（计算机软件与理论专业论文）基于热备份的交叉主备倒换技术的研究与实现.pdf

南京邮电大学硕士研究生学位论文 硕士学位论文摘要 1 舢m 砌m 砌1 1 1 1 婴 y 1 7 5 5 3 5 6 学科、专业：工科、计算机软件与理论 研究方向：软件技术及其在通信中的应用 作者：二零零七级硕士研究生：韭垂峰指导教师：逊翅值熬援 题目：基于热备份的交叉主备倒换技术的研究与实现 英文题目：t h er e s e a r c ha n d i m p l e m e n t a t i o n o fc r o s s - u n i t m a s t e r - s t a n d b y - s w i t c ht e c h n o l o g yb a s e do nh o t b a c k u p 关键词：宽带远程接入服务器，交叉单元主控板，热备份，主备倒换，热插拔 英文关键词：b r o a d b a n dr e m o t ea c c e s ss e r v e r s ( b r a s ) ，c u - u p c ，h o t b a c k u p ， m a s t e r - s t a n d b y - s w i t c h ，h o t - p l u ga n d h o t - p u l l 课题来源： ( 1 ) 国家自然基金项目( 6 0 9 7 3 1 4 0 ) ( 2 ) 江苏省自然基金项目( b k 2 0 0 9 4 2 5 ) ( 3 ) 江苏省高校自然基金项目( 0 8 k j b 5 2 0 0 0 5 ) ( 4 ) 江苏省六大高峰项目 ( 5 ) 中兴科技基金 南京邮电大学硕士研究生学位论文中文摘要 中文摘要 本文分析了高端路由器的主备倒换技术，不管是传统的主备倒换技术还是新兴的启发 式主备倒换算法( 基于单板主备倒换、智能主备倒换、多引擎快速主备倒换、可自动实现 主各倒换) 都不同程度存在着各种不足。 为了提高高端路由器的可靠性、系统的可实现性、减少故障持续时间，关键在于提高 高端路由器主备倒换技术的可靠性和控制其持续的时间。本文主要讲述改进后的主备倒换 技术交叉单元的主备倒换技术( 简称：交叉主备倒换技术) ，交叉主备倒换技术包括热备 份过程和交叉主备倒换过程。 本文讲述了交叉主备倒换技术的简介，结构模型以及路由热备份的工作原理，提出基 于高端路由器系统的交叉主备倒换技术模型，对该模型提出了详细的研究与实现过程。同 时，本文分析了所涉及的网络处理器的部分模块，平台与业务的交叉主备倒换的总体架构， 交叉主备倒换的选举步骤，重点分析了交叉主备倒换技术的热备份过程，双主控独立运行 过程。 在模型系统的实现过程中，本文对交叉主备倒换技术的热备份过程和交叉主备倒换 过程进行了具体的实现，交叉主备倒换过程包括主、备用交叉单元主控板的倒换和主、备 用交叉单元交换板的倒换，同时对主控板和交换板所使用到的热插拔技术进行了详细阐 述，文中所有的过程涉及到的重要函数都使用伪代码进行了表述。 为了验证高端路由器的交叉主备倒换技术的有效性和可行性，本文搭建了真实的高端 路由器测试环境，设计和实现了基于高端路由器的交叉主备倒换技术模型系统。在系统测 试阶段，对路由器系统的热备份过程的各个阶段分别进行了测试，并与基于传统冷备份的 高端路由器进行了比较。实验结果表明，基于高端路由器系统的交叉主备倒换技术总体模 型能够有效地处理网络流量，提高系统的可靠性，缩短故障持续时间，从而验证了系统的 有效性和可行性。 关键词：宽带远程接入服务器，交叉单元主控板，热备份，主备倒换，热插拔 南京邮电大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t t h i sp a p e ra n a l y z e ss e v e l 甜m a s t e r - s t a n d b y - s w i t c ht e c h n o l o g yi nt h eh i g h - e n dr o u t e r s ， w h e t h e ri ti st r a d i t i o n a lm a s t e r - s t a n d b y s w i t c ht e c h n o l o g yo ran e wh e u r i s t i cm a t e r - s t a n d b y - s w i t c ht e c h n o l o g y ( v e n e e r - b a s e dm a s t e r - s t a n d b y - - s w i t c h , i n t e l l i g e n tm a s t e r - s t a n d b y s w i t c h , m u l t i - e n g i n ea n df a s tm a s t e r - s t a n d b y s w i t c h , a u t o m a t i c a l l ym a s t e r - s t a n d b y - s w i t c h ) a l g o r i t h m ， t h e r ea r ev a r i o u ss h o r t c o m i n g s ，o rw h i c hc a nn o tb ea c h i e v e di nt h ec o d e i no r d e rt oi m p r o v er e l i a b i l i t y , r e a l i z a b i l i t y , r e d u c i n gd u r a t i o no ff a i l u r e , t h ek e yi st o i m p r o v er e l i a b i l i t yo fs y s t e ma n dc o n t r o lt h et i m eo fm a s t e r - s t a n d b y - s w i t c hp r o c e s s i t d e s c r i b e sa ni m p r o v e dc r o s s - u n i tm a s t e r - s t a n d b y s w i t c ht e c h n o l o g y , w h i c hi n c l u d eh o tb a c k u p p r o c e s sa n dt h ec r o s s - u n i tm a s t e r - s t a n d b y - s w i t c hp r o c e s s t h i sp a p e rt e l lc r o s s - u n i tm a s t e r - s t a n d b y - s w i t c ht e c h n o l o g yi n t r o d u c t i o n , s t r u c t u r a lm o d e l a n dh s r pw o r k s , a n di tp r e s e n t sc r o s s - u n i tm a s t e r - s t a n d b y - s w i t c h t e c h n o l o g ym o d e lb a s e do n h i g h - e n dt o u t e r s , a n di tp r e s e n t e dad e t a i l e ds t u a ya n di m p l e m e n t a t i o np r o c e s sf o rt h i sm o d e l a tt h es a m et i m e , i ta n a l y z e ss e v e r a lm o d u l e so fb n p u 粥n e t w o r kp 懈s o ru n i t ) , t h e o v e r a l la r c h i t e c t u r eo fm a s t e r - s t a n d b y - s w i t c ht e c h n o l o g yi np l a t f o r ma n d b u s i n e s s ，a n di t s e l e c t o r a lp r o c e d u r e s ，i ta l s oa n a l y s i so fm a s t e r - s t a n d b y - s w i t c ht e c h n o l o g y , h o t b a c k u pp r o c e s s ， d u a lm a s t e rs t a n d a l o n ep r o c e s s f o rt h e i m p l e m e n t a t i o np r o c e s so fi t sm o d e ls y s b m ，t h i sp a p e rh a sb e e nas p e c i f i c r e a l i z a t i o no fh o t s t a n d b yb a c k u pp r o c e s sa n dm a s t e r - s t a n d b y - s w i t c hp r o c e s sw h i c hi n c l u d e s m a s t e rc u u p c ( c r o s s - u n i tu n i v e r s a lp r o c e s s e sc a r d ) a n ds l a v ec u - u p c ，a l t e r n a t em a s t e r c u s f c ( c r o s s - u n i ts w i t c hf o rc a r d ) a n ds l a v ec u s f c ，w h i l ei te l a b o r a t e dh o t - p l u ga n d h o t - p u l lt e c h n o l o g yi n v o l v e di nc u - u p ca n dc u s f c ，i m p o r t a n tf u n c t i o n si n v o l v e di na l l p r o c e s s e sa r ec a r r i e do u tu s i n gt h ep s e u d o - c o d er e p r e s e n t a t i o n i no r d e rt ov e r i f ye f f e c t i v e n e s sa n df e a s i b i l i t yo fc r o s s u n i t m a s t e r - s t a n d b y - s w i t c h t e c h n o l o g y , t h i sp a p e rh a ss e tu par e a lt e s te n v i r o n m e n ti nh i 曲一e n dr o u t e r s ，d e s i g na n d r e a l i z a t i o no fc r o s s - u n i tm a s t e r - s t a n d b y - s w i t c ht e c h n o l o g ym o d e ls y s t e mb a s e do nh i # - e n d r o u t e r s i ns y s t e mt e s t i n gp h a s e ，w a st e s t e ds e p a r a t e l ya ta l ls t a g e so fh o tb a c k u pp r o c e s s ，a n d - l l 一m 南京邮电大学硕士研究生学位论文 目录 目录 中文摘要i a b s t r a c t ：i i 目录i 1 1 p ， 第一章引言1 1 1 课题背景。l 1 2 课题来源及研究目标1 1 3 本文组织2 第二章相关技术。：4 2 1 主备倒换技术4 2 1 1 主备倒换的基本原理。5 2 1 2 主备倒换触发方式5 2 1 3 主备倒换处理机制5 2 1 4 主备倒换性能6 2 2 备份技术的工作原理 2 2 1 冷备份工作原理 2 2 2 热备份工作原理 2 3 热插拔技术原理 6 7 7 8 82 3 1 热插拔检测。 2 3 2 热插拔处理一 2 a 相关研究现状 2 5 本章小结 9 1 0 第三章交叉单元的主备倒换技术1 2 3 1 交叉主备倒换方法简介1 2 3 2 交叉主备倒换系统的结构原型1 3 3 2 1 交叉主备倒换系统模型二1 3 3 2 2 交叉主备倒换系统控制示意图1 5 3 3 交叉主备倒换过程的前提一路由热备份的工作原理1 7 3 3 1 己i 心协议的工作原理：1 8 3 3 2h s r p 协议的工作原理- 2 0 3 3 3v r r p 与h s r p 的比较2 2 3 4 本章小结。2 3 第四章基于高端路由器的交叉主备倒换技术总体模型。2 4 4 1b n p u 的线路单元各模块的描述2 4 4 1 1 线路选择模块2 4 4 1 2 信号检测模块。2 5 4 1 3 线路开销处理模块2 5 4 2 平台与业务的交叉主备倒换总体架构。2 5 4 3 交叉主备倒换选举步骤2 6 - i v - 南京邮电大学硕士研究生学位论文 目录 4 a 交叉主备倒换模块的热备份技术。” 4 4 1 数据平滑阶段d a t as m o o t h i n gp h a s e 2 7 4 4 2 热备份初始化阶段h o t b a c k u pi n i t i a l i z a t i o np h a s e 2 8 4 4 3 批量同步阶段b a t c hs y n c h r o n i z a t i o np h a s e 2 9 4 4 4 实时同步阶段r e a l - t i m es y n c h r o n i z a t i o np h a s e 2 9 4 5 高端路由器下的主备倒换过程3 0 4 6 双主控的独立运行过程3 2 4 7 基于高端路由器的交叉主备倒换技术的总体模型 3 3 4 8 本章小结3 4 第五章系统设计与实现o 3 5 5 1 热备份过程的实现。3 5 5 1 1 数据平滑阶段的实现过程3 5 5 1 2 初始化阶段的实现过程3 9 5 1 3 批量同步阶段的实现过程：4 4 5 1 4 实时同步阶段的实现过程：。4 6 5 2 交叉主备倒换选举的实现4 7 5 - 3 交叉主备倒换模块的实现4 8 5 3 1 主控板c u - u p c 主备倒换过程的实现4 8 5 3 2 交换板c u s f c 主备倒换过程的实现5 0 5 4 热插处理的实现 5 5 热拔处理的实现 5 6 本章小结 第六章系统性能测试与结果分析 6 1 搭建测试环境 6 2 热备份过程各阶段的性能测试 5 4 5 4 5 5 5 6 5 6 5 9 6 2 1 测试方法5 9 6 2 2 测试结果与分析5 9 6 2 3 测试结论：。6 8 6 3 交叉主备倒换过程的性能测试6 8 6 3 1 测试方法二6 9 6 3 1 1 交叉单元主控板c u - u p c 主各倒换的测试方法6 9 6 - 3 1 2 交叉单元交换板c u s f c 主备倒换的测试方法7 0 6 3 2 测试结果与分析7 0 6 3 3 测试结论7 2 6 4 与基于冷备份的主备倒换技术模型对比7 3 6 5 本章小结_ 。7 3 第七章总结与展望7 4 7 1 全文总结7 4 7 2 本系统的不足和未来工作展望。7 5 致谢：7 7 参考文献7 8 攻读硕士学位期间的学术论文8 2 攻读硕士学位期间参加的科研项目8 3 v - 气 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章引言 1 1 课题背景 第一章引言 面对日益激烈的竞争压力，全球主流的运营商纷纷提出网络转型的运营思路，启动 下一代网络建设。在网络转型的思路上，业界主流运营商都不约而同地选择具有众多优势 的以太网技术作为新一代承载网络的基础，希望能够通过统一的网络基础设施降低运营成 本，改善业务提供能力，提高拓展价值链的能力。 随着i p 技术的飞速发展，各种增值业务在互联网上得到了广泛的应用。新兴的 n g n 3 g 、i p t v 流媒体、大客户专线和v p n 互联等重要的电信业务，对口电信网的可 靠性提出了很高的要求。电信业务对于m 网络的可靠性主要包括三个层面 q - 设备可靠 性、链路可靠性和网络可靠性。在承载网中，网络设备的可用性要求达到9 9 9 9 9 0 , 4 ，大致 相当于设备在一年的连续运行中因各种可能原因造成停机维护的时间少于5 分钟，高可靠 性是电信设备的基本要求，是电信运营商进行建设网络的基本出发点。 在以太承载网中，网络故障的处理能力以及处理时间是运营商对于以太网技术最为担 忧的问题之一。故障处理能力包括快速故障发现能力和业务保护倒换能力。在电信的以太 承载网中，对网络故障的处理时间和设备的倒换时间提出了严格的要求，确保业务不中断， 尽量少丢包，基本不影响业务的q o s 。而宽带接入技术的发展又使得大量数据涌上骨干 网络，现有路由器很快将无法满足网络的交换和路由需求。为此，要进一步提高路由器的 性能，防止因为故障或人为因素而停止工作，保障路由器正常工作和设备修复时间是本文 的重中之重。提供路由冗余设计，是提高网络可靠性的重要手段之一。本文通过主备单板 复用，降低故障持续时间，从而达到最大的运营时间。降低故障持续时间主要就是尽可能 地缩短主备倒换的时间。主备倒换技术是路由器的重要技术之一，也是本文所要研究的主 要方向，本文的工作正是在这样的背景下产生的。 1 2 课题来源及研究目标 本课题来源于中兴科技基金项目，该项目主要对电信级宽带接入服务器( b r o a d b a n d - 1 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章引言 r e m o t ea c c e s ss e r v e r s ，简称：b r a s ) 项目的研究，该项目从高端路由器的b r a s 中的主 备倒换模块、u m 模块、a m 模块、s v r c f g 模块、a a a 模块、t i m e r m g r 模块、r a d i u s 模块、n e t l o g 模块、m c a s t 模块、p p p 模块、s a l 模块等小模块，本文中的内容属于 该项目中一个子模块，并且涉及到其它很多的小模块。 本文的主要目标是改进传统的主备倒换技术，提出了交叉主备倒换技术，并在此基础 上构造一个基于高端路由器系统的交叉主备倒换技术的总体模型，将交叉主备倒换技术运 用到高端路由器中。交叉主备倒换技术包括的热备份过程和交叉主备倒换过程，热备份过 程包括数据平滑阶段、初始化阶段、批量同步阶段和实时同步阶段。只有经过热备份过程 才能进行交叉主备倒换过程，对接入的数据同时经过主、备用交叉单元主控板c u - u p c ， 并进行数据的连接、处理。改进后的主备倒换技术具有以下三个要求： ( 1 ) 简述交叉主备倒换的定义、数据流的处理方式，以及所涉及到b n p u 的模块和交 叉单元主控板c u u p c ； ( 2 ) 构造交叉主各倒换系统的结构原型，建立交叉主备倒换系统模型和系统控制流 程，讲述路由热备份的工作原理最后本文提出可行、高效，安全可靠的基于高端路由器 系统的交叉主备倒换技术的总体模型； ( 3 ) 以基于高端路由器系统的交叉主备倒换技术模型为基础，迸一步研究其具体两个 过程的运营部署，并研究能够提出保障高端路由器的安全性和可靠性的有效机制。并通过 实验方式验证各种性能的准确性。 1 3 本文组织 全文主要分为七个章节，其内容组织如下： 第一章首先简要介绍了本课题的研究背景、课题来源及项目的研究目标、以及参与 项目过程中所进行与课题相关的研究工作。列举并分析了当前国内外典型的高端路由器中 主备倒换技术的研究，针对其在一般性上存在的局限及部分运行机制对路由效率的较大影 响，提出了交叉主备倒换技术，在此基础上提出了基于高端路由器的交叉主备倒换技术的 总体模型的观念，以提高系统的可靠性、缩短故障持续时间。 第二章主要研究了高端路由器中主备倒换技术的基本原理及其相关技术，如主备倒换 的基本原理、触发方式、处理机制、性能、热备份和冷备份，以及主控板的热插拔技术的 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章引言 基本原理。 第三章主要讲述了改进的主备倒换技术交叉主各倒换技术。首先对交叉主备倒换技 术进行了详细的阐述；其次，提出了该技术的结构原型、系统控制流程，并讲述了路由热 备份的工作原理；最后对交叉主备倒换的主要数据结构v r r p 协议和h s r p 协议进行了 系统分析，并进行了比较。 第四章提出了一种基于高端路由器的交叉主备倒换技术总体模型，对该模型提出了详 细的研究与实现过程。首先分析了高端路由器中网络处理器b n p u 所涉及到的部分模块， 其次分析了平台与业务的交叉主备倒换的总体架构、交叉主备倒换的选举步骤，再次重点 分析了交叉主备倒换技术的热备份过程。最后讲述了双主控独立运行过程。 第五章主要讲述了模型系统的设计与实现过程。本章分别讲述了交叉主备倒换技术的 热备份过程各阶段和交叉主备倒换过程的设计与实现，以及交叉主备倒换选举步骤的实现 过程，文中所有的过程涉及到的重要函数都使用伪代码进行了表述。 第六章主要是模型系统的测试与结果分析。本文搭建了真实的高端路由器测试环境， 设计和实现了基于高端路由器的交叉主备倒换技术模型系统。 最后，第七章则总结了本文所做的工作，并对该课题进一步研究工作的重点和难点进 行概述。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章相关技术 第二章相关技术 在高端路由器中，对整个系统的管理都是由主控板来完成的。用户对系统的配置是由 主、备用交叉单元主控板c u - u p c 通过背板通道下发到各网络处理器( b r a sn e t w o r k p r o c e s su n i t 简称：b n p u ) ，因此交叉单元主控板c u - u p c 对系统的可靠性是非常重要的， 所以在分布式系统中通常使用两块主控板来提高可靠性。正常运行时只有一块交叉单元主 控板起作用，用来管理整个系统，称为主用交叉单元主控板c u - u p c ( m a s t e rc u u p c ) ， 另外一块作为备份使用，称为备用交叉单元主控板c u u p c ( s l a v ec u - u p c ) 。相应的就 需要主备倒换模块、热备份模块来实现双主控冗余备份的功能，从而真正的实现系统在主 用交叉单元主控板故障后快速自动的切换到备用交叉单元主控板并保证所有配置信息不 丢失。另外各板卡应该能够在不断电的情况下进行插入和拔除，能够自动保存和恢复相应 的配置，而不影响系统的正常转发，这就需要使用热插拔技术。在代码中，这些技术是在 第五章系统设计与实现中具体阐述。 采用本技术方案可以使高端路由器系统具有优秀的容错能力，故障恢复能力，最长的 运行时间，最短的交叉主备倒换切换时间，交叉主备倒换过程业务无中断。满足用户对高 性能交换机的要求，保证了用户业务的稳定运行。下面主要讲述主备倒换的相关技术，为 进一步阐述交叉主各倒换技术做铺垫。 2 1 主备倒换技术 在主用主控板出现故障或人为触发倒换之后，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，同时原主用主控板自动复位，在完成热备份后处于阻塞状态，这个 过程就是主备倒换 2 】。 在系统正常运行的情况下，主用主控板u p c 会定期向备用主控板u p c 发送状态报告 报文。当备用主控板u p c 一段时间内没有收到主用主控板u p c 的报文后，则认为主用主 控板u p c 发生故障，从而进行主备倒换。主、备用交换板的主备倒换比较简单，本文主 要讲述主用主控板与备用主控板之间的主备倒换的技术原理。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章相关技术 2 1 1 主备倒换的基本原理 为了提高系统可靠性，通常在系统设计中采用两块主控板的热备份冗余技术。主、备 用主控板的热备份是指两块相同的单板同时工作，一块主用主控板板，一块备用主控板， 备用主控板备份主用主控板板的数据。只能由主用主控板输出有效控制信号或者总线信 号，备用单板输出的控制信号或总线信号处于无效或者关闭状态。 主备倒换设计具备二个基本功能：( 1 ) 故障全面的实时检测，最大限度地减少系统故 障持续时间和对业务的影响。( 2 ) 稳定可靠的倒换，保证倒换机制完善并具有对异常情况的 保护能力。 按照主备倒换的发起者划分，主备倒换有两种方式：备倒主型和主倒备型。备倒主型 是指备用主控板u p c 倒换为主用主控板u p c ；主倒备型是指主用主控板u p c 倒换为备用主 控板u p c 。 2 1 2 主备倒换触发方式 备用主控板到达实时接收数据状态后，如果检测到倒换通知，则切换为主用主控板。 检测通知是中断触发的，主备倒换的硬件切换时间在毫秒级。硬件切换后，主用主控板复 位重启，新主用主控板的主备状态机进入平滑状态，开始平滑过程处理。 主备倒换触发主要是指触发主备倒换的方式，主备倒换触发的方式包括： ( 1 ) 当系统主用主控板存在软件故障或主备交叉单板发送的业务信号异常【3 】时，m a s t e r u p c 挂机，s l a v eu p c 会升级为m a s t e ru p c ； ( 2 ) 当m a s t e ru p c 被拔出时，s l a v eu p c 会升级为m a s t e ru p c ； ( 3 ) 当用户通过命令r e d u n d a n c yf o r c e s w i t c h o v e r ( 强制冗余切换，简称：r f s o ) ( 交换 板s f c ，则使用r e d u n d a n c ys f cs w i t c h 命令) 强制进行主、备用主控板u p c 的主备倒换时， m a s t e ru p c 会降级为s l a v eu p c ；s l a v eu p c 会升级为m a s t e ru p c 。 2 1 3 主备倒换处理机制 主各倒换处理机制 4 】是备用主控板转变为主用主控板后对其它模块所作的操作，包 括清除掉原来的配置，重新运行备份来的配置。主备倒换处理机制的内容包括： 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章相关技术 ( 1 ) 将各个模块的状态置为“主备倒换状态”； ( 2 ) 对原来的主控板进行故障恢复，即重新启动原来的主控板，原来的主控板会重新启 动并成为备用主控板； ( 3 ) 各个模块禁止c p u 再处理送到c p u 的数据包： ( 4 ) 清除2 层协议表项、3 层协议表项、接口表项； ( 5 ) 清除协议栈的缓存包； ( 6 ) 各个模块开始清除2 、3 层硬件表项； 一 ( 7 ) 运行热备份的备份配置信息； ( 8 ) 允许c p u 处理送上来的数据包； ( 9 ) 使能配置管理。 2 1 4 主备倒换性能 通过批量同步和实时同步过程，主用主控板的配置信息及时的备份到备用主控板。在 主备倒换时机成熟时，备用主控板上已经保存有主用主控板完备的配置信息内容，并已经 配置同步成功。因此，在主备倒换时，配置层可以实现完全平滑的过渡，不需再额外收集 或同步其他内容。 在数据平滑过程中，为保证业务无间断转发，业务板上涉及的各类转发表并不是删除 后重新学习。在主控板进行的数据收集和同步过程中，基本维持原有业务板的数据不变， 只更新改变部分并进行刷新。控制软件与转发软件需要严格分开，控制软件负责整个设备 的控制与管理( 包括路由的发现等) ，而转发软件负责单纯的数据转发业务，两种软件由各 自的处理器进行处理，功能完全独立。当控制软件重启( 硬件或者软件故障) 或者重新加 载( 软件升级) 时转发业务可以不中断。在控制软件重启或重新加载不影响转发软件的正 常运行的情况下，只要保持网络拓扑稳定，正在重启的路由器在转发路线上进行数据转发， 是完全可行、可靠的。 2 2 备份技术的工作原理 在高端路由器中，备份技术分为冷备份技术【5 】和热备份技术，热备份和冷备份的主 要区别就是：主用主控板和备用主控板之间进行运行状态和运行数据的同步的时间，以及 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章相关技术 在主用主控板出现故障的时候，备用主控板承接业务的方式，具体定义见下面。 定义2 - 1 冷备份主用主控板u p c 与备用主控板u p c 之间并不进行运行状态和运行 数据的同步，主用主控板正常执行，备用主控板暂时阻塞，一旦主用主控板出现故障，备 用主控板重新启动所有的模块并完成最后的初始化，接替主用主控板的工作，这个过程就 是冷备份。 定义2 2 热备份主用主控板u p c 和备用主控板u p c 同时运行，主用主控板u p c 上 有任何变化都会及时的备份到备用主控板u p c 上，当主用主控板出现故障时，备用主控 板u p c 能够及时的承担主用主控板u p c 的工作，倒换的时间很少，在线的所有用户都不 会掉线，这个过程就是热备份。 2 2 1 冷备份工作原理 传统的主备倒换是基于冷备份【定义2 1 】，冷备份节省了备用主控板的加载以及启动 时间、备用主控板配置恢复的时间。但是，对于网络处理器( b n p u ) 和路由板( g o u t 髓 p r o t o c o lu n i t ，简称：r p u ) 的重启时间、网络处理器( b n p u ) 恢复配置时间，路由板路 由学习聚合时间并没有改善，一般来说网络处理器和主控板重启需要十几到几十秒的时 间，再加上网络处理器恢复配置，主控板路由表的学习时间甚至可能需要高达几分钟的中 断，上线用户都得下线，所在业务都得中断，还需要客户重新拨号，这显然对于要求高可 靠性的高端路由器来说是无法容忍的。 2 2 2 热备份工作原理 热备份就是在系统启动之后，主用主控板u p c 定期将配置信息备份到备用主控板 u p c 。当备用主控板u p c 检测到主用主控板u p c 出现故障或存在人为因素被拔走等情况 后，将接替主用主控板u p c 。同时，对原来的主用主控板u p c 会进行热备份故障恢复， 进行热备份过程，恢复到与主用主控板u p c 同步情况。 热备份阶段的步骤包括： ( 1 ) 在系统( 路由器) 整机启动后，主用主控板u p c 会将配置信息备份到备用主控板u p c ； ( 2 ) 在系统运行过程中，如果配置信息变化了，主用主控板u p c 会将配置信息备份到备 用主控板u p c 。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章相关技术 2 3 热插拔技术原理 所谓热插拔【6 】是指在系统不关机运行时，用户可以灵活的插拔部件或单板，而不影 响系统其他部件或单板的业务。 为了实现系统的热插拔需要硬件、软件两方面的支持，本文主要讨论软件方面所做的 处理。在软件方面，热插拔需要系统在单板拔出时将其配置信息删除，而再次插入的时候 能自动恢复先前的配置使其正常转发从而实现无间断的工作，所以软件上主要是完成对模 块配置的备份、删除和恢复工作。在热拔时，系统对该模块的信息进行备份，然后删除该 模块相关配置信息，并在热插后，自动恢复与该模块相关的配置信息。 2 3 1 热插拔检测 ( 1 ) 热拔的检测 对于热拔的检测，系统采用硬件中断和软件状态报告报文两种检测机制【7 】 硬件中断报告单板被拔出 对于接口管理来说，网络接口卡b n p u 进行热插拔处理需要通知主用主控板，从而 可以在主用主控板u p c 上进行线卡接口的添加或删除操作，并且将数据同步到其它b n p u 上。 当用户拔出一个单板时，主用主控板会收到一个硬件中断；在这个中断里面检测出哪 个单板被拔出，根据单板的槽位号检查单板的运行状态，如果该单板的当前运行状态小于 m o d u l e _ m o d _ r e a d y ，则不进行热拔的处理；反之，则进行热拔处理，删除接口、 更新协议机架图并把在线状态设为离线、通过拔板回调函数通知其它模块、将板子u n i t 记录在p i f s y n c d o w n n p r e m o v e i n f o 指针中的指向对应位置以便同步到其它c p u 上、记录 u n i t 到p l f h o t b a c k s y n c n p r e m o v ei n f o 中以同步到备用c p u 上。总之，网络接口卡b n p u 热拔同热插的区别就在于，热拔操作需要考虑到向其他单板同步的问题而热插不用，因为 有接口注册在管理。 长时间没有收到业务模块的状态报告报文 当主用主控板长时间没有收到某业务模块的状态报告报文时，如果该模块的当前运行 状态不小于m o d u l e _ m o dr e a d y ，则进行热拔的处理。在这种情况下，接口板很可 能是发生了故障，所以热拔检测还具有故障检测的功能。 r - 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章相关技术 ( 2 ) 热插的检测 对于热插检测，也可以使用硬件中断和软件状态报告报文两种检测机制，但由于系统 对于热插的单板在正常启动后才能进行配置恢复，所以只采用软检测。当有b n p u 插进 槽位时，它要向主用主控板u p c 发送注册请求报文，主用主控板u p c 向该业务模块发送 应答，并修改标记位。b n p u 收到注册响应报文之后开始与主用主控板u p c 进行同步， 同步完成之后，主用主控板u p c 开始进行热插处理。u p c 热插处理完成之后，接口板开 始运行。 综上所述，对于热插拔的触发原则如下： 当主用主控板u p c 收到中断，有新的网络处理器b n p u 插进来时，不进行热插拔的 处理； 当主用主控板u p c 收到中断，有网络处理器b n p u 被拔出时，进行热拔处理的过程； 当主用主控板u p c 正常运行时，超时没有收到网络处理器b n p u 的状态报告报文时， 进行热拔的处理； 当主用主控板u p c 正常运行时，收到新的网络处理器b n p u 的注册请求报文，当新 的网络处理器b n p u 与主用主控板的数据同步之后，进行热插处理。 2 3 2 热插拔处理 所有的热插拔处理【8 】都是在一个新的任务空间进行的，这个新的任务的优先级等同于 设备状态机任务的优先级；当热插拔处理完成，这个任务自动退出； ( 1 ) 热拔处理 。 主要完成对单板配置信息的提取和删除，包括：从全局配置信息( s h o wr u n ) 中，分析出 与该单板相关的配置信息并提取出来；在数据链路层、网络层、q o s 各个处理模块中删 除与该单板中所有模块相关的配置，同时各个处理模块为在热插的时候恢复该单板所有模 块的配置，备份相应的信息；清除该模块的状态描述信息；为了防止该模块是挂机状态， 还要对该单板执行一次重启。 ( 2 ) 热插处理 主要完成配置信息的恢复，包括：调用各个处理模块( l 2 层、l 3 层、q o s 层) 对该 单板的所有模块进行初始化，重新下发备份的软件表项，恢复执行热拔时从全局配置信息 中提取出来的与该模块相关的配置信息，从而实现该模块配置信息的完全恢复。 吼 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章相关技术 热插的处理分为以下3 种情况： 在某槽位上插入一块网络处理器b n p u ( 以前该槽位是空的) ； 在某槽位插入一块网络处理器b n p u ，与以前的b n p u 单板类型不一致： 在某槽位插入一块网络处理器b n p u ( p 前该槽位也插过b n p u ) ，与以前的单板类型 一致。 以上三种情况，处理过程相似。只不过前两种情况需简单的创建该模块的接口，并加 入到d e f a u l tv l a n 中即可，并不会涉及到配置的恢复。而第三种需要对该槽位上的配置进 行恢复。 2 4 相关研究现状 近些年来对主备倒换技术的研究方法越来越多，基于单板主备倒换、智能主备倒换、 多引擎快速主备倒换、可自动实现主备倒换等等技术曾一度占据主各倒换技术的主流方 向，相关技术研究如下。 文献【8 】主要讲述多引擎快速主备倒换技术。在链路故障、网络拥塞及用户需求发生改 变时，该系统能快速地切换到不同的转发引擎模块。但在文中没有考虑到仅有的几个快速 引擎不能处理数据的时候，这些快速转发引擎都将陷入瘫痪，将导致整个系统陷入瘫痪。 同时，对于客户的全新业务的需求，本系统不能得到很好的拓展 文献【1 0 】【l l 】 1 2 】【1 3 】【1 4 】主要讲述了一种通讯设备单板主备倒换的实现方法，完全可 以避免众多并行信号易受干扰或硬件故障而造成单板主、备用单板锁定或状态的失控，提 高了系统的稳定性、可靠性。但该方法只是通过主、备用单板之间信息的交互以确定信号 的处理和转发，当备用主控板在线的时候，是通过本板发送响应信号确认对单板的存在并 读取对板信息：当本板正在交互的时候，很难及时发现对板的存在。同时在进行主备倒换 工作时很难做到无故障的恢复，所以在这些方面讲述得完善点还是比较好的。 文献 1 5 】、 1 6 】 1 7 分别提出了热备份和主备倒换技术的方案，在提高可靠性、减少故 障持续时间前提下，减少了路由器主备倒换时间，通过对传统的主备倒换与热备份下的主 备倒换进行比较，而文献【1 8 】【1 9 】则分析了热备份下的主各倒换技术