一种网络通信方法与流程

本发明涉及一种网络通信方法，尤其涉及一种TCP/IP模型中网络互联层协议，属于通信
技术领域：
。
背景技术：
：现有的IPv4(InternetProtocolversion4，互联网协议版本4)缺少前瞻性。IPv6(InternetProtocolversion6，互联网协议版本6)是没有摆脱IPv4框架的升级，存在以下缺点：一、IP(InternetProtocol，因特网协议)地址和MAC(MediaAccessControl，媒体访问控制器)地址方面：1.IPv6对IP地址的重要性考虑的不全面，所以IP地址的层次人为划分，且128位中只有61位(从第4位到第64位)表达拓扑结构，不足以体现万物自然层级关系，聚合性不是最佳，以后需要网络扩展时，会加重这一缺点。更重要的是，这会使得众多网络技术复杂、低效、不安全，甚至无法实现。2.为了集中统一管理IP地址，一般中大型局域网，需要DHCP(DynamicHostConfigurationProtocol，动态主机配置协议)专门服务器，硬件要求高。3.为了确定节点的位置，MAC地址和IP地址必须建立映射关系，这容易产生ARP(AddressResolutionProtocol，地址解析协议)和RARP(ReverseAddressResolutionProtocol，逆向地址解析协议)的欺骗。分组包经过路由器必须被更换MAC，重新解、封包，否则无法到达下一跳。这将增加路由器负担，增加网络延迟。二、局域网方面：1.所有路由器必须运行IGP(InteriorGatewayProtocol，内部网关协议)，消耗带宽和自身CPU资源大，路由表大，收敛时间长，每台路由器都可能产生路由震荡。2.如果IGP出故障，将不能通信。3.全网断电恢复后或在发生路由器变动的情况下，需要IGP收敛完毕才能全网通信，即时性不佳。4.路由器产生路由震荡，抑制期，不能通信。5.路由选择时，分组包中目的IP需要先和子网掩码“与”，得到结果才能和对应路由条目匹配，增加路由器负担，增加网络延迟。三、广域网方面：1.BGP(BorderGatewayProtocol，边界网关协议)要申请独立于IP之外的AS(AutonomousSystem，自治域系统)号。2.骨干路由表复杂。由此可见，现有技术的IPv6需要进一步改进。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种网络通信方法，解决以下技术问题：1.在IP地址和MAC地址方面，根除ARP和RARP欺骗，减轻路由器负担，减少网络延迟，省略DHCP服务，降低管理层级有序码IP地址的难度。2.在局域网方面，更少消耗自身CPU和网络带宽资源，减少路由条目，减少IGP收敛时间，减小路由震荡范围，增强网络健壮性，提高通信的即时性，增强网络互连性，降低路由器工作负担，增加转发速度。3.在广域网方面，使层级有序码IP地址自带AS号，简化骨干路由表。本发明的目的通过以下技术方案予以实现：一种网络通信方法，建立层级有序码IP地址的方法如下：定义1：在有根的有序树中，对于父节点编码是A的某个节点，它是父节点的第B个子节点，A和B用间隔符号“，”顺次连接，生成的新编码A,B就是此节点的层级有序码，并指定一个阿拉伯数字作为根节点的层级有序码；定义2：有根的有序树中存在环路，且节点拥有层级有序码，则是有根的层级有序码连通图；有根的层级有序码连通图可看作有根的无环或有环层级有序码树；定义3：有根的层级有序连通图去掉根，且所有层级最少的节点仅依靠它们自己能连通，则是无根的层级有序码连通图；无根的层级有序码连通图可看做无根的无环或有环层级有序码树；有根的或无根的层级有序码连通图互连，且有根的或无根的层级有序码连通图中所有层级最少的节点只通过它们自己就能连通，则是广域网模型；所述层级有序码要成为IP地址，需满足以下两个条件：(1)为了在路由选择时具有逐位可比性，同一个父节点的所有子节点的序号转化为二进制时长度统一；(2)为了高效传输，所有节点的层级有序码的二进制总长度统一成128位，不足位的尾部补0；这种IP地址称为层级有序码IP地址，它的层级有序码部分称为层级有序码IP地址的有效码，层级有序码IP地址是分配给整个节点的，而不是给节点各个接口的。本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：前述网络通信方法，其中128位层级有序码IP地址不满足自然层次需求时，把超过的部分放在分组包的扩展头部。前述网络通信方法，基于层级有序码IP地址的局域网通信方法如下：1)判断路由器接口是否在环路上，路由器接口不在环路上，则接口不运行IGP，路由表只记录直连路径，这时邻居表就是路由表；若路由器接口在环路上，则接口可以运行各种IGP；2)所有路由器使用层级最多匹配规则转发分组包；所述层级最多匹配规则为：把分组中目的层级有序码IP地址与路由表中的所有层级有序码IP地址从左到右逐层比较；(1)如果层级最多匹配的只有一个，则选取它；(2)如果层级最多匹配的有多个：当此集合中只剩路由器子路径和自身路径，则丢弃分组包；否则选取有效码最短的一个，如果有效码最短的有多个，则按照随机规则选取一个或多个；宏观的层级最多匹配在二进制状态下，就是从左到右的逐位最多匹配。前述网络通信方法，所述判断路由器接口是否在环路上的方法为：1)非父子关系的路由器A和B连接时，各自产生一个“在环路上”的消息，此消息只向父路径发送，此消息中包含有路由器A的层级有序码IP地址IP1和B的层级有序码IP地址IP2，路由器A和B相互连接的两个接口都立刻做“在环路上”的标记；2)路由器C的层级有序码IP地址是IP3，IP3的有效码长度为N，路由器C的某接口接收到此消息，首先这个接口做“在环路上”的标记，然后检测：路由器C通向父路径的接口是否有“在环路上”的标记，若有，则停止转发此消息；若无，再检测IP1、IP2、IP3左边N位是否相等，如果相等，路由器C停止转发此消息；如果不等，路由器C通过某接口向它的父路径转发此消息，且这个接口做“在环路上”的标记，一直到局域网根节点还没有IP1、IP2、IP3左边N位三者相等的情况，也停止转发此消息。前述网络通信方法，基于层级有序码IP地址的广域网通信方法为：广域网使用BGP通信，但不需要申请独立于层级有序码IP地址之外的AS号，每个网络所有节点的层级有序码，从左到右连续相同的层级部分就是本网的AS号，也称为网络号，即层级有序码IP地址自带AS号；每个网络中层级最少的节点路由表记录规则：(1)内网路径：至少包括本路由器的层级有序码IP地址、本路由器的子节点层级有序码IP地址和所有内网层级最少的节点层级有序码IP地址，或许还有通过IGP获得的其他路径的层级有序码IP地址；(2)外网路径：本路由器如果和外网路由器直连，记录这个直连外网路由器的层级有序码IP地址；否则记录外网的AS号。与现有技术相比，本发明的有益效果是：对比于IPv6，本发明提高了局域网安全性，提升了网络速度，增强了网络健壮性，提高了通信即时性，降低了网络复杂度，减少了路由器负担，IP地址分配更简单自然。附图说明图1是层级有序码树图，也是无环路的局域网模型图；图2是有根的层级有序码连通图，也是有环路的局域网模型图；图3是无根的层级有序码连通图，可以有环路也可以无环路；图4是广域网模型图，可以有环路也可以无环路。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。本发明的目的是要在网络通信上比IPv6更加简单、高效、安全。本发明技术方案包括层级有序码IP地址的技术方案、应用于局域网通信的技术方案和应用于广域网通信的技术方案。一、层级有序码IP地址技术方案定义1：在有根的有序树中，对于父节点编码是A的某个节点，它是父节点的第B个子节点，A和B用间隔符号“，”顺次连接，生成的新编码A,B就是此节点的层级有序码，根据需要指定一个阿拉伯数字作为根节点的层级有序码；如图1中8或8,1或8,2,1,1。定义2：有根的有序树中存在环路，且节点拥有层级有序码，则是有根的层级有序码连通图。有根的层级有序码连通图可看作有根的无环(或有环)层级有序码树。如图2所示(图2环路数量为0时就是图1)，它是局域网模型。定义3：有根的层级有序连通图去掉根，且所有层级最少的节点仅依靠它们自己能连通，则是无根的层级有序码连通图。无根的层级有序码连通图可看做无根的无环(或有环)层级有序码树。如图3所示。有根的或无根的层级有序码连通图互连，且有根的或无根的层级有序码连通图中所有层级最少的节点只通过它们自己就能连通，则是广域网模型，如图4所示。层级有序码要成为IP地址，需要满足以下两个条件：(1)为了在路由选择时具有逐位可比性，同一个父节点的所有子节点的序号转化为二进制时长度统一。如父节点有序号为2和9的两个子节点，2的二进制为0010，9的二进制为1001。(2)为了高效传输，所有节点的层级有序码的二进制总长度统一成128位，不足位的尾部补0。这种IP地址称为层级有序码IP地址，它的层级有序码部分(即未补0之前的部分)称为IP地址的有效码，不同于IPv4中的“子网掩码”。层级有序码IP地址是分配给整个节点的，而不是给节点各个接口的。本发明的层级有序码IP地址具有以下优点：1.万物互连的网络就是连通图。网络的中转设备(如路由器)和终端设备(如电脑)等都可以看做连通图的节点。连通图的节点使用层级有序码技术之后，一个连通图就是一棵有根(或无根)有环(或无环)层级有序码树。所以层级有序码IP地址能体现万物之间自然的层级关系。更重要的是，这使得网络技术更加简单、高效、安全。且树形结构具有典型分形理论特征，所以无论网络如何扩展，都能保持上述优势。2.因为层级有序IP地址能体现节点的准确位置，所以不需要层级有序码IP地址和MAC地址建立映射关系，根除ARP和RARP欺骗，局域网更安全。因此，分组包不需要每经过一个路由器都被更换MAC地址，减轻路由器负担，减少网络延迟。所以MAC地址可以证明分组包的原始身份。而不需要从层级有序码IP地址中划分出一块来存放原始MAC地址。128位层级有序码IP地址可以用来表达拓扑结构的部分更多。3.因为父节点只负责分配子节点的层级有序码IP地址，所以无论网络大小，都不需要DHCP服务。降低了对层级有序码IP地址管理的难度。极端情况，128位层级有序码IP地址有可能仍不满足自然层次需求，需要把超过的部分放在分组包的扩展头部。这会增加网络末端路由器的负担，但不会影响网络中上层路由器寻址效率。因为路由表中有这种超128位的层级有序码IP地址才会受影响。但这也表明本发明体系支持有效码从1位长度到接近分组包长度的层级有序码IP地址。二、局域网通信技术方案：1.路由器接口不在环路上则不运行IGP，路由表只记录直连路径(这时邻居表就是路由表)；若路由器接口在环路上则可以运行各种IGP。判断路由器接口是否在环路上的方法：(1)非父子关系的路由器A和B连接时，各自产生一个“在环路上”的消息，此消息只向父路径发送，此消息中包含有路由器A的层级有序码IP地址(假设是IP1)和B的层级有序码IP地址(假设是IP2)。路由器A和B相互连接的两个接口都立刻做“在环路上”的标记。(2)路由器C(假设它的层级有序码IP地址是IP3，IP3的有效码长度为N)某接口接收到此消息，首先这个接口做“在环路上”的标记，然后检测：路由器C通向父路径的接口是否有“在环路上”的标记，若有，则停止转发此消息；若无，再检测：IP1、IP2、IP3他们左边N位是否相等。如果相等，路由器C停止转发此消息(三者相等说明路由器C是路由器A和B的最近祖先节点，即出现局域网内部环路)；如果不等，路由器C通过某接口向它的父路径转发此消息，且这个接口做“在环路上”的标记。一直到局域网根节点还没有三者相等的情况，也停止转发此消息(即出现局域网外部环路，如图2中7,5,4接入时的情况)。环路标记是给节点某些接口的，而不是给整个节点的。2.所有路由器使用“层级最多匹配”规则转发分组包。层级最多匹配规则：把分组中目的层级有序码IP地址与路由表中的所有层级有序码IP地址(路由条目)从左到右逐层比较；如果层级最多匹配的只有一个，则选取它；(1)如果层级最多匹配的只有一个，则选取它；(2)如果层级最多匹配的有多个：当此集合中只剩路由器子路径和自身路径，则丢弃分组包；否则选取有效码最短的一个，如果有效码最短的有多个，按照规则(如随机规则)选取一个或多个。宏观的“层级最多匹配”在二进制状态下，就是从左到右的“逐位最多匹配”。本发明的局域网通信技术方案具有以下优点：1.不在环路上的路由器接口不运行IGP，更少消耗自身CPU和网络带宽资源，减少路由条目，减少IGP收敛时间，减小路由震荡范围。2.在IGP出故障时，只要邻居表存在，依然可以全网通信。增强网络健壮性。3.路由器变动或全网断电恢复后，邻居表生成就能立刻全网通信(即不需要IGP收敛完毕)。提高通信的即时性。4.某路由器产生路由震荡，被处罚抑制期也能全网通信。与它直连的路由器邻居表中有它的层级有序码IP地址，但不用IGP通告出去，且此时不会继续产生路由震荡。增强网络互连性。5.路由选择时，分组包中的目的层级有序码IP地址直接和路由表条目匹配，而不需要先和有效码(子网掩码)“与”，降低路由器工作负担，增加转发速度。文中用[x]表示层级有序码IP地址为x的节点；用[x,x]表示层级有序码IP地址为x,x的节点；以此类推。为了更好的说明局域网通信的方法，结合图2，演示在不需要IGP的情况下，目的层级有序码IP地址为8,1,9的分组包在[8,3]中，如何到达目的地。图2中所有路由器只需记录直连路径(包括自身路径)，即邻居表就是路由表。一步：[8,3]的路由表目的接口8,308,3,118,3,2283根据最多匹配规则，第一层4个匹配，第二层无匹配，即层级最多匹配的有多个，且此集合中不只有本路由器子路径和自身路径，则选取有效码最短的一个，选择8，分组包从接口3发送出去，到达[8]。二步：[8]的路由表目的接口808,118,228,33第一层4个匹配，第二层1个匹配，即层级最多匹配的只有一个，选择8,1，分组包从接口1发送出去，到达[8,1]。三步：[8,1]的路由表目的接口8,108,1,118,1,22837,5,44第一层4个匹配，第二层3个匹配，第三层无匹配，即层级最多匹配的有多个，且此集合中只剩本路由器子路径和自身路径，分组包被丢弃。因为[8,1](父节点)清楚的知道自己没有[8,1,9](子节点)。三、广域网通信技术方案：广域网使用BGP通信，但不需要申请独立于层级有序码IP地址之外的AS号。每个网络所有节点的层级有序码，从左到右连续相同的层级部分就是本网的AS号，也称为网络号。即层级有序码IP地址自带AS号。如图4所示，网络1的AS号是8；网络2的AS号是5；网络3的AS号是9。每个网络中层级最少的节点路由表记录规则：(1)内网路径：至少包括本路由器的层级有序码IP地址、本路由器的子节点层级有序码IP地址和所有内网层级最少的节点层级有序码IP地址，或许还有通过IGP获得的其他路径的层级有序码IP地址；(2)外网路径。本路由器如果和外网路由器直连，记录这个直连外网路由器的层级有序码IP地址；否则记录外网的AS号。本发明广域网通信技术方案具有以下优点：1.层级有序码IP地址自带AS号；2.进一步简化了骨干路由表。为了更好的说明广域通信方法，结合图4，演示层级有序码IP地址自带AS号的实例。图4只显示了各个网络中的最上层节点。假设[9,3]有2个子节点[9,3,1]和[9,3,2]。[9,3]的路由表目的接口9,309,3,119,3,229,139,23839,449,555,26除上述实例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。当前第1页1 2 3