专利名称：一种基于以太网的交互式智能化树形拓扑实现技术的制作方法
技术领域：
本发明是一种便捷、易用、可交互的网络链路拓扑实现技术，主要应用在复杂的网络通信环境中。该技术采用全新的链路自愈算法以及链路拓扑查找算法，可使得网络的管理工作具有较好的交互性，同时也将使得链路在出现冗余和断链时能使链路达到最佳的通信状态。
背景技术：
随着以太网技术的快速推广应用，越来越多的各类网络设备被接入网络中。所有的終端网络设备都是借助于交换机互连组成小型网络，再通过路由器组成大型网络。エ业的现代化及设备的智能化，正是依赖于网络设备自身功能的不断增强而实现。这ー过程中，エ业以太网交换机扮演着非常重要的角色。在复杂的通信网络中，交換机不仅需要能学习整个网络中各网络设备的MAC，还需要能正确识别各种类型的数据帧并将其送达到正确的 设备。与此同时，交換机在软件的帮助下，能可靠的抑制网络中出现的风暴以及快速的恢复重要的通信链路。エ业现场的环境往往比较复杂，为了保证各类设备在各种未知的情况下依然能保持正常通信，这就需要エ业型以太网交換机具有链路备份的功能。比如，在一个钢厂的自动化生产车间里，当控制机械设备正常工作的通信链路出现功能故障时，备份链路能马上启用以确保控制终端与执行设备通信正常。如果交换机不具有这种功能，则当通信链路断链时控制终端发出的指令不能及时准确的到达执行器件，就会发生难以低估的损失。一般情况下，是使交换机支持RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol)或私有环网功能来解决。在两层网络中，RSTP是ー种非常有用且常见的协议。运行该协议的网络，能在复杂的网络链路中使得冗余的链路阻塞成备份链路。RSTP虽然能在网络中存在链路回环的情况下，避免其产生网络风暴；并能在某ー个链路断链的情况下，迅速恢复整个网络的通信。然而，这ー运行机制，使得网管人员难以及时的获得整个网络中每一条链路的变化情況。在某些大型行业的信息制造化过程中，网络覆盖的地域范围往往比较广袤。为了便于集中管理，可能由ー个管理中心控制整个网络。为了便于网络管理员对网络设备进行有效的管理，一般的网络设备都支持 SNMP (Simple Network Management Protocol)。SNMP采用管理端与服务端交互的模式，在两端之间传递UDP (用户数据报协议)。管理端通过ー系列的GET指令，向服务端的代理请求查询数据，代理响应请求后将查询结果返回给管理端。SNMP也支持服务端的代理，在某些事件发生时向管理端主动报告该事件。但是，一般基于SNMP协议的网管软件并不能及时、直接的获取到网络中链路的变化情况，它往往需要被管的网络设备能通过ー些辅助性的机制将这些变化信息发给网管软件。
发明内容
本技术正是在充分研究了 RSTP和SNMP基础上，巧妙避开两者先天的不足，借鉴了二者在网络通信中发挥的优势，将ニ种传统的成熟技术有机重构之后设计的ー种基于以太网的交互式智能化树形拓扑实现技木。借助于本技术方案，网管人员可以非常方便的配置自己需要的网络拓扑结构，而且可以动态的与变化着的网络拓扑进行交互。在网络设备管理中，为了实现管理者能与交換机可及时交互，以及交換机能智能的备份链路并及时的报告链路的变化情況。网络中各交换机以及管理終端所运行的软件能支持本技术所定义的报文格式。该报文中有几个是必须支持的字段，如用户命令标识(Ure_order_id)、主动发包周期(Trap_hello)、端口角色(Port_role)等。具体报文格式如附图I所示。Ure_0rder_id用来标示不同的命令，便于管理端和代理能快速响应对应的命令。Trap_hell0是ー个表示一段时间的量，这个量的大小直接影响管理者对网络状况的掌握情况。交换机上电后，各交换机均向其它交换机发送报文，通过这个报文的交换比对，同一个网络中有且仅有一个交换机被选举为中控机(central control machine)。与此同时， 还可通过该报文比对确定出网络中各端ロ是处于转发态或是处于阻塞态。各交換机依据自身MAC号和其预设在该交换机上优先级组成该交換机的ID，ID越小越易于成为整个网络中的中控机。中控机各端ロ永远都只处于转发态，各端ロ的优先级别可预先设定，也可依据其直接相连链路上流量大小自动调节。当该链路上可通过数据流量设定越大，其端ロ的优先级就越大。同一个网络中，交换机的ID越大，端ロ最易被阻塞。ID最大的交换机，其具有最低优先级的端ロ会被选择最先阻塞。网络稳定后，端ロ被阻塞的链路将成为备份链路。此时，网络中的中控交换机将向网络中所有交換机以及终端管理软件周期性的发送报文。发送该报文，是为了告知网路中的其他交換机当前网络状态，当后一次报文与前一次报文在报文内容上出现变动时，也即是表示网络状态要发生变化或者已经发生了变化。除中控机外的交換机，依据报文内容确定自身在网络中的角色，并及时更改交换机的状态。終端管理软件一旦捕获到中控机发来的报文，管理软件就依次遍历读取每个被控交换机的标识(govern_id)以及其各自端口角色。当网络中的链路拓扑结构发生变化时，变化处的交换机将首先主动向外发送报文，当新的主控交换机被选举出来后，主控交换机将向管理软件报告这ー变化情况。管理人员也可以通过报文中的Ure_order_id来随机的获取网络中的拓扑结构，同时也可以依据自己的需要来构造网络拓扑结构。本技术所采用的报文交換机制，是主动发送和及时随机响应方式。在自治的网络环境下，各交换机通过交换报文迅速形成主从式网络结构。再通过主控交换机主动触发网管软件遍历网络中各被控机的标识及其端口角色等。同时各交換机也能独立的随时响应网管软件，满足网管人员需读出各交換机状态或者人为重新设置网络拓扑结构的需求。报文处理机制流程如附图2所示。本技术的关出特点是I.良好的交互性采用本技术，可实现管理人员和被管设备之间动态交互。首先，被管设备能主动向管理人员报告自身在网络中的角色以及各端ロ的状态。其次，网络人员也可随时依据自身需要获取或者设置被管设备的端ロ状态。管理人员和被管设备之间，通过交互相同格式，不同内容的报文通信。2.自愈时间较快
本技术方案，通过交换机间比对报文并选举出主控交换机，及其它被控机的端ロ状态，从而很快形成ー个有序的网络拓扑结构。当链路一旦发生变化，主控机很快就获取该事件，井比对报文中的交換机标识决定是否继续占有主控机地位，如果不能重新获得主控地位，自身将成为被控机，使得网络迅速稳定。3.易于网络维护的特性由于，在本方案中，不论是原有网络拓扑发生变化，还是网络结构发生拓展，都会很快通知管理人员。同时管理人员也可依据エ业现场实际需求，可随时更改网络拓扑结构。4.较低的实现成本由于本技木，是在借鉴RSTP和SNMP各自优点的基础上实现的。因此，只要对实现这二者协议有一定基础的开发人员，都可以较容易的采用本技术进行开发。5.较高的可靠性经本公司研发人员长期的测试表明，该技术能可靠的实现上述特点。
图I是报文协议格式图。图2是报文处理机制流程图。图3是本技术工作原理图。
具体实施例方式下面结合附图3对本发明工作机制作进ー步说明。I.当交换机上电后，网络中各交换机均向其它交换机发送报文，通过这个报文的交换比对，同一个网络中有且仅有一个交换机被选举为中控机(central controlmachine)。与此同时，还可通过该报文比对确定出各交換机端ロ是处于转发态或是处于阻塞态。2.当网络稳定后，被控交换机C的一个端ロ被阻塞，该交换机这个端ロ与主控交换机物理链路成为备份链路。过后，中控交换机将向网络中所有交换机以及管理站周期性的发送报文。3. 一旦管理站软件捕获到中控机发来的报文，管理软件便依次读取每个被控交換机的标识(govern_id)以及其各自端口角色。4.当网络中的链路拓扑结构发生变化吋，变化处的交换机将首先主动向外发送报文，当新的主控交换机被选举出来后，主控交换机将向管理软件报告这ー变化情况。 5.管理人员也可以通过报文中的Ure_order_id来随机的获取网络中的拓扑结构，同时也可以依据自己的需要来构造网络拓扑结构。
权利要求
1.基于以太网的交互式智能化树形拓扑实现是ー种便于两层网络能快速自愈和交互式管理的技术，其特征是所有交換机均应支持本技术所定义的报文格式，报文处理时须先选举出中控交换机，再由它主动向管理软件发送报文，同时需要管理软件能借助报文可随时读取或者配置网络拓扑结构。
2.根据权利要求I所述的基于以太网的交互式智能化树形拓扑技术，其特征是 统一的报文格式是实现本技术所描述功能的基础，只有支持该报文的网络才能实现交换式网络管理及网络链路冗余备份功能。
3.根据权利要求I所述的基于以太网的交互式智能化树形拓扑技术，其特征是当网络拓扑结构稳定后，只有主控交换机拥有对外发送报文的权限，因而它是维护整个网络稳定及促使网管软件学习网络拓扑结构的重要角色。
4.根据权利要求I所述的基于以太网的交互式智能化树形拓扑技术，其特征是网络中，每个交換机都应能独立发送和接受本技术所定义的报文，当管理人员需要对网络链路进行操作时，只需要发送相对应的报文即可。
全文摘要
本发明是一种基于以太网的交互式智能化树形拓扑实现技术，该技术能实现对复杂网络的交互式管理以及网络自身智能化的自愈和链路备份能力。网络中的各交换机上电后，第一时间向外发送本发明中所定义的报文。交换机接收到报文后，就对报文中的关键项进行比对，从而选举出中控交换机和被控交换机，以及各交换机端口的角色。当网络拓扑结构稳定之后，主控交换机主动向管理端软件发送报文。管理软件收到主控交换机发来的报文后，开始依次获取每个交换机的标识及端口角色。
文档编号H04L12/24GK102655461SQ20121006511
公开日2012年9月5日 申请日期2012年3月13日 优先权日2012年3月13日
发明者周厚明, 杨志 申请人:武汉迈威实达软件有限公司