CN109525492B - 一种不依赖路由协议或算法的ip数据备份传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不依赖路由协议或算法的IP数据备份传输方法，利用无线信道(ad‑hoc无线自组织网络、wifi网络等)作为备份传输信道，利用三层交换网络芯片的二层交换功能，辅助有线信道传输IP数据，达到可靠传输的目的。通过本发明可以在无线信道一跳可达的范围内部署IP三层交换网络，使得IP数据可以通过无线信道进行备份传输达到可靠传输的目的，当有线信道路由变化时不会影响无线信道的IP数据传输，从而保证了IP数据的可达性可以不依赖于路由协议指定的路径。有线信道和无线信道互为备份关系，从而提高了整个IP数据传输系统的可靠性。

Description

一种不依赖路由协议或算法的IP数据备份传输方法
技术领域
本发明涉及数据传输技术领域，更具体的说是涉及一种不依赖路由协议或算法的IP数据备份传输方法。
背景技术
IP传输网络的传输方式为尽力而为的逐跳转发，IP传输不能保证数据能到达目的地。IP数据的可靠传输一般是依靠数据终端之间建立TCP连接来实现，解决UDP业务(包括视频、话音等实时数据流)的可靠传输一般依靠三类技术：
端口备份：相关技术为MSTP设备(多业务传输设备)和端口复用。MSTP设备间具有工作光纤和备用光纤两条通路，正常情况下在工作光纤传输业务数据，网管模块通过链路层的管理信息可及时发现工作光纤链路通断情况并及时(50ms以内)切换到备用光纤。端口复用技术则在数据的收发双方建立多个备份端口并通过及时检测主端口的通信状态，当主端口断开时切换到备份端口，其切换时间依赖链路检测技术的性能。
链路备份：如ATM(异步传输模式)系统的APS(自动转换保护)备份，通过配置保护链路，提供工作链路和保护链路的故障检测和倒换机制，实现链路备份。
链路聚合：链路聚合技术在2000年IEEE802.3ad完成标准化，后由802.1AX标准对该技术的模型、操作、控制协议以及管理进行全面规范。该技术可以将数据终端设备之间的多条全双工点到点链路聚合起来形成一个链路聚合组(LAG)。上层功能模块则可以将链路聚合组当成一条逻辑链路使用，从而达到平滑扩展链路带宽的目的，同时LAG组的物理链路之间互为备份提高了链路可靠性。
分析这三类技术，技术1和技术3是基于单设备级或者物理链路层级，未实现跨越IP三层网络来实现网间的数据可靠传输。技术2是依靠ATM(异步传输模式)的特殊性，建立从源到目的的两条端到端链路，依靠APS协议实现路径切换。该技术必须依赖ATM(异步传输模式)有连接的特性，对于无连接的IP传输需要叠加更多的技术，例如MPLS(多协议标签交换)来实现备份路径，MPLS的标签交换与IP数据的依靠路由表(最长掩码匹配)交换也有本质的区别。
除了上述的三种技术之外，因为SDN(软件定义网络)技术的兴起，有了更多的方法可以实现可靠IP数据传输。例如通过SDN控制器计算出从源到目的的两条路径的流表下发给交换机，当IP数据到达该交换机时，因为匹配两条流表，则通过复制数据的方式形成两份数据在网络内传输，最终在目的端交换机形成单一报文传输给终端。SDN控制器计算路径时也必须依赖SPF(最短路径优先)算法进行路径计算，不能脱离路由协议或者路由算法单独形成备份路径的IP数据传输。
因此，如何提供一种不依赖路由协议或算法的IP数据备份传输方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种不依赖路由协议或算法的IP数据备份传输方法，可以在非SDN(软件定义网络)交换机的传统IP交换机或者路由器上得到应用，在无线信道一跳可达的范围内部署IP三层交换网络，使得IP数据可以通过无线信道进行备份传输达到可靠传输的目的，当有线信道路由变化时不会影响无线信道的IP数据传输，从而保证了IP数据的可达性可以不依赖于路由协议指定的路径。有线信道和无线信道互为备份关系，从而提高了整个IP数据传输系统的可靠性。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种不依赖路由协议或算法的IP数据备份传输方法，包括如下具体步骤：步骤1：IP数据从终接口进入带有逻辑器件的IP交换机或者路由器的终端接口板，逻辑器件进行数据复制；
步骤2：复制数据时，以以太网数据包的形式进入交换网络，以太网帧的“类型”字段的前面加入4字节的虚拟局域网标签字段，然后提取IP报文的目的IP地址作为索引查询功能单元的映射表以获取目的MAC地址，将原始报文的目的MAC地址替换为映射表中的MAC地址；
步骤3：复制后的数据通过加入虚拟局域网标签发送给交换网络作二层交换到无线接口，原数据直接发送给交换网络作三层交换到有线接口；
步骤4：有线传输的业务数据和无线传输的备份数据经过有线传输或者无线传输到达目的三层交换机或者路由器后，都将通过三层转发的方式传输到终端接口板；逻辑器件接收到下行数据后，以源IP地址、目的IP地址、IP头部中的序号的三元组为依据判断是否为同一IP数据；首先提取所述三元组，然后以所述三元组作为索引检查缓存中是否存在所述三元组；如果检索失败则表示数据包是第一次来的下行数据，所述三元组应进入缓存，同时下行数据应下发到终端计算机；如果检索成功则表示数据包是第二次来的下行数据，下行数据应丢弃。
需要了解的是：业务数据即数据终端(PC机)发送给远端数据终端(PC机)的数据，该报文的目的IP地址和本地PC机的IP地址非同一个网段，比如192.168.1.2/24发送给192.168.2.2/24。备份数据也是业务数据，从PC机进入终端板后，业务数据会备份(业务数据和原始数据的区别在于是否存在VLAN标签字段，同时目的MAC地址会不同)，当备份数据经过二层交换后，该备份数据的VLAN标签会取消；经过二层交换的备份数据和经过三层交换原始数据将通过不同的接口发送出设备，因此业务数据和备份业务数据会经过不同的网络路径传递到目的节点。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种不依赖路由协议或算法的IP数据备份传输方法，可以在无线信道一跳可达的范围内部署IP三层交换网络，使得IP数据可以通过无线信道进行备份传输达到可靠传输的目的，当有线信道路由变化时不会影响无线信道的IP数据传输，从而保证了IP数据的可达性可以不依赖于路由协议指定的路径。有线信道和无线信道互为备份关系，从而提高了整个IP数据传输系统的可靠性。
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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明的具备备份传输条件的基本拓扑图；
图2附图为本发明的目的网络和目的MAC的映射示意图；
图3附图为本发明的虚拟局域网划分示意图；
图4附图为本发明的数据上行的逻辑流程示意图；
图5附图为本发明的数据下行的逻辑流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种不依赖路由协议或算法的IP数据备份传输方法，可以在无线信道一跳可达的范围内部署IP三层交换网络，使得IP数据可以通过无线信道进行备份传输达到可靠传输的目的，当有线信道路由变化时不会影响无线信道的IP数据传输，从而保证了IP数据的可达性可以不依赖于路由协议指定的路径。有线信道和无线信道互为备份关系，从而提高了整个IP数据传输系统的可靠性。
备份传输的具体实施方式以图1为基本拓扑，IP交换机或者路由器必须具备有线接口(可多个)和无线接口，并增加以下4个方面的功能单元：
获取目的网段和目的无线的接口MAC(媒体接入控制)地址列表：
以图2为例，IP交换机或者路由器在无线接口上以广播或者组播形式发送本地终端目的网段和无线接口MAC地址的映射表。无线网络内的IP交换机或者路由器均接收此映射表，由此形成全网的IP网段到MAC地址的映射表。
当映射关系发生变化时(例如第一次收到映射表)，IP交换机或者路由器的主控板应下发全网映射表给终端接口板的逻辑器件以备数据复制时填充目的MAC地址。
交换网络芯片的VLAN(虚拟局域网)划分：
如图3所示，VLAN接口是交换网络的接口。当该接口(ETH5)收到的数据中明确含有VLAN标签2时，将此数据划分进入VLAN2进行交换。当该接口(ETH5)收到的数据中未含有VLAN标签时，将此数据划分进入VLAN1进行交换。
终端接口板上行数据的处理：
以图4为例，IP数据进入终端接口板后由逻辑器件处理。逻辑器件需要复制该数据，并在以太网帧的“类型”字段的前面加入4字节的“VLAN标签”字段(即功能单元2的VLAN2)，然后提取IP报文的目的IP地址作为索引查询功能单元1的映射表以获取目的MAC地址，将IP数据的目的MAC地址进行替换，然后重新校验数据发送到交换网络作二层交换到无线接口。
原始数据不作任何改变直接发送到交换网络以作三层交换到有线接口。
终端接口板下行数据的处理：
以图5为例，IP数据经过有线传输或者无线传输到达目的三层交换机或者路由器后，都将通过三层转发的方式传输到终端接口板。
终端接口板的逻辑器件需要增加“去重”功能，即从有线信道和无线信道分别接收的数据仅发送一份给终端计算机。两份数据具有相同的三元组：源IP地址、目的IP地址、IP头部中的序号。以此三元组作为判断是否为同一个数据的依据。
逻辑器件接收到下行数据后，首先提取上述的三元组，然后以此作为索引检查缓存中是否存在此三元组。如果检索失败则表示该数据包是第一次来的下行数据，该三元组应进入缓存，同时该数据应下发到终端计算机。
如果检索成功则表示该数据包是第二次来的下行数据，该数据应丢弃。
缓存应设置为循环利用，其大小的设定应参考无线信道的时延特点和IP业务模型，需计算从源节点发送IP数据到目的节点无线信道的最大时延值(M秒)和单位时间内(1秒)IP业务的接收频次(C/s)。为了增加可靠性，还需要增加一个保险系数N(一般大于等于2并小于等于3)。缓存大小的公式：buffer size＝M╳C╳N。同时需要满足buffer size远远小于IP头部序号的容量65535。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种不依赖路由协议或算法的IP数据备份传输方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
步骤1：IP数据上行数据从终端接口进入带有逻辑器件的IP交换机或者路由器的终端接口板，逻辑器件进行数据复制；进入交换机或路由器，所述交换机和所述路由器均具有逻辑器件；
步骤2：复制数据时，以以太网数据包的形式进入交换网络，以太网帧的“类型”字段的前面加入4字节的虚拟局域网标签字段，然后提取IP报文的目的IP地址作为索引查询功能单元的映射表以获取无线MAC地址，将原始报文的有线MAC地址替换为映射表中的无线MAC地址；获取目的网段和目的无线接口MAC地址列表；所述IP交换机或者所述路由器在无线接口上以广播或者组播形式发送本地终端目的网段和所述无线接口MAC地址的所述映射表，无线网络内的所述IP交换机或者所述路由器均接收所述映射表，由此形成无线MAC地址的所述映射表；
步骤3：复制后的数据通过加入虚拟局域网标签发送给交换网络作二层交换到无线接口，原数据直接发送给交换网络作三层交换到有线接口；
步骤4：有线传输的业务数据和无线传输的备份数据传输到达目的三层交换机或者路由器后，都将通过三层转发的方式传输到终端接口板；逻辑器件接收到下行数据后，以源IP地址、目的IP地址、IP头部中的序号的三元组为依据判断是否为同一IP数据；
所述IP交换机或者所述路由器同时具备有线接口和无线接口。
2.根据权利要求1所述的一种不依赖路由协议或算法的IP数据备份传输方法，其特征在于，所述步骤4中，判断同一IP数据步骤如下：首先提取所述三元组，然后以所述三元组作为索引检查缓存中是否存在所述三元组；如果检索失败则表示数据包是第一次来的下行数据，所述三元组进入缓存，同时下行数据下发到终端计算机；如果检索成功则表示数据包是第二次来的下行数据，下行数据丢弃。
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