然存在，那么冗余的MAC控制器被分配给冗余处理单元。先前的MAC控制器的MAC地址被重新分配给冗余的MAC控制器。
文档编号H04L12/24GK101515885SQ20081017565
公开日2009年8月26日 申请日期2008年9月10日 优先权日2007年9月11日
发明者A·海拉威, K·罗森博格 申请人:宝利通公司