一种基于ip协议扩展的网络冗余容错方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种基于IP协议扩展的网络冗余容错 方法及系统。
【背景技术】
[0002] 网络通信在智能变电站自动化系统中起着重要作用。为了避免通信故障对系统通 信安全造成不良影响，需要进行网络冗余通信设计。
[0003] 现有的冗余通信设计方案，或对硬件和网络拓扑有依赖，导致部署应用环境复杂 和应用成本较高；或在发生链路故障时候，切换时间较长，不能满足实时性要求。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于IP协议扩展 的网络冗余容错方法及系统。
[0005] 本发明以Linux操作系统为平台，在内核协议栈的IP网络层，通过对IP协议进行 扩展为冗余网络通信提供了一种全新的解决方案。
[0006] 本发明对IP协议扩展主要体现在以下三个方面：
[0007] (1) IP选项的扩展。包括专有IP选项的定义及其处理。
[0008] (2)在IP协议数据包的发送路径上增加冗余数据发送处理分支。
[0009] (3)在IP协议数据包的接收路径上增加冗余数据接收处理分支。
[0010] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于IP协议扩展的网络冗余容 错方法，包括数据包发送端的如下发送步骤：
[0011] 步骤la，接收传输层发送的数据包；
[0012] 步骤2a，判断所述数据包是否属于冗余通信，如果是执行步骤3a，否则执行步骤 4a ；
[0013] 步骤3a，通过IP协议扩展的网络冗余流程处理所述数据包，执行步骤5a;
[0014] 步骤4a，通过协议栈正常流程处理所述数据包，执行步骤5a;
[0015] 步骤5a，经链路层发送所述数据包。
[0016]本发明的有益效果是：本发明基于对IP协议进行扩展，完全基于软件实现，不依 赖特殊设备，对网络拓扑无要求，并具有单条链路故障时〇延时切换特性，可满足智能变电 站等领域对数据通信的高实时性和可靠性的要求。
[0017] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0018] 进一步，步骤3a的具体实现为：
[0019] 步骤3. la，查看主包路由缓存是否存在，如果是执彳丁步骤3. 2a，否则执彳丁步骤 3. 4a ；
[0020] 步骤3. 2a，构建主包专有IP选项，复制主包生成从包，经主链路发送主包，发送成 功则更新主包发送计数，否则记录主包发送失败；
[0021] 步骤3. 3a，取从包，为从包进行路由，路由成功则修改从包配置参数，经从链路发 送从包，发送成功则更新从包发送计数，否则记录从包发送失败，执行步骤3. 5a，如果路由 失败则记录从包发送失败，执行步骤3. 5a ;
[0022] 步骤3. 4a，为主包进行路由，路由成功执行步骤3. 2a，否则复制主包生成从包，构 建从包专有IP选项，为从包进行路由，路由成功则经从链路发送从包，发送成功则更新从 包发送计数，否则记录从包发送失败，执行步骤3. 5a，路由失败则记录从包发送失败，执行 步骤3. 5a ;
[0023] 步骤3. 5a，判断主包和从包的发送情况，如果主包和从包均发送失败，则返回发送 失败，否则返回发送成功。
[0024] 采用上述进一步方案的有益效果：通过在IP网络层发送路径增加冗余发送分支 来实现冗余发送功能，实现了数据分流处理：普通IP数据包走协议栈正常发送流程；属于 冗余通信的IP数据包进入冗余发送分支处理。实现了正常协议通信和冗余通信相互独立、 互不干扰。
[0025] 进一步，步骤3. 2a中构建主包专有IP选项或步骤3. 4a中构建从包专有IP选项 的具体实现为：获取流水序列号、本半轮发送时间戳和主从标志按照通用IP选项的格式组 成专有IP选项，相应添加到主包IP协议头或从包IP协议头。
[0026] 进一步，步骤3. 2a中修改从包配置参数的具体实现为：将从包目的IP替换为接收 端主机从网卡IP，将由主包复制得来的从包的专有IP选项的主从标志替换为从标志。
[0027] 进一步，还包括数据包接收端的如下接收步骤：
[0028] 步骤lb，接收端接收数据包，判断所述数据包是否属于冗余通信，如果属于则执 行步骤2b，否则执行步骤5b ;
[0029] 步骤2b，解析接收到的数据包的专有IP选项，获取所述数据包的流水序列号、本 半轮发送时间和主从标志；
[0030] 步骤3b，根据主从标志，判断所述数据包的类型，如果是主包，执行步骤3b，如果 是从包，将从包的目的IP替换为接收端主机的主网卡IP，执行步骤3b ;
[0031] 步骤4b，根据流水序列号和本半轮发送时间戳判断所述数据包是否为重复包，如 果是则进行丢弃处理，否则接收所述数据包，结束处理流程；
[0032] 步骤5b，通过协议栈正常接收所述数据包，结束处理流程。
[0033] 采用上述进一步方案的有益效果：通过在IP网络层接收路径上增加冗余接收分 支来实现冗余接收功能，实现了数据分流处理：普通IP数据包走协议栈正常接收流程；属 于冗余通信的IP数据包进入冗余接收分支处理。冗余接收主要目的是为了丢弃重复包，对 于携带同一序列号的两个数据包，对于先到达的进行接收，后到达的予以丢弃，最终实现唯 一接收。
[0034] 进一步，上述技术方案还包括，
[0035] 步骤6b，对接收的冗余通信的数据包进行统计更新；
[0036] 步骤7b，根据数据包统计数据对主从链路运行状态进行检查，发现故障进行告 警；
[0037] 步骤8b，将接收的数据包向上层协议投递。
[0038] 采用上述进一步方案的有益效果：另外在冗余接收中还对主从链路运行状况进行 监控，即链路故障告警功能。
[0039] 进一步，所述步骤4b的具体实现为：
[0040] 步骤4. lb，获取所述数据包的流水序列号和本半轮发送时间戳；
[0041] 步骤4. 2b，将本半轮发送时间戳与本地缓存的接收状态缓存位图比较，当属于前 半轮时，比较结果分三种情况，
[0042] 当本半轮发送时间戳小于JIFFIES_L时，丢弃所述数据包，返回1，
[0043] 当本半轮发送时间戳大于JIFFIES_L时，用本半轮发送时间戳更新JIFFIES_L，将 接收状态缓存位图前半部所有位清零，序列号对应位图位置置1，接收所述数据包，返回〇，
[0044] 当本半轮发送时间戳等于JIFFIES_L时，根据流水序列号查询接收状态缓存位图 的相应位，判断查询到的位图位，若为0,则将其置为1，接收所述数据包，返回0,若为1，丢 弃所述数据包，返回1 ;
[0045] 当属于后半轮时，比较结果分三种情况，
[0046] 当本半轮发送时间戳小于JIFFIES_H时，丢弃所述数据包，返回1，
[0047] 当本半轮发送时间戳大于JIFFIES_H时，用本半轮发送时间戳更新JIFFIES_H，将 接收状态缓存位图后半部所有位清零，序列号对应位图位置置1，接收所述数据包，返回〇，
[0048] 当本半轮发送时间戳等于JIFFIES_H时，根据流水序列号查询接收状态缓存位图 的相应位，判断查询到的位图位，若为0,则将其置为1，接收所述数据包，返回0,若为1，丢 弃所述数据包，返回1。
[0049] 进一步，步骤5b中根据数据包统计数据对主从链路运行状态进行检查，发现故障 进行告警的具体实现为：
[0050] 步骤6. lb，判断接收的数据包的类型，如果是主包，执行步骤6. 2b，如果是从包， 执行步骤6. 3b ;
[0051] 步骤6. 2b，主链路收包数加1，主链路报警计