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ForCES控制件的高可用性研究与设计
摘要：
随着网络技术的不断发展和普及，网络设备的智能化和可编程化需求越来越高。传统网络设备中，控制平面和数据平面紧密耦合，并且缺乏标准化的软件接口，导致应用开发和部署困难。为此，一种名为ForCES的网络架构应运而生，通过将控制平面和数据平面解耦，在不同计算设备上实现控制逻辑的部署和执行。本文主要围绕如何提高ForCES控制件的高可用性展开，介绍了ForCES控制件的基本架构、高可用性需求和解决方案，并阐述了设计和实现过程中需要关注的关键技术和注意事项。
关键词：ForCES，控制件，高可用性，架构，技术，注意事项。
一、引言
ForCES（ForwardingandControlElementSeparation）是Cisco公司自2004年提出的一种新型的网络架构，主要基于控制平面与数据平面之间的分离，旨在提高网络设备的可编程性和灵活性，减小网络设备的产品开发和部署难度，从而更好地适应网络不断变化的需求。其中，控制平面和数据平面之间的接口被定义为ForCES接口，ForCES控制件即是指运行在ForCES接口上的控制模块，它负责管理设备的控制平面，处理各种数据和事件以保证网络正常运行。
然而，由于ForCES控制件是网络设备的重要组成部分，其工作状态的可靠性和稳定性对整个网络的稳定性和性能都具有重要影响。因此，如何提高ForCES控制件的高可用性是一个重要的问题和挑战。
本文主要从以下几个方面对ForCES控制件的高可用性进行深入研究和探讨：
1.ForCES控制件的基本架构介绍及其高可用性需求
2.ForCES控制件高可用性的解决方案设计
3.ForCES控制件高可用性的关键技术和注意事项
二、ForCES控制件的基本架构及其高可用性需求
ForCES控制件的基本架构主要包括以下四个组件：控制器、控制单元、数据平面、控制平面。
其中，控制器是整个ForCES网络的中心节点，负责各个控制单元之间的协调和管理，同时也是与其他网络的接口。控制单元是对相应数据平面设备进行管理和控制的软件模块。数据平面指运行数据转发功能的硬件设备。控制平面指ForCES控制件所在的平面，负责对数据平面进行管理和控制，处理各种数据和事件信号，从而实现对整个设备的控制和管理。
因此，对于ForCES控制件而言，高可用性需求主要表现在以下三个方面：
1.多控制器支持：由于ForCES网络的控制功能主要依赖于控制器，因此对于多个ForCES网络来说，需要支持多控制器的部署，从而实现控制逻辑的高可用性。
2.控制单元状态监控：控制单元是管理和控制数据平面设备的核心模块。为保证ForCES网络的正常运行，需要对控制单元状态进行实时监控，当控制单元出现异常或故障时，需要及时切换到备份控制单元，从而保证ForCES网络的可靠性和稳定性。
3.数据平面设备的冗余设计：数据平面设备是ForCES网络运行的基石，因此必须对其进行冗余设计，从而实现网络的高可用性。冗余设计可以是设备级冗余或者模块级冗余，以保证ForCES网络出现故障时能够快速地实现自动切换。
三、ForCES控制件高可用性的解决方案设计
在ForCES控制件高可用性解决方案设计中，我们主要关注以下几个方面：
1.多控制器支持设计
多控制器支持是提高ForCES网络高可用性的重要措施之一。多控制器支持可以采用活动-备份（Active/Standby）或者活动-活动（Active/Active）两种模式。在Active/Standby模式中，主控制器负责所有工作，而备份控制器保持空闲状态，等待主控制器发生故障时接管控制权。在Active/Active模式中，所有控制器都活跃运行，处理网络数据和管理功能。为了实现多控制器支持，需要在控制器之间建立控制通信信道，并进行就地故障转移（In-ServiceSoftwareUpgrade，ISSU）和高可用路由等保护机制。
2.控制单元状态监控设计
控制单元状态监控是实现ForCES控制件高可用性的关键措施之一。通过对控制单元的状态进行实时监控，可以及时发现控制单元出现故障或异常情况。为了实现控制单元状态监控，需要在控制单元之间建立状态同步信道，实时传递状态信息。同时，还需要配置控制单元间的心跳检测机制，及时发现控制单元运行状态异常。
3.数据平面设备的冗余设计
数据平面设备的冗余设计是保证ForCES网络高可用性的重要措施之一。冗余设计可以采用设备级冗余或者模块级冗余，以保证在出现故障时能够快速实现自动切换。设备级冗余通常采用主-备份模式，即两个设备互为备份，其中一个设备为工作设备，另一个设备为备份设备。当工作设备出现故障时，备份设备可以快速接管工作，从而保证网络的高可用性。
四、ForCES控制件高可用性的关键技术和注意事项