CN109547092A - 卫星网络中实现端站间通信隔离的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卫星通信技术，其公开了一种卫星网络中实现端站间通信隔离的方法，解决传统技术中，卫星网络转发TCP/IP协议报文时容易造成数据泄露和转发效率低的技术问题。在本发明中，各个端站将本站终端设备的信息与本站的ID进行映射生成映射关系表；主站根据所有映射关系表生成端站映射总表；主站发送报文时，将报文信息与端站映射总表信息匹配，取出匹配条目对应的端站ID，各个端站接收到带有端站ID的物理帧时，若物理帧中的端站ID与本站ID一致，则将物理帧提交上层处理，若不一致，则直接丢弃该物理帧。发明特别适用于使用公共信道的卫星通信系统。

Description

卫星网络中实现端站间通信隔离的方法

技术领域

本发明涉及卫星通信技术，具体涉及一种卫星网络中实现端站间通信隔离的方法。

背景技术

在卫星网络中，当有多个站点接收同一频段信号时，该频段的信道为一个公共信道。在TCP/IP协议中，网络设备通过路由表(三层网络)或MAC转发表(二层网络)判决报文去向。当卫星网络的公共信道中承载着TCP/IP协议报文时，会存在以下问题：

如图1所示，假设PC1向PC2发送一个数据报文。报文将通过公共信道发送端(本申请下文中称之为“主站”)发送到公共信道中，图中的两个公共信道接收端(本申请下文中称之为“端站”)—端站1和端站2都将接收到该报文。在不做任何处理的情况下该报文在端站1被正确的转发，通过以太网，PC2正常的收到了该报文。但是，与此同时，对于端站2来说，由于它的路由表中或MAC转发表中并没有PC2的转发条目，该报文将被发送到PC3所在的网络中(这里假定，若端站2工作于三层组网方式时，设置默认网关指向用户网络接口)，进而造成数据泄露。

另一方面，对于端站2来说，空口收到的发往PC2的报文被送到协议处理单元处理，增加了端站2的协议处理单元的处理压力，进而降低了转发效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出一种卫星网络中实现端站间通信隔离的方法，解决传统技术中，卫星网络转发TCP/IP协议报文时容易造成数据泄露和转发效率低的技术问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

卫星网络中实现端站间通信隔离的方法，应用于使用公共信道的卫星通信系统中，该方法包括以下步骤：

公共信道的各个端站将本站的用户侧配置的网络转发信息与本站的ID进行映射，生成端站映射关系表；

各个端站将生成的所述端站映射关系表发送给公共信道的主站；

主站提取各个端站发送的所述端站映射关系表中的映射信息，并与对应端站的ID进行映射，生成端站映射总表；

主站在发送报文时，提取报文中的相关转发信息，并根据所述相关转发信息在端站映射总表中进行逆向查找，获取最匹配条目对应的端站的ID，然后在主站物理层将获取的所述对应的端站的ID加入物理帧中，并通过公共信道将该物理帧发送到各个端站；

当各个端站接收到带有端站ID的物理帧时，在端站物理层判断物理帧中的端站ID是否与本站ID一致，若一致，则将该物理帧送到上层进行处理，否则，直接丢弃该物理帧。

作为进一步优化，所述用户侧配置的网络转发信息为路由信息或者MAC转发表中学习到的MAC地址和VLAN信息。

作为进一步优化，所述主站在发送报文时，提取报文中的相关转发信息包括：目的IP或目的MAC和VLAN信息。

作为进一步优化，该方法还包括：

各个端站定时向主站报送端站映射关系表，或者在本站的用户侧配置的网络转发信息发生变化后，向主站报送新的端站映射关系表或报送发生变化的映射关系条目。

作为进一步优化，所述各个端站报送发生变化的映射关系条目的具体方式为：

当端站的用户侧配置的路由信息或者MAC转发表发生变化后，先对发生变化的数据进行排序，再与端站映射关系表中的数据进行逐条比对，从而确定数据差异，并将数据差异通过更新信令发送给主站，然后在端站映射关系表中将映射关系条目中的数据替换为新数据。

作为进一步优化，该方法还包括：

在主站生成端站映射总表后，对所述端站映射总表进行维护：在收到端站主动发送的相关老化信令时，对该端站的对应映射关系条目进行老化处理，或者，通过主站上设置的定时器，周期性检查端站映射总表的更新情况，若某个端站的对应映射关系条目在定时周期内未更新，则老化该端站的对应映射关系条目。

作为进一步优化，所述在收到端站主动发送的相关老化信令时，对该端站的对应映射关系条目进行老化处理，具体包括：

当端站的ID发生变化时，端站向主站连续发送两条相关老化信令，其中一条为携带原ID的映射表清除信令，另一条为携带新ID和完整映射表的配置信令；

当主站接收到清除信令时，清除端站映射总表中对应信令中ID的映射表条目；

当主站接收到配置信令时，提取完整映射表中的映射关系，与端站的新ID进行关联，记录到端站映射总表。

作为进一步优化，所述端站映射总表采用邻接表或者Hash表作为存储结构，端站的ID作为更新端站映射总表的索引关键字。

作为进一步优化，该方法还包括：

主站在更新端站映射总表时，建立逆向查找存储数据的再索引：

在二层环境下，使用多级链表对存储数据构建再索引：第一级采用VLAN作为索引关键字，第二级采用MAC地址或者对MAC地址进行Hash运算的值作为索引关键字；

在三层环境下，直接采用Hash表构建数据的再索引，或者采用压缩字典树结构构建查找树作为存储数据的再索引。

作为进一步优化，该方法还包括：

主站在更新端站映射总表时，采用双缓存机制进行更新：即将一个缓冲区中的表作为工作表，另一个缓冲区中的表作为更新表，在更新完成后，将工作表替换为更新表。

本发明的有益效果是：

1)本发明通过对端站映射关系的学习，使得公共信道的主站清楚的认识到端站的网络环境，从而能够在发送时确定数据的准确流向；

2)通过物理层丢帧过程使得公共信道的端站能够更早的丢弃无效数据，避免数据泄露；

3)由于物理层丢帧过程的独立性和实现的简单，因此该过程容易在逻辑芯片中单独实现，可以减少协议处理芯片对无效数据帧的处理，从而在一定程度上提高转发效率；

4)通过映射关系表的老化和更新，使得主站不会因为端站映射总表存在无效历史数据，而导致数据不能正确转发。

附图说明

图1是本发明背景技术中的公共信道主站和端站的网络环境示意图；

图2是主站对端站的映射关系学习过程的流程图；

图3是主站对报文的转发和端站的处理流程图。

具体实施方式

本发明旨在提出一种卫星网络中实现端站间通信隔离的方法，解决传统技术中，卫星网络转发TCP/IP协议报文时容易造成数据泄露和转发效率低的技术问题。

在具体实现上，本发明中的方案包括以下几个部分：

一、映射关系学习过程：

如图2所示，该部分包括以下实施步骤：

1)端站生成端站映射关系表：

各个端站将本站用户侧端口配置的路由(三层网络)或MAC转发表(二层网络)中学习到的MAC地址和VLAN与本站的ID结合，生成端站映射关系表；

2)端站将生成好的端站映射关系表，通过信令发送到主站；

3)主站学习端站映射关系表中的映射关系，生成端站映射总表：

主站接收到各个端站发来的端站映射关系表后，利用映射表中的路由信息(三层网络)或MAC地址及VLAN信息(二层网络)，与端站的ID做映射并存储，生成端站映射总表。

本部分通过对端站映射关系的学习，使得公共信道的主站清楚的认识到端站的网络环境，从而能够在发送时确定数据的准确流向。

二、端站映射总表的更新：

在建立端站映射总表后，为了让主站知晓端站最新的网络环境，需要对端站映射总表进行更新，更新需要基于端站对本站的端站映射关系的报送，报送的方式有两种：

定时报送：即无论端站映射关系有没有发生变化，端站都需要周期性的向主站报送本站的映射关系表，以提高可靠性；主站在收到报送的映射关系表后替换该端站在端站映射总表中的映射关系条目即可。

变化时报送：当端站的用户侧路由配置发生改变(三层网络)、或MAC转发表发生改变(二层网络)时，向主站报送新的端站映射关系表；主站在收到报送的新的映射关系表后替换该端站在端站映射总表中的映射关系条目即可。

另外，作为一种优化，还可以采用增量更新的方式上报变化；这样，就需要一个“增量感知”的过程，当路由表或MAC转发表发生改变时，端站先对新数据进行快速排序，然后与老数据逐条对比，将差异记录为更新信令发送给主站，然后将老数据替换为新的已排序数据用于下一次比对，这样便做到了“增量感知”。主站在收到更新信令后，根据差异记录更新该端站在端站映射总表中的对应映射关系条目。

由于上报映射表时，是分不同的端站进行上报的，所以为了更新时查找方便，作为一种优化可以使用邻接表或者Hash表作为存储结构，端站ID作为更新的索引关键字，即通过端站ID在映射总表中查询对应端站的映射关系条目。

此外，为了便于主站在报文转发时查询端站映射总表以获取匹配的端站ID信息(逆向查找)，在二层环境下作为一种优选方案可以使用多级链表对存储数据作再索引，第一级使用VLAN作为索引关键字，第二级用MAC地址作为索引关键字(第二级可以采用Hash函数生成关键字，进一步缩小搜索范围)；在三层环境下可以直接采用Hash表构建数据的再索引，也可以采用压缩字典树结构构建查找树。逆向查找需要的“再索引”应该在更新“端站映射总表”时建立。为了保证更新映射表不对业务转发构成较大影响，可以采用双缓存机制进行更新，即一个缓冲区中的表作为工作表，另一个缓冲区中的表作为更新表，在更新完成后切换。

本部分通过对端站映射总表的更新，可以让主站知晓端站最新的网络环境，有利于报文的转发。

三、主站对报文的转发和端站的处理过程：

如图3所示，该部分包括以下具体实施步骤：

1)主站提取报文中相关转发信息；

主站在发送报文时，取出报文中的目的IP(三层网络)或目的MAC(二层网络)；

2)在端站映射总表中进行逆向查找，获得最匹配条目对应的端站ID；

主站根据获取的目的IP或目的MAC在端站映射总表进行逆向查找，取出最匹配条目对应的端站ID；

3)主站物理层将查表获得的端站ID加入物理帧中，并通过公共信道发送出去；

4)当各端站接收到带有端站ID的物理帧时，在物理层判断物理帧中的端站ID是否与本站ID一致，若一致则将物理帧送到上层处理，否则直接丢弃。

在此部分，通过物理层丢帧过程使得公共信道的端站能够更早的丢弃无效数据，避免数据泄露；由于物理层丢帧过程的独立性和实现的简单，因此该过程容易在逻辑芯片中单独实现，可以减少协议处理芯片对无效数据帧的处理，从而在一定程度上提高转发效率。

四、映射关系的老化过程：

情景A：当端站关键配置(如：设备ID)发送变化时：

端站将向主站连续发送两条信令，一条原ID映射表清除信令，一条带新ID和完整映射表的配置信令；

主站接收到清除信令时，将清除端站映射总表中对应信令中端站ID的映射表条目；

主站接收到配置信令时，将新的映射关系记录到端站映射总表。

情景B：定时老化(这是基于端站定期上报映射关系表)：

在主站上，设置一个定时器，周期性(定时周期大于端站上报映射关系表的周期)检查“端站映射总表”各端站下的映射关系条目的更新情况，如果某个端站的映射关系条目一段时间没有更新，则表示该映射关系条目已失效，从而老化该条目。

在此部分，通过对无效映射关系的老化操作，不会因为端站映射总表存在无效历史数据，而导致数据不能正确转发。

Claims (10)

1.卫星网络中实现端站间通信隔离的方法，应用于使用公共信道的卫星通信系统中，其特征在于，该方法包括以下步骤：

公共信道的各个端站将本站的用户侧配置的网络转发信息与本站的ID进行映射，生成端站映射关系表；

各个端站将生成的所述端站映射关系表发送给公共信道的主站；

主站提取各个端站发送的所述端站映射关系表中的映射信息，并与对应端站的ID进行映射，生成端站映射总表；

主站在发送报文时，提取报文中的相关转发信息，并根据所述相关转发信息在端站映射总表中进行逆向查找，获取最匹配条目对应的端站的ID，然后在主站物理层将获取的所述对应的端站的ID加入物理帧中，并通过公共信道将该物理帧发送到各个端站；

当各个端站接收到带有端站ID的物理帧时，在端站物理层判断物理帧中的端站ID是否与本站ID一致，若一致，则将该物理帧送到上层进行处理，否则，直接丢弃该物理帧。

2.如权利要求1所述的卫星网络中实现端站间通信隔离的方法，其特征在于，所述用户侧配置的网络转发信息为路由信息或者MAC转发表中学习到的MAC地址和VLAN信息。

3.如权利要求1所述的卫星网络中实现端站间通信隔离的方法，其特征在于，所述主站在发送报文时，提取报文中的相关转发信息包括：目的IP或目的MAC和VLAN信息。

4.如权利要求1所述的卫星网络中实现端站间通信隔离的方法，其特征在于，

该方法还包括：

各个端站定时向主站报送端站映射关系表，或者在本站的用户侧配置的网络转发信息发生变化后，向主站报送新的端站映射关系表或报送发生变化的映射关系条目。

5.如权利要求4所述的卫星网络中实现端站间通信隔离的方法，其特征在于，

所述各个端站报送发生变化的映射关系条目的具体方式为：

当端站的用户侧配置的路由信息或者MAC转发表发生变化后，先对发生变化的数据进行排序，再与端站映射关系表中的数据进行逐条比对，从而确定数据差异，并将数据差异通过更新信令发送给主站，然后在端站映射关系表中将映射关系条目中的数据替换为新数据。

6.如权利要求1所述的卫星网络中实现端站间通信隔离的方法，其特征在于，

该方法还包括：

在主站生成端站映射总表后，对所述端站映射总表进行维护：在收到端站主动发送的相关老化信令时，对该端站的对应映射关系条目进行老化处理，或者，通过主站上设置的定时器，周期性检查端站映射总表的更新情况，若某个端站的对应映射关系条目在定时周期内未更新，则老化该端站的对应映射关系条目。

7.如权利要求6所述的卫星网络中实现端站间通信隔离的方法，其特征在于，

所述在收到端站主动发送的相关老化信令时，对该端站的对应映射关系条目进行老化处理，具体包括：

当端站的ID发生变化时，端站向主站连续发送两条相关老化信令，其中一条为携带原ID的映射表清除信令，另一条为携带新ID和完整映射表的配置信令；

当主站接收到清除信令时，清除端站映射总表中对应信令中ID的映射表条目；

当主站接收到配置信令时，提取完整映射表中的映射关系，与端站的新ID进行关联，记录到端站映射总表。

8.如权利要求1所述的卫星网络中实现端站间通信隔离的方法，其特征在于，

所述端站映射总表采用邻接表或者Hash表作为存储结构，端站的ID作为更新端站映射总表的索引关键字。

9.如权利要求8所述的卫星网络中实现端站间通信隔离的方法，其特征在于，

该方法还包括：

主站在更新端站映射总表时，建立逆向查找存储数据的再索引：

在二层环境下，使用多级链表对存储数据构建再索引：第一级采用VLAN作为索引关键字，第二级采用MAC地址或者对MAC地址进行Hash运算的值作为索引关键字；

在三层环境下，直接采用Hash表构建数据的再索引，或者采用压缩字典树结构构建查找树作为存储数据的再索引。

10.如权利要求9所述的卫星网络中实现端站间通信隔离的方法，其特征在于，

该方法还包括：

主站在更新端站映射总表时，采用双缓存机制进行更新：即将一个缓冲区中的表作为工作表，另一个缓冲区中的表作为更新表，在更新完成后，将工作表替换为更新表。