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ATCA IP地址分配的机制和策略
作者:Emerson 袁树风 彭友/文    时间:2008-06-02 10:29:58  来源:  通讯世界
浏览次数:18708

针对通信及数据网络融合应用提出的先进通信计算架构平台ATCA是开放式、可互操作的电信行业标准,有广泛的厂商和组件选择,标准平台支持灵活开发和配置的重复使用,是一种高级电信计算架构,它的设计系统能达到最小99.999%的可用性,提供为安全服务的备份功能,支持热插拨,确保不中断工作,最大带宽可达2.5T,支持不同的协议,每板高达200瓦的散热功能。凭借其提供的高带宽连接、每插槽更大的功率、强大的机架管理功能、易于扩展性、高可用性以及良好的标准化特性,它正在成长为新一代的电信级模块化通信平台架构。

其中最主要的标准为PICMG3.0和3.1标准,从中可以找到目前电信工业互联的一个大趋势就是IP化。作为一个通信系统平台,其内部结构亦使用全IP的方式来构建逻辑系统单元,一般而言,刀片和机箱管理器作为主要的智能单元需要提供初始IP地址用于各逻辑单元的系统互联。

本文对ATCA通信服务器在多机箱系统的IP地址分配上做了一个系统的设计分析。

基于DHCP的IP地址分配架构
在传统IT领域,IP地址分配大多由DHCP来实现。DHCP是Dynamic Host Configuration Protocol(动态主机分配协议)缩写。D H C P在RFC 2131和2132中定义,更早的相关文件可以查看RFC1533,1534,1541和1542。

整个DHCP的分配过程可以分为4个部分:(1)IP租用请求;(2)IP租用提供;(3)租约应答;(4)租约确认。如图1所示。

在ATCA构建的系统中,往往由系统管理单板来做初始的IP地址分配,在集群处理的系统中比如IPTV或短消息处理中心等应用中,由于各负荷单板的地位均等,除系统管理器外的单板均可以直接向系统管理单板申请IP地址。在系统管理单板上,可以直接定义一个IP 地址池,各负荷单板可以直接申请。该方案配置简单不需要做过多规划,Linux 下dhcpd配置文件是/etc目录中的名为dhcpd.conf的文件。在Linux的环境下直接由:“etc/init.d/dhcp start”启动服务即可完成。

几个需注意的要点是:
1.机箱管理器Shmc的IP地址。该地址一般为半固定,由于Shmc在逻辑上先于各逻辑单板启动,在DHCP服务器位于ATCA系统内部时Shmc无法从DHCP服务器得到IP。在机箱的FRU(现场可更换单元)信息中有shelf manager IP connection record (SMICR)这条记录可以包括Shmc的IP地址信息。具体参考PICMG 3.0 R1.0 规范中的3.3.1.2节。同时,由于Shmc均为主备配置,备用的Shmc和主用Shmc间的IP地址协商也在作主备竞争时确定了,比如定义备用在第4 个字段上为主用+1。

2.交换刀片的IP地址。交换刀片承担主要的数据通路建立的职责,在建立通路的同时,一般要给该刀片上管理处理器CPU一个IP, 有时是多个IP。需要注意的是主备间共用的IP均需要预先配置。并且在主备间必须先做好协商,其虚拟IP同样可以在SMICR中配置。

3.DHCP服务器的IP地址。一般在一个系统中仅配置一个DHCP服务器,该DHCP的IP一般为外部网管配置。

4.增强型的DHCP。一些厂家为了在ATCA的IP地址分配中更加细化分配的策略,对DHCP作了一些增强。比如Emerson的交换刀片就包含有按槽位分配IP地址的DHCP配置选项。该选项可以允许DHCP按槽位给每一个刀片做manual leases来指派IP地址。

当然对于这些增强功能并不是在所有交换刀片上都是可得到的,一个重要的特点是必须是在可管理的交换刀片上并辅以运行在管理处理器上的软件。

使用映射算法的IP地址分配
使用前述DHCP的好处是不需要过多的负荷刀片上软件的参与,但是也带来一定的困惑就是整个系统的IP地址映射图并不一定是固定的,在很多应用领域,比如拥有较多IO模块的接入和网关设备(RNC, MGW等),一个物理槽位对应的逻辑模块并不是完全自由配置的,受到配线以及人机工程设计的影响,需要大量的使用固定槽位固定IP的地址分配的策略。

在这种需求下IP地址必须为:IP Address = f (x,y)  x为槽位,y为机箱号。

其中对多机架系统,机箱号必须涵盖机架号。具体在实现上,预设字段和机箱号可以从Shmc上读到,每一个刀片Boot过程就可以读取这些信息,当然要求其处理器和IPMC间有良好的数据通道。对系统管理刀片可以从开放硬件接口(HPI)中直接从Shmc获得相关信息。并且通过本板的IPMC获取自己的槽位号。对于非系统管理刀片,全部信息均需要由本板IPMC从Shmc读取,而处理器则从IPMC接口得到。

同样没有免费的午餐,在简单化设计的同时也需注意一些要点是:
1.内外网的隔离。在使用映射算法时为了保证每个槽位的IP地址足够,一般均预留多个IP,并且由于算法的设计不同,多数会使用连续的地址段。而在实际开局阶段不会有多段符合要求的地址供设备使用,需要做网络的隔离,才能保证ATCA系统内网的IP地址不会对全网产生影响。

2.必须存在处理器和IPMC间的数据通道。

3.为多处理器单板预留足够多IP地址段。

4.AMC的IP地址分配设计定。AMC是ATCA上的子卡标准,可以由ATCA载板来承载。一个AMC可以获取自己的地址号,也可以通过AMC载板来获取载板的槽位号,但是比较复杂的是如何使得AMC获得自己所在的机箱号。一个可行的办法是使用载板的处理器预先获得机箱号,而后每一个AMC启动后均向该载板处理器来询问自己的IP地址。

结论
ATCA之所以在通信领域得以获得广泛认同,其对全IP化的支持不能不说是一个重要原因。在系统设计阶段,内部IP地址分配是必须考虑的重要一环。根据不同的应用类型可以采用不同的IP分配策略。其中主要需要对所消耗的资源和实现的复杂性上有一个平衡的考虑。一些主流的通信服务器厂家如Emerson不仅提供产品,在建议书阶段也愿意和用户讨论系统构建的策略。由于这些厂家自身在系统构建上的设计流程已经考虑若干应用场景,再结合用户具体的应用输入,从时间和效率上能提供更为完整的分析。它帮助电信设备制造商快速的完成并实现系统设计,比如预设对内部IP地址的分配和管理机制,并使自身产品快速地被运营商接受。由此设备商可以在基于ATCA标准的模块化电信基础架构平台上快速推出具有自身特色的电信级产品,紧跟市场需求,并将更多资源用于灵活地为运营商提供客户化服务。 

标签:   ATCA  IP
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