CN105391704A - 一种基于业务类型的配置端口隔离交换设备及应用方法 - Google Patents

一种基于业务类型的配置端口隔离交换设备及应用方法 Download PDF

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郭骞
冯谷
叶云
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Abstract

本发明提供了一种基于业务类型的配置端口隔离交换设备及应用方法，包括由交换芯片组成的交换模块、管理模块、关键功能分析模块、日志模块和存储模块；通过获取关键业务流功能集合cfa＝{bi}，制定规则库，并构建规则库与数据包VLAN的动态映射关系，以及判断规则库与数据包之间是否相匹配；实现对数据包的端口模式转换和VLAN转换功能。本发明提供的技术方案克服了当前接入网交换机设备静态VLAN隔离的局限性，降低了物理隔离卡规则的单一性，从而提升网络资源调度灵活性。

Description

一种基于业务类型的配置端口隔离交换设备及应用方法
技术领域
本发明涉及电力系统通信技术领域，具体涉及一种基于业务类型的配置端口隔离交换设备及应用方法。
背景技术
随着智能电网建设深化推进，电力信息通信网络上承载越来越多的业务。作为电力通信网的重要组成部分的终端通信接入网提供多种电力业务的接入功能。终端通信接入网采用的建设和运维模式是各个业务部门按业务系统独自建网，形成了多种业务、多张网络、多种通信方式并存的接入网现状。
为了隔离业务终端的接入，每个用户一般分配一个VLAN(VirtualLocalAreaNetwork虚拟局域网)，通过VLAN隔离将用户业务隔离，可以防止其他业务串扰或攻击。但是，因为VLAN的数量只有4096个，数量有限，而使用静态VLAN隔离需占用大量资源，因此在扩展性方面存在局限性。
发明内容
为弥补上述缺陷，本发明提供一种基于业务类型的配置端口隔离交换设备及应用方法，旨在解决当前接入网交换机设备静态VLAN隔离的局限性，降低物理隔离卡规则的单一性，实现网络资源灵活调度。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一种配置多业务承载接入的端口隔离交换设备，该设备包括：由交换芯片组成的交换模块、管理模块、关键功能分析模块、日志模块和存储模块；所述交换模块和管理模块之间通过PCI交换总线相互通信，以实现管理信息的交换；所述关键功能分析模块分别与管理模块、规则库、存储模块和日志模块相连。
优选的，所述交换模块，以实现非管理交换机的功能；
所述管理模块，用于调用软件功能，以实现VLAN或者MAC地址的转换；
所述关键功能分析模块，用于根据业务类型需求选择关键业务功能，获取关键业务流；
所述日志模块，用于记录设备运行数据和故障信息；
所述存储模块，用于存放数据。
优选的，所述管理模块的控制芯片分别设有业务监控单元和端口控制单元；其中，
所述业务监控单元，用于读取规则库，监控每个交换端口进入的数据包是否与规则库相匹配；
所述端口控制单元，用于对数据包进行VLAN转换和端口模式转换。
优选的，所述存储模块包括规则库，该规则库用于存放二分法寻址规则。
进一步地，所述端口控制单元包括：
第一端口控制子单元，用于对数据包进行处理，以实现VLAN转换功能；
第二端口控制子单元，用于对接收的数据包端口进行转换，将PVID变为Hybrid模式。
一种配置多业务承载接入的端口隔离交换方法，所述方法包括：
(1)根据业务类型需求选择关键业务功能，获取关键业务流功能集合cfa＝{bi}；
(2)对关键业务流功能集合cfa＝{bi}的数据进行分解，制定规则库；
(3)构建规则库与数据包VLAN的动态映射关系，判断规则库与数据包之间是否相匹配；若是，进入下一步对该数据包的控制；若否，则直接丢弃；
(4)自动进行VLAN动态分配；
(5)对数据包进行VLAN转换和端口模式转换；
(6)将控制结果更新至存储模块中，与规则库相匹配的规则一一对应。
优选的，所述制定规则库包括，将所述集合cfa＝{bi}中的每一种关键业务功能bi用基本六元组<SI,SP,DI,DP,Type,User>表示，形成规则库；其中，SI为源IP地址，SP为源端口号，DI为目的IP，DP为目的端口号，Type表示数据包的协议类型，User表示用户。
优选的，所述构建规则库与VLAN的动态映射关系包括，将交换芯片的初始端口均设置为安全端口，端口类型为trunk模式，PVID＝1；为每一个输入的数据包添加VLANtag1标识；并通过关键业务流功能集合cfa＝{bi}中的六元组<SI,SP,DI,DP,Type,User>与数据包匹配；若数据包与规则库中的任一规则相匹配，则对该数据包进行VLAN动态分配以及端口模式转换。
优选的，所述步骤(4)包括，采用设定的二分法寻址规则自动进行VLAN动态分配包括，当进入第一端口的数据包与规则一匹配时，其映射的VLAN范围为2～4094，初始映射为VLANPVID1＝(2+4094)/2。
优选的，所述步骤(5)对数据包进行VLAN转换和端口模式转换包括，将该数据包的VLAN标识由tag1变为tag2048后，再进行内部转发；将接收该数据包的第一端口的PVID变为Hybrid模式，PVID＝2048，标记该端口为隔离端口。
进一步地，当第二端口的数据包进入后，监控其匹配状态；若与规则一相匹配，则为该数据包添加VLAN2048标识，并将其转换为Hybrid模式，PVID＝2048；此时第一端口与第二端口之间的数据可以相互转发，形成同一隔离组；所述同一隔离组的隔离端口之间相互通信。
进一步地，若进入第三端口的数据包与规则一相匹配，则仍使用二分法进行VLAN动态分配；若PVID1＝2048已被占用，则PVID2＝PVID1-1；若PVID2同样被占用，则PVID3＝PVID1+1；若PVID3被占用，则PVID4向下使用二分法；若PVID4被占用，则PVID5向上使用二分法，以此类推。
进一步地，当第一端口业务流断开时，设置老化时间为20s；超过20s则自动释放规则1与VLAN2048之间的动态映射关系，第一端口转换为trunk模式，PVID＝1；此时该端口为安全端口，退出隔离组。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
1、提出基于接入网的业务建立相应的数据模型，设计更加贴近符合多业务承载网的安全接入需求，从而增强接入网的整体安全性。
2、只需在交换设备的管理板中增加相应控制芯片进行设定，借鉴原有的VLAN技术，不必使用额外的隔离芯片与安全芯片，节省成本。
3、端口模式可以自动转换，不拘泥于只能为隔离端口或安全端口，增加灵活性。
4、端口映射模式可根据老化时间动态释放分配，VLANID可重复使用，解决了因静态VLAN数量限制的资源局限性。
附图说明
图1为交换设备拓扑模型结构示意图；
图2为交换设备组成示意图；
图3为端口隔离方法流程图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为了解决现有接入网技术中进行端口静态隔离时由于需要占用大量资源而导致的扩展性差、以及灵活性差的问题，如图1和图2所示，提出一种配置多业务承载接入的端口隔离交换设备，包括：由交换芯片组成的交换模块、管理模块、关键功能分析模块、日志模块和存储模块；所述交换模块和管理模块之间通过PCI交换总线相互通信，以实现管理信息的交换；所述关键功能分析模块分别与管理模块、规则库、存储模块和日志模块相连。
本交换设备的管理模块可在32位或64位的CPU中选择，以相应的测试板为参照，经过必要的裁减和调整，形成管理模块。
该管理模块，用于调用软件功能，以实现VLAN或者MAC地址的转换；交换模块，以实现非管理交换机的功能；关键功能分析模块，用于根据业务类型需求选择关键业务功能，获取关键业务流；日志模块，用于记录设备运行数据和故障信息；存储模块，用于存放数据；其包括规则库，该规则库用于存放二分法寻址规则。
管理模块的控制芯片分别设有业务监控单元和端口控制单元；其中，
业务监控单元，用于读取规则库，监控每个交换端口进入的数据包是否与规则库相匹配；
端口控制单元，用于对数据包进行VLAN转换和端口模式转换。包括：
第一端口控制子单元，用于对数据包的处理，以实现VLAN转换功能；
第二端口控制子单元，用于对接收的数据包端口进行转换，将PVID变为Hybrid模式。
如图3所示，一种配置多业务承载接入的端口隔离交换方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)根据业务类型需求选择关键业务功能，获取关键业务流功能集合cfa＝{bi}；
(2)对关键业务流功能集合cfa＝{bi}的数据进行分解，制定规则库；包括，将所述集合cfa＝{bi}中每一种关键业务功能bi通过一个基本六元组<SI,SP,DI,DP,Type,User>表示，形成规则库；其中，SI为源IP地址，SP为源端口号，DI为目的IP，DP为目的端口号，Type表示数据包的协议类型，User表示用户。
(3)构建规则库与数据包VLAN的动态映射关系，判断规则库与数据包之间是否相匹配；若是，进入下一步对该数据包进行控制；若否，则直接丢弃；
构建规则库与VLAN的动态映射关系包括，将交换芯片的初始端口均设置为安全端口，端口类型为trunk模式，PVID＝1；为每一个输入的数据包添加VLANtag1标识；并通过关键业务流功能集合cfa＝{bi}中的六元组<SI,SP,DI,DP,Type,User>与数据包进行匹配；若数据包与规则库中的任一规则相匹配，则对该数据包进行VLAN动态分配以及端口模式转换。
(4)自动进行VLAN动态分配；采用设定的二分法寻址规则自动进行VLAN动态分配包括，当进入第一端口的数据包与规则一匹配时，其映射的VLAN范围为2～4094，初始映射为VLANPVID1＝(2+4094)/2。
(5)对数据包进行VLAN转换和端口模式转换；包括：将该数据包的VLAN标识由tag1变为tag2048后，再进行内部转发；将接收该数据包的第一端口的PVID变为Hybrid模式，PVID＝2048，标记该端口为隔离端口。
当第二端口的数据包进入后，监控其匹配状态；若与规则一相匹配，则为该数据包添加VLAN2048标识，并将其转换为Hybrid模式，PVID＝2048；此时第一端口与第二端口之间的数据可以相互转发，形成同一隔离组；所述同一隔离组的隔离端口之间相互通信。
若进入第三端口的数据包与规则一相匹配，则仍使用二分法进行VLAN动态分配；若PVID1＝2048已被占用，则PVID2＝PVID1-1；若PVID2同样被占用，则PVID3＝PVID1+1；若PVID3被占用，则PVID4向下使用二分法；若PVID4被占用，则PVID5向上使用二分法，以此类推。
当第一端口业务流断开时，设置老化时间为20s；超过20s则自动释放规则1与VLAN2048之间的动态映射关系，第一端口转换为trunk模式，PVID＝1；此时该端口为安全端口，退出隔离组。
(6)将控制结果更新至存储模块中，与规则库相匹配的规则一一对应。
实施例中，以业务系统数量为10，业务系统1的关键功能数为8为例，b1,则业务系统关键功能的报文的六元组的数量为10×8，则事先在规则库中写入80条规则数，业务系统1的关键功能1的报文1对应规则库中的<SI,SP,DI,DP,Type,User>1×1。对端口进行设定，所有端口初始状态均为安全端口，端口类型为trunk模式，PVID＝1，报文1进入端口1中时打上tag1标识,业务监控模块立即对该报文进行规则库匹配，匹配结果报文1与规则1<SI,SP,DI,DP,Type,User>1×1相符，则向端口控制模块发送消息。
端口控制模块立即对报文1进行VLAN转换，VLAN动态分配结果为PVID1＝(2+4094)/2，即VLAN2048被分配，与规则1形成映射关系<SI,SP,DI,DP,Type,User>1×1→VLAN2048,报文1进行VLAN转换由tag1变为tag2048标识，端口1模式变为Hybrid模式，PVID＝2048，加入隔离组1。
此时，端口2接入报文2，业务监控模块匹配发现与规则2相匹配，端口控制模块采用二分法进行VLAN映射过程发现VLAN2048已被占用，此时PVID2＝(2+4094)/2-1，即使用VLAN2047，报文2的VLANtag变为tag2047，端口2模式变为Hybrid模式，PVID＝2047，加入隔离组2。
端口3接入报文1，业务监控模块匹配结果为报文1与规则1相匹配，且与VLAN2048形成映射关系<SI,SP,DI,DP,Type,User>1×1→VLAN2048，此时端口控制模块跳过VLAN分配，直接将报文1的VLANtag转换为tag2048，端口3变为Hybrid模式，PVID变为2048，加入隔离组1。
断开端口1的报文连接，业务监控模块监测到数据包变化，超过20s，发送消息给端口控制模块，释放规则1与VLAN2048的映射关系，端口1恢复为Trunk模式，PVID为1；此时为安全状态，即可退出隔离组1。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (13)

1.一种配置多业务承载接入的端口隔离交换设备，其特征在于，该设备包括：由交换芯片组成的交换模块、管理模块、关键功能分析模块、日志模块和存储模块；所述交换模块和管理模块之间通过PCI交换总线相互通信，以实现管理信息的交换；所述关键功能分析模块分别与管理模块、规则库、存储模块和日志模块相连。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述交换模块，以实现非管理交换机的功能；
所述管理模块，用于调用软件功能，以实现VLAN或者MAC地址的转换；
所述关键功能分析模块，用于根据业务类型需求选择关键业务功能，获取关键业务流；
所述日志模块，用于记录设备运行数据和故障信息；
所述存储模块，用于存放数据。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述管理模块的控制芯片分别设有业务监控单元和端口控制单元；其中，
所述业务监控单元，用于读取规则库，监控每个交换端口进入的数据包是否与规则库相匹配；
所述端口控制单元，用于对数据包进行VLAN转换和端口模式转换。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述存储模块包括规则库，该规则库用于存放二分法寻址规则。
5.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述端口控制单元包括：
第一端口控制子单元，用于对数据包的处理，以实现VLAN转换功能；
第二端口控制子单元，用于对接收的数据包端口进行转换，将PVID变为Hybrid模式。
6.一种配置多业务承载接入的端口隔离交换方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)根据业务类型需求选择关键业务功能，获取关键业务流功能集合cfa＝{bi}；
(2)对关键业务流功能集合cfa＝{bi}的数据进行分解，制定规则库；
(3)构建规则库与数据包VLAN的动态映射关系，判断规则库与数据包之间是否相匹配；若是，进入下一步对该数据包的控制；若否，则直接丢弃；
(4)自动进行VLAN动态分配；
(5)对数据包进行VLAN转换和端口模式转换；
(6)将控制结果更新至存储模块中，与规则库相匹配的规则一一对应。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述制定规则库包括，所述集合cfa＝{bi}中的每一种关键业务功能bi用基本六元组<SI,SP,DI,DP,Type,User>表示，形成规则库；其中，SI为源IP地址，SP为源端口号，DI为目的IP，DP为目的端口号，Type表示数据包的协议类型，User表示用户。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述构建规则库与VLAN的动态映射关系包括，将交换芯片的初始端口均设置为安全端口，端口类型为trunk模式，PVID＝1；为每一个输入的数据包添加VLANtag1标识；并对关键业务流功能集合cfa＝{bi}中的六元组<SI,SP,DI,DP,Type,User>与数据包匹配；若数据包与规则库中的任一规则相匹配，则对该数据包进行VLAN动态分配以及端口模式转换。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)包括，采用设定的二分法寻址规则自动进行VLAN动态分配包括，当进入第一端口的数据包与规则一匹配时，其映射的VLAN范围为2～4094，初始映射为VLANPVID1＝(2+4094)/2。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)对数据包进行VLAN转换和端口模式转换包括，将该数据包的VLAN标识由tag1变为tag2048后，再进行内部转发；将接收该数据包的第一端口的PVID变为Hybrid模式，PVID＝2048，标记该端口为隔离端口。
11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，当第二端口的数据包进入后，监控其匹配状态；若与规则一相匹配，则为该数据包添加VLAN2048标识，并将其转换为Hybrid模式，PVID＝2048；此时第一端口与第二端口之间的数据可以相互转发，形成同一隔离组；所述同一隔离组的隔离端口之间相互通信。
12.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，若进入第三端口的数据包与规则一相匹配，则仍使用二分法进行VLAN动态分配；若PVID1＝2048已被占用，则PVID2＝PVID1-1；若PVID2同样被占用，则PVID3＝PVID1+1；若PVID3被占用，则PVID4向下使用二分法；若PVID4被占用，则PVID5向上使用二分法，以此类推。
13.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，当第一端口业务流断开时，设置老化时间为20s；超过20s则自动释放规则1与VLAN2048之间的动态映射关系，第一端口转换为trunk模式，PVID＝1；此时该端口为安全端口，退出隔离组。
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