[发明专利]从活跃TCP应用到备用TCP应用的无中断切换

说明书

技术领域

本发明的实施例通常涉及网络元件中的活跃-备用系统的领域并且更特别地涉及网络元件中的活跃-备用系统中的无中断切换（hitless switchover）。

背景技术

传送控制协议（TCP）是在各种文献（例如因特网工程任务组（IETF）请求注解（RFC）793，“DARPA因特网程序协议规格”，1981年9月，以及IETF RFC 1122，“因特网主机通信层的要求”，1989年10月）中描述的可靠传输协议。计算机上的应用程序使用TCP来与位于远程计算机上的另一应用程序发送和接收数据。TCP使用因特网协议（IP）将分组中的数据发送到其目的地。IP沿着其自己选择的路径而将分组输送到正确的目的地。IP可未能输送少量的分组或它可以按与它们之前发送不同的次序来输送少量的分组。TCP将序列号指派给它发送的数据的每个字节。接收TCP可以使用序列号来重新排序所接收的数据以按与它们之前发送相同的次序将它们输送到接收计算机上的应用程序。接收TCP也使用序列号来检测丢失的数据并且使发送器TCP重传它们。随着TCP接收器接收数据，它将偶尔将确认发送回TCP发送器。确认包含序列号。这指示接收器已经成功接收直到经确认的序列号的所有排序的数据。然后TCP接收器将输送所接收的数据到其应用进程。响应于接收确认，TCP发送器将从其重传列表中移除经确认的数据。重传列表是用于TCP发送器上的已传送数据的临时存储。由于应用进程要求TCP发送数据，因此发送TCP同时地将那个数据放到其重传列表。在如各种RFC中规定的某些时间中，如果TCP发送器未收到已发送数据的确认，则它将重传在重传列表上的数据。以此方式，即使IP丢失某数据，TCP也可以恢复它。

实现计算机应用程序的高可靠性的一种方式是使用活跃-备用方法。可以利用两个完整功能计算机来建立单个备用-活跃计算机系统。一个功能计算机被称为活跃计算机并且另一个被称为备用计算机。活跃计算机正常工作并且备用计算机等待接管操作（当并且如果活跃计算机故障时）。当备用接管时的行为被称为切换。在切换后，备用计算机变为活跃计算机。旧的活跃计算机不再在备用-活跃计算机系统中起作用。旧的活跃计算机可在以后的时间（例如在修复或复位之后）重新加入备用-活跃计算机系统。旧的活跃计算机可重新加入备用-活跃计算机系统，取回活跃计算机的角色或承担备用计算机的角色。

如果备用计算机可以切换而不引起中断，则切换被称为无中断切换。在此情况下，与备用-活跃计算机系统交互的其它计算机系统将此冗余计算机系统视为单个计算机并且不检测故障或切换事件。因此，可以修复故障而不影响备用-活跃计算机与其它计算机的交互。对于无中断的切换，备用计算机必须与活跃计算机通信来追踪活跃计算机的进展并且保存在活跃计算机上创建的所有必要数据。

在故障时，备用计算机可不具有来自活跃计算机的所有数据，这是因为在所有数据可以从活跃计算机发送到备用计算机之前活跃计算机与备用计算机之间的通信可已经发生故障。在此情况下，备用计算机必须恢复丢失的数据用于无中断切换。

存在着用于TCP进程的方法来实现无中断切换。然而，那些方法忽视使用TCP的应用进程。方法在发送确认到远程TCP对等体之前将把从活跃TCP进来的TCP数据发送到备用TCP进程。活跃TCP将把所接收的数据传递到活跃应用。然后应用将处理它并且可能把一些已更新的状态发送到其备用应用来同步已更新的状态。备用应用将也从备用TCP接收相同的数据并且更新其自己的状态。应用进程典型地处理来自除了TCP连接之外的来源的输入。利用现存的解决方案，保持其它输入的处理和在活跃计算机与备用计算机之间同步的TCP输入是复杂和易错的。

关于TCP输出数据，在现存的解决方案中，活跃TCP将在把外出的数据发出到远程TCP对等体之前将其发送到备用TCP。这允许备用TCP在切换和失败的传送的情况下重传外出的数据。然而，对于备用应用而言，在切换时精确地知道已经发送以及未发送什么活跃应用是复杂和易错的。一些应用能够在应用层上重传外出的数据而不引起应用的中断。一些（例如文件传输协议（FTP）或回显服务器）不能重传已经成功传送的应用数据而不引起应用的中断。即使当应用可以在切换中承担重传某数据时，它很难知道要安全地重传多少数据。

因此，合意的是提供机制用于TCP和应用程序通过允许备用应用更准确地追踪活跃应用和进来的/外出的TCP传送的状态而以简单无中断切换的方式交互。

发明内容