CN109547339B - 一种无线路由器组网时防止网络形成环路的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线路由器组网时防止网络形成环路的方法及系统，属于无线通信领域。本发明方法包括如下步骤：指定的AP发送环路检测包来判断网络拓扑中是否有环路，环路检测包在经过每一个AP时，相应AP将自己的mac及链路信息填充于该环路检测包；如果存在环路，将环路标志位置1并生成环路表，所述环路表统计环路中节点个数及链路情况；根据环路表决定阻塞特定的mesh链路；如果存在LAN链路断开，放开阻塞的mesh链路。本发明的有益效果为：通过对环路的识别，形成环路表以便后期的维护；通过对整个网络环路信息的动态获取，选择最优化的阻塞方案；通过识别断开的链路，调整阻塞链路的通断，使网络所有节点畅通。

Description

一种无线路由器组网时防止网络形成环路的方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种无线路由器组网时防止网络形成环路的方法及系统。

背景技术

无线路由器使用电磁波进行数据的传输，相对于有线设备而言，其具有灵活性、可移动性、安装便捷的特点。随着人们生活质量的提高，对路由器的功能及性能有更高的要求。但由于应用场景的多样化及复杂化，且路由器覆盖范围的有限性，单台路由器的普通上网模式已无法满足特定场所的上网需求。为满足用户更大范围更全面的覆盖需求，多台路由器进行组网已成为了一种新兴且热门的技术。但在多台路由器组网过程中，会由于无线链路及有线链路混合的复杂性，容易导致网络中存在着环路，从而形成广播风暴而导致网络瘫痪。STP协议原是针对有线网络(交换机)组网而设计的防环路协议，后面将其加以改进并引入路由器中。但STP协议在无线网络应用中存在容易阻断整个mesh链路导致部分AP(无线接入点)脱离网络而无法进行上网的不足。

在基于mesh技术开发的路由器产品中，每台mesh路由器既有有线的WAN口及LAN口，同时也有mesh无线口。多台路由器既可通过mesh无线链路连接形成多节点无线网络，同进也可通过LAN可连接形成多节点有线网络。所以在多节点网络中，会形成既有有线连接以及mesh连接形成的多重复杂的网络。而在无线mesh链路中，传输的是基于802.11协议的报文，在有线LAN链路中，传输的是基于802.3协议的报文。在纯mesh组成的网络中，其有相应的防环路机制。即在广播报文中，发送报文的路由器会设置相应的标志位，在发送报文之后，如果一定时间内收到带有该标志位的报文，则可判断此mesh网络形成的拓扑中存在环路，则丢弃该报文而不再继续转发给其它mesh路由器。从而有效防止了因重复转发广播报文形成广播风暴从而导致网络资源耗尽和网络拥塞。当整个网络中存在已由纯mesh链路构成的环路，在此基础上若仍存在有线LAN链路，广播报文在此网络中转发经过有线LAN链路时，被从802.11格式的报文转换为802.3格式的报文。而802.3格式的报文无法带有原802.11报文的环路上述的环路标志位，从而导致报文被转发给最初发送此报文的路由器，其无法识别出该报文是否是由自己发出的广播报文，从而会继续转发下去，导致该报文在网络中无限被重复转发，从而形成广播风暴导致网络瘫痪。如图1所示，以3个AP(AP1、AP2和AP3)节点为例，由mesh链路及LAN链路组成混合网络形成的多重环路(这里所说的环路指由mesh链路和LAN链路构成的混合环路)有如下两条：12，134。STP协议在mesh网络中的作用机制如下：在有线及无线组成的混合链路网络中，其识别到存在环路后，将与LAN相连的AP中较小的mac的AP整个mesh链路进行阻塞，也即此AP与其他相连的AP所有链路中的mesh均会被阻塞。假设由4个AP构成的网络拓扑如图2所示所示，并假设AP1的mac小于AP2的mac，在STP协议机制下，其会将AP1的mesh接口阻塞，导致与AP1以mesh相连的其他AP均断开，也即mesh链路2、3和5被阻塞，如图3所示。最终的弊端是：AP4由于只有唯一的mesh链路与AP1相连而接入整个网络，被断开后，AP4处于孤立状态，导致连接在其上的用户无法上网。

发明内容

为解决现有技术中的STP协议无法解决的混合网络组网而形成环路的问题，本发明提供一种无线路由器组网时防止网络形成环路的方法及系统。

本发明方法包括如下步骤：

S1：指定的AP发送环路检测包来判断网络拓扑中是否有环路，环路检测包在经过每一个AP时，相应AP将自己的mac及链路信息填充于该环路检测包；

S2：如果存在环路，将环路标志位置1并生成环路表，所述环路表统计环路中节点个数及链路情况；

S3：根据环路表决定阻塞特定的mesh链路；

S4：如果存在LAN链路断开，放开阻塞的mesh链路。

本发明作进一步改进，还包括步骤S5：重新检测，判断是否存在环路，如果是，阻塞相应环路对应的mesh链路，如果否，将环路检测包清零，环路标志位置0。

本发明作进一步改进，在步骤S1中，环路检测的处理方法为：

S11：检测网络拓扑中是否有新链路形成，如果没有，不执行操作，如果有,与新链路相连的两AP中较小mac的AP作为检测AP，发送环路检测包并填充链路信息；

S12：各AP收到检测AP发送的环路检测包后填充相应的mac、链路类型信息。

本发明作进一步改进，在步骤S2中，检测AP检测环路是否存在，存在则填充环路表；在步骤S3中，根据环路表选择出控制AP，控制AP阻塞相应的环路。

本发明作进一步改进，控制AP的选择方法为：

(1)检测AP填充环路表；

(2)判断自己的mesh链路是否处于环路表中的所有环路上，如果是，则选择自己当选为控制AP；否则，跳转至步骤(3)；

(3)统计环路表中与任意一条LAN链路相连且mesh链路处于所有环路的AP个数，如果存在唯一AP，则将其作为控制AP并通知该AP；如果存在多个AP，跳转至步骤(4)；

(4)在存在的多个AP中选择mac小的AP作为控制AP。

本发明作进一步改进，在步骤S4中，放开阻塞的mesh链路的处理方法为：

(1)如果检测到有链路断开，跳转至步骤(2)；否则，跳转至步骤(5)；

(2)如果检测到链路断开的AP为控制AP；则跳转到步骤(3)，否则跳转至步骤(4)；

(3)判断阻塞的mesh链路是否位于环路表中，如果是则放开阻塞的mesh链路，并重新发起一次环路检测，否则，跳转至步骤(5)；

(4)其他AP检测到有链路断开后告知控制AP链路断开信息，控制AP执行步骤(3)；

(5)不执行操作。

本发明还提供一种实现所述方法的系统，包括：

环路检测模块：用于发送环路检测包来判断网络拓扑中是否有环路，环路检测包在经过每一个AP时，相应AP将自己的mac及链路信息填充于该环路检测包；

环路表生产模块：用于在存在环路时，将环路标志位置1并生成环路表，所述环路表统计环路中节点个数及链路情况；

链路阻塞模块：用于根据环路表决定阻塞特定的mesh链路；

阻塞链路放开模块：用于在存在LAN链路断开的情况下，放开阻塞的mesh链路。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过对环路的识别，形成环路表以便后期的维护；通过对整个网络环路信息的动态获取，选择最优化的阻塞方案；通过识别断开的链路，调整阻塞链路的通断，使网络所有节点畅通。

附图说明

图1为三个AP形成的多条环路拓扑图；

图2为四个AP形成的网络拓扑图；

图3为四个AP在STP协议作用后的拓扑图；

图4为本发明方法流程图；

图5为环路检测包数据结构图；

图6为环路检测并阻塞方法流程图；

图7为控制AP选择方法流程图；

图8为检测AP与控制AP分开拓扑图；

图9为阻塞链路放开方法流程图；

图10为多个AP形成的环路并阻塞后的拓扑图；

图11为多个AP形成的网络放开阻塞的拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明主要从3个方面进行优化设计：1.环路的检测；2.环路的阻塞；3.阻塞放开。环路的检测，当有新增的有线链路加入网络时，某个指定的AP通过发出环路检测包来收集此包经过的其他各AP的信息，包括AP的mac，链路类型(无线或有线链路)，并且该AP通过最终是否收到该检测包来判断网络中是否存在环路；2.环路的阻塞，在环路检测的基础上，若已判断存在环路，则选择出执行阻塞环路的AP，由其进行链路的阻塞操作；3.环路的放开，由于用户可能在一定时间后重新断开有线链路，此时可能会导致与该链路相连的AP由于失去连接而脱离网络，需要恢复之前断开的链路保证该AP依旧处于网络中。需要说明的是在mesh网络中，用户是无法单独控制某条mesh链路的通断的，因此链路的新增和剔除均指有线LAN链路，而链路的阻塞及放开指的是无线mesh链路。

如图4所示，本发明的具体实现方法为：

首先，通过指定的AP发送环路检测包来判断拓扑中是否有环路，环路检测包在经过每一个AP时，相应AP将自己的mac及链路信息填充于该包，为后期形成环路表提供基础信息。在得知有环路的情况下，将环路标志位置1并生成环路表，统计环路中节点个数及链路情况；接着，根据环路表来决定阻塞哪条链路以防止广播风暴，最后，根据LAN链路的断开而放开阻塞的mesh链路，从而保持广播包的正常流通。

如果在有链路断开之前不存在环路，此时环路标志位默认为0的，则不存在链路已阻塞的情况，也不需要进行mesh链路阻塞的放开。

本例的环路检测包为广播包，其数据结构如图5所示。包括目的地址、源地址、包类型type、IP首部、TCP首部、应用数据和以太网尾部，其中，如果为环路检测包，则将环路检测包的type包类型字段设置为0x1111；首先发包的AP将自己的mac字段以及传输该包链路的类型填充在应用数据中，如果是有线LAN链路，则链路类型字段用0x01填充，如果是无线mesh链路，则用0x02填充。后面转发该广播包的AP依照此规则一一填充相应字段，本例在数据结构中只列出了5个mac及链路类型，实际上此字段可根据网络中AP个数填充调整。

如图6所示，防环路阻塞方法包含两个阶段：环路检测和链路阻塞。第一阶段是环路检测，其通过广播环路检测包的形式来检测是否有环路。第二阶段，在检测到存在环路的情况下，由控制AP对相应的环路进行阻塞。具体实现方法为：

1.检测拓扑中是否有新链路形成，如果有，则跳转至步骤2～4；否则，跳转至步骤7；

2.将与新链路相连的两AP中较小mac的AP作为检测AP，所述检测AP发送环路检测包并填充链路信息；

3.各AP收到环路检测包后填充相应的mac、链路类型等信息；

4.检测AP检测环路是否存在，存在则填充环路表，并跳转至步骤5～6；否则，跳转至步骤7；

5.根据环路表选择出控制AP；

6.控制AP阻塞相应的环路；

7.不执行其他操作。

其中，控制AP的选择是关键，如图7所示，本例控制AP的选择方法为：

1.检测AP填充环路表；

2.判断自己的mesh链路是否处于环路表中的所有环路上，如果是，则选择自己当选为控制AP；否则，跳转至步骤3；

3.统计环路表中与任意一条LAN相连且mesh链路处于所有环路的AP个数，如果存在唯一AP，则将其作为控制AP并通知(采用单播报文)该AP；如果存在多个AP，跳转至步骤4；

4.在存在的多个AP中选择mac小的AP作为控制AP。

本发明之所以区分检测AP和控制AP，是因为存在形成环路后，需要阻塞的mesh链路不与检测AP相连的情形，从而导致检测AP无法控制mesh链路的阻塞和放开。

如图8所示，以4个AP为例，本例标号大小代表mac的大小，比如：由于B>A,所以B的mac同样也大于A的mac，实线表示有线链路也即LAN链路，虚线表示无线链路即mesh链路。本例在增加了链路AD之后，在检测到链路加入信息的节点A和B中，A节点mac较小，因此当选为检测AP，其检测到存在环路ABCD，但其并未与环中的mesh链路BC相连，因此也无法控制mesh链路的阻塞和放开，此时其需要根据环路表判断出与mesh链路相连的AP并通知它作为控制AP，因此需要将检测AP与控制AP区分开来。

当形成环路后，在环路阻塞方法作用下，会阻塞被选中的无线mesh链路。当用户在此后切断其他的有线链路后，网络中导致部分AP无法进行通信，此时需要将阻塞的链路重新放开，以使所有AP之间都能通信。

如图9所示，阻塞链路放开的方法包括如下步骤：

1.如果检测到有链路断开，跳转至步骤2；否则，跳转至步骤5；

2.如果检测到链路断开的AP为控制AP；则跳转到步骤3，否则跳转至步骤4；

3.判断链路是否位于环路表中，如果是则放开阻塞链路，并重新发起一次环路检测，否则，跳转至步骤5；

4.其他AP检测到有链路断开后告知控制AP链路断开信息，控制AP执行步骤3；

5.不执行操作。

如图10所示，以5个AP形成的环路为例，对阻塞链路放开的方法在其上的作用具体说明：

五个AP形成的环路较为复杂，存在着多重环路。在加入AD链路形成环后，根据阻塞环路算法，选出A作为控制AP，A完成环路表填充后(环路表中包含环路AED、AECD、ABED、ABECD)，由于A位于所有环路中，因此选择自己作为控制AP，其随即阻塞掉AE和AB。此后，如果用户继续用LAN连接BC,则B检测到有链路加入且自身mac较小(相较于C)，由自己发起环路检测，填充环路表(环路表中包含环路BEC、BEDC)，且自己位于所有环路中，因此也当选为控制AP，然后其阻塞掉BE。此后，如果用户拔掉AD的LAN链路，此时作为控制AP的A节点会放开阻塞链路AE和AB，同时对整个拓扑再一次进行环路检测，发现仍存在环路ABCE，便会阻塞掉AB。而用户如果继续拔掉BC之间的LAN链路，则作为控制AP的B节点会放开阻塞掉的BE，最终形成拓扑示意图如图11所示。

本发明设计一种全新的机制，在多重环路间通过阻塞某些链路，达到断开所有环路的目的，从而避免广播风暴的形成。通过对环路的识别，形成环路表以便后期的维护；通过对整个网络环路信息的动态获取，选择最优化的阻塞方案；通过识别断开的链路，调整阻塞链路的通断，使网络所有节点畅通。

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种无线路由器组网时防止网络形成环路的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：指定的AP发送环路检测包来判断网络拓扑中是否有环路，环路检测包在经过每一个AP时，相应AP将自己的mac及链路信息填充于该环路检测包；

S2：如果存在环路，将环路标志位置1并生成环路表，所述环路表统计环路中节点个数及链路情况；

S3：根据环路表决定阻塞特定的mesh链路；

S4：如果存在LAN链路断开，放开阻塞的mesh链路，

步骤S1的具体处理方法为：

S11：检测网络拓扑中是否有新链路形成，如果没有，不执行操作，如果有,与新链路相连的两AP中较小mac的AP作为检测AP，发送环路检测包并填充链路信息；

S12：各AP收到检测AP发送的环路检测包后填充相应的mac、链路信息。

2.根据权利要求1所述的无线路由器组网时防止网络形成环路的方法，其特征在于：还包括步骤S5：重新检测，判断是否存在环路，如果是，阻塞相应环路对应的mesh链路，如果否，将环路检测包清零，环路标志位置0。

3.根据权利要求1或2所述的无线路由器组网时防止网络形成环路的方法，其特征在于：在步骤S2中，检测AP检测环路是否存在，存在则填充环路表；在步骤S3中，根据环路表选择出控制AP，控制AP阻塞相应的环路。

4.根据权利要求3所述的无线路由器组网时防止网络形成环路的方法，其特征在于：控制AP的选择方法为：

(1)检测AP填充环路表；

(2)判断自己的mesh链路是否处于环路表中的所有环路上，如果是，则选择自己当选为控制AP；否则，跳转至步骤(3)；

(3)统计环路表中与任意一条LAN链路相连且mesh链路处于所有环路的AP个数，如果存在唯一AP，则将其作为控制AP并通知该AP；如果存在多个AP，跳转至步骤(4)；

(4)在存在的多个AP中选择mac小的AP作为控制AP。

5.根据权利要求4所述的无线路由器组网时防止网络形成环路的方法，其特征在于：在步骤S4中，放开阻塞的mesh链路的处理方法为：

(1)如果检测到有链路断开，跳转至步骤(2)；否则，跳转至步骤(5)；

(2)如果检测到链路断开的AP为控制AP；则跳转到步骤(3)，否则跳转至步骤(4)；

(3)判断阻塞的mesh链路是否位于环路表中，如果是则放开阻塞的mesh链路，并重新发起一次环路检测，否则，跳转至步骤(5)；

(4)其他AP检测到有链路断开后告知控制AP链路断开信息，控制AP执行步骤(3)；

(5)不执行操作。

6.一种实现权利要求1-5任一项所述无线路由器组网时防止网络形成环路的方法的系统，其特征在于，包括：

环路检测模块：用于发送环路检测包来判断网络拓扑中是否有环路，环路检测包在经过每一个AP时，相应AP将自己的mac及链路信息填充于该环路检测包；

环路表生产模块：用于在存在环路时，将环路标志位置1并生成环路表，所述环路表统计环路中节点个数及链路情况；

链路阻塞模块：用于根据环路表决定阻塞特定的mesh链路；

阻塞链路放开模块：用于在存在LAN链路断开的情况下，放开阻塞的mesh链路，

环路检测模块包括判断单元：用于判断检测网络拓扑中是否有新链路形成，如果没有，不执行操作，如果有,与新链路相连的两AP中较小mac的AP作为检测AP，发送环路检测包并填充链路信息；

环路检测包填充单元：用于在各AP收到检测AP发送的环路检测包后填充相应的mac、链路信息。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述环路检测模块还用于在放开阻塞链路后，重新对链路进行检测，判断是否存在环路，如果是，通知链路阻塞模块阻塞相应环路对应的mesh链路，如果否，将环路检测包清零，环路标志位置0。

8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于：所述链路阻塞模块根据环路表选择出控制AP，控制AP阻塞相应的环路。

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