专利名称：Ip网络设备的热备份方法
技术领域：
本发明涉及计算机网络的热备份领域，尤其涉及IP网络设备的热备份方法。
备份是计算机网络中必须进行的一项工作，其目的在于使计算机网络能安全地运作。现有的热备份技术大多采用一种完全冗余的设计，可以分成两种第一种热备份方式的特征是专门配备一套备份设备，当主设备处于工作状态时，备份设备不加入系统运行；第二种热备份方式的特征是两台完全一样的设备同时工作，这两台设备之间通过一种校验方法达到步调一致。
第一种热备份方式最简单，一般对于纯硬件设备，这种热备份方式能够胜任。但是在网络环境下，尤其在某些复杂的网络应用中，需备份设备上的软件在运行中处于不断学习、更新的状态。这就要求备份设备在未被启用的状态下也能跟随主设备上的软件，不断学习、更新。这种主设备处于工作状态时，备份设备不加入系统运行的热备份方式无法适应这种要求。
第二种热备份方法由于要在主设备与备份设备之间进行校验，对效率有5所影响，适用于对安全性要求非常高的领域。
上述这两种热备份方法的共同特征在于，都需要专门配备备份设备。这将导致网络成本的提高。
因此，本发明的目的在于提供一种新颖的热备份方法，其不需要专用的备份设备，可以降低网络成本。
在本发明提供的IP网络设备的热备份方法中，IP网络包含多个需要备份的IP网络设备，所述方法包含下列步骤为所述多个IP网络设备中每个IP网络设备设置优先级；当所述IP网络设备启动时，该IP网络设备进入启动状态；所述IP网络设备先侦听是否有广播帧，如果有，则取得包含在所述广播帧中的地址信息和优先级信息，并将所述取得的优先级与其自己的优先级进行比较，如果其自己的优先级小于所述取得的优先级，则判断发出所述广播帧的IP网络设备为主设备，自己为备份设备，然后进入备份状态；反之，则认为自己为主设备，进入主设备状态；
如果在过了一段预定时间之后，所述IP网络设备未收到广播帧，则认为IP网络中不存在主设备，认为自己是主设备，进入主设备状态；所述备份状态包含下列步骤所述备份设备不断侦听所述IP网络中所述主设备发出的广播帧；如果在预定时间内收到所述广播帧，则所述备份设备认为所述设备工作正常，仍保持其备份状态；如果在预定时间之内收到优先级比当前所述主设备更高的IP网络设备发出的广播帧，则就认为其为主设备，然后，根据其广播帧中包含的地址信息，接收该新的主设备发出的广播帧；如果在预定时间内未收到所述主设备发出的广播帧，则进入重选择主设备状态；所述重选择主设备状态包含下列步骤所述备份设备等待一段与其优先级相关的等待时间，在所述等待时间内，继续侦听所述IP网络；如果在所述等待时间内收到广播帧，则认为发出该广播帧的IP网络设备的为新的主设备，所述备份设备重新进入备份状态；如果在所述等待时间内未收到广播帧，则认为自己为主设备；进入主设备状态；所述主设备状态包含下列步骤所述主设备每隔一预定时间通过IP网络发出包含地址信息和优先级信息的广播帧；所述主设备侦听所述IP网络；如果收到优先级更高的网络设备发出的广播帧，则所述主设备进入备份状态；如果未收到其它广播帧，则继续每隔一预定时间发出广播帧。
从上面的描述可以看出，本发明的方法可以不为主设备另行配备专用备份设备，它是利用IP网络中其他同类设备作为备份设备。当主设备出现故障时，备份设备能够发现并自动接替主设备工作。主设备与一个或多个备份设备分布于IP网络上，互相间的地位不作事先假设。在启动后，主设备和备份设备都了解对方的存在，从而使备份设备能跟随主设备上的软件，不断学习和更新。
下面结合附图详细描述本发明的实施例，本发明的特征、优点以及目的将通过下面的实施例变得更为明显。其中
图1是一种IP网络的结构示意图；图2至图5是本发明的IP网络设备的热备份方法的流程图。
如图1所示，IP网络可以包括三台服务器PD1、PD2和PD3、三个工作站WS1、WS2、WS3以及二个终端TM1、TM2，这些服务器、工作站和终端通过线路连接成IP网络。关于服务器、工作站以及终端的数量是可以根据实际情况变化的。在本实施例中，为便于描述，仅示出了三台服务器、三个工作站和二个终端，实际上，服务器、工作站和终端可以大大超过这些数量。
图1中的三台服务器PD1、PD2和PD3为网络中的主要设备，需要对它们进行热备份。这三台服务器为同类服务器。因此，根据本发明的构思，它们之间可以互备份。
下面结合图2的流程图详细描述本发明的IP网络设备的热备份方法。
首先，需要要对参与热备份的设备设置优先级参数。在本实施例中，即对三台服务器PD1、PD2和PD3设置优先级参数。优先级参数可以用一个二进制字节表示。该二进制字节可以为8位，从0至255。0表示最高优先级、255表示最低优先级。设置优先级时，没有原则上的限制，但要保证所有参与热备份的设备的优先级不同即可。因此，对于8位的二进制数，其最多可以定义256台设备的优先级。如果网络中设备大于此数量，则需要增加位数。
在本实施例中，假设服务器PD1的优先级最高，PD2的优先级其次，PD3的优先级最低。
假设，服务器PD2刚启动，如图2所示，服务器PD2进入启动状态。在启动状态，在步骤S11，服务器PD2先侦听IP网络中是否有广播帧。然后在步骤S12判断是否接收到广播帧。如果在S12判断接收到广播帧，则在步骤S13取得广播帧中包含的发出该广播帧的地址信息以及优先级信息。然后把取得的优先级与本服务器PD2的优先级进行比较，如果，本服务器PD2的优先级小于广播帧中包含的优先级，则本服务器PD2认可正在发出广播帧的网络设备为主设备，在步骤S14进入到备份状态，并根据地址信息进行热备份工作。
如果，在步骤S13判断得到本服务器PD2的优先级大于广播帧中包含的优先级，则本服务器PD2认为自己是主设备，然后进入到主设备状态(步骤S15)。
如果在步骤S12判断出经过一段预定时间之后未接收到广播帧，则步骤进入到S16，服务器PD2认为IP网络中当前无主设备，然后将自己认为是主设备(步骤S17)。这段预定时间一般可设定为作为主设备的网络设备定时发出广播帧的时间间隔的两倍。
下面参照图3描述本发明的IP网络设备的热备份方法中的备份状态。
如图3所示，服务器PD2进入到备份状态之后，不断地侦听IP网络中的广播帧(步骤S21)。并在步骤S22判断是否接收到广播帧。如果判断出接收到广播帧，则在步骤S23判断接收到的广播帧中的优先级是否大于原来的广播帧中的优先级，如果不大于，则仍继续认定原来的主设备，然后，流程返回到步骤S21，继续侦听IP网络中的广播帧。如果在步骤S23判断出广播帧中的优先级大于原来的广播帧中的优先级，则本服务器PD2认为本IP网络中出现的优先级更高的设备，并在步骤S24中把发出该新广播帧的设备认定为主设备，利用该广播帧中包含的地址信息与该主设备进行热备份。然后流程返回到步骤S21，重复上述步骤。
如果在步骤S22判断出经过一段预定时间之后仍未接收到广播帧(这一预定时间与图2的步骤S12中的预定时间相同)，则流程进入到步骤S25，进入到重选择状态，即IP网络中目前无主设备，需要重新选择主设备。造成无主设备的原因可以是当前的主设备出现故障，或者被关闭。
下面参照图4描述重选择状态的流程。
如图4所示，作为备份设备的服务器PD2进入到重选择状态后，在步骤S31，服务器PD2等待一段等待时间，在该段等待时间内，服务器PD2继续侦听网络中的广播帧；如果在该段等待时间内侦听到广播帧(S32)，则将发出该广播帧的网络设备认定为新的主设备(步骤S33)，然后进入到步骤S34，进入备份状态。
如果经过该等待时间之后，在步骤S32判定未收到广播帧，则在步骤S35，服务器PD2认为自己是主设备，然后进入到主设备状态(S36)。
这里的等待时间是与备份设备的优先级相关联的。也就是说，优先级越高的备份设备等待的时间越短，优先级越低的备份设备等待的时间越长。例如，对于优先级参数为10的设备，其等待时间可定为10秒，对于优先级参数为5的设备，其等待时间可定为5秒。设置这段等待时间的作用是在出现重选择主设备的状态时，让优先级最高的备份设备首先发出广播帧，这样可以最快地重新选择出主设备。
下面参照图5描述主设备状态时的流程图。
当服务器PD2从步骤S15、S17(图2)、步骤S36(图4)进入主设备状态后，在步骤S41，每隔一预定时间即发出一个广播帧。该预定时间一般可以设为30秒。备份设备发现主设备故障的快慢取决于该段时间的长短。在实际应用中，如果希望备份设备能更快地发现主设备故障，可以将该段预定时间设置得更小。原则上没有下限或上限的限制。但是应注意的是，过小的预定时间会增加网络的负担。这也是在实际应用中需要权衡的问题。
作为主设备的服务器PD2发出的广播帧至少应当包括其地址信息和优先级信息。
主设备在定期发送广播帧的同时，也定时侦听IP网络中的其它广播帧(步骤S42)。如果在步骤S43判断出示接收到其它广播帧，则流程返回到步骤S41。如果判断出接收到其它广播帧，则流程进入到步骤S44，将接收到的广播帧中的优先级与其自己的优先级进行比较，如果未接收到优先级更高的广播帧，则流程返回到步骤S41；如果接收到优先级更高的广播帧，则进入到步骤S45，认为发出该广播帧的设备为主设备，然后自己进入到备份状态。
下面根据图1所示结构的IP网络，例举一个热备份的例子。假设，服务器PD1的优先级为10，服务器PD2的优先级为20，服务器PD3的优先级为30。当网络设备，即服务器PD1、PD2和PD3刚开启时，由于服务器PD1的优先级为10，最高，服务器PD1、PD2和PD3都认为服务器PD1为主设备，服务器PD1进入主设备状态，定时(例如每隔30秒)发出包含其优先级信息和地址信息的广播帧。其它服务器PD2和PD3进入备份状态，定期侦听IP网络。如果此时服务器PD1发生故障，而不能正常工作。此时，作为备份设备的服务器PD2和PD3在2个30秒，即1分钟期间内未收广播帧，则服务器PD2继续等待与其优先级相关联的等待时间，即等待20秒，在该等待时间内，继续侦听IP网络。服务器PD3也继续等待与其优先级相关联的等待时间，即等待30秒，在该等待时间内，也继续侦听IP网络。由于服务器PD2的优先级高于服务器PD3的优先级，所以服务器PD2的等待时间比服务器PD3的等待时间短，先发出包含其优先级信息和地址信息的广播帧。服务器PD2在等待时间结束后，即20秒后，仍未收到新的广播帧，则进入到主设备状态，认为自己为主设备，然后通过IP网络发出包含其优先级和地址信息的广播帧。服务器PD3在其等待时间内接收到服务器PD2发出的广播帧，取出该广播帧中的优先级信息，与其优先级进行比较，然后判定服务器PD2为主设备，自己继续保持在备份状态。
如果，过了一段时间之后，服务器PD1被修复，重新开启。此时，服务器PD1在IP网络上侦听到服务器PD2发出的广播帧。经过比较后，发现服务器PD2的优先级低于其，因此，就进入主设备状态，认为自己为主设备，并通过IP网络发出自己的广播帧。而此时，正处于主设备状态的服务器PD2在定期发出广播帧的同时，也在侦听IP网络，当其接收到优先级大于其的广播帧时，就认为该设备为主设备，然后自己进入备份状态。
以上仅以实施例描述了本发明的实施例，利用本发明的原理和构思可以对上述实施例进行多种变化和改动，因此，这些不脱离本发明精神和范围的变化和改动都应包含在本申请的权利要求范围内。
权利要求
1.一种IP网络设备的热备份方法，其中，IP网络包含多个需要备份的IP网络设备，所述方法包含下列步骤为所述多个IP网络设备中每个IP网络设备设置优先级；当所述IP网络设备启动时，该IP网络设备进入启动状态；所述IP网络设备先侦听是否有广播帧，如果有，则取得包含在所述广播帧中的地址信息和优先级信息，并将所述取得的优先级与其自己的优先级进行比较，如果其自己的优先级小于所述取得的优先级，则判断发出所述广播帧的IP网络设备为主设备，自己为备份设备，然后进入备份状态；反之，则认为自己为主设备，进入主设备状态；如果在过了一段预定时间之后，所述IP网络设备未收到广播帧，则认为IP网络中不存在主设备，认为自己是主设备，进入主设备状态；所述备份状态包含下列步骤所述备份设备不断侦听所述IP网络中所述主设备发出的广播帧；如果在预定时间内收到所述广播帧，则所述备份设备认为所述设备工作正常，仍保持其备份状态；如果在预定时间之内收到优先级比当前所述主设备更高的IP网络设备发出的广播帧，则就认为其为主设备，然后，根据其广播帧中包含的地址信息，接收该新的主设备发出的广播帧；如果在预定时间内未收到所述主设备发出的广播帧，则进入重选择主设备状态；所述重选择主设备状态包含下列步骤所述备份设备等待一段与其优先级相关的等待时间，在所述等待时间内，继续侦听所述IP网络；如果在所述等待时间内收到广播帧，则认为发出该广播帧的IP网络设备的为新的主设备，所述备份设备重新进入备份状态；如果在所述等待时间内未收到广播帧，则认为自己为主设备；进入主设备状态；所述主设备状态包含下列步骤所述主设备每隔一预定时间通过IP网络发出包含地址信息和优先级信息的广播帧；所述主设备侦听所述IP网络；如果收到优先级更高的网络设备发出的广播帧，则所述主设备进入备份状态；如果未收其它广播帧，则继续每隔一预定时间发出广播帧。
2.如权利要求1所述的热备份方法，其特征在于，所述IP网络设备的优先级用二进制参数0-255进行配置。
3.如权利要求1所述的热备份方法，其特征在于，所述主设备每隔一预定时间发出广播帧中的预定时间为30秒。
4.如权利要求2所述的热备份方法，其特征在于，所述等待时间等于相应网络设备的优先级。
全文摘要
本发明提供一种IP网络设备的热备份方法,本方法利用IP网络中其他同类设备作为备份设备。每个设备有一个优先级。主设备定时发出包含其优先级和地址信息的广播帧。其它备份设备定时侦听广播帧。当主设备出现故障时,备份设备不能接收到广播帧,在一段与其优先级相关联的等待时间之后发出广播帧,其它备份设备根据优先级的大小来判断主设备。
文档编号G06F15/16GK1302022SQ9912702
公开日2001年7月4日 申请日期1999年12月29日 优先权日1999年12月29日
发明者沈振宇, 黄莺波, 吴志远, 王翔, 高汉中 申请人:上海龙林通讯技术开发有限公司