CN106790741A - 一种基于链路层数据通信的级联设备自动分配网络地址的方法 - Google Patents

Abstract

本发明记载了一种基于链路层数据通信的级联设备自动分配网络地址的方法，包括获取目标mac地址及特殊目标mac地址、获取明文校验码和链路层校验码、在链路层数据帧中删除或标记网络地址并计算剩余网络地址数量、封装成链路层数据帧等步骤；由于采用上述技术，本发明能够确保各个级联设备所分配的静态网络地址不会冲突，也无需人工进行任何处理，同时能够确定性地通过网络地址获知设备的具体物理位置，对于通过网络地址控制某一个位置的特定设备时变得非常方便与确定；且该方法可以独立采用，也可以整体集成到其他方法中，也可以分散分别集成到其他方法中使用。具有：智能化程度高、可维护性强、可靠性强、杜绝人为因素对系统运行的影响等有益效果。

Description

一种基于链路层数据通信的级联设备自动分配网络地址的 方法

技术领域

本发明涉及以太网技术领域，尤其涉及一种解决单条级联链路中级联(串联)设备两端或者一端接入到以太网网络时静态网络地址自动分配的方法。

背景技术

以太网网络中接入的设备可以有多种形式，一种是直接接入，形成星型的网络拓扑结构，另外一种是所接入的设备通过串行连接形成总线拓扑结构，而且串行连接的级联设备之间采用以太网连接。同时，当前的技术解决方案主要包括以下3种：

(1)通过手动设置各个级联设备的静态网络地址；

(2)通过拨码开关、硬连线、地址线等方式配置静态网络地址；

(3)通过DHCP动态分配IP(网络地址)，然后设备自行将动态分配的网络地址静态化；

然而，上述的3种方法均存在一定的技术缺陷：

(1)通过手动设置各个级联设备的静态网络地址，耗时耗力，并且有可能出现人为的失误而导致网络地址的设置错误或者网络地址冲突。

(2)通过拨码开关、硬连线、地址线等方式同样需要人工进行维护与设置，并且同样存在人为可能的失误、拨码开关掉落、硬连线与地址线断开等情况而导致网络地址设置错误或者网络地址冲突现象。

(3)通过DHCP方式进行动态地址分配，然后设备再进行动态地址静态化，可能在网络中多个DHCP同时存在而导致地址分配冲突，也可能在DHCP分配过程中存在地址冲突的问题，况且DHCP方式所分配的IP地址无法通过该IP地址定位具体的设备位置，对于特定的控制需求时无法确定性地通过IP地址处理相应的事件与控制(如存在事件联动时，无法确定需要某一个IP所对应的设备进行联动)。

发明内容

为了解决上述级联设备的静态网络地址自动分配的技术问题，本发明提供一种基于链路层数据通信的级联设备自动分配网络地址的方法，能够确保各个级联设备所分配的静态网络地址不会冲突，也无需人工进行任何处理，同时能够确定性地通过网络地址获知设备的具体物理位置，对于通过网络地址控制某一个位置的特定设备时变得非常方便与确定；且该方法可以独立采用，也可以整体集成到其他方法中，也可以分散分别集成到其他方法中使用。

上述的一种基于链路层数据通信的级联设备自动分配网络地址的方法，包括以下步骤：

S1、级联设备接收到链路层数据，获取的接收到链路层数据帧中的目标mac地址以及本地存放的特殊目标mac地址；

S2、判断目标mac地址是否等于特殊目标mac地址，如等于则进入步骤S3，否则返回步骤S1；

S3、解密网络安全标志，通过明文获取明文校验码，链路层数据帧中获取链路层校验码：

从所接收的链路层数据帧中获取数据安全标志密文，从本地获取解密密钥，将数据安全标志密文解密形成明文，计算该明文校验码CRCCode0；从链路层数据帧中获取链路层校验码CRCCode1，并设置isShouldRegisterFlag＝false；

S4、判断明文校验码CRCCode0是否等于链路层校验码CRCCode1，如相等则进入步骤S5，否则抛弃该帧数据并返回步骤S1；

S5、获取本地网络适配器mac地址，在网络地址列表中查找是否存在与本地网络适配器mac地址相对应的网络地址，如存在则进入步骤S6，否则跳至步骤S7；

S6、选择网络地址列表中与本地网络适配器mac地址相对应的网络地址，并跳至步骤S8：

将网络地址列表中与本地网络适配器mac地址相对应的网络地址设为IPAddress1，且设为第i条记录；从链路层数据帧中获取子网掩码SubMask1与网关地址Gatway1，从而形成从链路层数据帧中获得的网络地址NetAddress1

S7、从网络地址列表中获取符合设计预期的网络地址，且设置isShouldRegisterFlag＝true；具体方法为：

如果级联设备的位置编号是递增排序，且网络地址列表在设计时期望其级联设备的网络地址是按网络地址编号顺序选择的话，那么选择第一个有效网络地址，即选择第一个未设置删除标志的网络地址或者未删除的网络地址；

如果级联设备的位置编号是递减排序，且网络地址列表在设计时期望其级联设备的网络地址是按照网络地址编号顺序选择的话，那么选择最后一个有效网络地址，即选择最后一个未设置为删除标志的网络地址或者未删除得网络地址；

如果级联设备的位置编号是递增排序，且网络地址列表在设计时期望其级联设备的网络地址是按网络地址编号倒序选择的话，那么选择最后一个有效网络地址，即选择最后一个未设置删除标志的网络地址或者未删除的网络地址；

如果级联设备的位置编号是递减排序，且网络地址列表在设计时期望其级联设备的网络地址是按网络地址编号倒序选择的话，那么选择第一个有效网络地址，即选择第一个未设置删除标志的网络地址或者未删除的网络地址；

S8、获取本地网络地址，设为NetAddress0，获取链路层数据帧中的网络地址，设为NetAddress1：

S9、判断NetAddress0是否等于NetAddress1，如不相等则进入步骤S10，否则跳至步骤S11；

S10、将本地网络适配器的网络地址设置为静态网络地址，将NetAddress1中的IP地址、子网掩码及网关地址分别设置为本地网络适配器中相应字段，并设置isShouldRegisterFlag＝true；

S11、在链路层数据帧中删除或标记所选择的网络地址及之前或之后的网络地址，计算剩余网络地址数量，并封装成链路层数据帧；

S12、判断步骤S11中得到的剩余网络地址数量是否大于0，如是则进入步骤S13，否则跳至步骤S15；

S13、获取需要转发到本地的端口Port_i，并进入步骤S14；

S14、按照转发要求将剩余的网络地址发送至端口Port_i，并进入步骤S15；

S15、判断isShouldRegisterFlag是否等于true，如是则进入步骤S16，否则结束；

S16、将请求总控主机注册数据发送至总控主机，并返回步骤S1。

上述方法的步骤S1中：

具有可准确识别链路层数据是否为本级联设备用于配置静态网络地址的链路层数据的特殊目标mac地址与链路层数据的目标mac地址。

上述方法的步骤S2中：

判断目标mac地址是否等于特殊目标mac地址，如等于则进入步骤S3，否则返回步骤S1，准确识别出用于配置静态网络地址的链路层数据。

上述方法中，所述步骤S3与步骤S4构成数据安全系统，并防止非设计预期链路层数据引起的地址混乱。

上述方法的步骤S6中，通过选择网络地址列表中与本地网络适配器mac地址相对应的网络地址，确保正常级联设备设置正确的静态网络地址之后的一致性，防止正常级联设备正确配置静态网络地址之后因旁路而导致网络地址发生变化。

上述方法的步骤S7包括：

从网络地址列表中获取符合设计预期的网络地址IPAddressFirst，且设置IPAddress1＝IPAddressFirst，将链路层数据帧中获取子网掩码SubMask1与网关地址Gatway1以及IPAddressFirst组成链路层数据中获取的网络地址NetAddressFirst，同时将NetAddressFirst赋值给NetAddress1，并设置isShouldRegisterFlag＝true。

上述方法的步骤S7中选择符合设计预期的网络地址算法：

如果级联设备的位置编号是递增排序，且网络地址列表在设计时期望其级联设备的网络地址是按网络地址编号顺序选择的话，那么选择第一个有效网络地址，即选择第一个未设置删除标志的网络地址或者未删除的网络地址；

如果级联设备的位置编号是递减排序，且网络地址列表在设计时期望其级联设备的网络地址是按照网络地址编号顺序选择的话，那么选择最后一个有效网络地址，即选择最后一个未设置为删除标志的网络地址或者未删除得网络地址；

如果级联设备的位置编号是递增排序，且网络地址列表在设计时期望其级联设备的网络地址是按网络地址编号倒序选择的话，那么选择最后一个有效网络地址，即选择最后一个未设置删除标志的网络地址或者未删除的网络地址；

如果级联设备的位置编号是递减排序，且网络地址列表在设计时期望其级联设备的网络地址是按网络地址编号倒序选择的话，那么选择第一个有效网络地址，即选择第一个未设置删除标志的网络地址或者未删除的网络地址。

上述方法中，所述步骤S8和S9判断本地网络地址是否需要设置，防止本地网络地址重复设置而导致网络的不稳定现象。

上述方法的步骤S11包括：

在所接收到的链路层数据帧的网络地址与mac地址对应表中，将IPAddress1对应的记录及其排在该记录前或之后的记录删除或标记，设一共删除或标记了m条记录；并记录本级联设备的相对位置编号。

上述方法的步骤S11中包括：

删除或者标记网络地址列表中已经使用过的网络地址记录时，如果设计时规定顺序选择网络地址，则删除或者标记网络地址与mac地址列表中IPAddress1之前的所有记录；如果设计时规定倒序选择网络地址，则删除或者标记网络地址与mac地址列表中IPAddress1之后的所有记录；其作用是防止该级联设备与链路数据源设备之间的级联设备因故障旁路时，网络地址选择出现错误现象。

上述方法的步骤S11中包括：

将得到的数据封装成为链路层地址集数据帧时，其封装方法与所接收到的链路层地址集数据帧的封装方法始终保持一致。

上述方法的步骤S11中的记录本级联设备的相对位置编号包括两种方式计算：

(1)如要求级联设备是从接入外部设备处按照递增排序话，则设“链路层地址集数据”中的剩余未使用的网络地址数量为n，本级联设备相对位置编码＝TotalCount-n+1；

(2)如要求要求级联设备是从接入外部设备处按照递减排序，则设“链路层地址集数据”中的剩余未使用的网络地址数量为n，本级联设备相对位置编码＝n；

计算剩余未使用网络地址数量；更新剩余网络地址数量n；并将得到的数据封装成为链路层地址集数据帧。

上述方法的步骤S12中，根据网络地址列表中的可用网络地址数量判断是否继续推送链路层数据到下一级节点，如果网络地址列表中没有可用网络地址，则无需封装及转发链路层地址集数锯，防止环路网络风暴与重复的数据处理。

上述方法的步骤S15中，通过是否发送“注册数据”到总控主机的标志isShouldRegisterFlag防止本地网络地址未发生变化时不断发送无用的数据到总控主机。

本发明的优点和有益效果在于：

(1)智能化程度高：

采用本发明提及的方法、数据或者系统，无需人工设置、配置，只需要按照设计图纸将级联设备级联好，即可完成级联设备的网络地址的自动配置。

(2)可维护性强：

采用本发明提及的方法、数据或者系统，在级联设备的维护过程中，无需进行其他的操作，只需要将设备按照设计要求连接到位即可，无需采用其他行为包括软件进入系统设置、硬件连接设置、查阅设置方法等，级联设备即可获得相应位置的网络地址。

(3)可靠性强：

采用本发明提及的方法、数据或者系统，无论哪个相对位置的级联设备旁路情况下，也不会影响到后续级联设备或者其他级联设备的网络地址，可靠性强。

(4)能够杜绝人为因素对系统运行的影响：

采用本发明提及的方法、数据或者系统，在安装、维护、调试过程中，级联设备的网络地址无需人工维护，杜绝了因拨码错误、硬连线或者地址线断开或者连接错误等人为的失误而导致网络地址分配出现冲突失败等现象，从而杜绝了人为因素对系统运行的影响。

(5)更方便通过IP地址定位到具体位置的级联设备：

采用本发明提及的方法、数据或者系统，维护人员无需到现场查看、无需抄写IP地址与设备对应关系便可方便地获知某个网络地址具体所对应的具体位置的设备。

(6)在级联设备mac地址不是全球唯一的情况下，本发明还可用来设置不同的mac地址，以避免mac地址冲突。只需要将需要设置的mac地址作为新的字段添加到IP及mac地址列表中，形成IP地址、mac地址、设计mac地址具备3个字段的数据表；或者将IP及mac地址列表中的mac地址作为需要级联设备设置的mac地址。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明中级联设备自动分配网络地址方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一、关于本发明中涉及到的方法：

如图1所示，本发明记载了一种基于链路层数据通信的级联设备自动分配网络地址的方法，具体包括以下步骤：

S1、级联设备接收到链路层数据，获取的接收到链路层数据帧中的目标mac地址以及本地存放的特殊目标mac地址，其中，级联设备是指能够控制网络接口链路层数据流向的多网口设备，例如：具有两个外部以太网接口并且能够控制具有特殊目标mac地址的链路层数据转发到指定端口，而其他非特定目标mac地址的数据能够按照交换机标准执行；同时，本地的特殊目标mac地址是在出厂时提前存入本地或者逻辑意义上存在即可，且特殊目标mac地址可能有两个；在该步骤中：

如末端级联设备标志与非末端级联设备标志通过目标mac地址进行识别，则存在两个特殊目标mac地址，级联设备间通信用的特殊目标mac地址设为TargetMac0，且末端级联设备通信用的特殊目标mac地址设为LocalTargetMac_Terminal；

如末端级联设备通过数据帧中的具体数据来识别的，则用一个特殊目标Mac地址TargetMac0；

如不需要识别末端级联设备，则使用同一个目标mac地址。

S2、判断目标mac地址是否等于特殊目标mac地址，如等于则进入步骤S3，否则返回步骤S1；同时，如存在LocalTargetMac_Terminal，则也可以判断目标mac地址是否等于LocalTargetMac_Terminal，如等于则进入步骤S3，否则返回步骤S1。

S3、解密网络安全标志，通过明文获取明文校验码，链路层数据帧中获取链路层校验码，具体为：

从所接收的链路层数据帧中获取数据安全标志密文，从本地获取解密密钥，将数据安全标志密文解密形成明文，计算该明文校验码CRCCode0；从链路层数据帧中获取链路层校验码CRCCode1，并设置isShouldRegisterFlag＝false。

S4、判断明文校验码CRCCode0是否等于链路层校验码CRCCode1，如相等则进入步骤S5，否则抛弃该帧数据并返回步骤S1；该步骤S4与上述步骤S3构成数据安全系统，可以有效的防止非设计预期链路层数据引起的地址混乱；如无需安全方面的考虑，则可以不需要该两个步骤。

S5、获取本地网络适配器mac地址，在网络地址列表中查找是否存在与本地网络适配器mac地址相对应的网络地址，如存在则进入步骤S6，否则跳至步骤S7；在本步骤中：

网络地址及本地网络适配器mac地址的对应表的设计作用是在后期级联设备出现旁路时，不会影响已经正常分配网络地址的设备的网络地址变化；同时，此处的mac地址是标识级联设备唯一性特征的一串数字，如果网络地址与mac地址对应表中的mac地址不是真实的mac地址，而是一串标识级联设备唯一性特征的一串数字，那么此步骤就是从本地获取预先存放在本地的能够标识级联设备唯一性特征的一串数字。

S6、选择网络地址列表中与本地网络适配器mac地址相对应的网络地址，并跳至步骤S8；具体为：

将网络地址列表中与本地网络适配器mac地址相对应的网络地址设为IPAddress1，且设为第i条记录；从链路层数据帧中获取子网掩码SubMask1与网关地址Gatway1，从而利用IPAddress1、SubMask1以及Gatway1共同形成从链路层数据帧中获得的网络地址NetAddress1。

S7、从网络地址列表中获取第一条有效记录的网络地址，且设置isShouldRegisterFlag＝true；

设置“isShouldRegisterFlag＝true”的作用是标志该设备需要将注册请求发送给总控主机；

具体为：

从网络地址列表中获取第一条有效记录的网络地址IPAddressFirst，且设置IPAddress1＝IPAddressFirst，将链路层数据帧中获取子网掩码SubMask1与网关地址Gatway1以及IPAddressFirst组成链路层数据中获取的网络地址NetAddressFirst，同时将NetAddressFirst赋值给NetAddress1，并设置isShouldRegisterFlag＝true。

S8、获取本地网络地址NetAddress0，获取链路层数据帧中的网络地址NetAddress1。

S9、判断NetAddress0是否等于NetAddress1，如不相等则进入步骤S10，否则跳至步骤S11。

S10、将本地网络适配器的网络地址设置为静态网络地址，将NetAddress1中的IP地址、子网掩码及网关地址分别设置为本地网络适配器中相应字段，并设置isShouldRegisterFlag＝true。其作用是将本地网络适配器的网络地址设置为符合设计预期的网络地址，并且需要将注册数据发送给总控主机。

S11、在链路层数据帧中删除或标记所选择的网络地址及之前的网络地址，计算剩余网络地址数量，并封装成链路层数据帧；具体为：

在所接收到的链路层数据帧的网络地址与mac地址对应表中，将IPAddress1对应的记录及其排在该记录前的记录删除或标记，设一共删除或标记了m条记录；并记录本级联设备的相对位置编号；其中，记录本级联设备的相对位置编号包括如下两种方式计算：

(1)如要求级联设备是从接入外部设备处按照递增排序话，则设“链路层地址集数据”中的剩余未使用的网络地址数量为n，本级联设备相对位置编码＝TotalCount-n+1；

(2)如要求要求级联设备是从接入外部设备处按照递减排序，则设“链路层地址集数据”中的剩余未使用的网络地址数量为n，本级联设备相对位置编码＝n；

计算剩余未使用网络地址数量；更新剩余网络地址数量n；并将得到的数据按照接收到的链路层地址集数据帧的方法封装成为链路层地址集数据帧。

S12、判断步骤S11中得到的剩余网络地址数量是否大于0，如是则进入步骤S13，否则跳至步骤S15；该步骤可以判定是否还有剩余的网络地址需要分配，如剩余网络地址数量大于0，则意味着还有网络地址需要分配，否则表示没有网络地址需要分配。

S13、获取需要转发到本地的端口Port_i，并进入步骤S14；其中，该端口Port_i可以在数据帧中，也可以在本地存放，还可以是逻辑意义上存在的默认转发端口，本发明并不局限于哪种形式。

S14、按照转发要求将剩余的网络地址发送至端口Port_i，并进入步骤S15；

S15、判断isShouldRegisterFlag是否等于true，如是则进入步骤S16，否则方法结束；其作用是判定是否需要将请求总控主机注册的数据发送给总控主机；

S16、将请求总控主机注册的数据发送至总控主机，并返回步骤S1；其作用是向总控主机汇报该设备是否已经成功配置相对应的静态网络地址。

二、关于本发明中涉及到的链路层数据(包括但不限于以下数据)：

(1)链路层地址集数据：总控主机服务网络地址、目标mac地址、位置标志、是否需要更新本地配置文件的标志、剩余网络地址数量、网络地址总数量、转发本地端口编号、子网掩码、网关地址、数据安全标志密文、校验码、IP与mac地址对应表等数据。

总控主机服务网络地址：其作用是通知级联设备与总控主机通信的目标网络地址，以便级联设备能够使用该网络地址与总控服务器进行通信；包括但不限于服务IP地址、服务端口号；通过该方式能够将数据发送给总控主机。该数据的存在形式可以多样，事先约定、出厂设置或者与链路层数据一同发送均不影响本专利的权利要求。

目标mac地址：假设该Mac地址为TargetMac1，该mac地址类似国际标准预留的mac地址，在此是规定各个级联设备接收到目的地为该mac地址时，应该直接转发到特定端口或者进行特定处理的一种全球唯一的mac地址，其作用是区别于其他mac地址作用的完成本发明特定目的的mac地址，包括但不限于国标或者项目或者公司预留的不作为其他识别设备用的mac地址。例如某个公司购买的mac地址，只要预留该mac地址不再使用到其他的设备中，那么在这里也可以直接使用，也可以是国际标准的预留的专用mac地址，在以太网数据帧中填写到“目标mac地址”字段中。

位置标志：能够反映具体物理位置的标志，例如车辆编码、列车编号、线路编号、某个城市、甚至是某个城市的某个小区的第几栋楼的第几层等等，其作用是辅助设计者获知拥有该网络地址的该单条级联链路中所有级联设备所处的具体位置，可以是一个点，也可以是一个区域，也可以是确定物理位置的设备编号。

剩余网络地址数量：指的是数据帧的“IP与mac地址对应表”中未使用的记录条数，该数据的作用是方便级联设备获取IP与mac地址对应表，也方便计算是否还需要进行网络地址转发，同时也能够有助于帮助级联设备决定使用哪个端口将链路层数据转发到下一个节点；

网络地址总数量：该数据的作用是用来表示单条级联链路中一共有多少个级联设备所需要使用的网络地址数量，假设为TotalCount。

直转端口编号：该数据的作用是级联设备在将该链路层数据转发到下一个节点时所需要用到的，也可以不包括在该数据帧中，例如在设计时约定统一使用某个端口进行转发到下一个节点。但不影响本专利的权利要求；

子网掩码：该数据的作用是级联设备所需要设置的子网掩码，该数据也可以直接规定，而不出现在该链路层数据帧中，但不影响本发明的权利要求；

网关地址：该数据的作用是级联设备所需要设置的网关地址，该数据也可以直接规定，而不出现在该链路层数据帧中，但不影响本发明的权利要求；

数据安全标志密文：该数据的作用是为了避免其他设备发送链路层数据或者广播链路层数据时，误将数据发送到级联设备而导致级联设备的网络地址设置错误或者冲突；

校验码：该数据的作用是级联设备将“数据安全标志密文”解密形成明文后，校验解密是否成功的一个数据；数据安全标志密文与校验码是否存在不影响本发明的权利要求，如果要提高网络安全考虑，增加这两个数据即可。

IP与mac地址对应表：该数据的作用是级联设备在本发明的技术中，根据实际情况所需要选择的IP地址。其中IP地址是设计上期望某一个级联设备所设置的IP地址，而mac地址是级联设备的本地mac地址，mac地址的作用是防止级联设备在上一级设备出现故障而导致旁路情况下，IP地址发生变化，从而导致IP地址不能反映级联设备在级联路径中的位置；此处的mac地址可以是级联设备中的能够标识级联设备的唯一性的一串数字，该数据的表现形式无论是通常意义上的mac地址形式还是能够标识级联设备唯一性特征的一串数字，均不影响本发明的权利要求。IP地址可以是全部4个字节，也可以是约定的数字代码，但是应该有确定的算法能够将该数字确定性地对应到具体的IP地址，均不影响本发明的权利要求。

(2)请求总控主机注册数据：包括但不限于：网络地址、级联设备在级联路径中所处相对位置、所有级联设备所在的位置标志、级联设备本地mac地址、数据安全标志密文、数据安全标志明文校验码。

网络地址：其作用是注册该网络地址为该位置设备的网络地址

级联设备在级联路径中所处相对位置：其作用是注册该拥有该网络地址的级联设备所在单条级联链路中的相对位置；

所有级联设备所在的位置标志：是指该单条级联链路中的所有级联设备所在的物理位置，可以是一个点，也可以是一个区域，也可以是确定物理位置的设备编号；

级联设备本地mac地址：其作用是将该设备的mac地址与网络地址绑定，只要该设备物理位置不发生变化，其网络地址不会发生变化。该mac地址仅仅是标识级联设备在全局域网获取全球唯一性特征的一串数字，其具体表现形式不影响有利于本发明的权利要求。

数据安全标志密文：其作用是提高链路层数据的安全性，由于网络地址非常重要，因此需要采用安全的措施来保障数据的安全性。

数据安全标志明文校验码：校验码是结合“数据安全标志密文”一起保障该链路层数据符合设计预期的安全数据，可以放心使用。

(3)其他必须数据

是否应该发送“数据注册”的标志：假设为isShouldRegisterFlag，其作用是级联设备在配置本地的静态网络地址时，是否需要将“数据注册”数据发送给总控主机，假设：需要发送则该标志为true，否则该标志为false；。

加解密密钥：该数据的作用是加解密“链路层地址集数据”中的“数据安全标志密文”的。该数据的存放形式不影响本发明对他的权利要求。

三、关于本发明方法的关键技术：

(1)级联设备的末端接入的设备能够发送“链路层地址集数据”数据；

(2)级联设备能够针对具有特殊目标mac地址的数据按照本发明的方法进行处理；

(3)级联设备按照本发明方法处理链路层数据；

(4)为提高可靠性，级联设备必须将“注册数据”发送给总控主机；

(5)级联设备在获取完自己所需要的网络地址之后，假设设在IP及mac地址对应表中是第i条记录，封装传输给下一节点的级联设备的数据帧时，必须将该第1条到第i条记录之间的所有记录及第i条记录删除或者做删除标志，或者将最后一条到第i条记录之间的所有记录及第i条记录删除或者做删除标志，其作用是标识这些IP地址已经被使用过，后续设备不能使用。同时防止发生本级联设备与“链路层地址集数据”发送源之间的级联设备出现故障旁路时而导致网络地址选择错误现象；

(6)该条级联链路中所有级联设备的网络地址分配完毕之后，IP及mac地址对应表能够避免前序级联设备出现旁路时，后续级联设备网络地址的变化；

(7)链路层数据在传输过程中采用数据安全标志密文及校验码结合起来的信息安全处理技术，能够有效避免非设计预期的链路层数据所导致的网络地址的混乱现象。

(8)级联设备具备识别在所有级联设备中的相对位置功能。

(9)IP及mac地址对应表中记录顺序可以是任意顺序，但是无论是什么顺序，都必须预先设定好相应的规则，以便级联设备在采用本发明提供的方法、数据或者系统时，能够有序获取并分配本地的网络地址。例如：级联设备从左到右按照顺序获取IP及mac地址对应表中的IP地址的话，那么在本发明的步骤S7就是获取第一条记录，在本发明的步骤S11就是删除所选取IP及mac地址记录前的所有记录，剩余IP与mac地址记录相应整体前移等等；如果级联设备从左到右按照倒序获取IP及mac地址对应表中的IP地址的话，那么在本发明的步骤S7就是获取最后一条记录，步骤S11就是删除所选取IP及mac地址记录后的所有记录等等。

四、适用于本发明的级联链路的系统结构：

(1)在总控主机与需要分配网络地址的设备(级联设备)之间通过以太网连接，与级联设备直接连接的只有一端，且该端级联设备直接连接到“网管型交换机”，总控主机通过网管型交换机远程访问控制技术，例如SNMP简单网络管理技术、远程登录技术等，将链路层地址集数据传输到网管型交换机，网管型交换机将该链路层地址集数据通过链路层发送给级联设备所连接的端口即可，级联设备采用本发明提及的后续方法，结合所接收到的链路层地址集数据，配置本地网络地址，然后根据链路层地址集数据中的转发要求发送给相应后续级联设备所连接的端口中，后续级联设备同样采用本发明所提及的方法，根据数据要求设置本地的网络地址，依此类推；逐个将级联设备的网络地址配置为静态的符合设计预期的网络地址。

(2)在总控主机与需要分配网络地址的设备(级联设备)之间通过以太网连接，与级联设备直接连接的有两端，且两端级联设备直接连接到同一个“网管型交换机”，总控主机通过网管型交换机远程访问控制技术，例如SNMP简单网络管理技术、远程登录技术等，将链路层地址集数据传输到网管型交换机，网管型交换机将该链路层地址集数据通过链路层发送给级联设备所连接的端口即可，级联设备采用本发明提及的后续方法，结合所接收到的链路层地址集数据，配置本地网络地址，然后根据链路层地址集数据中的转发要求发送给相应后续级联设备所连接的端口中，后续级联设备同样采用本发明所提及的方法，根据数据要求设置本地的网络地址，依此类推；逐个将级联设备的网络地址配置为静态的符合设计预期的网络地址。

总控主机所传输给网管型交换机的链路层地址集数据时，根据两端级联设备所连接的端口以及设计数据要求，按照本发明提及的方法要求将相应的链路层地址集数据输入给网管型交换机，并且要求交换机按照不同端口发送相应的链路层地址集数据给直接相连的级联设备。

(3)在总控主机与需要分配网络地址的设备(级联设备)之间通过以太网连接，与级联设备直接连接的有两端，且两端级联设备直接连接到不同的“网管型交换机”，总控主机通过网管型交换机远程访问控制技术，例如SNMP简单网络管理技术、远程登录技术等，分别将不同设计的链路层地址集数据传输到两个网管型交换机，网管型交换机将该链路层地址集数据通过链路层发送给级联设备所连接的端口即可，级联设备采用本发明提及的后续方法，结合所接收到的链路层地址集数据，配置本地网络地址，然后根据链路层地址集数据中的转发要求发送给相应后续级联设备所连接的端口中，后续级联设备同样采用本发明所提及的方法，根据数据要求设置本地的网络地址，依此类推；逐个将级联设备的网络地址配置为静态的符合设计预期的网络地址。

(4)在总控主机直接与两端的级联设备连接，总控主机通过直接将链路层地址集数据传输到一端级联设备或者分为不同的链路层地址集数据同时传输给两端的级联设备，级联设备采用本发明提及的后续方法，结合所接收到的链路层地址集数据，配置本地网络地址，然后根据链路层地址集数据中的转发要求发送给相应后续级联设备所连接的端口中，后续级联设备同样采用本发明所提及的方法，根据数据要求设置本地的网络地址，依此类推；逐个将级联设备的网络地址配置为静态的符合设计预期的网络地址。

(5)在总控主机直接与一端级联设备连接，总控主机通过直接将链路层地址集数据传输到一端级联设备，级联设备采用本发明提及的后续方法，结合所接收到的链路层地址集数据，配置本地网络地址，然后根据链路层地址集数据中的转发要求发送给相应后续级联设备所连接的端口中，后续级联设备同样采用本发明所提及的方法，根据数据要求设置本地的网络地址，依此类推；逐个将级联设备的网络地址配置为静态的符合设计预期的网络地址。

同时，上述的级联设备的数量不限，且级联设备可以是指网管型交换机设备与非交换机设备。

五、本发明适用的应用场景：

(1)本发明可应用到轨道交通行业中所有级联设备的静态以太网网络地址动态智能分配中；

(2)本发明可应用到视频监控系统中静态以太网网络地址动态智能分配中；

(3)本发明可以用到电力行业、水利行业、管廊行业、风电行业、轨道交通行业等所有的具有级联链路特征设备的静态以太网网络地址动态智能分配技术中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在有利于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种基于链路层数据通信的级联设备自动分配网络地址的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、级联设备接收到链路层数据，获取的接收到链路层数据帧中的目标mac地址以及本地存放的特殊目标mac地址；

S2、判断目标mac地址是否等于特殊目标mac地址，如等于则进入步骤S3，否则返回步骤S1；

S3、解密网络安全标志，通过明文获取明文校验码，链路层数据帧中获取链路层校验码：

从所接收的链路层数据帧中获取数据安全标志密文，从本地获取解密密钥，将数据安全标志密文解密形成明文，计算该明文校验码CRCCode0；从链路层数据帧中获取链路层校验码CRCCode1，并设置isShouldRegisterFlag＝false；

S4、判断明文校验码CRCCode0是否等于链路层校验码CRCCode1，如相等则进入步骤S5，否则抛弃该帧数据并返回步骤S1；

S5、获取本地网络适配器mac地址，在网络地址列表中查找是否存在与本地网络适配器mac地址相对应的网络地址，如存在则进入步骤S6，否则跳至步骤S7；

S6、选择网络地址列表中与本地网络适配器mac地址相对应的网络地址，并跳至步骤S8：

将网络地址列表中与本地网络适配器mac地址相对应的网络地址设为IPAddress1，且设为第i条记录；从链路层数据帧中获取子网掩码SubMask1与网关地址Gatway1，从而形成从链路层数据帧中获得的网络地址NetAddress1

S7、从网络地址列表中获取符合设计预期的网络地址，且设置isShouldRegisterFlag＝true；具体方法为：

如果级联设备的位置编号是递增排序，且网络地址列表在设计时期望其级联设备的网络地址是按网络地址编号顺序选择的话，那么选择第一个有效网络地址，即选择第一个未设置删除标志的网络地址或者未删除的网络地址；

如果级联设备的位置编号是递减排序，且网络地址列表在设计时期望其级联设备的网络地址是按照网络地址编号顺序选择的话，那么选择最后一个有效网络地址，即选择最后一个未设置为删除标志的网络地址或者未删除得网络地址；

如果级联设备的位置编号是递增排序，且网络地址列表在设计时期望其级联设备的网络地址是按网络地址编号倒序选择的话，那么选择最后一个有效网络地址，即选择最后一个未设置删除标志的网络地址或者未删除的网络地址；

如果级联设备的位置编号是递减排序，且网络地址列表在设计时期望其级联设备的网络地址是按网络地址编号倒序选择的话，那么选择第一个有效网络地址，即选择第一个未设置删除标志的网络地址或者未删除的网络地址；

S8、获取本地网络地址，设为NetAddress0，获取链路层数据帧中的网络地址，设为NetAddress1：

S9、判断NetAddress0是否等于NetAddress1，如不相等则进入步骤S10，否则跳至步骤S11；

S10、将本地网络适配器的网络地址设置为静态网络地址，将NetAddress1中的IP地址、子网掩码及网关地址分别设置为本地网络适配器中相应字段，并设置isShouldRegisterFlag＝true；

S11、在链路层数据帧中删除或标记所选择的网络地址及之前或之后的网络地址，计算剩余网络地址数量，并封装成链路层数据帧；

S12、判断步骤S11中得到的剩余网络地址数量是否大于0，如是则进入步骤S13，否则跳至步骤S15；

S13、获取需要转发到本地的端口Port_i，并进入步骤S14；

S14、按照转发要求将剩余的网络地址发送至端口Port_i，并进入步骤S15；

S15、判断isShouldRegisterFlag是否等于true，如是则进入步骤S16，否则结束；

S16、将请求总控主机注册数据发送至总控主机，并返回步骤S1。

2.如权利要求1所述的一种基于链路层数据通信的级联设备自动分配网络地址的方法，其特征在于，所述步骤S1中：

具有可准确识别链路层数据是否为本级联设备用于配置静态网络地址的链路层数据的特殊目标mac地址与链路层数据的目标mac地址。

3.如权利要求1所述的一种基于链路层数据通信的级联设备自动分配网络地址的方法，其特征在于，所述步骤S2中：

判断目标mac地址是否等于特殊目标mac地址，如等于则进入步骤S3，否则返回步骤S1，准确识别出用于配置静态网络地址的链路层数据。

4.如权利要求1所述的一种基于链路层数据通信的级联设备自动分配网络地址的方法，其特征在于，所述步骤S3与步骤S4构成数据安全系统，并防止非设计预期链路层数据引起的地址混乱。

5.如权利要求1所述的一种基于链路层数据通信的级联设备自动分配网络地址的方法，其特征在于，所述步骤S6中，通过选择网络地址列表中与本地网络适配器mac地址相对应的网络地址，确保正常级联设备设置正确的静态网络地址之后的一致性，防止正常级联设备正确配置静态网络地址之后因旁路而导致网络地址发生变化。

6.如权利要求1所述的一种基于链路层数据通信的级联设备自动分配网络地址的方法，其特征在于，所述步骤S7包括：

从网络地址列表中获取符合设计预期的网络地址IPAddressFirst，且设置IPAddress1＝IPAddressFirst，将链路层数据帧中获取子网掩码SubMask1与网关地址Gatway1以及IPAddressFirst组成链路层数据中获取的网络地址NetAddressFirst，同时将NetAddressFirst赋值给NetAddress1，并设置isShouldRegisterFlag＝true。

7.如权利要求1所述的一种基于链路层数据通信的级联设备自动分配网络地址的方法，其特征在于，所述步骤S7中选择符合设计预期的网络地址算法：

如果级联设备的位置编号是递增排序，且网络地址列表在设计时期望其级联设备的网络地址是按网络地址编号顺序选择的话，那么选择第一个有效网络地址，即选择第一个未设置删除标志的网络地址或者未删除的网络地址；

如果级联设备的位置编号是递减排序，且网络地址列表在设计时期望其级联设备的网络地址是按照网络地址编号顺序选择的话，那么选择最后一个有效网络地址，即选择最后一个未设置为删除标志的网络地址或者未删除得网络地址；

如果级联设备的位置编号是递增排序，且网络地址列表在设计时期望其级联设备的网络地址是按网络地址编号倒序选择的话，那么选择最后一个有效网络地址，即选择最后一个未设置删除标志的网络地址或者未删除的网络地址；

如果级联设备的位置编号是递减排序，且网络地址列表在设计时期望其级联设备的网络地址是按网络地址编号倒序选择的话，那么选择第一个有效网络地址，即选择第一个未设置删除标志的网络地址或者未删除的网络地址。

8.如权利要求1所述的一种基于链路层数据通信的级联设备自动分配网络地址的方法，其特征在于，所述步骤S8和S9判断本地网络地址是否需要设置，防止本地网络地址重复设置而导致网络的不稳定现象。

9.如权利要求1所述的一种基于链路层数据通信的级联设备自动分配网络地址的方法，其特征在于，所述步骤S11包括：

在所接收到的链路层数据帧的网络地址与mac地址对应表中，将IPAddress1对应的记录及其排在该记录前或之后的记录删除或标记，设一共删除或标记了m条记录；并记录本级联设备的相对位置编号。

10.如权利要求1所述的一种基于链路层数据通信的级联设备自动分配网络地址的方法，其特征在于，所述步骤S11中包括：

删除或者标记网络地址列表中已经使用过的网络地址记录时，如果设计时规定顺序选择网络地址，则删除或者标记网络地址与mac地址列表中IPAddress1之前的所有记录；如果设计时规定倒序选择网络地址，则删除或者标记网络地址与mac地址列表中IPAddress1之后的所有记录；其作用是防止该级联设备与链路数据源设备之间的级联设备因故障旁路时，网络地址选择出现错误现象。

11.如权利要求1所述的一种基于链路层数据通信的级联设备自动分配网络地址的方法，其特征在于，所述步骤S11中包括：

将得到的数据封装成为链路层地址集数据帧时，其封装方法与所接收到的链路层地址集数据帧的封装方法始终保持一致。

12.如权利要求6所述的一种基于链路层数据通信的级联设备自动分配网络地址的方法，其特征在于，所述步骤S11中的记录本级联设备的相对位置编号包括两种方式计算：

(1)如要求级联设备是从接入外部设备处按照递增排序话，则设“链路层地址集数据”中的剩余未使用的网络地址数量为n，本级联设备相对位置编码＝TotalCount-n+1；

(2)如要求要求级联设备是从接入外部设备处按照递减排序，则设“链路层地址集数据”中的剩余未使用的网络地址数量为n，本级联设备相对位置编码＝n；

计算剩余未使用网络地址数量；更新剩余网络地址数量n；并将得到的数据封装成为链路层地址集数据帧。

13.如权利要求1所述的一种基于链路层数据通信的级联设备自动分配网络地址的方法，其特征在于，所述步骤S12中，根据网络地址列表中的可用网络地址数量判断是否继续推送链路层数据到下一级节点，如果网络地址列表中没有可用网络地址，则无需封装及转发链路层地址集数锯，防止环路网络风暴与重复的数据处理。

14.如权利要求1所述的一种基于链路层数据通信的级联设备自动分配网络地址的方法，其特征在于，步骤S15中，通过是否发送“注册数据”到总控主机的标志isShouldRegisterFlag防止本地网络地址未发生变化时不断发送无用的数据到总控主机。