[发明专利]一种分布式网络设备中的可靠同步方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机技术领域，涉及核心层机架式交换机的主、备控制卡之间的同步和倒换技术。

背景技术

高可靠性是电信级设备必不可少的特性。系统的高可靠性，在发生故障时，可以快速、准确恢复系统的正常运行，从而缩短系统的MTTR(Mean Time To Repair，平均故障修复时间)。

随着数据业务量的增长和对服务质量要求的提高，高可靠性日益成为高性能网络最重要的特征之一。网络的高可用性是指系统以有限的代价换取最大运行时间，将故障引起的服务中断损失降到最低。具有高可用性的网络系统一方面需要尽量减少硬件和软件故障，另一方面必须对重要资源作相应的备份。一旦检测到故障即将出现，系统能迅速将受影响的任务转移到备份资源上以继续提供服务。

对于网络中核心层交换机应该支持高可靠性特性，例如主备主控板技术就是高可靠性特性的重要实现之一。由于所处网络位置非常重要，不允许出现单点故障，此类设备一般都配备两块或者更多的主控板，分别称为主用主控板(Master)和备用主控板(Slave)。其中，主用主控板作为控制平面的核心，和外部进行业务通信，完成系统内各模块的正常功能；而备用主控板则只作为主用主控板的备份，和外部没有业务通信。当主用主控板发生故障时，系统自动进行主备切换，由备用主控板接替主用主控板的工作，保证业务的正常运行。

在主用控制板发生故障时，需要倒换到备用控制板，这就需要在运行的过程中，主备控制板必须进行可靠的同步，这种同步分为批量同步、实时同步和数据平滑同步三个阶段。

备用主控板启动后，由于此时主用主控板和备用主控板的差异比较大，主用主控板会将当前所有模块的备份数据同步到备用主控板，这个过程称之为批量同步。

批量同步结束后，系统进入实时同步过程，在此过程中，当主用主控板数据发生变化时，将实时同步到备用板。

主备倒换后，备用板升为新的主用板，会通知各个模块向业务板进行数据收集和同步，这个过程称之为数据平滑同步。平滑过程中，各模块主动与业务板进行通信，在硬件状态、链路层状态、配置数据三个方面进行确认和同步，以保证整个系统维护的数据和状态是一致的，从而确保主备切换之后，系统能够正常运行。平滑同步阶段结束，新的主用板才称之为完全意义上的主用主控板。

在以上三个阶段的同步过程中，主要同步的信息为主备用控制板的状态机维护、主备用控制板网络管理信息的同步、主备用控制板上各种转发表的同步。

目前，核心层以太网交换机常用的主备用控制板之间的同步采用以下机制：

● TCP协议链路实现

对于在主备用卡上采用TCP握手协议来实现的方式，需要在主备用卡上建立较多的TCP连接，其中有些TCP连接用于维护主备用卡的状态，该连接需要始终保持，以便主备用卡状态的协商，另外对批量同步的数据则需采取临时建立连接。很明显以上实现方式中，需要建立大量的TCP连接，而每一个TCP连接均需进行握手协商，需要耗费大量的CPU资源。而对核心交换机来说，主要的任务是处理复杂的数据转发，主备用卡的协商采用TCP连接，往往实现起来过于复杂，设备的稳定性会大大降低。

● UDP协议链路实现

在备用设备上采用UDP连接来实现，UDP虽然无需太多的握手，但也需要主备用控制卡进行端口侦听。通过这种方式建立的主备控制卡，相比TCP连接，数据量会减少，但由于UDP连接的不可靠，主备用控制卡状态的协商可能会导致不同步，导致主备卡状态切换时配置信息丢失或流量中断等情况。

●TCP+UDP协议链路实现

当前，主备用控制板之间的同步机制采用的方法是：对状态的协商采用TCP连接，对批量数据和实时信息采用UDP连接来实现。该实现方法建立在IP协议层之上，对设备的要求较高。主备用控制板不便于扩充，只适用于两块控制板。

以上所有这些实现都是建立在IP协议之上。

在对本发明的技术方案进行描述之前，先介绍一些常用术语。

IP(Intemet Protocol(网际协议))：该协议是当今计算机网络互联的根本，其主要作用是将世界上的各种包交换网络进行互联，关于该协议的详细介绍请参考RFC791。

TCP(Transmission Control Protocol(传输控制协议))：运行于IP协议之上，功能是保证数据正确地在IP网络的两个节点之间传输，关于该协议的详细介绍请参考RFC793。