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CN108574626A - 一种分布式nat双机热备份流量切换系统和方法 - Google Patents

一种分布式nat双机热备份流量切换系统和方法 Download PDF

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CN108574626A CN201710146895.3A CN201710146895A CN108574626A CN 108574626 A CN108574626 A CN 108574626A CN 201710146895 A CN201710146895 A CN 201710146895A CN 108574626 A CN108574626 A CN 108574626A
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Abstract

本发明公开了一种分布式NAT双机热备份流量切换系统和方法，所述系统包括：主机、备机和连接到公网的路由器，其中，主机，用于基于配置的本机内各业务CPU的NAT转换表，向路由器发布高优先级路由；以及在主机的某业务CPU故障时，向备机发送业务CPU故障的通知消息，并撤销属于该故障业务CPU的公网路由；备机，用于基于配置的本机内各业务CPU的NAT转换表，向路由器发布低优先级路由；以及在接收到通知消息时，将与主机内的故障业务CPU相对应的业务CPU的业务表项状态切换为主状态；其中，主机和备机内各业务CPU的NAT转换表相同。本发明减少了流量切换的数量，降低流量中断的风险，提高了业务流量切换的连通性。

Description

一种分布式NAT双机热备份流量切换系统和方法
技术领域
本发明涉及双机热备组网技术领域，尤其涉及一种分布式NAT(网络地址转换，Netword Address Translation)双机热备份流量切换系统和方法。
背景技术
随着IPv4地址的逐渐枯竭，NAT技术的使用越来越广泛，对NAT转换的速度和转换容量的要求越来越高，在这种情况下，分布式部署NAT就成为大容量局点的必然选择。而分布式NAT会将地址池中的IP地址资源分配到各个业务CPU(S-CPU)上，但是当某一个业务CPU出了问题，原先走这个业务CPU上的流量会中断，因此在现网环境中经常会再部署一台分布式设备，形成双机热备环境。
当前的组网应用中，双机热备份是在设备间通过使用虚拟路由器冗余协议(Virtual Router Redundancy，简称VRRP)来进行主备选举，设备也就因此形成了主备关系，当主机设备出问题，备机来接管业务。
而对于分布式的NAT业务而言，当个别S-CPU出现问题时，会进行整机的业务切换，也就是说，会使得那些原本正常的S-CPU的业务流量也进行切换。然而，这种整机的业务切换对于业务流量的连通性影响较大，所以，如何解决现有的个别S-CPU出现问题即进行整机切换到导致的业务流量连通性问题，成为本发明所要解决的技术问题。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种解决上述问题的分布式NAT双机热备份流量切换系统和方法。
依据本发明的一个方面，提供一种分布式NAT双机热备份流量切换系统，包括：主机、备机和连接到公网的路由器，所述主机包括多个业务CPU，所述备机包括与主机内的多个业务CPU一一对应的多个业务CPU；
所述主机，用于基于配置的本机内各业务CPU的NAT转换表，向所述路由器发布高优先级路由；以及在主机的某业务CPU故障时，向所述备机发送业务CPU故障的通知消息，并撤销属于该故障业务CPU的公网路由；
所述备机，用于基于配置的本机内各业务CPU的NAT转换表，向所述路由器发布低优先级路由；以及在接收到所述通知消息时，将本机内与主机内的故障业务CPU相对应的业务CPU的业务表项状态切换为主状态；
其中，所述主机和所述备机内各业务CPU的NAT转换表相同。
依据本发明的另一个方面，提供一种分布式NAT双机热备份流量切换方法，应用在包括主机、备机和连接到公网的路由器的系统中，其中，所述主机包括多个业务CPU，所述备机包括与主机内的多个业务CPU一一对应的多个业务CPU，所述主机和备机配置的本机内各业务CPU的NAT转换表相同；所述方法包括：
所述主机基于本机内各业务CPU的NAT转换表，向所述路由器发布路由；其中，所述主机向所述路由器发布的路由优先级高于所述备机向所述路由器发布的路由优先级；
所述主机在某业务CPU故障时，向所述备机发送业务CPU故障的通知消息，并撤销属于该故障业务CPU的公网路由。
依据本发明的第三个方面，提供一种分布式NAT双机热备份流量切换方法，应用在包括主机、备机和连接到公网的路由器的系统中，其中，所述主机包括多个业务CPU，所述备机包括与主机内的多个业务CPU一一对应的多个业务CPU，所述主机和备机配置的本机内各业务CPU的NAT转换表相同；所述方法包括：
所述备机基于本机内各业务CPU的NAT转换表，向所述路由器发布路由；其中，所述备机向所述路由器发布的路由优先级低于所述主机向所述路由器发布的路由优先级；
所述备机在接收到所述主机发送的某业务CPU故障的通知消息时，将本机内与主机内的故障业务CPU相对应的业务CPU的业务表项状态切换为主状态。
本发明有益效果如下：
本发明所述系统和方法，在某S-CPU发生故障时，仅仅使无法工作的S-CPU流量切换到备机上对应的S-CPU，减少流量切换的数量，降低流量中断的风险，提高了业务流量切换的连通性，且提高了系统的稳定性和可靠性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明第一实施例提供的一种分布式NAT双机热备份流量切换系统的架构图；
图2为本发明第二实施例提供的一种具体场景下的分布式NAT双机热备份流量切换系统的架构图；
图3为本发明第二实施例中分布式NAT双机热备份部分S-CPU流量切换示意图；
图4为本发明第三实施例提供的一种分布式NAT双机热备份流量切换方法的流程图；
图5为为本发明第四实施例提供的一种分布式NAT双机热备份流量切换方法的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为了解决现有的分布式NAT业务的双机热备部署中存在的当其中个别S-CPU无法正常工作时，整机切换，导致原本正常的S-CPU上的流量业务也跟着切换，存在流量中断的风险的问题，本发明实施例提供一种分布式NAT双机热备份流量切换系统和方法，所述系统和方法，采用S-CPU单独切换的方式，当主机其中一个S-CPU出现问题，并非整个主机上的流量全部切换到备机，而仅仅是将当前出问题的这部分S-CPU上的流量切换到备机上对应的S-CPU上，只有当主机上出现问题的S-CPU的数量达到设定的阈值，才将主机的整机状态切为备状态，备机的整机状态切为主状态，整个顶替主机继续工作。下面通过几个实施例对本发明的方案进行详细阐述。
在本发明第一实施例中，提供一种分布式NAT双机热备份流量切换系统，如图1所示，所述系统包括：主机110、备机120和连接到公网的路由器130，所述主机110包括多个业务CPU，所述备机120包括与主机内的多个业务CPU一一对应的多个业务CPU，其中：
主机110，用于基于配置的本机内各业务CPU的NAT转换表，向所述路由器发布高优先级路由；以及在主机的某业务CPU故障时，向所述备机发送业务CPU故障的通知消息，并撤销属于该故障业务CPU的公网路由；
备机120，用于基于配置的本机内各业务CPU的NAT转换表，向所述路由器发布低优先级路由；以及在接收到所述通知消息时，将本机内与主机内的故障业务CPU相对应的业务CPU的业务表项状态切换为主状态；
其中，主机110和备机120内各业务CPU的NAT转换表相同，即，主机110和备机120以相同的地址池、按照相同的配置方式，配置本机内各业务CPU的NAT转换表。
本发明实施例中，由于主机撤销了属于故障业务CPU的公网路由，这样，会使备机发布的该公网路由生效，并且由于主机110和备机120内各业务CPU的NAT转换表相同，从而会使得流向故障业务CPU的流量流入备机中与该故障业务CPU相对应的业务CPU。
进一步地，本实施例中，流向故障业务CPU的流量流入备机中与该故障业务CPU相对应的业务CPU，具体包括：
在公网到私网方向上，即入向流量，路由器130在接收到公网侧发送的主机侧已撤销的所述公网路由的数据报文时，根据所述备机内各业务CPU的NAT转换表，将该数据报文发送至备机内与故障业务CPU相对应的业务CPU上；
在私网到公网方向上，即出向流量，主机110的故障业务CPU若接收到私网侧发送的数据报文时，将该数据报文发送到所述备机上与该故障业务CPU相对应的业务CPU上，由该业务CPU将数据报文发送到公网。
进一步地，在本发明的一个可选实施例中，主机110在接收到私网侧发送到故障业务CPU的数据报文时，通过预先建立的专用通道，将该数据报文发送到所述备机上与该故障业务CPU相对应的业务CPU上。
进一步地，在本发明的一个具体实施例中，主机110，还用于在主机侧故障的业务CPU恢复正常后，向备机120发出故障业务CPU恢复正常的通知消息，并在备机侧完成业务表项同步后，向路由器130发布恢复正常的业务CPU的公网路由；
备机120，还用于在接收到通知消息时，指示本机内与恢复正常的业务CPU相对应的业务CPU向主机110内恢复正常业务CPU同步业务表项，并在业务表项同步完成后，将本机内与恢复正常的业务CPU相对应的业务CPU的业务表项状态切换为备状态。
进一步地，在本发明的一个可选实施例中，主机110通过预先建立的备份通道，向备机120发送所述通知消息。
进一步地，在本发明的一个可选实施例中，主机110在某业务CPU故障时，进一步包括：主机110判断当前发生故障的业务CPU的数量是否达到设定的阈值，当达到时，进行主备机切换，否则，向所述备机发送业务CPU故障的通知消息。也就是说，当主机上出问题的业务CPU数与所有业务SPU的比值超过配置的比例时，进行主备机切换，即备机变为主，替换主机工作。
综上可知，本发明实施例所述系统，在某S-CPU发生故障时，仅仅使无法工作的S-CPU流量切换到备机上对应的S-CPU，减少流量切换的数量，降低流量中断的风险，提高了业务流量切换的连通性，且提高了系统的稳定性和可靠性。
在本发明的第二实施例中，提供一种分布式NAT双机热备份流量切换系统，所述系统包括：
两个机架，且两个机架间配置有一条可靠的双向备份通道，两机架间的业务CPU(以下简称“S-CPU”)通过此通道交互以及备份业务数据。
进一步地，两个机架间协商出一主一备，形成主备机的概念；其中，主机包括一个控制CPU和多个S-CPU，备机与主机相同，也包括一个控制CPU和多个S-CPU。其中，主机的多个S-CPU与备机的多个S-CPU一一对应。
进一步地，所述系统还包括：路由器，该路由器为与公网连接的路由器，上述主、备机均与该路由器相连。所述路由器上装有NAT，所述路由器根据相同的地址池，按照相同的配置策略，配置主备机中各S-CPU的NAT转换表，即将公网IP下发到主备机的各个S-CPU上。由于路由器采用相同的地址池以及相同的配置策略，所以，配置得到的主机中各S-CPU的NAT转换表与备机中各S-CPU的NAT转换表相同。
进一步地，本发明实施例中，在配置完成各S-CPU的NAT转换表后，主机通过发布高优先级路由将入向流量引到主机的S-CPU上，备机则发布低优先级路由，作为上游路由器的备份路由。出向流量则根据VRRP的状态发往主机或备机。
进一步地，本发明实施例中，当主机上某一个S-CPU出了问题，控制CPU(R-CPU)通过备份通道将出问题的S-CPU信息通知到备机的R-CPU，同时撤销属于此S-CPU的公网路由，使入向流量直接发往备机。备机在收到主机S-CPU故障信息时，切换本地S-CPU的业务表项工作状态，使其表项变为主状态。由于VRRP没有切换，出向流量还是发往主机，但是因为主机的S-CPU有问题，无法做NAT业务，因此，本发明实施例中，主备机间还配置一条专用通道，利用该通道将属于有问题的S-CPU的流量引到备机对应的S-CPU上做NAT业务。
进一步地，本发明实施例中，当之前主机上出问题的S-CPU恢复正常后，主机仍然通过备份通道将恢复S-CPU信息通知到备机的R-CPU，备机收到此信息后，将此S-CPU上的信息同步回主机，然后主机开始发布该S-CPU的公网路由，将入向流量引回主机。
可选地，本发明实施例中，可以配置一个比例，当主机上出问题的S-CPU数与所有的S-CPU的比值超过配置的比例，或者主机R-CPU无法工作时，VRRP主备机切换，备机变为主机，替换主机工作，入向和出向流量都走新的主机。
进一步地，本发明实施例中，出向流量根据分流算法将流量分到各个S-CPU上，将报文源ip转换为公网ip后，通过目的ip转发到公网，而入向流量则是将报文的公网目的ip转换为私网ip后再进行转发，所以对于入向流量，是可以确定流量走的哪一个S_CPU。
下面结合一个具体场景，对本发明实施例的技术方案进行更详尽的说明，具体的如图2所示，本实施例所述系统包括：主机和备机，其中，主机和备机均包括一个R-CPU和两个S-CPU。
本实施例中，将主机的S-CPU1与备机的S-CPU1相对应，主机的S-CPU1通过备份通道将业务数据备份至备机的S-CPU1。
将主机的S-CPU2与备机的S-CPU2相对应，主机的S-CPU2通过备份通道将业务数据备份至备机的S-CPU2。
主备机的R-CPU管理各自本地的S-CPU状态，并且R-CPU通过备份链路获取对端S-CPU的状态。
主机发布高优先级路由，备机发布低优先级路由，业务入流量被引至主机，出向流量根据VRRP的状态发往主机。
如图3所示，当主机S-CPU1出现问题，主机上属于S-CPU1的公网路由被撤销，同时主机通知备机主机的S-CPU1出现问题，备机接收到主机的通知后，备机的S_CPU1开始工作，并刷新S_CPU1业务表项的工作状态。此时原先走主机S-CPU1的入向流量直接切换到备机的S-CPU1上，出向流量根据VRRP状态先发送到主机，如果分流到出问题的CPU上则通过专有通道发送到备机，再从备机上的S-CPU1发到公网，主机S-CPU2的流量保持不变。
进一步地，当主机S-CPU1恢复后，主机首先通知备机主机的S-CPU1恢复，备机尝试同步本地S-CPU1上的业务表项，备份完成后通知主机发布公网路由，将流入备机中S-CPU1的入向流量引回主机，而出向流量发往主机后，直接发送到主机中已恢复的S-CPU1上，并由该S-CPU1发送到公网。
进一步地，本发明实施例中，在入向流量切换的过程中，由于路由的发布和撤销有一定的延时，在此期间，流量还是会发送到原先的设备上，这样会出现流量中断，为了避免这种情况的发生，如图3所示，本发明可以通过专用通道将入向流量引到对端，防止出现断流的情况。
综上可知，本发明实施例所述系统，在某S-CPU发生故障时，仅仅使无法工作的S-CPU流量切换到备机上对应的S-CPU，减少流量切换的数量，降低流量中断的风险，提高了业务流量切换的连通性，且提高了系统的稳定性和可靠性。
在本发明第三实施例中，提供一种分布式NAT双机热备份流量切换方法，应用在包括主机、备机和连接到公网的路由器的系统中，其中，所述主机包括多个业务CPU，所述备机包括与主机内的多个业务CPU一一对应的多个业务CPU，其中，所述主机和备机配置的本机内各业务CPU的NAT转换表相同。
如图4所示，本实施例所述方法包括如下步骤：
步骤S401，主机基于本机内各业务CPU的NAT转换表，向所述路由器发布路由；其中，所述主机向所述路由器发布的路由优先级高于所述备机向所述路由器发布的路由优先级；
步骤S402，主机在某业务CPU故障时，向所述备机发送业务CPU故障的通知消息，并撤销属于该故障业务CPU的公网路由。
进一步地，本发明实施例中，所述主机通过预先建立的备份通道，向备机发送所述通知消息。
进一步地，本发明实施例所述方法中，主机在故障的业务CPU恢复正常后，向备机发出故障业务CPU恢复正常的通知消息，并在备机侧完成业务表项同步后，向所述路由器发布恢复正常的业务CPU的公网路由。
综上可知，本发明实施例所述方法，主机在某S-CPU发生故障时，通过撤销属于该故障业务CPU的公网路由，使得无法工作的S-CPU流量切换到备机上对应的S-CPU，减少流量切换的数量，降低流量中断的风险，提高了业务流量切换的连通性，且提高了系统的稳定性和可靠性。
在本发明第四实施例中，提供一种分布式NAT双机热备份流量切换方法，应用在包括主机、备机和连接到公网的路由器的系统中，其中，所述主机包括多个业务CPU，所述备机包括与主机内的多个业务CPU一一对应的多个业务CPU，其中，所述主机和备机配置的本机内各业务CPU的NAT转换表相同。
如图5所示，本实施例所述方法包括如下步骤：
步骤S501，备机基于本机内各业务CPU的NAT转换表，向路由器发布路由；其中，所述备机向所述路由器发布的路由优先级低于所述主机向所述路由器发布的路由优先级；
步骤S502，备机在接收到主机发送的某业务CPU故障的通知消息时，将本机内与主机内的故障业务CPU相对应的业务CPU的业务表项状态切换为主状态。
进一步地，本发明实施例所述方法，还包括：
备机在接收到主机发送的故障业务CPU恢复正常的通知消息时，指示本机内与恢复正常的业务CPU相对应的业务CPU向所述主机内恢复正常业务CPU同步业务表项，并在业务表项同步完成后，将本机内与恢复正常的业务CPU相对应的业务CPU的业务表项状态切换为备状态。
综上可知，本发明实施例所述方法，在主机侧的S-CPU发生故障时，备机侧在接收到主机侧发送的通知消息后，通过将本机内与主机内的故障业务CPU相对应的业务CPU的业务表项状态切换为主状态，来处理引流到本业务CPU的流量，其与主机侧的处理方式相配合，使得无法工作的S-CPU流量切换到备机上对应的S-CPU，减少流量切换的数量，降低流量中断的风险，提高了业务流量切换的连通性，且提高了系统的稳定性和可靠性。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分布式NAT双机热备份流量切换系统，包括：主机、备机和连接到公网的路由器，所述主机包括多个业务CPU，所述备机包括与主机内的多个业务CPU一一对应的多个业务CPU，其特征在于：
所述主机，用于基于配置的本机内各业务CPU的NAT转换表，向所述路由器发布高优先级路由；以及在主机的某业务CPU故障时，向所述备机发送业务CPU故障的通知消息，并撤销属于该故障业务CPU的公网路由；
所述备机，用于基于配置的本机内各业务CPU的NAT转换表，向所述路由器发布低优先级路由；以及在接收到所述通知消息时，将本机内与主机内的故障业务CPU相对应的业务CPU的业务表项状态切换为主状态；
其中，所述主机和所述备机内各业务CPU的NAT转换表相同。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在撤销属于该故障业务CPU的公网路由后，具体包括：
在公网到私网方向上，所述路由器在接收到公网侧发送的主机侧已撤销的所述公网路由的数据报文时，根据所述备机内各业务CPU的NAT转换表，将该数据报文发送至备机内与故障业务CPU相对应的业务CPU上；
在私网到公网方向上，所述主机在接收到私网侧发送到故障业务CPU的数据报文时，将该数据报文发送到所述备机上与该故障业务CPU相对应的业务CPU上，由该业务CPU将数据报文发送到公网。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述主机的故障业务CPU若接收到私网侧发送的数据报文时，通过预先建立的专用通道，将该数据报文发送到所述备机上与该故障业务CPU相对应的业务CPU上。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主机在某业务CPU故障时，进一步包括：
所述主机判断当前发生故障的业务CPU的数量是否达到设定的阈值，当达到时，进行主备机切换，否则，向所述备机发送业务CPU故障的通知消息。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述主机，还用于在主机侧故障的业务CPU恢复正常后，向备机发出故障业务CPU恢复正常的通知消息，并在备机侧完成业务表项同步后，向所述路由器发布恢复正常的业务CPU的公网路由；
所述备机，还用于在接收到通知消息时，指示本机内与恢复正常的业务CPU相对应的业务CPU向所述主机内恢复正常业务CPU同步业务表项，并在业务表项同步完成后，将本机内与恢复正常的业务CPU相对应的业务CPU的业务表项状态切换为备状态。
6.如权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述主机通过预先建立的备份通道，向备机发送所述通知消息。
7.一种分布式NAT双机热备份流量切换方法，应用在包括主机、备机和连接到公网的路由器的系统中，其中，所述主机包括多个业务CPU，所述备机包括与主机内的多个业务CPU一一对应的多个业务CPU，其特征在于，所述主机和备机配置的本机内各业务CPU的NAT转换表相同，所述方法包括：
所述主机基于本机内各业务CPU的NAT转换表，向所述路由器发布路由；其中，所述主机向所述路由器发布的路由优先级高于所述备机向所述路由器发布的路由优先级；
所述主机在某业务CPU故障时，向所述备机发送业务CPU故障的通知消息，并撤销属于该故障业务CPU的公网路由。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：
所述主机在故障的业务CPU恢复正常后，向备机发出故障业务CPU恢复正常的通知消息，并在备机侧完成业务表项同步后，向所述路由器发布恢复正常的业务CPU的公网路由。
9.一种分布式NAT双机热备份流量切换方法，应用在包括主机、备机和连接到公网的路由器的系统中，其中，所述主机包括多个业务CPU，所述备机包括与主机内的多个业务CPU一一对应的多个业务CPU，其特征在于，所述主机和备机配置的本机内各业务CPU的NAT转换表相同，所述方法包括：
所述备机基于本机内各业务CPU的NAT转换表，向所述路由器发布路由；其中，所述备机向所述路由器发布的路由优先级低于所述主机向所述路由器发布的路由优先级；
所述备机在接收到所述主机发送的某业务CPU故障的通知消息时，将本机内与主机内的故障业务CPU相对应的业务CPU的业务表项状态切换为主状态。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：
所述备机在接收到主机发送的故障业务CPU恢复正常的通知消息时，指示本机内与恢复正常的业务CPU相对应的业务CPU向所述主机内恢复正常业务CPU同步业务表项，并在业务表项同步完成后，将本机内与恢复正常的业务CPU相对应的业务CPU的业务表项状态切换为备状态。
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