一种分布式多对多设备通信和管理方法技术

本发明专利技术公开了一种分布式多对多设备通信和管理方法，其包括如下步骤：（1）机架式路由器或者交换机设备各板卡启动后，启动两个后台任务；（2）各板卡记录其他板卡的状态；（3）将应用层需要传输的数据，通过私有协议进行封装，根据目的板卡和发送板卡设置相应的目的MAC地址和源MAC地址，通过可靠传输方式发送给目的板卡；（4）通过定时器机制，实现数据报文的重传和板卡的状态检查；（5）发包及（6）收包。本发明专利技术的方法采用基于二层以太网的传输机制，通过机架式设备板卡之间可靠的多点对多点传输，实现机架式路由器中多主控卡、各种线路接口卡和各种业务处理卡之间的可靠传输和管理，从而保障了网络层核心设备的高可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种分布式多对多设备通信和管理方法，特别是指一种机架式多业务路由器中主控卡、多种线路接ロ卡和多种业务处理板卡之间的通信机制和相互之间的管理方法。
技术介绍
在中高端路由器或者交換机中，各种类型板卡之间的主要通信机制如下主控卡必须能及时感知其他卡，并将相关的用户配置信息发送给其他接ロ卡或者业务卡，以便实现路由器或者交換机功能的开通。各种接ロ线路卡必须能及时感知多块业务处理卡和交換 卡的状态以及相关的负载信息，以便进行合适的调度，实现负载均衡和业务处理。业务处理板卡必须能及时确定各类接ロ卡的状态，以便进行正确的业务分发和处理。各类接ロ线路卡之间的管理数据必须隔离，各种类型的业务处理板卡都需要接受主控卡的管理和控制。因此，各种类型板卡之间的通信需要满足如下要求基于以太网实现板卡间通信；实现板卡的发现、加入、监控和离开；实现板卡间通信信息的广播、组播和单播；为上层应用提供两种服务可靠按序的服务、非可靠非按序的服务；能对长包实现分片传输。各种类型的板卡之间如何通信才能满足以上需求，采用传统的TCP或者UDP协议，各板卡之间只能建立一対一的通信，这样需要建立较多的会话，通信量较多，部分嵌入式操作系统本身的TCP和UDP实现的可靠性遭到质疑，另外采用TCP和UDP需要占用大量的IP地址，这些IP地址虽然只在设备内部使用，但为设备遭受攻击留下了隐患。其次，如果采用TCP或者UDP的主从通信机制，板卡两两之间通过建立会话进行通信，每块板卡需要建立大量的会话对，对这些众多会话对的管理、建立和删除都占用的大量的CPU和缓存资源。而中高端路由器或者交換机的CPU资源和缓存对系统性能的影响极大，板卡之间的通信和管理必须尽量节省资源。因此使用TCP或者UDP通信实现各板卡之间多点对多点的可靠传输,存在较大的局限性。另外，各种类型的板卡之间的通信除满足以上基本功能外，必须具备足够的可靠性。只有通过可靠正确的传输，才能保证整个系统的正常运行，并实现路由器或者交换机设备的基本功能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供ー种采用类似于四层TCP传输的请求-应答方式，实现ニ层以太网的可靠传输，通过有效的状态机管理，实现机架式路由器或者交換机中各种板卡之间可靠通信和管理的分布式多对多设备通信和管理方法。为达到上述目的，本专利技术提供ー种分布式多对多设备通信和管理方法，其包括如下步骤(1)机架式路由器或者交換机设备各板卡启动后，启动两个后台任务，ー个后台任务定时发送私有定义的心跳报文，另ー个后台任务监控其他板卡的心跳报文；(2)各板卡记录其他板卡的状态，维护整个设备板卡的状态机，所有板卡的发现、加入、监控和离开通过状态机的变迁来实现；(3)将应用层需要传输的数据，通过私有协议进行封装，根据目的板卡和发送板卡设置相应的目的MAC地址和源MAC地址，通过可靠传输方式发送给目的板卡；(4)通过定时器机制，实现数据报文的重传和板卡的状态检查；(5)发包时，查看是否存在发送缓冲区，填写发送报文协议包头，然后发送，并启动数据 包的缓存定时器，发送缓冲区按发送序列号的顺序递增排列；(6)收包时，检查是否等于期望接收的序列号，如果相等则直接交给应用层进行收包处理，对期望接收的序列号重新赋值，反之需要缓存，并发送期望接收序列号；(7)对于可靠按序传输，发送者和接收者都要维护ー个发送缓存和ー个接收缓存，并且都维护ー个可接收序号的窗ロ，发送缓存用于存放发送出去的未确认的包，接收缓存用于存放接收到但乱序的包，接收缓存里面已经按序的包直接交给相应的上层进行处理。该方法用于机架式交换设备内部各板卡之间的可靠通信，可扩展至其他类似的系统。各板卡之间进行多点对多点的管理数据传输时，采用私有的以太网ニ层通信协议，对单播和组播均可实现可靠传输。所述私有的以太网ニ层通信协议，数据包头部格式为自定义格式。包的重传由每个包的重传定时器来进行，实现组播报文中仅对部分未确认的板卡进行重传。对于长包，根据链路的MTU，实现分片和重组。发包过程中，捎带上ー报文的确认ACK信息。本专利技术的分布式多对多设备通信和管理方法采用基于ニ层以太网的传输机制，通过机架式设备板卡之间可靠的多点对多点传输，实现机架式路由器中多主控卡、各种线路接ロ卡和各种业务处理卡之间的可靠传输和管理，从而保障了网络层核心设备的高可靠性。附图说明图I为本专利技术应用的硬件框架图2为本专利技术应用的软件框架图3为本专利技术的软件实现结构图4为本专利技术的任务事件处理图5为本专利技术主控板维护的状态机；图6为本专利技术除主控外其他板卡维护的状态机；图7为本专利技术各板卡间私有传输数据包格式。具体实施例方式为便于对本专利技术的方法及达到的效果有进ー步了解，下面结合附图对本专利技术进行详细的描述。基于分布式体系结构的中高端路由器和交换机硬件架构如图I所示，整个系统包括主控模块、交換网模块、接ロ处理单元、业务处理单元。系统主控模块采用1+1的冗余备份，主控模块专注于业务控制协议(如路由协议)内部传送，通过独立通道提供控制信息传递；交换网采用多级交换矩阵结构，实现分布式交換；接ロ単元实现高速报文处理；业务处理单元种类较多，如IPv4/IPv6过渡业务处理単元实现隧道、翻译等IPv4/IPv6过渡，安全智能管道处理单元实现高速业务感知和内容管控等，同一种功能的业务处理单元一般采用N+1备份。 在中高端路由器或者交換机中，各种类型的板卡都具备自己的CPU和相应的嵌入式操作系统，各板卡之间通过主从分布式通信或者TCP、UDP等机制，实现相互之间的发现与控制管理。主控提供整个系统的网管界面，使得整个系统对外是一个完整的整体。其软件体系结构设计框架如图2所示，它包括控制实体(CE)和转发实体(FE)两部分。控制实体负责管理整个路由器系统，控制实体软件负责管理整个路由器系统，主要完成上层各种虚拟设备驱动程序、虚拟设备接ロ映射管理、路由控制协议、控制平面协议栈、开放控制服务映射层、构件运行支撑环境与管理监测、用户操作管理Π (User Interface)公共支撑模块、网络管理公共支撑模块、控制实体与转发实体间通信、管理和监控以及与用户相关的各种配置管理支持等功能。转发实体指路由转发板，使用网络处理器、多核处理器来处理接ロ管理和报文转发功能，完成IPv4、IPv6、MPLS等多种协议报文的转发处理功能，完成IPv4/IPv6隧道、IPv4/IPv6协议翻译等功能。因此，基于分布式体系结构的中高端路由器和交換机中，各板卡之间需要进行多点对多点的可靠通信，如果能够找到ー种高效可靠的多点对多点分布式通信机制，实现机架式路由器或者交換机中板卡(控制实体)之间的有效管理，对机架式路由器或者交換机的稳定性和综合性能的提高是大有裨益的。任务和事件处理的总体实现本专利技术的方法运行于机架式设备的各类型板卡上，运行结构如图3所示，通过上层协议接ロ与上层协议进行通信，通过下层以太网接ロ与以太网链路驱动连接，在上层协议接口中封装为私有的通信格式。如图3所示，除以上接口外，还需实现以下功能分片和重组单播和组播均支持分片和重组功能，根据链路MTU，对较大数据包进行分片，在接收端，则对分片包按序进行重组。状态机维护实现板卡的发现、加入、监控和离开。单播和组播以太网单播地址通过板卡的发现进行学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式多对多设备通信和管理方法，其特征在于，其包括如下步骤：（1）机架式路由器或者交换机设备各板卡启动后，启动两个后台任务，一个后台任务定时发送私有定义的心跳报文，另一个后台任务监控其他板卡的心跳报文；（2）各板卡记录其他板卡的状态，维护整个设备板卡的状态机，所有板卡的发现、加入、监控和离开通过状态机的变迁来实现；（3）将应用层需要传输的数据，通过私有协议进行封装，根据目的板卡和发送板卡设置相应的目的MAC地址和源MAC地址，通过可靠传输方式发送给目的板卡；（4）通过定时器机制，实现数据报文的重传和板卡的状态检查；（5）发包时，查看是否存在发送缓冲区，填写发送报文协议包头，然后发送，并启动数据包的缓存定时器，发送缓冲区按发送序列号的顺序递增排列；（6）收包时，检查是否等于期望接收的序列号，如果相等则直接交给应用层进行收包处理，对期望接收的序列号重新赋值，反之需要缓存，并发送期望接收序列号；（7）对于可靠按序传输，发送者和接收者都要维护一个发送缓存和一个接收缓存，并且都维护一个可接收序号的窗口，发送缓存用于存放发送出去的未确认的包，接收缓存用于存放接收到但乱序的包，接收缓存里面已经按序的包直接交给相应的上层进行处理。...

【技术特征摘要】
1.ー种分布式多对多设备通信和管理方法，其特征在于，其包括如下步骤(1)机架式路由器或者交換机设备各板卡启动后，启动两个后台任务，ー个后台任务定时发送私有定义的心跳报文，另ー个后台任务监控其他板卡的心跳报文；(2)各板卡记录其他板卡的状态，维护整个设备板卡的状态机，所有板卡的发现、加入、监控和离开通过状态机的变迁来实现；(3)将应用层需要传输的数据，通过私有协议进行封装，根据目的板卡和发送板卡设置相应的目的MAC地址和源MAC地址，通过可靠传输方式发送给目的板卡；(4)通过定时器机制，实现数据报文的重传和板卡的状态检查；(5)发包时，查看是否存在发送缓冲区，填写发送报文协议包头，然后发送，并启动数据包的缓存定时器，发送缓冲区按发送序列号的顺序递增排列； (6)收包时，检查是否等于期望接收的序列号，如果相等则直接交给应用层进行收包处理，对期望接收的序列号重新赋值，反之需要缓存，并发送期望接收序列号；(7)对于可靠按序传输，发送者和接收者都要维护ー个发送缓存和ー个接收缓存，并且都维护ー个可接收序...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪学舜，戴锦友，朱国胜，刘辉辉，
申请(专利权)人：武汉烽火网络有限责任公司，
类型：发明
国别省市：