用于不同的独立交换域的集中式控制与管理平面.pdf

本发明公开涉及用于不同的独立交换域的集中式控制与管理平面。具体地，网络包括具有由互连的独立交换机组成的分布式架构的第一交换域。独立交换机根据基于分组的分布式架构协议彼此通信。第二交换域具有与基于信元的交换机架构通信的多个基于信元的交换机。基于信元的交换机通过基于信元的交换机架构根据基于信元的分布式架构协议彼此通信。基于信元的交换机之一通过通信链路耦合到第一交换域的独立交换机之一。第二交换域包括耦合到基于信元的交换机之一的服务器设备。服务器设备配置为具有根据基于分组的分布式架构协议处理用于独立交换机的控制分组且根据与基于分组的分布式架构协议不同的协议处理用于基于信元的交换机的控制分组的逻辑。

权利要求书1.  一种网络，包括：第一交换域，具有由多个互连的独立交换机组成的分布式架构，所述独立交换机根据基于分组的分布式架构协议彼此通信；第二交换域，具有与基于信元的交换机架构通信的多个基于信元的交换机，所述第二交换域的基于信元的交换机通过基于信元的交换机架构根据基于信元的分布式架构协议彼此通信，所述第二交换域的基于信元的交换机中给定的一个基于信元的交换机通过通信链路耦合到所述第一交换域的独立交换机中给定的一个独立交换机，所述第二交换域还包括耦合到所述第二交换域中的基于信元的交换机之一的服务器设备，所述服务器设备被配置有逻辑，所述逻辑根据基于分组的分布式架构协议处理用于所述第一交换域的独立交换机的控制分组并且根据与基于分组的分布式架构协议不同的协议处理用于所述第二交换域的基于信元的交换机的控制分组。2.  如权利要求1所述的网络，其中所述第一交换域的独立交换机包括主交换机和多个从交换机，并且所述服务器设备上的逻辑使所述第二交换域能够作为虚拟从交换机加入所述第一交换域。3.  如权利要求2所述的网络，其中所述第二交换域的每个基于信元的交换机占用所述第一交换域的不同虚拟插槽。4.  如权利要求1所述的网络，其中所述服务器设备上的逻辑使所述服务器设备能够作为所述第一交换域的主交换机操作，而所述独立交换机作为从交换机操作。5.  如权利要求4所述的网络，其中所述服务器设备把不同的虚拟插槽指定给所述第一交换域的每个独立交换机、指定给所述第二交 换域的每个基于信元的交换机，以及指定给所述第二交换域的每个交换机架构元件，以产生虚拟交换机堆叠。6.  如权利要求1所述的网络，其中所述服务器设备还被配置有逻辑，所述逻辑根据基于分组的分布式架构协议处理用于所述第一交换域的独立交换机的管理分组并且根据与基于分组的分布式架构协议不同的协议处理用于所述第二交换域的基于信元的交换机的管理分组。7.  如权利要求1所述的网络，其中，为了到达所述服务器设备，用于所述第一交换域的控制分组经过所述第二交换域的基于信元的交换机中给定一个基于信元的交换机、经过基于信元的交换机架构，以及经过所述服务器设备耦合到的基于信元的交换机。8.  如权利要求1所述的网络，其中所述第二交换域的基于信元的交换机中给定的一个基于信元的交换机耦合到的所述第一交换域的独立交换机中给定的一个独立交换机是第一独立交换机，并且其中所述第二交换域的基于信元的交换机中给定的一个基于信元的交换机通过第二通信链路耦合到所述第一交换域的第二独立交换机。9.  如权利要求8所述的网络，其中所述第一独立交换机是所述第一交换域的主交换机，而所述第二独立交换机是所述第一交换域的备用交换机，所述备用交换机被配置为如果所述主交换机变得不可用，就担任所述主交换机的角色。10.  一种服务器计算系统，包括：存储器，存储用于为第一交换域提供控制平面功能的程序代码以及用于为第二交换域提供控制平面功能的程序代码，所述第一交换域由根据基于分组的分布式架构协议彼此通信的多个互连的独立的基于分组的交换机组成的，并且所述第二交换域具有根据基于信元的分布 式架构协议通过基于信元的交换机架构彼此通信的多个基于信元的交换机；及处理器，执行存储在所述存储器中的程序代码以便根据基于分组的分布式架构协议处理用于所述第一交换域的独立交换机的控制分组并且根据与基于分组的分布式架构协议不同的协议处理用于所述第二交换域的基于信元的交换机的控制分组。11.  如权利要求10所述的服务器计算系统，其中所述第一交换域的独立交换机包括主交换机和多个从交换机，并且存储在所述存储器中的程序代码在被执行时使所述第二交换域作为虚拟从交换机加入所述第一交换域。12.  如权利要求11所述的服务器计算系统，其中所述程序代码在被执行时把所述服务器计算系统配置为获取关于基于信元的交换机架构和关于所述第二交换域的每个基于信元的交换机的信息，并且把所收集的信息发送到所述第一交换域的主交换机。13.  如权利要求10所述的服务器计算系统，其中所述程序代码在被执行时把所述服务器计算系统配置为作为所述第一交换域的主交换机操作，而所述第一交换域的独立交换机作为从交换机操作。14.  如权利要求13所述的服务器计算系统，其中所述程序代码在被执行时把所述服务器计算系统配置为把不同的虚拟插槽指定给所述第一交换域的每个独立交换机、指定给所述第二交换域的每个基于信元的交换机，并且指定给所述第二交换域的每个交换机架构元件，以产生虚拟交换机堆叠。15.  如权利要求10所述的服务器计算系统，其中所述程序代码还包括在被执行时把所述服务器计算系统配置为根据基于分组的分布 式架构协议处理用于所述第一交换域的独立交换机的管理分组并且根据与基于分组的分布式架构协议不同的协议处理用于所述第二交换域的基于信元的交换机的管理分组的程序代码。16.  一种用于为异构交换域集中控制平面功能的方法，所述方法包括：把服务器设备配置为具有用于根据基于分组的分布式架构协议处理用于第一交换域的独立交换机的控制分组的逻辑和用于根据与基于分组的分布式架构协议不同的协议处理用于第二交换域的基于信元的交换机的控制分组的逻辑；把所述服务器设备耦合到基于信元的交换域的基于信元的交换机；由所述服务器设备根据基于分组的分布式架构协议处理用于所述第一交换域的独立交换机的控制分组；及由所述服务器设备根据与基于分组的分布式架构协议不同的协议处理用于所述第二交换域的基于信元的交换机的控制分组。17.  如权利要求16所述的方法，还包括：由所述第二交换域作为虚拟从交换机加入所述第一交换域。18.  如权利要求17所述的方法，还包括：由所述服务器设备获取关于基于信元的交换机架构和关于所述第二交换域的每个基于信元的交换机的信息，并且把所收集的信息发送到所述第一交换域的主交换机。19.  如权利要求16所述的方法，还包括：由所述第二交换域作为主交换域加入所述第一交换域，而所述第一交换域的独立交换机作为从交换机操作。20.  如权利要求19所述的方法，还包括：由所述服务器设备把 不同的虚拟插槽指定给所述第一交换域的每个独立交换机、指定给所述第二交换域的每个基于信元的交换机，以及指定给所述第二交换域的每个交换机架构元件，以产生虚拟交换机堆叠。21.  如权利要求16所述的方法，还包括：由所述服务器设备根据基于分组的分布式架构协议处理用于所述第一交换域的独立交换机的管理分组；及由所述服务器设备根据与基于分组的分布式架构协议不同的协议处理用于所述第二交换域的基于信元的交换机的管理分组。22.  一种由服务器设备执行以为不同的异构交换域提供控制平面和管理平面功能的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括：计算机可读存储介质，其中嵌入有计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码包括：被配置为使所述服务器设备能够根据由独立交换机用来在第一交换域中通信的基于分组的分布式架构协议处理用于所述第一交换域的独立交换机的控制分组的计算机可读程序代码；及被配置为使所述服务器设备能够根据与基于分组的分布式架构协议不同的协议处理从第二交换域的基于信元的交换机到达的控制分组的计算机可读程序代码。23.  如权利要求22所述的计算机程序产品，还包括被配置为使所述第二交换域能够作为虚拟从交换机加入所述第一交换域的计算机可读程序代码。24.  如权利要求22所述的计算机程序产品，还包括被配置为使所述第二交换域能够作为虚拟主交换机加入所述第一交换域的计算机可读程序代码，其中所述第一交换域的独立交换机作为从交换机操作。25.  如权利要求22所述的计算机程序产品，还包括：被配置为使所述服务器设备能够根据基于分组的分布式架构协议处理用于所述第一交换域的独立交换机的管理分组的计算机可读程序代码；及被配置为使所述服务器设备能够根据与基于分组的分布式架构协议不同的协议处理用于所述第二交换域的基于信元的交换机的管理分组的计算机可读程序代码。

说明书用于不同的独立交换域的集中式控制与管理平面
技术领域
本发明一般而言涉及数据中心和数据处理。更具体而言，本发明涉及集中对用于不同的独立交换域的管理和控制平面的控制。
背景技术
数据中心通常是提供支持企业和组织所需的因特网和内联网服务的集中式设施。典型的数据中心可以容纳各种类型的电子设备，诸如计算机、服务器(例如，电子邮件服务器、代理服务器和DNS服务器)、交换机、路由器、数据存储设备以及其它相关联的部件。给定的数据中心可以由不同类型的交换域组成。一种类型的交换域可以包括被集成以形成单个虚拟交换机的一组独立的基于分组的交换机。另一种类型的交换域可以包括通过单个管理域被管理的一组基于信元的交换机。按照惯例，管理具有不同的独立交换域的数据中心中的交换机很复杂。
发明内容
在一方面，本发明特征在于一种网络，包括具有由多个互连的独立交换机组成的分布式架构的第一交换域。独立交换机根据基于分组的分布式架构协议彼此通信。第二交换域具有与基于信元的交换机架构通信的多个基于信元的交换机。第二交换域的基于信元的交换机通过基于信元的交换机架构根据基于信元的分布式架构协议彼此通信。第二交换域的给定的一个基于信元的交换机通过通信链路耦合到第一交换域的给定的一个独立交换机。第二交换域还包括耦合到第二交换域中的一个基于信元的交换机的服务器设备。该服务器设备被配置为具有逻辑，该逻辑根据基于分组的分布式架构协议处理用于第一交换 域的独立交换机的控制分组并且根据与基于分组的分布式架构协议不同的协议处理用于第二交换域的基于信元的交换机的控制分组。
在另一方面，本发明特征在于一种包括存储器的服务器计算系统，其中存储器存储用于为由根据基于分组的分布式架构协议彼此通信的多个互连的独立的基于分组的交换机组成的第一交换域提供控制平面功能的程序代码以及用于为具有根据基于信元的分布式架构协议通过基于信元的交换机架构彼此通信的多个基于信元的交换机的第二交换域提供控制平面功能的程序代码。处理器执行存储在存储器中的程序代码，该程序代码根据基于分组的分布式架构协议处理用于第一交换域的独立交换机的控制分组并且根据与基于分组的分布式架构协议不同的协议处理用于第二交换域的基于信元的交换机的控制分组。
在还有另一方面，本发明特征在于一种用于为异构交换域集中控制平面功能的方法。该方法包括把服务器设备被配置为具有根据基于分组的分布式架构协议处理用于第一交换域的独立交换机的控制分组的逻辑并且具有根据与基于分组的分布式架构协议不同的协议处理用于第二交换域的基于信元的交换机的控制分组的逻辑。服务器设备耦合到基于信元的交换域的基于信元的交换机。服务器设备根据基于分组的分布式架构协议处理用于第一交换域的独立交换机的控制分组并且根据与基于分组的分布式架构协议不同的协议处理用于第二交换域的基于信元的交换机的控制分组。
在还有再一方面，本发明特征在于一种由服务器设备执行来为不同的异构交换域提供控制平面和管理平面功能的计算机程序产品。该计算机程序产品包括具有嵌入在其中的计算机可读程序代码的计算机可读存储介质。计算机可读程序代码包括被配置为使服务器设备能够根据由独立交换机用来在第一交换域中通信的基于分组的分布式架构协议处理用于第一交换域的独立交换机的控制分组的计算机可读程序代码。计算机可读程序代码还包括被配置为使服务器设备能够根据与基于分组的分布式架构协议不同的协议处理用于第二交换域的基于信元的交换机的控制分组的计算机可读程序代码。
附图说明
通过结合附图参考以下描述，本发明的以上和更多优点可以得到更好的理解，附图中相似的标号在各个图中都指示相似的架构元素和特征。附图不一定是按比例的，而是把重点放在说明本发明的原理上。
图1是包括具有被带到单个管理域下的多个独立交换域的数据中心的联网环境的实施例。
图2是包括主(控制器)交换机、备份交换机以及多个从交换机(follower switch)的基于分组的交换域的实施例的框图。
图3是基于分组的交换域中交换机的实施例的功能框图，该交换机包括与存储器通信的处理器，以及存储在存储器中的分层软件。
图4是基于信元的交换域的实施例的框图，该交换域包括利用多个交换机互连的多个向外扩展(scaled-out)的架构耦合器(SFC)机架(chassis)。
图5是说明图2的基于分组的交换域和图4的基于信元的交换域之间连接性的框图。
图6是与图4基于信元的交换域的交换机之一通信的服务器中分层软件的功能框图。
图7是说明用于为基于分组的交换域实现控制平面的过程的实施例的流程图。
图8是说明用于为基于信元的交换域实现集中式控制平面的过程的实施例的流程图。
具体实施方式
本文所述的分布式架构系统把多个独立的交换域带到单个管理域之下，其中每个独立交换域按照惯例都具有其自己的管理域。被称为基于分组的分布式架构的一种类型的交换域具有多个互连的独立交换机。一般而言，基于分组的分布式架构包括主交换机、备用交换机和从交换机。主交换机根据分布式架构协议与每个从交换机通信。
在本文被称为基于信元的分布式架构的另一种类型的交换域具有与基于信元的交换机架构通信的多个基于信元的交换机，在基于信元的分布式架构的基于信元的交换机之间根据基于信元的分布式架构协议转发信元。基于信元的交换域的基于信元的交换机之一耦合到基于分组的分布式架构的独立交换机中的一个或多个。
为了把异构交换域带到单个管理域之下，服务器设备(即，计算系统)集中地运行基于分组和基于信元的分布式架构的控制和管理平面。服务器设备是基于信元的分布式架构的一部分，耦合到一个或多个基于信元的交换机的面向网络端口。此外，这种服务器设备被配置为具有有效地把基于信元的分布式架构作为“虚拟”独立交换机结合到基于分组的分布式架构中的逻辑。这种虚拟的独立交换机可以担任基于分组的分布式架构的主交换机的角色或者它可以作为基于分组的分布式架构的从交换机之一操作。服务器设备根据主和从交换机通过其进行通信的分布式架构协议处理用于基于分组的分布式架构的控制和/或管理分组。为了处理基于信元的分布式架构的控制和/或管理分组，服务器设备采用与由基于分组的分布式架构所采用的分布式架构协议不同的通信协议。
在服务器设备上而不是在独立交换机之一上运行控制和管理平面有利地减小了该独立交换机上的计算负载、通常随着交换机上端口密度的增加以及当把多个独立交换机分组到单个基于分组的分布式架构中时增加的负担。类似地，在服务器设备上集中控制和管理平面缓和了基于信元的分布式架构的各个基于信元的交换机上的计算负载。
图1示出了联网环境2的实施例，该联网环境2包括经网络8与管理站4通信的数据中心10。网络8的实施例包括，但不限于，局域网(LAN)、城域网(MAN)和广域网(WAN)，诸如因特网或万维网。在一种实施例中，网络8被配置为层2(L2)VLAN。
一般而言，数据中心10是容纳各种计算机、路由器、交换机和其它相关联设备的设施，以支持企业、组织或其它实体的操作不可或缺的应用和数据。数据中心10的设备可以部署在单个站点或者分布 在多个站点之间。数据中心10包括通过一个或多个通信链路24彼此连接的多个独立的异构交换域12A、12B(统称为12)。如本文所使用的，交换域12包括被一起配置为作为单个分布式架构系统、作为虚拟交换机或者作为堆叠交换机合作的多个网络元件。
交换域12A的一种实施例包括经交换机间链路(ISL)16通信的一组独立的(standalone)基于分组的交换机14。一般而言，既定的一组独立的基于分组的交换机具有主(或控制器)交换机、一个或多个备用或备份交换机，以及一个或多个从交换机，如联系图2更详细描述的。虽然只示出了五个交换机14，但是基于分组的交换域12A中交换机的数目可以在几百和几千的范围内。交换机14的实施例包括，但不限于，核心交换机、接入交换机、架构卡(fabric card)、线路卡和物理机架式交换机中的管理模块。
交换域12B的一种实施例包括经通信链路19与一个或多个向外扩展的架构耦合器(SFC)机架20通信的一组基于信元的交换机18。每个SFC机架20具有用于在交换机18之间交换信元的一个或多个基于信元的交换机架构元件(未示出)，如联系图4更详细描述的。一个或多个SFC机架20为交换机18提供基于信元的交换机架构。
在数据中心10中，功能发生在三个平面上：管理平面、控制平面和数据平面。组的管理，诸如操作、管理和维护(OAM)、配置管理、信息的呈现(示出和显示)、图形生成以及处理SNMP请求，发生在管理平面上。控制平面与涉及网络信令和控制的那些功能关联。数据平面管理数据流。在数据中心10中，基于分组的和基于信元的交换域12A、12B的管理平面和/或控制平面的功能都集中在服务器22实现，如本文进一步描述的。数据平面的功能分别在基于分组和基于信元的交换机14、18中分布。
服务器22连接到基于信元的交换域12B的交换机18之一。一般而言，服务器是向数据中心10提供一种或多种服务的设备或计算机(或者计算机组)，其例子包括，但不限于，电子邮件服务器、代理服务器、DNS服务器。优选地，服务器22是被配置为运行由多个 异构交换域组成的分布式架构系统的控制平面和/或管理平面的控制服务器。
管理站4提供用于管理和控制基于分组的交换域12A的交换机14以及基于信元的交换域12B的基于信元的交换机18和SFC机架20的集中式管理点。通过管理站4，数据中心10的用户或网络管理员与服务器22通信，以便管理不同的交换域12A、12B，这些交换域被一起带到单个管理域下。在管理站4上执行的图形用户界面(GUI)应用可以用来为网络管理员提供不同交换域12A，12B的整个网络拓扑的视图。这种GUI应用的例子是由位于纽约Armonk的IBM公司提供的Blade Harmony虽然在数据中心10的外部示出，但是管理站4可以被认为是数据中心10的一部分。
此外，管理站4可以直接(点对点)或通过各种连接之一间接地连接到交换机14、18之一，或连接到服务器22，所述连接诸如标准电话线、数字订户线(DSL)、异步DSL、LAN或WAN链路(例如，T1、T3)、宽带连接(帧中继、ATM)和无线连接(例如，802.11(a)、802.11(b)、802.11(g)、802.11(n))。利用网络协议，诸如Telnet或SNMP(简单网络管理协议)，管理站4可以在服务器22访问给定交换机14、18的命令行接口或者多交换域分布式架构系统的中央控制和/或管理平面。为了支持多交换域分布式架构系统的管理和控制平面功能，服务器22被配置为具有足够的处理能力(例如，具有多个处理器核心)和一定的逻辑，如以下更详细描述的。
图2示出了具有多个独立交换机14-1、14-2、14-3、14-4、14-N的基于分组的交换域12A的实施例。一般而言，在诸如交换域12A的分布式架构系统中，交换机之一被选择作为主(控制器)交换机，另一个交换机被指定为备份(备用)交换机，而所有其它交换机都是从交换机。主交换机一般是交换域的控制中心，而从交换机是主交换机控制之下的任何网络元件。主交换机处理外部管理请求并在交换域内部路由该请求。
在图2中，例如，交换机14-1是主交换机，交换机14-2是备用 交换机，而交换机14-3、14-4、14-N是从交换机。主交换机14-1和备用交换机14-2每个都经ISL 16与从交换机14-3、14-4、14-N中每一个通信。在不背离本文所述原理的情况下，可以采用其它互连配置，包括，但不限于，菊花链、全网状、星形和堆叠式。在一种实施例中，交换机经其通信的ISL 16是10Gb以太网链路(即，交换机14是根据以太网标准协议，例如IEEE 802.Qgb标准，通信的以太网交换机)。
在交换域12A的正常操作下，除备用交换机14-2在当前主交换机故障的情况下担任主交换机身份之外，备用交换机14-2就像从交换机一样操作。主交换机14-1被认为与从交换机14-2、14-3、14-4、14-N中每一个都具有主-从关系。在主-从关系中，主交换机14-1向随跟交换机发送管理和/或控制并且从其接收响应。
图3示出了独立的基于分组的交换机14的简化实施例，包括与存储器32通信的处理器30，以及存储在存储器32中的分层软件34。分层软件34包括对每个交换机14公用的一组软件部件。简而言之，这组软件部件包括用于把多个交换机14分组到一起以形成单个大交换机的协议。通过实现由这组软件部件提供的协议，在本文中被称为M-DFP或管理分布式架构协议，这组交换机可以被配置为合作并作为堆叠交换机、虚拟交换机或分布式机架交换机被集中管理。这组软件部件还可以用来实现物理机架交换机。
一般而言，M-DFP软件部件驻留在交换机14上的那些应用与系统上的SDK(软件开发工具包)之间的软件堆叠34中。SDK包括运行时工具，诸如Linux内核、开发工具、软件库以及框架。交换机14还包括用于在整个基于分组的交换域12A中路由分组的一个或多个交换芯片(未示出)。分层的软件堆叠34包括路径选择层36、交换机发现协议(SDP)模块38、EL2T(基于以太网的L2传输)层40、RPC(远程过程调用)模块42、端口映射/宏模块44、DC(设备配置)-堆叠模块46、DC API(应用编程接口)48、交换机附连/分离模块50、CP(检查点)模块53以及TFTP(简单文件传输协议) 模块54。在交换机14中实现M-DFP所需的通信可以在标准的以太网链路、架构连接或任何专用总线之上运行。
路径选择层(PSL)36便于CPU到CPU的通信，以支持SDP和EL2T模块38、40。在分层的软件堆叠34中，SDP模块38部署在上方的DC-堆叠模块46与下方的PSL 36之间。SDP模块38和PSL 36合作，以确定出口端口，通过该出口端口，分组从交换机被发送到远程交换机。PSL 36包括到套接字和数据端口的驱动器接口。
SDP模块38发现何时交换机加入和离开组，分别称为交换机发现和交换机离开事件。检测交换机14的离开可利用老化机制实现。在一些条件下，ISL 16上的链路故障(link-down)事件也可以触发交换机离开检测。SDP模块38向相同网络元件上的DC-堆叠模块36报告交换机发现(JOIN_STACK)和交换机离开(LEAVE_STACK)事件，用于进一步处理。SDP模块38的其它功能是针对本地网络元件和其它远程网络元件之间的所有可能路径检查ISL 16的健康状况，并且提供基于优先级的主交换机选举机制。
SDP模块38包括交换机发现协议(SDP)56、成员跟踪层(MTL)57和路径健康维护(PHM)组件58。SDP 56是多播协议，在公用的L2VLAN中运行，用于发现交换域12A中的交换机。在交换机14接收到用于SDP的分组之后，相关的交换机信息被传递到MTL 57中，用于成员资格的维护。这种分组被称为交换机发现协议数据单元或SDPDU。
MTL 57是SDP模块38中用于跟踪同一个组中当前的网络元件成员并用于为所有这种成员维护交换机信息的数据库层。用于每个交换机14的交换机信息包括：交换机编号、交换机的MAC地址、交换机信息(SI)和交换机成员(SM)序列号，以及从远程网络元件接收的最后一个SDPDU的时间戳。对交换机信息的任何更改都报告给MTL 14，用于跟踪。当ISL 16出现故障时，经那条链路学习的交换机信息在MTL 57中被清除。为了帮助检测交换机离开事件，MTL 57实现老化机制，如果对于指定的持续时间没有从远程网络元 件接收到SDPDU，则利用计时器来“老化”该远程网络元件。MTL57还基于(在交换机14的SDPDU中携带的)交换机优先级选举组的主交换机14-1。在选举之后，选举产生的主交换机14-1向主交换机14-1的DC-堆叠模块46报告交换机成员信息。此外，主交换机14-1的MTL 57向DC-堆叠模块46传递通知该组中的交换机成员资格的任何变化——由于新发现的交换机或由于检测到交换机离开——的消息。
SDP模块38的PHM部件58维护(本地)交换机14与所有其它远程交换机之间的所有可能路径的健康状态。当从远程交换机14接收到SDPDU时，那个交换机的健康状态也在MTL57中更新。EL2T 40和PSL 36使用这种健康信息来确定用于本地交换机与远程交换机之间通信的路径或端口。
EL2T层40提供简单的L2传输协议，以方便通过EL2T层40之上的上层协议的通信。在一种实施例中，这些上层协议包括RPC模块42、DC-堆叠模块46、CP模块52、TFTP模块54和交换机14上的所有应用。RPC模块42提供基于EL2T层40并被主交换机14-1上的DC-API层48用来与远程交换机通信的RPC机制。
端口映射/宏模块44在分层软件之上提供具有从全局CLI端口到物理设备和端口的映射的应用。与DC-堆叠模块36和SDP模块38合作，端口映射/宏模块44维护该映射。
DC-堆叠模块46使用数据架构形成同一组中交换机14的“堆叠”，从而协调这些交换机，使得它们作为单个交换机合作。同一组中所有交换机的DC-堆叠模块46利用EL2T模块40彼此通信，进行信息交换和堆叠形成。此外，不同网络元件上的DC-堆叠模块46一起工作，以确保主交换机14-1具有用于现有交换机的最新信息(通过HOST-UPDATE事件)。HOST-UPDATE事件传递到DC-堆叠模块46，以便在用于给定交换机的交换机信息已改变并且DC-堆叠模块46已经接收到用于那个给定网络元件的JOIN-STACK事件的任何时候提供信息更新。
通过DC-API层48，交换机14上运行的应用可以对交换机14的硬件交换芯片进行程序调用，以便或者从芯片检索信息或者在芯片上设置一些参数。这些芯片可以驻留在或者本地交换机上或者远程交换机上。
交换机附连/分离模块50通知交换机14上的应用关于该交换机的改变，从而利用组中所有网络元件上所有数据端口的全局视图在分层软件堆栈34的顶部提供应用。
在准备进行备份到主交换机故障切换时，CP模块52帮助在主交换机14-1上运行的应用与备用交换机14-2同步每个相关的数据库和状态。
TFTP模块54在EL2T层40之上提供传输层，以帮助DC-堆叠模块46和应用把配置或固件镜像从主交换机14-1推到任何从交换机14-3、14-4、14-N。
简要综述，在变成基于分组的交换域12A的主交换机之后，主交换机14-1处于发现模式，其中主交换机14-1发现处于基于分组的交换域12A中的各个从交换机。从交换机14-2、14-3、14-4、14-N向主交换机14-1发送它们的交换机信息。主交换机14-1为每个从交换机生成虚拟插槽，该虚拟插槽把那个从交换机加入堆叠交换机中并生成它们的主-从关系。
在基于分组的交换域12A的操作过程中，主-从关系支配各种管理和控制平面功能的执行，诸如执行交换机配置、收集信息、升级固件以及执行诊断，如在标题为“Distributed Fabric Management Protocol”的美国专利申请序列No.13/364,896和标题为“Switch Discovery Protocol for a Distributed Fabric System”的美国专利申请序列No.13/364,947中所描述的，这些申请的全部内容都通过引用被结合于此。如下面更详细描述的，管理和控制平面功能都集中在服务器装置22(图1)，而不是在任何一个独立交换机14(例如，在主交换机14-1)实现或者在各个独立交换机中分布。M-DFP管理分组和M-DFP控制分组被转发到这个服务器设备24供处理。
图4示出了基于信元的交换域12B的示例实施例，该交换域12B具有与多个基于信元的交换机18-1、18-2、18-N(统称为18)通信的四个独立的SFC机架20-1、20-2、20-3和20-4(统称为20)。交换机18的数量，N，可以在几百和几千的范围内。每个SFC机架20包括与N个SFC架构端口64通信的一组基于信元的交换机架构元件(FE)60，在每个SFC机架20中至少存在与交换域12B中交换机18数目一样多的SFC架构端口64。每组架构元件60对应于SFC机架20的架构元件的CLOS，其中CLOS基于信元报头中的目的地信息在架构端口64之间交换信元。
每个交换机18具有面向网络的端口68、网络处理器70-1、70-2以及面向架构的端口72。面向网络的(或网络)端口68可以与服务器(例如，服务器设备22)、外部交换域(例如，交换域12A)及网络8(图1)，例如因特网，通信。在一种实施例中，每个交换机18具有40个网络端口68，每个网络端口68被配置为接收以太网分组的10Gbps以太网端口(交换机18的聚合网络带宽是400Gbps)。
在这个例子中，交换域12B具有全网状配置：每个交换机18与每个SFC 20通信；更具体而言，给定交换机18的每个面向架构的端口72(在下文中称为交换机架构端口72)经通信链路19与SFC20中不同SFC的SFC架构端口64电通信。参照交换机18-1作为代表性示例，交换机18-1的交换机架构端口72-1与SFC 20-1的SFC架构端口64-1通信，交换机架构端口72-2与SFC 20-2的SFC架构端口64-1通信，交换机架构端口72-3与SFC 20-3的SFC架构端口64-1通信，并且交换机架构端口72-4与SFC 20-4的SFC架构端口64-1通信。以这种全网状配置连接，交换机18和SFC 20构成分布式虚拟机架，其中交换机18充当线路卡。作为例子，4个256-架构端口SFC机架20一起最多可连接256个交换机18。这种分布式虚拟机架是模块化的；即，交换机18可以一次一个地被添加到分布式虚拟机架或从中除去，就像线路卡添加到物理机架或从中除去。
每个交换机架构端口72和SFC架构端口64之间的通信链路19 可以是有线连接。互连变化包括直接附连电缆(DAC)或光缆。DAC提供五至七米的电缆长度；而光缆在数据中心内提供长达100米的连接性(标准的光连接性可以超过10km)。作为替代，通信链路19可以是直接物理连接(即，交换机架构端口72的电连接器直接物理连接到SFC架构端口64的电连接器)。
在交换域12B的操作过程中，分组到达交换机18的网络端口68。对于每个接收的分组，交换机18的网络处理器70之一向分组添加元数据/预分类报头。然后，网络处理器70把该分组划分成一个或多个固定尺寸的信元(例如，256字节)。网络处理器70通过交换机架构端口72把信元发送到每个SFC 20，向不同的SFC 20发送不同的信元。例如，考虑具有1600字节长度的进入的分组。交换机18的接收网络处理器70可以把分组分割成400字节的四个信元(在向那些信元添加报头信息–例如10字节–之前)。然后，网络处理器70把不同的信元发送到四个SFC 20当中每一个，实际上实现了信元跨SFC 20的负载平衡。
在每SFC 20中，基于信元的交换机架构元件60接收信元并且检查那个信元的报头，确定其目的地，并且通过那个SFC的SFC架构端口64中适当的一个把信元发送到目的地交换机18。目的地交换机18从SFC 20接收与原始分组相关的所有信元，重组原始分组(即，除去所添加的报头，组合信元)，并且把重组的分组通过其网络端口68中适当的一个发送出去。继续前面四个信元的例子，考虑每个SFC确定目的地交换机18是交换机18-2。每个SFC 20通过其架构端口64-2将其信元发送至交换机18-2。交换机18-2根据四个接收到的信元重组分组(所添加的报头提供组合信元的次序)，并且把分组发送出适当的网络端口68。信元中的预分类报头信息确定适当的网络端口68。
图4的具有四个SFC机架20的全网状配置是全线路速率配置，即，从给定交换机18向SFC传送信元的聚合带宽(即，480Gbps)大于在网络端口68上到达给定交换机18的分组的聚合带宽(即， 400Gbps)。该配置还可以适于支持交换机18的各种超额置换(oversubscription permutation)。例如，代替具有四个SFC 20，交换域12B可以只有两个SFC机架20-1、20-2，每个交换机18只利用两个交换机架构端口72用于与SFC机架20通信，这两个SFC机架20当中每一个有一个交换机架构端口72。例如，这种超额置换让每个交换机18在其网络侧具有400Gbps的聚合进入带宽(四十个10Gbps的以太网端口)并且在其两个120Gbps交换机架构端口72上具有240Gbps的聚合出口信元交换带宽，用于与两个SFC通信。可以实践其它的超额置换。
作为例子，服务器设备22耦合到交换机18-2的面向网络的端口68之一。基于信元的交换机18把它们经其网络端口68接收到的管理和控制分组重定向到服务器设备22以供处理。在另一个方向，服务器设备22把管理和控制分组发送到交换机18，用于通过其网络端口68传输出去。被服务器设备22用来为基于信元的架构系统12B的交换机18和SFC 20处理管理和控制分组的协议是与被服务器设备22用来为基于分组的架构系统12A的交换机14处理管理和控制分组的M-DFP协议不同的协议。例如，与基于分组的分布式架构系统12A的那些形成对比，基于信元的架构系统12B中的管理和控制分组未被桥接(即，它们不跨交换机18跳跃以到达其目的地，而是直接递送到其目的地端口)。为了区分不同分布式架构系统12A、12B的管理和控制分组，基于分组的分布式架构系统12A的管理和控制分组被称为M-DFP分组，而基于信元的分布式架构系统12B的那些管理和控制分组被称为非M-DFP分组。
图5示出了交换域12A、12B之间连接性的实施例。交换域12A的主交换机14-1和备用交换机14-2每个都通过通信链路24连接到基于信元的交换域12B的交换机18之一(在这里，例如，交换机18-1)的不同网络端口68。在不背离本文所阐述原理的情况下，主交换机14-1和备用交换机14-2可以连接到两个不同的交换机18。主交换机14-1(和，可选地，备用交换机14-2)之间的这种连接性使 得能够从服务器设备22对交换域12A进行远程管理和控制。服务器设备22连接到基于信元的交换域12B的基于信元的交换机18之一(在这里，例如，交换机18-2)的网络端口68之一。服务器设备22可以连接到相同的或不同的基于信元的交换机18上的多于一个网络端口68。由于这种连接性以及服务器设备22具有M-DFP逻辑的配置(如图6中所述)，基于信元的交换域12B实际上是结合到基于分组的交换域12A中的基于虚拟分组的独立交换机14-5，从而加入其它独立交换机14作为交换机堆叠的一部分。
在图5中，主交换机14-1与服务器设备22具有主-从关系，其中主交换机14-1是主，而服务器设备22是从。当基于信元的交换域变为活动时，服务器设备22从交换机18和SFC 20获取适当的交换机信息并将这种信息发送到主交换机14-1。基于这种信息，主交换机14-1为每个交换机18和SFC 20生成虚拟插槽，从而将这些虚拟插槽添加到为在基于分组的交换域12A中发现的独立交换机14中每一个生成的虚拟插槽的堆叠。由此，这些交换机18和SFC 20变得结合到基于分组的交换域12A中。数据分组可以从基于分组的交换机14遍历到基于信元的交换机18并从基于信元的交换机18遍历到基于分组的独立交换机14，通常经过SFC 20。
作为替代，通过选举或者通过某个其它过程，服务器设备22可以变成基于分组的交换域12A的主交换机，由此逆转主-从关系的方向；即，服务器设备22成为主交换机，而交换机14-1...14-N每一个是从交换机。作为基于分组的交换域12A的主交换机，其中基于分组的交换域12A包括基于信元的交换域12B(也由标号14-5指示)，响应于从独立从交换机14-1...14-N、从基于信元的交换机18和从SFC 20获取的交换机信息，服务器设备22生成并维护对应于基于分组的交换域12A的堆叠交换机的虚拟插槽。虚线双端箭头82表示虚拟路径，通过该路径，交换机14-1向服务器设备22发送M-DFP管理和控制分组(不论交换机14-1是处于主还是从的角色)。
为了为独立的异构交换域12A、12B提供单个管理域，服务器设 备22被配置为具有适当的逻辑、软件和/或协议，用于在基于分组的和基于信元的交换域12A、12B上通信。图6一般性地示出了服务器设备22的逻辑、软件或协议套件90，这包括存储在服务器设备22的处理器存储器80中的管理平面逻辑92、控制平面逻辑94以及数据平面逻辑96。管理平面逻辑92和控制逻辑平面94包括M-DFP分层软件或逻辑34(图3)。M-DFP逻辑34为服务器设备22提供M-DFP能力，通过这种能力，服务器设备22能够与基于分组的交换域12A的独立交换机14之一建立主-从关系。利用这种M-DFP能力，服务器设备22以及因此基于信元的交换域12B能够加入基于分组的交换域12A，其中独立交换机14、基于信元的交换机18以及SFC20每个都是交换机堆叠中单个虚拟插槽。因而，基于信元的交换域12B变为基于分组的交换域12A的子部分，独立交换机的分布式架构中的虚拟独立交换机，全都在单个维护域之下。M-DFP逻辑34使服务器设备22能够处理从基于分组的交换域12A的独立交换机14接收到的M-DFP管理和控制分组。为网络元件(及其备用网络元件)提供远程控制平面的服务器的示例实现在标题为“Systems and Methods for Controlling a Network Switch”的美国专利申请No.13/237,143中描述，其全部内容通过引用被结合于此。
服务器设备22的管理平面逻辑92和控制平面逻辑94还使得服务器设备22能够根据与基于分组的交换域12A的管理分布式架构协议(M-DFP)不同的通信协议分别为基于信元的交换域12B的基于信元的交换机18和SFC 20处理非M-DFP管理和控制分组。根据这种通信协议，管理和控制分组可以是层2/层3单播或多播分组。在一种实施例中，每个非M-DFP管理和控制分组的分组格式包括以太网报头。
图7示出了用于为基于分组的交换域实现控制平面的过程100的实施例。在过程100的描述中，为了说明，参照图4和5的元件。管理平面在服务器设备的实现遵循用于处理M-DFP管理分组的类似过程。M-DFP控制分组通过从交换机14之一(例如，交换机14-3)进 入(步骤102)基于分组的交换域12A。缺省地，基于分组的交换域12A的所有交换机都被配置为朝耦合到基于信元的交换域12B的服务器系统22转发M-DFP控制(和管理)分组。交换机14向主交换机14-1发送(步骤104)M-DFP控制分组，用于随后转发(步骤106)到服务器设备22(或者M-DFP控制分组可能最初已经在主交换机14-1进入了交换域12A)。主交换机14-1向基于信元的交换域12B(14-5)中该主交换机14-1耦合到其的基于信元的交换机18-1(图6)发送M-DFP控制分组。基于信元的交换机18-1通过基于信元的交换机架构20把M-DFP控制分组转发(步骤108)到服务器设备22，从而把M-DFP控制分成信元并且跨SFC 20分布信元，如联系图4描述的。
SFC 20把信元转发到服务器设备22耦合到其的基于信元的交换机18-2。基于信元的交换机18-2从接收到的信元重组M-DFP控制分组并且把重组的M-DFP控制分组转发到服务器设备22。服务器设备22根据分布式架构协议(即，M-DFP)处理(步骤110)M-DFP控制分组并且可以根据该分布式架构协议向主交换机14-1发送响应(步骤112)。这种响应将传递到基于信元的交换机18-2、通过基于信元的交换机架构并且到达基于信元的交换机18-1，基于信元的交换机18-1将经通信链路24把该响应转发到主交换机14-1。
值得注意的是，如果服务器设备22代替地耦合到从主交换机14-1接收M-DFP控制分组的基于信元的交换机18-1，则M-DFP控制分组不需要经基于信元的交换机架构发送(即，分成信元并重组成M-DFP控制分组)。此外，应当理解，在一些实施例中，服务器设备22，而不是主交换机14-1，可以担任基于分组的交换域12A中主交换机的角色。
图8示出了用于为基于信元的交换域12B实现集中式控制平面的过程120的实施例。在过程120的这种描述中，为了说明，参照图4和5的元件。过程120与联系图7描述的过程100同时运行(即，当基于信元的交换域12B是基于分组的交换域12A的一部分时)。 管理平面在服务器设备22的实现遵循用于处理非M-DFP管理分组的类似过程。在服务器设备22对控制和管理平面的这种同时管理操作成把多个不同的交换域12A、12B带到单个管理域之下。
在步骤122，非M-DFP控制分组通过基于信元的交换机18之一(例如，交换机18-N)的网络端口68进入基于信元的交换域12B。基于信元的交换机18-N经基于信元的交换机架构把非M-DFP控制分组重定向(步骤124)到服务器设备22(更准确地说，重定向到服务器22耦合到其的基于信元的交换机18-2)。非M-DFP控制分组被分成信元，跨SFC 20分布，并且在基于信元的交换机18-2(即，耦合到服务器设备22的交换机18)重组。基于信元的交换机18-2把非M-DFP控制分组发送(步骤126)到服务器设备22，服务器设备22根据协议(即，与用于M-DFP控制分组的M-DFP不同)处理该非M-DFP控制分组。这种协议可以是专有的或标准的协议。在步骤128，服务器设备22可以通过向基于信元的源交换机18-N返回控制分组而作出响应，用于例如通过网络端口68并经网络8发送出去。
如本领域技术人员将认识到的，本发明的各方面可以体现为系统、方法和计算机程序产品。因此，本发明的各方面可以完全在硬件中体现、完全在软件(包括但不限于固件、程序代码、驻留软件、微代码)中体现，或者以硬件和软件的组合体现。所有这些实施例在本文一般都被称为电路、模块或系统。此外，本发明的各方面还可以具有体现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。
可以采用一个或多个计算机可读介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是，例如，但不限于，电、磁、光、电磁、红外线或半导体的系统、装置或设备，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举列表)包括以下：具有一根或多根导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪 存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储设备、磁存储设备、或者上述的任意合适的组合。在本文档的背景下，计算机可读存储介质可以是任何可包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或设备使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括例如在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或设备使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上体现的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、有线、光缆、射频(RF)等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明各方面的操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++和visual C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如C和Pascal程序设计语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)——连接到用户的计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如，利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。任何这种远程计算机都可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网 (WAN)——连接到用户的计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如，利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
参考根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图说明和/或框图对本发明的各方面进行了描述。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行的这些计算机程序指令产生实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的装置。
也可以把这些计算机程序指令存储在能使得计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备以特定方式工作的计算机可读介质中，使得存储在计算机可读介质中的指令产生出包括实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的指令的制造品。
也可以把计算机程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，使得在计算机或其它可编程装置上执行的指令提供实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的过程。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或者代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续示出的方框实际上可以基本同时执行，或者方框有时也可以按相反的顺序执行，这依赖所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框以及框图和/或流程图中方框的组合可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用 专用硬件与计算机指令的组合来实现。
所述发明的各方面可以在利用半导体制造工艺制造的一个或多个集成电路(IC)芯片中实现。IC芯片的制作者可以以原始晶片形式(在具有多个未打包的芯片的单个晶片上)、作为裸管芯或者以打包形式分发它们。当处于打包形式时，IC芯片安装在单个芯片包装中，例如，具有附连到母板或其它更高级载体的导线的塑料载体，或者在多芯片包装中，例如，在具有表面和/或掩埋互连的陶瓷载体中。然后，IC芯片与其它芯片、分立电路元件和/或其它信号处理设备集成，作为中间产品的一部分，诸如母板，或者作为最终产品的一部分。最终产品可以是包括IC芯片的任何产品，从电子游戏系统和其它低端应用到具有显示器、输入设备和中央处理器的高级计算机产品。
在不背离本发明范围和精神的情况下，许多修改和变化对本领域普通技术人员都将是显然的。实施例的选择和描述是为了最好地解释本发明的原理和实践应用，并且使本领域其他普通技术人员能够理解本发明具有适于特定预期使用的各种修改的各种实施例。
本文所使用的术语仅仅是为了描述特定的实施例而不是要作为本发明的限制。如本文所使用的，除非上下文明确地另外指出，否则单数形式“一”、“一个”和“该”也意欲包括复数形式。还应当理解，当在本说明书使用时，术语“包括”规定所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但是并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或其组的存在或添加。
以下权利要求中所有方式或步骤加功能元素的对应结构、材料、动作及等价物都意欲包括用于结合具体所述的其它所述元素执行所述功能的任何结构、材料或行为。已经为了说明和描述给出了本发明的描述，但这不是详尽的或者要把本发明限定到所公开的形式。
虽然已经参考具体的优选实施例示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不背离由以下权利要求定义的本发明精神和范围的情况下，可以在其中对形式和细节进行各种改变。