CN1859417A - 一种多台网络设备链路聚集的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多台网络设备链路聚集的实现方法。该方法通过将标准链路聚集中的局部端口标志扩展为多台网络设备之间的全局端口标志，选取多台网络设备上的若干个网络端口，在每台网络设备上启动具有全局端口标志的链路聚集设施，为多台设备中每台设备的虚拟网络端口配置相同的IP和MAC地址、相同的***优先级和不同的设备标志号，为所选取的网络端口设置相同的键值，将所选取的网络端口作为虚拟网络端口的从设备等步骤，将多台网络设备的网络端口聚集在一起。本发明也可由ASIC实现，作为交换机、多功能网络板卡的功能模块。本发明基于IEEE802.3ad标准所规定的链路聚集，是标准链路聚集的一个重要扩展。

Description

一种多台网络设备链路聚集的实现方法

技术领域

本发明涉及计算机及通信领域，特别涉及一种多台网络设备间链路聚集的实现方法。

技术背景

链路聚集(Link Aggregation)是一种用于将两台网络设备间的多个物理链路捆绑在一起、形成一个逻辑链路的方法。由于历史原因，链路聚集又称为端口干路(Port Trunking)或以太通道(Ether Channel)，链路聚集这个名称来源于IEEE802.3ad标准中对它的定义。

在链路聚集***中，有链路聚集控制和链路数据处理两个功能模块。链路聚集控制模块用于控制链路组的设置，比如控制链路组中链路的添加、删除等等，它通过***ID、链路组ID和端口ID依次标志链路组所在***、一个具体的链路组及一个链路组中的某个链路。它将一台设备中操作键值(Operational Key)相同的链路当作一个链路组，操作键值由管理键值(Administrative Key)决定，而管理键值需要管理员赋值或取默认值。动态的链路聚集控制由LACP完成。

链路数据处理部分将数据包分为三种：LACP数据包，Marker数据包和普通数据包。其中LACP数据包用于在链路聚集的两端进行交互，动态管理链路组的设置；Marker数据包用于链路间会话的转移；普通数据包则是链路上传输的各种普通网络数据包。

对于接收到的数据包，链路聚集设施首先区分出LACP包和非LACP数据包，对于LACP包，会将其存放起来，用于链路组的管理；对于非LACP数据包，会再次区分出Marker数据包和普通数据包，Marker数据包由Marker反应器(Marker Responder)进行处理，普通数据包会被直接接收以留待上层处理。

对于要发送的数据包，链路聚集设施会在本链路组的端口中按照端口选择策略选择一个端口来发送数据包。

标准的链路聚集的缺点是只支持单台网络设备上网络端口的聚集，不支持多台网络设备上端口的聚集。

发明内容

为了克服上述现有技术不足，本发明提供一种多台网络设备链路聚集的实现方法，该方法可以通过链路以及设备来增加带宽，并提供链路和设备的冗余和备份，增加链路和网络设备的可用性。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明按照以下步骤实现其功能：

首先，将标准链路聚集中的局部端口标志扩展为多台网络设备之间的全局端口标志；

其次，选取多台网络设备上的若干个网络端口，且每台设备可以有一个或多个网络端口，每台设备上的网络端口构成一个局部链路组，多台网络设备中的网络端口构成一个全局链路组，全局链路组的所有端口引出的全部链路构成聚集链路；

再次，在每台网络设备上启动具有全局端口标志的链路聚集设施；

然后，为多台网络设备中每台设备的虚拟网络端口设置相同的IP地址和MAC地址、相同的***优先级和不同的设备标志号；

最后，为所选取的端口设置相同的键值，并将所选取的端口作为虚拟网络端口的从设备。

所述的将局部端口标志扩展为多台网络设备之间的全局端口标志，扩展的方法是：对于IEEE802.3ad中的4个字节的端口标志Port identifier，保持其高16位作为端口优先级Port Priority不变，将低16位的端口号Port Number压缩为低8位(0～7位)，8～15位作为设备标志号，设备标志号是为每台网络设备的虚拟网络端口设置的两两不同的小于255的正整数。

所述的多台网络设备是指交换机、路由器，以及计算机主机，这些网络设备为数据通信设备DCE，或者充当数据通信设备DCE的主机。

所述的聚集链路两端是多台网络设备，即多网络设备对多网络设备。

所述的聚集链路两端，其一端为多台网络设备，另一端为单台网络设备，即单网络设备对多网络设备。

所述的全局链路组内网络端口的个数取决于聚集能力小的一端，若此聚集链路的一端允许聚集的链路个数为P，有M台设备，每台设备平均有X个网络端口，而另一端允许的链路个数最多为Q，有N台设备，每台设备平均有Y个网络端口，且Q＜＝P，那么必须有(M*x＝N*y)＜＝Q，且x∈(1～X)、y∈(1～y)。在多台网络设备对多台网络设备情况下，多设备聚集能够聚集无限多个链路；在单台网络设备对多台网络设备情况下，多设备链路组内的链路个数小于或等于单台设备一端中的设备所能够聚集的链路个数。

所述的在每台网络设备上启动具有全局端口标志的链路聚集设施，是在软件上加载具有全局端口标志的链路聚集模块，或者在硬件上打开具有全局端口标志的链路聚集功能，或者在固件上打开具有全局端口标志的链路聚集功能，启动后的具有全局端口标志的链路聚集设施表现为一个虚拟网络端口。

所述的为多台网络设备中每台设备的虚拟网络端口设置相同的IP地址和MAC地址、相同的***优先级和不同的设备标志号，是在现有的IPv4的地址族和以太网Ethernet媒体层下，为多台网络设备中每台设备的虚拟网络端口配置相同的IP地址和MAC地址，以及通过具有全局端口标志的链路聚集设施的管理端对IEEE802.3ad标准中所规定的***优先级进行设置，且所有网络设备的虚拟网络端口的***优先级具有相同的值，以及通过具有全局端口标志的链路聚集设施的管理端为多台网络设备的虚拟网络端口的设备标志号设置两两不同的小于255的正整数值。

所述的为所选取的端口设置相同的键值，并将所选取的端口作为虚拟网络端口的从设备，是通过具有全局端口标志的链路聚集设施的管理端为所选取的端口设置相同的IEEE802.3ad标准中所规定的键值，且对多台网络设备的所有设备的所选取的端口设置相同的值，以及在软件上修改所选取网络端口的表示主从设备的变量或数据结构项为从设备标志，将虚拟网络端口记录为自己的主设备，或者在硬件上修改所选取端口的主从设备标志为从设备，将虚拟网络端口标记为自己的主设备。

本发明将多台网络设备的端口捆绑在一起，使其像一条逻辑链路一样工作，增加了网络设备的接入带宽，提供了链路以及设备的冗余，增加链路和网络设备的可用性。此方法的硬件实现可以作为网络设备上的一个模块，使其提供多设备聚集的功能。

附图说明

图1为IEEE802.3ad标准链路聚集应用场景图。

图2为本发明的多台网络设备链路聚集应用场景图。

图3为本发明的多设备聚集中数据包的处理过程。

图4为本发明在集群外部网络接口***中的应用。

图5为本发明多设备间链路扩展及冗余示意图。

图6为本发明多设备链路聚集的实施流程图。

附图为本发明的具体实施例；

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。

具体实施方式

参照图1所示，A、B是由聚集在一起的多个链路相连接的两台网络设备，A、B可以为交换机、路由器和主机中的任意一种，n为两台设备上的网络端口，A、B中的虚线框代表其中的链路组。A、B分别将本地的多个网络端口加入链路组，使两者之间的多个链路捆绑起来。

参照图2所示，图中描述了多设备聚集中单台设备对多台设备的情况。A1..Am为聚集链路一端的多台设备，B为聚集链路另一端的设备，n为各台设备上的网络端口，包含聚集链路一端的多台设备A1..Am设备的网络端口的虚线框代表链路聚集在此端的多设备链路组，聚集链路另一端的设备B中的虚线框代表链路聚集在聚集链路另一端的设备B的本地链路组。聚集链路一端的多台设备A1..Am分别通过将本设备的网络端口加入链路组，形成多设备链路组，聚集链路另一端的设备B通过将对应的本地端口加入链路组，使它与A1..Am之间多个链路捆绑在一起。

参照图3所示，图中箭头上的数字表示：1.LACP数据包；2.非LACP数据包；3.普通数据包；4.Marker响应数据包；5.Marker数据包。其中，上行数据包代表由网络端口接收、需要由本设备处理的数据包，下行数据包代表本设备要发送出去的数据包。

对于从网络端口至包接收队列接收的上行数据包，该方法首先在一级包分析器分析出LACP数据包1，交由链路聚集控制模块处理，此模块会根据LACP数据包1的内容，调整链路组的设置；对于非LACP数据包2，二级包分析器会对其进行分析，分离出普通数据包3和两种Marker数据包，普通数据包3会由本地包接收器直接接收，并交由上层处理，Marker响应数据包4会交给Marker接收器接收，Marker数据包5则会由Marker反应器进行处理后沿原链路返回。Marker数据包是在Marker产生器中生成的。

对于要发送出去的下行数据包，它们会首先到达本地包分发器，由本地包分发器在本地链路组中选择一个合适的端口，将该数据包放在包发送队列，等待发送。

参照图4所示，图中的多设备聚集将所有接口机(负载均衡器)1..n上的前端链路捆绑在一起，形成一个跨越多台接口机的链路组。所有接口机1..n上的对外端口均配置为相同的IP和MAC地址，捆绑为单一逻辑链路，使整个集群对外表现为单一的网络入口。

远程网络中的客户端访问这个虚拟IP所提供的服务时，交换机会首先将请求数据包在本地链路组中的链路——也就是接口机1..n的前端链路——之间进行分发，然后数据包会被接口机1..n转发给集群内的服务器1..m。接口机1..n和服务器1..m通过交换网络相连，接口机为某个请求选中服务器后，通过交换网络直接发给此服务器。

在正常的数据交换过程中，多设备聚集担任着将交换机的数据包分发给各台接口机、并将接口机上的数据包收集到交换机后发送出去的任务。通过多设备聚集，该方法可以在链路层完成对数据包的分析和处理，整个集群网络入口的负载均衡功能还需要其他功能的配合。

当一台接口机前端链路失效时，交换机中的链路聚集会检测到失效的链路，然后选择链路组的其它链路传输数据。链路组中的链路失效后，所选择的新链路视采用的端口选择策略而定，比如轮询策略下会按照对端口个数取模的顺序选择失效链路的下一条链路。

参照图5所示，图中描述了多设备聚集中多台设备对多台设备的情况。其中A1..Am为聚集链路一端的网络设备，B1..Bn为聚集链路另一端的网络设备，两端的多台设备由多个链路相连，它们分别将本地网络端口加入己方一端的多设备链路组，使聚集链路一端的网络设备A1..Am和聚集链路另一端的网络设备B1..Bn之间的多个链路捆绑在一起。L为设备向外连接的链路。

多设备聚集可用于多台网络设备与多台网络设备之间的链路聚集。本发明可利用多台网络设备达到链路的扩展和冗余，比如多台交换机可以利用此方法扩展带宽，提供链路冗余，甚至能提供设备级的冗余。

参照图6所示，图中描述了多设备链路聚集的实施流程。整体的过程首先是对标准链路聚集的扩展，将标准链路聚集中的局部端口标志扩展为多台网络设备之间的全局端口标志，然后是一个用具有全局端口标志的链路聚集设施循环设置所有设备的过程，过程如下：首先，选取所要配置的设备，选定一个或多个网络端口，然后在此设备上启动具有全局端口标志的链路聚集设施，为虚拟网络端口配置相同的MAC和IP地址、相同的***优先级和不同的设备标志号，为选定的网络端口设置相同的键值，最后将所选取的端口作为虚拟网络端口的从设备。

多设备聚集链路组的设置

多设备链路聚集基于IEEE802.3ad标准的链路聚集技术，通过将标准链路聚集中的局部端口标志扩展为多台网络设备之间的全局端口标志，使需要聚集的网络端口标志在多台设备间唯一，该扩展的方法如下：对于IEEE802.3ad中所述的4个字节的端口标志Port identifier，保持其高16位作为端口优先级Port Priority不变，将低16位的端口号Port Number压缩为低8位(0～7位)，8～15位作为设备标志号。

然后是使用具有全局端口标志的链路聚集设施对多台网络设备进行设置，使多台网络设备的网络端口聚集在一起的过程，此过程是对多台网络设备的每台设备重复以下步骤的过程：

1)在此设备内选取一个或多个网络端口；

2)在此设备上启动具有全局端口标志的链路聚集设施，这在软件上是指加载具有全局端口标志的链路聚集模块，在硬件上是指打开具有全局端口标志的链路聚集功能，在固件上是指打开具有全局端口标志的链路聚集功能；

3)在现有的IPv4的地址族和以太网Ethernet媒体层下，为虚拟网络端口配置固定的IP地址和MAC地址。这里的虚拟网络端口是指具有全局端口标志的链路聚集设施所表现的设备实体。

4)为虚拟网络端口设置相同的***优先级，这里的***优先级是IEEE802.3ad所规定的***优先级。

5)为虚拟网络端口设置设备标志号，这里的设备标志号是为多台网络设备中的每台设备设置的两两不同的正整数；

6)为所选取的端口设置相同的键值，这里的键值是IEEE802.3ad所规定的键值；

7)将所选取的端口作为虚拟网络端口的从设备，具体方法是：在软件上修改所选取网络端口的表示主从设备的变量或数据结构项为从设备标志，将虚拟网络端口记录为自己的主设备，或者在硬件上修改所选取端口的主从设备标志为从设备，将虚拟网络端口标记为自己的主设备。

多设备聚集链路组的动态管理

多设备聚集链路组可以用手动进行静态管理，也可以由LACP进行动态管理。聚集链路两端的设备会通过交换LACP报文来协商双方链路组的设置，LACP报文由专门的链路聚集控制模块进行分析，并根据报文中的信息对本地链路组进行设置和调整，以保证数据传输的正常进行。比如聚集链路一端的某个链路需要离开该链路组，这一端的链路组会向另一端的链路组发送LACP包，告诉另一端将对应的端口从链路组中删除。

数据包的收集和分发

在多设备聚集链路组正常工作时，其中每个端口正常接收数据包，然后由本地链路组进行接收，发往上层协议栈进行处理；对于需要发送出去的数据包，多设备聚集设施会在本地链路组中选择其中一个端口进行分发。

高可扩展性

多设备聚集的两端都可以包含多台设备的多个链路，所包含的最大链路数是链路容量较小的一端所包含的最大链路数Q，因此对此多设备链路聚集中的N台设备来说，平均每台设备的链路数为M＜＝Q/N。多设备聚集链路每一端的设备数可为1～N，若两端都只有一台设备，则蜕化为标准的链路聚集参见图1；若一端只有一台设备，而另一端有多台，则为单对多的情况，见图4，可提供多接口机的单一IP等应用；若两端都有多台，则为多对多的情况，见图5，可提供多设备链路扩展及冗余等应用。

作为硬件模块的实现

该方法可以用硬件实现，比如ASIC，作为网络设备的一个模块，在使用时通过合理配置，为网络设备提供多设备聚集，可扩展网络设备的带宽，并提供链路冗余甚至设备冗余。还可以将多台服务器的多个网卡聚集起来，提供高速数据通道和链路冗余。

Claims (9)

1.实现多台网络设备链路聚集的方法，其特征在于，按以下步骤进行：

首先，将标准链路聚集中的局部端口标志扩展为多台网络设备之间的全局端口标志；

其次，选取多台网络设备上的若干个网络端口，且每台设备可以有一个或多个网络端口，每台设备上的网络端口构成一个局部链路组，多台网络设备中的网络端口构成一个全局链路组，全局链路组的所有端口引出的全部链路构成聚集链路；

再次，在每台网络设备上启动具有全局端口标志的链路聚集设施；

然后，为多台网络设备中每台设备的虚拟网络端口设置相同的IP地址和MAC地址、相同的***优先级和不同的设备标志号；

最后，为所选取的端口设置相同的键值，并将所选取的端口作为虚拟网络端口的从设备。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的将局部端口标志扩展为多台网络设备之间的全局端口标志，扩展的方法是：对于IEEE802.3ad中的4个字节的端口标志Port identifier，保持其高16位作为端口优先级PortPriority不变，将低16位的端口号Port Number压缩为低8位，即0～7位，8～15位作为设备标志号，设备标志号是为每台网络设备的虚拟网络端口设置的两两不同的小于255的正整数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的多台网络设备是指交换机、路由器，以及计算机主机，这些网络设备为数据通信设备DCE，或者充当数据通信设备DCE的主机。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的聚集链路两端是多台网络设备，即多网络设备对多网络设备。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的聚集链路两端，其一端为多台网络设备，另一端为单台网络设备，即单网络设备对多网络设备。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的全局链路组内网络端口的个数取决于聚集能力小的一端，若此聚集链路的一端允许聚集的链路个数为P，有M台设备，每台设备平均有X个网络端口，而另一端允许的链路个数最多为Q，有N台设备，每台设备平均有Y个网络端口，且Q＜＝P，那么必须有(M*x＝N*y)＜＝Q，且x∈(1～X)、y∈(1～Y)。在多台网络设备对多台网络设备情况下，多设备聚集能够聚集无限多个链路；在单台网络设备对多台网络设备情况下，多设备链路组内的链路个数小于或等于单台设备一端中的设备所能够聚集的链路个数。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的在每台网络设备上启动具有全局端口标志的链路聚集设施，是在软件上加载具有全局端口标志的链路聚集模块，或者在硬件上打开具有全局端口标志的链路聚集功能，或者在固件上打开具有全局端口标志的链路聚集功能，启动后的具有全局端口标志的链路聚集设施表现为一个虚拟网络端口。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的为多台网络设备中每台设备的虚拟网络端口设置相同的IP地址和MAC地址、相同的***优先级和不同的设备标志号，是在现有的IPv4的地址族和以太网Ethernet媒体层下，为多台网络设备中每台设备的虚拟网络端口配置相同的IP地址和MAC地址，以及通过具有全局端口标志的链路聚集设施的管理端对IEEE802.3ad标准中所规定的***优先级进行设置，且所有网络设备的虚拟网络端口的***优先级具有相同的值，以及通过具有全局端口标志的链路聚集设施的管理端为多台网络设备的虚拟网络端口的设备标志号设置两两不同的小于255的正整数值。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的为所选取的端口设置相同的键值，并将所选取的端口作为虚拟网络端口的从设备，是通过具有全局端口标志的链路聚集设施的管理端为所选取的端口设置相同的IEEE802.3ad标准中所规定的键值，且对多台网络设备的所有设备的所选取的端口设置相同的值，以及在软件上修改所选取网络端口的表示主从设备的变量或数据结构项为从设备标志，将虚拟网络端口记录为自己的主设备，或者在硬件上修改所选取端口的主从设备标志为从设备，将虚拟网络端口标记为自己的主设备。

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