CN107483279B

CN107483279B - 一种基于以太网帧的本地批量操作网络设备的方法

Info

Publication number: CN107483279B
Application number: CN201710933797.4A
Authority: CN
Inventors: 黄永; 许少滨; 罗海斌; 陈乃康
Original assignee: Fujian Xingwang Wisdom Software Co ltd
Current assignee: Fujian Xingwang Wisdom Software Co ltd
Priority date: 2017-10-10
Filing date: 2017-10-10
Publication date: 2020-06-12
Anticipated expiration: 2037-10-10
Also published as: CN107483279A

Abstract

本发明提供一种基于以太网帧的本地批量操作网络设备的方法，包括：1、复数台网络设备和一台服务端设备通过以太网总线连接到同一个二层交换机上；2、分别定义数据帧的格式、数据载荷的格式和数据类型；3、发送端统计数据的大小，根据定义的数据载荷的格式和数据的大小将数据进行分片处理；4、根据定义的数据帧的格式将分片后的数据封装成以太网帧，以帧为单位逐一发送给接收端，直到所有数据发送完毕；5、接收端接收数据，直到所有数据接收完毕；根据数据帧的格式、数据载荷的格式和数据类型检验数据是否合法，若不合法，则丢弃数据，若合法，将数据进行还原，并执行相应的动作。本发明无需依赖IP地址，操作效率高。

Description

一种基于以太网帧的本地批量操作网络设备的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于以太网帧的本地批量操作网络设备的方法。

背景技术

以太网(Ethernet)是一种计算机局域网组网技术。IEEE制定的IEEE802.3标准给出了以太网的技术标准。它规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容。以太网是当前应用最普遍的局域网技术。

以太网帧是数据链路层的封装，网络层的数据包被加上帧头和帧尾成为可以被数据链路层识别的数据帧(成帧)。

广播是指在网络传输中，向所有连通的节点发送消息称为广播。广播域是指网络中能接收任何一设备发出的广播帧的所有设备的集合。广播是指由广播帧构成的数据流量，这些广播帧以广播地址(地址的每一位都为“1”)为目的地址，告之网络中所有的计算机接收此帧并处理它。目的MAC地址为FF:FF:FF:FF:FF:FF:FF:FF的以太网帧称为广播帧。

在现有通信网络中，广播帧的使用已经很普及，众多的网络协议如arp协议、ppp协议等，都有发送广播帧来实现在子网内广播数据的目的。在现有的网络协议中，如arp协议和ppp协议等，对广播帧的利用限于取网络通讯MAC地址的交互。

而现有的网络设备，如果通过网络进行控制和配置等操作，需要通过telnet或者ssh等网络协议来进行。这些协议依赖于网络设备的IP地址。

网络设备基于其特殊性，为了便于用户使用，通常都是使用相同的管理IP地址。在网络设备的本地Ip地址都是相同的，一台服务端设备只能操作一台网络设备，一台服务端设备是无法通过网络进行批量操作多台网络设备的。如果采用常规的方法，要进行控制和配置操作，只能一台台进行，操作效率十分低下。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于以太网帧的本地批量操作网络设备的方法，通过广播帧可以使网络设备维护更简单，布网成本更低廉，在多个接收端接收数据相同的情况下，发送端流量负载会大大降低。

本发明的问题是这样实现的：

一种基于以太网帧的本地批量操作网络设备的方法，包括如下步骤：

步骤1、复数台网络设备和一台服务端设备通过以太网总线连接到同一个二层交换机上；当服务端设备为发送端时，所有网络设备为接收端；当服务端设备为接收端时，所有网络设备为发送端；

步骤2、分别定义数据帧的格式、数据载荷的格式和数据类型；

步骤3、发送端统计待发送的数据的大小，根据定义的数据载荷的格式和数据的大小将数据进行分片处理；

步骤4、根据定义的数据帧的格式将分片后的数据封装成以太网帧，将所有以太网帧放入数据发送队列中，然后将数据发送队列中的数据以帧为单位逐一通过二层交换机发送给接收端，直到所有数据发送完毕；

步骤5、接收端接收数据，并存储于数据接收队列中，直到所有数据接收完毕；根据数据帧的格式、数据载荷的格式和数据类型检验数据是否合法，若不合法，则丢弃数据，若合法，将数据进行还原，并执行相应的动作。

进一步地，所述步骤3具体为：

定义的所述数据载荷的格式，包括数据长度字段、数据类型字段、分片总数字段、数据编号字段、有效长度字段、数据实体字段和载荷校验和字段；

发送端统计待发送的数据的大小，根据数据的大小进行分片处理，计算或判断出每片的数据长度值、数据类型、分片总数值、数据编号值、有效长度值、数据实体值和载荷校验值，并对应存放于每片的数据长度字段、数据类型字段、分片总数字段、数据编号字段、有效长度字段、数据实体字段和载荷校验和字段中，构成数据载荷。

进一步地，所述步骤4具体为：

定义的所述数据帧的格式，包括目的MAC地址字段、源MAC地址字段、帧类型字段、数据载荷字段和帧校验和字段；

根据数据传输的方向确定出目的MAC地址和源MAC地址存放于目的MAC地址字段和源MAC地址字段中，自行设定网络协议值存放于帧类型字段中，将分片处理后数据载荷存放于数据载荷字段中，再根据目的MAC地址、源MAC地址、网络协议值和数据载荷计算出帧校验值存放于帧校验和字段中，将数据封装成以太网帧；将所有以太网帧放入数据发送队列中，然后将数据发送队列中的数据以帧为单位逐一通过二层交换机发送给接收端，判断所有数据是否发送完毕，若否，则继续发送数据，若是，则进入步骤5。

进一步地，所述步骤5具体为：

步骤51、接收端接收数据，并存储于数据接收队列中，根据数据中分片总数字段的分片总数值及数据编号字段的数据编号值来判断所有数据是否接收完毕，若否，则继续接收数据，若是，则对所有数据进行检验；

步骤52、定义的所述数据类型包括操作数据、查询数据和查询结果，判断数据载荷中数据类型字段的数据类型是否为操作数据、查询数据或查询结果，若否，则说明数据不合法，丢弃数据，若是，则进入步骤53；

步骤53、根据数据长度字段的数据长度值、数据类型字段的数据类型、分片总数字段的分片总数值、数据编号字段的数据编号值、有效长度字段的有效长度值和数据实体字段的数据实体值，计算出每片的第一校验值，判断第一校验值与载荷校验和字段的载荷校验值是否相同，若否，则说明数据不合法，丢弃数据，若是，则进入步骤54；

步骤54、根据目的MAC地址字段的目的MAC地址、源MAC地址字段的源MAC地址、帧类型字段的网络协议值和数据载荷字段的数据载荷，计算出每片的第二校验值，判断第二校验值与帧校验和字段的帧校验值是否相同，若否，则说明数据不合法，丢弃数据，若是，则说明数据合法，进入步骤55；

步骤55、拆分以太网帧中的数据，将所有数据进行还原，并执行相应的动作。

进一步地，所述接收端在接收数据后，将接收端上的指示灯显示为跑马灯状态，表明接收端正在处理指令；如果在处理指令过程中出现失败，则立即停止继续处理其他指令，将指示灯显示为闪烁状态；如果本次操作所有指令都处理成功，则将指示灯显示为长亮。

进一步地，所述步骤3中将数据发送队列中的数据以帧为单位逐一发送，每一帧数据发送后进行随机的延时，再发送下一帧数据。

本发明的优点在于：本发明是通过定制私有以太网帧和通讯协议的方法，利用二层广播帧的特性，可以实现在本地批量操作网络设备，无需依赖IP地址，极大提高了生产效率。这种操作在网络设备的生产和售后维修的过程中可以节省很多的时间成本。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的网络拓扑图。

图2为本发明的数据发送流程图。

图3为本发明的数据接收流程图。

图4为本发明中服务端设备发送操作数据给网络设备的示意图。

图5为本发明中服务端设备发送查询数据给网络设备以及网络设备返回查询结果给服务端设备的示意图。

具体实施方式

为使得本发明更明显易懂，现以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图1至图3所示，本发明的一种基于以太网帧的本地批量操作网络设备的方法，包括如下步骤：

步骤1、复数台网络设备和一台服务端设备通过以太网总线连接到同一个二层交换机上，如图1所示；当服务端设备为发送端时，所有网络设备为接收端；当服务端设备为接收端时，所有网络设备为发送端；

1)表1-1：数据帧的格式：

数据帧的格式如表1-1所示，和以太网帧的格式相同。包括6字节的目的MAC地址字段、6字节的源MAC地址字段、2字节的帧类型字段、46～1500字节的数据载荷字段和4字节的帧校验和字段；帧类型字段的网络协议值自行定义，与现有的通讯协议区别开，目前定为0x8F8F。对数据载荷字段部分也进行了自定义。

2)表1-2：数据载荷的格式：

数据载荷的格式如表1-2所示，包括2字节的数据长度字段、1字节的数据类型字段、4字节的分片总数字段、4字节的数据编号字段、2字节的有效长度字段、29～1483字节的数据实体字段和4字节的载荷校验和字段；

数据长度：表明数据实体的长度；

数据类型：说明数据载荷的类型；

分片总数：发送的数据大于最大数据实体长度的情况下，需要计算出需要分片的数量，将分片总数填写到这个字段，如果没有分片，这个值就是1；

数据编号：发送的数据在分片后的编号；

有效长度：由于数据实体有最小长度，在不足最小数据实体长度的情况下，用0填充，有效长度就是不包括填充数据，实际数据实体的长度；

数据实体：要发送的数据内容；

载荷校验和：从数据长度到数据实体字段所有数据的校验和。

3)表1-3：数据类型的相关定义：

数据类型	定义	作用	方向
				01	操作数据	下发操作数据	服务端设备到网络设备
02	查询数据	查询数据	服务端设备到网络设备
				03	查询结果	返回查询结果	网络设备到服务端设备

步骤3、发送端统计待发送的数据的大小，根据定义的数据载荷的格式和数据的大小将数据进行分片处理；所述步骤3具体为：

发送端统计待发送的数据的大小，根据数据的大小进行分片处理，计算或判断出每片的数据长度值、数据类型、分片总数值、数据编号值、有效长度值、数据实体值和载荷校验值，并对应存放于每片的数据长度字段、数据类型字段、分片总数字段、数据编号字段、有效长度字段、数据实体字段和载荷校验和字段中，构成数据载荷；

步骤4、根据定义的数据帧的格式将分片后的数据封装成以太网帧，将所有以太网帧放入数据发送队列中，然后将数据发送队列中的数据以帧为单位逐一通过二层交换机发送给接收端，直到所有数据发送完毕；每一帧数据发送后进行随机的延时，再发送下一帧数据，可以避免不同帧之间可能存在的冲突；所述步骤4具体为：

根据数据传输的方向确定出目的MAC地址和源MAC地址存放于目的MAC地址字段和源MAC地址字段中，自行设定网络协议值存放于帧类型字段中，将分片处理后数据载荷存放于数据载荷字段中，再根据目的MAC地址、源MAC地址、网络协议值和数据载荷计算出帧校验值存放于帧校验和字段中，将数据封装成以太网帧；将所有以太网帧放入数据发送队列中，然后将数据发送队列中的数据以帧为单位逐一通过二层交换机发送给接收端，判断所有数据是否发送完毕，若否，则继续发送数据，若是，则进入步骤5；

步骤5、接收端接收数据，当接收端接收到以太网帧后才开始启动，这样可以避免占用系统资源；并接收的数据存储于数据接收队列中，直到所有数据接收完毕；根据数据帧的格式、数据载荷的格式和数据类型检验数据是否合法，若不合法，则丢弃数据，若合法，将数据进行还原，并执行相应的动作；所述步骤5具体为：

接收端在处理完一种数据类型的操作信息后，不再继续处理该数据类型的操作信息，但可以接收其他数据类型的数据并进行处理。直到接收到清除状态的操作。为方便用户感知接收客户端状态，所述接收端在接收数据后，将接收端上的指示灯显示为跑马灯状态，表明接收端正在处理指令；如果在处理指令过程中出现失败，则立即停止继续处理其他指令，将指示灯显示为闪烁状态；如果本次操作所有指令都处理成功，则将指示灯显示为长亮。

实施例一：

如图4所示，一台服务端设备发送操作数据给多台网络设备，则服务端设备定义为发送端，所有网络设备定义为接收端；

服务端设备获取操作数据，操作数据可以是单个指令，也可以使多条指令，统计操作数据的大小，根据定义的数据载荷的格式和操作数据的大小将操作数据进行分片处理，并根据数据帧的格式将分片后的操作数据封装成以太网帧，将所有以太网帧放入操作数据发送队列中，然后将操作数据发送队列中的操作数据逐一通过二层交换机发送给所有网络设备，直到所有操作数据发送完毕；服务端设备发送的所有报文都是广播帧，采用广播帧进行广播，因此服务端设备控制发送的数据是不断循环发送的，避免网络设备无法获取全部的分片数据；而且所有网络设备就可以通过以太网从广播帧上接收相同的操作数据，服务端设备与多台网络设备之间传输无需依赖IP地址，这样就能实现一台服务端设备同时本地操作多台网络设备。其源MAC地址设置为服务端设备的MAC地址，其目的MAC地址设置为FF:FF:FF:FF:FF:FF:FF:FF(广播帧)；

所有网络设备接收操作数据时，获取到服务端设备的MAC地址，将接收的操作数据存储于操作数据接收队列中，直到所有操作数据接收完毕；检验完整的操作数据的校验和、数据长度和数据类型是否合法，若不合法，则丢弃操作数据，若合法，将操作数据进行还原，并执行控制和配置等操作动作。

实施例二:

如图5所示，一台服务端设备发送查询数据给多台网络设备，则服务端设备定义为发送端，所有网络设备定义为接收端；

服务端设备获取查询数据，查询数据可以是单个指令，也可以使多条指令，统计查询数据的大小，根据定义的数据载荷的格式和查询数据的大小将查询数据进行分片处理，并根据数据帧的格式将分片后的查询数据封装成以太网帧，将所有以太网帧放入查询数据发送队列中，然后将查询数据发送队列中的查询数据逐一通过二层交换机发送给所有网络设备，直到所有查询数据发送完毕；服务端设备发送的所有报文都是广播帧，采用广播帧进行广播，因此服务端设备控制发送的数据是不断循环发送的，避免网络设备无法获取全部的分片数据；而且所有网络设备就可以通过以太网从广播帧上接收相同的操作数据，服务端设备与多台网络设备之间传输无需依赖IP地址，这样就能实现一台服务端设备同时本地操作多台网络设备。其源MAC地址设置为服务端设备的MAC地址，其目的MAC地址设置为FF:FF:FF:FF:FF:FF:FF:FF(广播帧)；

所有网络设备接收查询数据，并存储于查询数据接收队列中，直到所有操作数据接收完毕；检验完整的查询数据的校验和、数据长度和数据类型是否合法，若不合法，则丢弃查询数据，若合法，将查询数据进行还原，并执行相应的查询动作。

实施例三:

如图5所示，多台网络设备发送查询结果给同一台服务端设备，则服务端设备定义为接收端，所有网络设备定义为发送端；

所有网络设备查询后，获取查询结果，统计查询结果的大小，根据定义的数据载荷的格式和查询结果的大小将查询结果进行分片处理，并根据数据帧的格式将分片后的查询结果封装成以太网帧，将所有以太网帧放入查询结果发送队列中，然后将查询结果发送队列中的查询结果逐一通过二层交换机发送给服务端设备，直到所有查询结果发送完毕，同时，每台网络设备在返回网络设备的MAC地址时，还在数据实体字段的信息中附带上网络设备随机产生的通用唯一识别码发送给服务端设备，以便服务端设备区分不同的网络设备进行统计；网络设备发送的所有报文都不是广播帧，所以网络设备只发送一次，服务端设备可以控制重新获取，以获得所有网络设备的完整信息；而且只能由服务端设备接收，其源MAC地址设置为网络设备的MAC地址，其目的MAC地址设置为服务端设备的MAC地址；

服务端设备根据每个唯一识别码的每个类型数据包建立对应的查询结果接收队列，以区分不同网络设备的数据；服务端设备接收查询结果，并一一存储于每台网络设备对应的查询结果接收队列中，直到所有操作数据接收完毕；检验完整的查询结果的校验和、数据长度和数据类型是否合法，若不合法，则丢弃查询结果，若合法，将查询结果进行还原，根据每台网络设备的通用唯一识别码获取对应的查询结果，并通过用户界面呈现给用户。

依次完成实施例一、二、三的数据传输操作，就是从服务端设备发送操作数据给网络设备进行操作，再到服务端设备发送查询数据给网络设备来查询操作结果，最后网络设备将查询结果返回给服务端设备的完整的数据传输过程。

本发明的优点如下：

本发明是通过定制私有以太网帧和通讯协议的方法，利用二层广播帧的特性，可以实现在本地批量操作网络设备，通过利用以太网帧的方式，避免了通过网络操作网络设备依赖网络IP地址的方式，极大的便利了使用者，消除了局限性；通过将操作指令本地批量下发到网络设备中，大大提高了网络设备的生产效率和维修效率，在网络设备的生产和售后维修的过程中可以节省很多的时间成本，对网络设备批量自动化测试及出厂信息设置有重要作用。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims

1.一种基于以太网帧的本地批量操作网络设备的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤3、发送端统计待发送的数据的大小，根据定义的数据载荷的格式和数据的大小将数据进行分片处理；该步骤具体为：

步骤4、根据定义的数据帧的格式将分片后的数据封装成以太网帧，将所有以太网帧放入数据发送队列中，然后将数据发送队列中的数据以帧为单位逐一通过二层交换机发送给接收端，直到所有数据发送完毕；该步骤具体为：

步骤5、接收端接收数据，并存储于数据接收队列中，直到所有数据接收完毕；根据数据帧的格式、数据载荷的格式和数据类型检验数据是否合法，若不合法，则丢弃数据，若合法，将数据进行还原，并执行相应的动作；该步骤具体为：

2.如权利要求1所述的一种基于以太网帧的本地批量操作网络设备的方法，其特征在于：所述接收端在接收数据后，将接收端上的指示灯显示为跑马灯状态，表明接收端正在处理指令；如果在处理指令过程中出现失败，则立即停止继续处理其他指令，将指示灯显示为闪烁状态；如果本次操作所有指令都处理成功，则将指示灯显示为长亮。

3.如权利要求1所述的一种基于以太网帧的本地批量操作网络设备的方法，其特征在于：所述步骤4中将数据发送队列中的数据以帧为单位逐一发送，每一帧数据发送后进行随机的延时，再发送下一帧数据。