СПОСОБ ЗАЩИТЫ КОММУТИРУЕМОГО ТРАНСПОРТНОГО КОЛЬЦА ETHERNET И ТРАНЗИТНЫЙ УЗЕЛ
ETHERNET SWITCH RING PROTECTION METHOD AND TRANSIT NODE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области защиты кольцевых сетей, в частности, к способу защиты коммутируемого транспортного кольца Ethernet (ESR, Ethernet Switch Ring) и транзитному узлу для защиты коммутируемого транспортного кольца Ethernet при многоточечном отказе.
Уровень техники
Основным способом повышения надежности сети Ethernet является реализация избыточных связей. Резервные связи могут использоваться при отказе основной связи. В коммутируемом транспортном кольце Ethernet разработки ZTE (ZESR, ZTE Ethernet Switch Ring) предложен способ защиты кольцевой сети, основанный именно на таком решении. Каждое кольцо содержит связь, называемую связью защиты кольца, и если все связи, защищаемые кольцами, находятся в хорошем состоянии, то, по меньшей мере, один из двух портов связи защиты кольца блокирован, чтобы предотвратить прохождение защищаемых данных через эту связь. В свете защиты от многоточечного отказа кольца (т.е. когда во время устранения одноточечного отказа в кольце возникает еще один одноточечный отказ) для защиты кольцевой сети также важна способность кольца к быстрому отклику.
В настоящее время способ защиты кольцевой сети предусматривает назначение разным узлам кольца различных ролей: соответственно главного узла и транзитных узлов, при этом лишь один узел кольца является главным, а все остальные являются транзитными. Если все связи находятся в хорошем состоянии, главный узел блокирует подчиненные порты для исключения зацикливания защищаемых данных. При возникновении отказа в кольце главный узел открывает блокированные подчиненные порты для дублирования отказавшей связи. Для главного узла определены состояния: изначальное, условно-исправное, исправное и неисправное, а для подчиненного узла определены состояния: изначальное, исправное и неисправное, при этом изначальным называется состояние, возникающее после конфигурирования домена; главный узел и транзитные узлы находятся в исправном состоянии при отсутствии отказа в кольце и находятся в неисправном состоянии при наличии отказа; условно-исправное состояние представляет собой переходное состояние кольца при переходе из неисправного состояния в исправное и является особым состоянием главного узла.
На фиг.1 представлена схема защиты ESR в соответствии с существующим уровнем техники. Как показано на фиг.1, узлы S1, S2, S3 и S4 поддерживают функцию коммутации в сети Ethernet и образуют домен защиты ESR, при этом узел S1 является главным узлом, а узлы S2, S3 и S4 являются транзитными узлами. Домен защиты ESR включает в себя замкнутое кольцо, состоящее из узлов S1, S2, S3 и S4. Если все связи, защищаемые кольцом, находятся в хорошем состоянии, главный узел S1 блокирует подчиненный порт, а каждый из узлов индицирует исправное состояние кольца.
На фиг.2 представлена ситуация в соответствии с существующим уровнем техники, когда в кольце с защитой ESR возник отказ связи. Как показано на фиг.2, при возникновении отказа в кольце, например отказа связи между узлами S3 и S4 на фиг.1, узлы S3 и S4 блокируют порты отказавшей связи и одновременно отправляют протокольное сообщение отказа кольца. После получения сообщения отказа кольца главный узел коммутирует эту связь, т.е. открывает подчиненные порты и отправляет протокольное сообщение для уведомления каждого транзитного узла об изменении состояния кольца. Транзитный узел устанавливает состояние кольца как состояние отказа и обновляет таблицу адресов управления доступом к среде (MAC, Media Access Control) после получения уведомления от главного узла. В этот момент каждый узел индицирует состояние отказа кольца. Если работоспособность кольца восстановлена, то для предотвращения зацикливания неисправный узел прекращает отправку протокольного сообщения отказа кольца, но не открывает восстановленный порт тотчас, а ожидает уведомления от главного узла. Главный узел определяет устранение отказа кольца по отсутствию получения сообщения отказа кольца в течение определенного времени и в этот момент главный узел коммутирует поток данных в исходное состояние, т.е. обеспечивает передачу защищенного потока данных от связи, где расположен главный порт, и блокирует подчиненные порты. Для предотвращения колебания состояния главного порта и обеспечения нормальной работы главного порта протокол устанавливает условно-исправное состояние главного узла. Главный узел переходит в условно-исправное состояние, если не получает протокольного сообщения отказа кольца в течение определенного времени. Фиг.3 представляет собой схему, представляющую ситуацию в кольце в соответствии с существующим уровнем техники, когда отказ только что устранен защитой ESR. Как показано на фиг.3, в условно-исправном состоянии запускается таймер условно-исправного состояния и после истечения времени таймера открывается главный порт, блокируются подчиненные порты, кольцо возвращается в исправное состояние, а главный узел уведомляет каждый транзитный узел об изменении состояния. После получения уведомления от главного узла каждый транзитный узел изменяет состояние кольца с неисправного на исправное и неисправные узлы S3 и S4 далее должны открыть неисправные порты для обеспечения нормального потока.
Если в кольце в условно-исправном состоянии вновь возникает отказ, то транзитный узел, обнаруживший отказ, отправляет главному узлу протокольное сообщение отказа кольца. Если главный узел получает протокольное сообщение отказа кольца, он действует в соответствии с отказом кольца и отравляет протокольное сообщение для уведомления каждого узла о необходимости перехода в неисправное состояние. В этом случае наиболее эффективный способ обеспечения непрерывного потока в кольце заключается в немедленном открывании восстановленных неисправных портов. Тем не менее, главный узел не может уведомить восстановленные неисправные порты о необходимости открывания из-за полученного протокольного сообщения отказа кольца.
Фиг.4 представляет собой схему, представляющую второй отказ в кольце ESR в соответствии с существующим уровнем техники. Как показано на фиг.4, если отказ вновь возникает между узлами S2 и S3, порты узлов S3 и S4 не могут быть открыты немедленно. Даже если порт узла S3 может быть открыт, порт узла S4 не может быть открыт и МАС-адрес обновить невозможно. Следовательно, поток по-прежнему не является непрерывным, что влияет на возможности защиты кольцевой сети и удобство для пользователя.
Раскрытие изобретения
По указанным выше соображениям основной целью настоящего изобретения является реализация способа защиты ESR и транзитного узла, позволяющих улучшить возможности защиты кольцевой сети и повысить удобство для пользователя.
Для достижения этой цели реализовано следующее техническое решение настоящего изобретения.
Способ защиты ESR, предусматривающий наличие условно-исправного состояния транзитных узлов, включает в себя:
после устранения отказа кольца переход транзитного узла кольца в условно-исправное состояние в случае отсутствия получения протокольного сообщения отказа кольца в течение установленного времени; и
если транзитный узел находится в условно-исправном состоянии и в кольце вновь возникает отказ, т.е. транзитный узел получает протокольное сообщение отказа кольца в условно-исправном состоянии, открывание транзитным узлом главного и подчиненного портов и обновление МАС-адреса.
При возникновении отказа кольца способ, в частности, включает в себя:
периодическую отправку неисправным транзитным узлом, определившим отказ кольца, протокольного сообщения отказа кольца другим узлам кольца;
переключение главным узлом состояния кольца в состояние отказа и отправку протокольного сообщения обновления отказа кольца каждому транзитному узлу после получения протокольного сообщения отказа кольца от неисправного узла; и
обновление транзитным узлом состояния кольца как состояния отказа и обновление МАС-адреса после получения протокольного сообщения обновления отказа кольца.
После устранения отказа кольца способ, в частности, включает в себя:
прекращение отправки неисправным транзитным узлом протокольного сообщения отказа кольца и установление восстановленного порта в условно-рабочее состояние; и
переход неисправного транзитного узла в условно-исправное состояние после прекращения отправки протокольного сообщения отказа кольца в течение заданного времени, а также переход других транзитных узлов кольца в условно-исправное состояние при отсутствии получения протокольного сообщения отказа кольца в течение заданного времени.
Если транзитный узел находится в условно-исправном состоянии и в кольце вновь возникает отказ, способ, в частности, включает себя:
блокирование неисправного порта и периодическую отправку неисправным транзитным узлом, определившим в этот раз отказ кольца, протокольного сообщения отказа кольца другим узлам кольца; и получение протокольного сообщения отказа кольца, немедленное открывание главного и подчиненного портов и обновление МАС-адреса другими транзитными узлами в условно-исправном состоянии.
Кроме того, способ включает в себя: переход главного узла в условно-исправное состояние при отсутствии получения протокольного сообщения отказа кольца в течение заданного времени.
Кроме того, способ включает в себя: получение протокольного сообщения отказа кольца и немедленное открывание главного и подчиненного портов главным узлом в условно-исправном состоянии.
Транзитный узел ESR содержит: модуль обнаружения отказа, модуль получения протокольного сообщения отказа кольца, модуль поддержания состояния и исполнительный модуль, причем
модуль обнаружения отказа выполнен с возможностью обнаружения устранения отказа кольца и уведомления модуля поддержания состояния при устранении отказа кольца;
модуль получения протокольного сообщения отказа кольца выполнен с возможностью получения протокольного сообщения отказа кольца и уведомления модуля поддержания состояния после получения протокольного сообщения отказа кольца;
модуль поддержания состояния выполнен с возможностью переключения состояния кольца в условно-исправное состояние при отсутствии получения протокольного сообщения отказа кольца в течение заданного времени и с возможностью уведомления исполнительного модуля, если кольцо находится в условно-исправном состоянии и получено уведомление от модуля получения протокольного сообщения отказа кольца; и
исполнительный модуль выполнен с возможностью открывания главного порта и подчиненного порта и обновления МАС-адреса после получения уведомления от модуля поддержания состояния.
Кроме того, транзитный узел ESR содержит: модуль отправки протокольного сообщения отказа кольца и модуль получения протокольного сообщения обновления отказа кольца, а
модуль обнаружения отказа дополнительно выполнен с возможностью обнаружения возникновения отказа кольца и уведомления модуля отправки протокольного сообщения отказа кольца при возникновении отказа кольца;
модуль отправки протокольного сообщения отказа кольца выполнен с возможностью периодической отправки другим узлам кольца протокольного сообщения отказа кольца после получения уведомления от модуля обнаружения отказа;
модуль получения протокольного сообщения обновления отказа кольца выполнен с возможностью получения протокольных сообщений обновления отказа кольца от других узлов и с возможностью уведомления модуля поддержания состояния; и
модуль поддержания состояния дополнительно выполнен с возможностью обновления состояния кольца как состояния отказа в соответствии с протокольным сообщением обновления отказа кольца и с возможностью уведомления исполнительного модуля о необходимости обновления МАС-адреса.
Модуль обнаружения отказа дополнительно выполнен с возможностью уведомления модуля отправки протокольного сообщения отказа кольца при обнаружении устранения отказа кольца;
модуль отправки протокольного сообщения отказа кольца дополнительно выполнен с возможностью прекращения отправки протокольного сообщения отказа кольца и уведомления исполнительного модуля после получения уведомления от модуля обнаружения отказа; и
исполнительный модуль дополнительно выполнен с возможностью установления восстановленного порта в условно-рабочее состояние после получения уведомления от модуля отправки протокольного сообщения отказа кольца.
В способе защиты ESR и транзитном узле обеспечивается условно-исправное состояние транзитного узла, переходящего в условно-исправное состояние при отсутствии получения протокольного сообщения отказа кольца в течение заданного времени; и все порты транзитного узла кольца, в которых отсутствует неисправность, открываются, если транзитный узел получает протокольное сообщение отказа кольца в условно-исправном состоянии. Поскольку для транзитного узла обеспечивается условно-исправное состояние и транзитный узел сам управляет открыванием восстановленного отказавшего порта, предотвращается прерывание потока, вызванное тем, что главный узел не способен уведомить восстановленный неисправный порт о необходимости открывания, и улучшаются возможности защиты кольцевой сети и повышается удобство для пользователя.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлена схема защиты ESR в соответствии с существующим уровнем техники.
На фиг.2 представлена ситуация в соответствии с существующим уровнем техники, когда в кольце с защитой ESR возник отказ связи.
На фиг.3 представлена ситуация в соответствии с существующим уровнем техники, когда отказ в кольце только что устранен защитой ESR.
На фиг.4 представлен второй отказ в ESR в соответствии с существующим уровнем техники.
На фиг.5 представлена блок-схема способа защиты ESR по данному изобретению.
На фиг.6 представлена блок-схема способа защиты ESR по первому варианту осуществления данного изобретения.
На фиг.7 представлена схема ESR по второму варианту осуществления данного изобретения.
Осуществление изобретения
Основная идея настоящего изобретения заключается в следующем: обеспечивается условно-исправное состояние транзитных узлов, переходящих в условно-исправное состояние при отсутствии получения протокольного сообщения отказа кольца в течение заданного времени. Если транзитный узел получает протокольное сообщение отказа кольца в условно-исправном состоянии, все порты транзитного узла кольца, в которых отсутствует неисправность, открываются.
Далее со ссылкой на приложенные чертежи подробно описано практическое осуществление данного технического решения.
Фиг.5 представляет собой блок-схему способа защиты ESR по данному изобретению. Как показано на фиг.5, способ защиты ESR в целом включает в себя следующие шаги.
На шаге 501 при возникновении отказа кольца каждый узел кольца, соответственно, обновляет состояние кольца как состояние отказа.
В частности, если транзитный узел кольца обнаруживает отказ кольца, то этот неисправный транзитный узел периодически отправляет протокольное сообщение отказа кольца другим узлам кольца; главный узел изменяет состояние кольца на состояние отказа и отправляет протокольное сообщение обновления отказа кольца каждому транзитному узлу после получения протокольного сообщения отказа кольца от неисправного узла; а транзитный узел обновляет состояние кольца как состояние отказа и обновляет МАС-адрес после получения протокольного сообщения обновления отказа кольца.
На шаге 502 после устранения отказа кольца транзитный узел кольца переходит в условно-исправное состояние при отсутствии получения протокольного сообщения отказа кольца в течение заданного времени.
В частности, после устранения отказа кольца неисправный транзитный узел прекращает отправку протокольного сообщения отказа кольца и переводит восстановленный порт в условно-рабочее состояние; и неисправный транзитный узел переходит в условно-исправное состояние после прекращения отправки протокольного сообщения отказа кольца в течение заданного времени и другие транзитные узлы кольца также переходят в условно-исправное состояние при отсутствии получения протокольного сообщения отказа кольца в течение заданного времени.
Кроме того, главный узел также переходит в условно-исправное состояние при отсутствии получения протокольного сообщения отказа кольца в течение заданного времени.
На шаге 503, если транзитный узел находится в условно-исправном состоянии и в кольце возникает другой отказ, этот транзитный узел открывает главный и подчиненный порты и обновляет МАС-адрес.
В частности, если другой транзитный узел кольца обнаруживает отказ кольца, то этот неисправный транзитный узел, определивший в этот раз отказ кольца, блокирует неисправный порт и периодически отправляет протокольное сообщение отказа кольца другим узлам кольца. Другие транзитные узлы в условно-исправном состоянии получают протокольное сообщение отказа кольца, определяют возникновение другого отказа в кольце, немедленно открывают главный и подчиненный порты и обновляют МАС-адрес. Транзитный узел с устраненной неисправностью переводит восстановленный порт, находящийся в условно-рабочем состоянии, в открытое состояние.
Кроме того, при получении протокольного сообщения отказа кольца в условно-исправном состоянии главный узел также немедленно открывает главный и подчиненный порты.
Далее в настоящем изобретении раскрыт транзитный узел ESR, содержащий: модуль обнаружения отказа, модуль получения протокольного сообщения отказа кольца, модуль поддержания состояния и исполнительный модуль, причем
модуль обнаружения отказа выполнен с возможностью обнаружения устранения отказа кольца и уведомления модуля поддержания состояния при устранении отказа кольца;
модуль получения протокольного сообщения отказа кольца выполнен с возможностью получения протокольного сообщения отказа кольца и уведомления модуля поддержания состояния после получения протокольного сообщения отказа кольца;
модуль поддержания состояния выполнен с возможностью переключения состояния кольца в условно-исправное состояние при отсутствии получения протокольного сообщения отказа кольца в течение заданного времени и с возможностью уведомления исполнительного модуля, если кольцо находится в условно-исправном состоянии и получено уведомление от модуля получения протокольного сообщения отказа кольца; и
исполнительный модуль выполнен с возможностью открывания главного и подчиненного портов и обновления МАС-адреса после получения уведомления от модуля поддержания состояния.
Кроме того, транзитный узел ESR содержит модуль отправки протокольного сообщения отказа кольца и модуль получения протокольного сообщения обновления отказа кольца.
Модуль обнаружения отказа дополнительно выполнен с возможностью обнаружения возникновения отказа кольца и уведомления модуля отправки протокольного сообщения отказа кольца при возникновении отказа кольца.
Модуль отправки протокольного сообщения отказа кольца выполнен с возможностью периодической отправки другим узлам кольца протокольного сообщения отказа кольца после получения уведомления от модуля обнаружения отказа.
Модуль получения протокольного сообщения обновления отказа кольца выполнен с возможностью получения протокольных сообщений обновления отказа кольца от других узлов кольца и с возможностью уведомления модуля поддержания состояния.
Модуль поддержания состояния дополнительно выполнен с возможностью обновления состояния кольца как состояния отказа в соответствии с протокольным сообщением обновления отказа кольца и с возможностью уведомления исполнительного модуля о необходимости обновления МАС-адреса.
Модуль обнаружения отказа дополнительно выполнен с возможностью уведомления модуля отправки протокольного сообщения отказа кольца при обнаружении устранения отказа кольца.
Модуль отправки протокольного сообщения отказа кольца дополнительно выполнен с возможностью прекращения отправки протокольного сообщения отказа кольца и уведомления исполнительного модуля после получения уведомления от модуля обнаружения отказа.
Исполнительный модуль дополнительно выполнен с возможностью установления восстановленного порта в условно-рабочее состояние после получения уведомления от модуля отправки протокольного сообщения отказа кольца.
Первый вариант осуществления
В данном варианте осуществления кольцо содержит главный узел, транзитный узел 1 и транзитный узел 2. Фиг.6 представляет собой блок-схему способа защиты ESR по первому варианту осуществления данного изобретения. Как показано на фиг.6, способ защиты ESR включает в себя следующие шаги.
На шаге 601 транзитный узел 1 регулярно и постоянно отправляет протокольное сообщение отказа кольца, если отказ возникает в связи транзитного узла 1.
На шаге 602 главный узел коммутирует кольцо, переводит состояние кольца в состояние отказа и отправляет протокольное сообщение обновления отказа кольца транзитному узлу 1 и транзитному узлу 2 после получения протокольного сообщения отказа кольца от транзитного узла 1.
На шаге 603 транзитный узел 1 и транзитный узел 2 обновляют состояние кольца как состояние отказа и обновляют МАС-адрес после получения протокольного сообщения обновления отказа кольца от главного узла.
На шаге 604 транзитный узел 1 прекращает отправку протокольного сообщения отказа кольца тотчас после устранения отказа и переводит восстановленный порт в условно-рабочее состояние.
На шаге 605 транзитный узел 1 переходит в условно-исправное состояние после прекращения отправки протокольного сообщения отказа кольца в течение некоторого периода времени (например, 8 с).
На шаге 606 главный узел и транзитный узел 2 переходят в условно-исправное состояние при отсутствии получения протокольного сообщения отказа кольца в течение некоторого периода времени (например, 8 с).
В целом, главный узел и транзитные узлы переходят в условно-исправное состояние при отсутствии получения протокольного сообщения отказа кольца в течение одинакового периода времени.
На шаге 607 при обнаружении отказа кольца транзитный узел 2 блокирует неисправный порт и регулярно и постоянно отправляет протокольное сообщение отказа кольца.
На шаге 608 транзитный узел 1 немедленно переводит восстановленный порт, находящийся в условно-рабочем состоянии, в рабочее состояние и обновляет МАС-адрес после получения протокольного сообщения отказа кольца и определения возникновения другого отказа в кольце.
На шаге 609 главный узел принимает протокольное сообщение отказа кольца, переводит главный и подчиненный порты в условно-рабочее состояние и отправляет протокольное сообщение обновления отказа кольца транзитному узлу 1 и транзитному узлу 2 для уведомления их о состоянии отказа кольца и уведомления каждого узла о необходимости обновления МАС-адреса.
На шаге 610 транзитный узел 1 и транзитный узел 2 принимают протокольное сообщение обновления отказа кольца от главного узла и затем обновляют состояние кольца как состояние отказа и обновляют МАС-адрес, а кольцо возвращается к последовательности действий для случая одноточечного отказа.
Очевидно, что проблема защиты кольца при многоточечном отказе может быть эффективно решена путем перевода транзитного узла в условно-исправное состояние и перевода порта в условно-рабочее состояние, если транзитный узел получает протокольное сообщение отказа кольца в условно-исправном состоянии.
Второй вариант осуществления
Фиг.7 представляет собой схему кольца ESR по второму варианту осуществления данного изобретения. Как показано на фиг.7, узлы S1, S2, S3 и S4 составляют кольцо ESR, при этом узел S1 является главным узлом, а остальные узлы являются транзитными узлами. Отказ сначала возникает в связи между узлами S3 и S4. Когда отказ связи между узлами S3 и S4 устранен, узлы S3 и S4 прекращают отправку протокольного сообщения отказа кольца и переводят порт кольца в условно-рабочее состояние для ожидания протокольного сообщения обновления устранения отказа кольца от главного узла. Кроме того, главный узел S1 и каждый транзитный узел переходят в условно-исправное состояние при отсутствии получения протокольного сообщения отказа кольца в течение некоторого периода времени и переходят в исправное состояние по истечении времени условно-исправного состояния. При возникновении в кольце другого отказа, когда каждый узел находится в условно-исправном состоянии, например если отказ возникает в связи между узлами S2 и S3, узлы S2 и S3 отправляют протокольное сообщение отказа кольца. Когда узел S4 получает протокольное сообщение отказа кольца и в этот момент находится в условно-исправном состоянии, а порт находится в условно-рабочем состоянии, то порт кольца открывается, при этом последовательность действий аналогична последовательности действий узла S3.
Приведенное выше описание представляет собой лишь предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения и не ограничивает объем правовой охраны настоящего изобретения.