CN111092961A - 一种基于ppp协议的ip地址协商的实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于PPP协议的IP地址协商的实现方法，对全连接网络的每一个节点配置相同的地址池进行动态协商，协商的主体功能在插件中实现，且由主叫方负责IP地址对的分配。与现有技术相比，本发明的积极效果是：本发明针对现有的传统PPP‑IPCP协商方式无法满足点对点全连接网络通信需求的情况，提出了一种运用PPP‑IPCP增强型插件的方式，满足在一个网络系统中，任意两点通信双方能够通过动态协商的方式自动分配IP地址，且不会导致节点之间的地址冲突，实现消息的互通。

Description

一种基于PPP协议的IP地址协商的实现方法
技术领域
本发明涉及一种基于PPP协议的IP地址协商的实现方法。
背景技术
PPP(点到点协议)是为在同等单元之间传输数据包的简单链路设计的链路层协议。该链路提供全双工工作模式，顺序传输数据包。PPP的应用主要是通过拨号或专线方式建立点对点连接进行通信，成为各种主机、网桥、路由器之间连接共通的技术手段。PPP通信的底层物理传输介质可以是串口线、光纤及以太网等，具有广泛的应用性，可以适用多种场合之间的信息互通。
PPP主要有三个组件：在串行线路上对数据包进行加密；用于建立、配置和检测数据链路连接的连接控制协议(LCP)；用于建立和配置不同网络层协议的网络控制(NCP)协议族。为了适用多种物理信道，点对点通信的两端必须先发送LCP包配置及检测数据连接，设置完成之后再利用NCP协议进行网络层的选择及配置。例如网络层需要使用IP协议，即需要使用一个网络配置协议来进行双方IP地址，域名服务器的IP地址等项目的协商设置，之后才能进行网络协议层的数据传输，完成上述IP配置的协议即是IPCP，协议编号是8021。
传统的PPP通信双方通过IPCP进行IP地址协商，分为静态协商和动态协商两种。静态协商即非协商，双方先手动预设自己的IP地址。在发送Config-Request消息中告诉对端自己的IP地址，在收到对端的该报文之后通过Config-Ack消息进行确认，完成静态协商流程，其正常的流程如图1所示。
动态协商一般由固定一方进行地址的分配，该模式适用于客户端通过拨号和服务器进行PPP连接和IP地址的申请。接收端即服务器端配置IP地址池，发送端即客户端没有IP地址设置。发送方发送两次Config-Request，第一次发送方没有IP地址，所以报文里面填充0.0.0.0，接收端收到之后通过检测报文中的配置发现不是期望的地址，回复Config-Nak消息，并将分配给对端的地址填入该报文中，发送方收到该报文之后，将该地址填入下一包Config-Request中，之后的流程同上述静态协商。动态协商流程如图2所示。
上述两种方式基本都是通过配置完成，需要在每次IP协商前对主机或者路由器进行设置，过程较为繁琐，适用于点对点通信及单点对服务器的拨号通信。
如今的通信网络结构早已不仅满足于点对点通信，呈现向复杂化，交叉化、全连接发展的趋势，如果在一个网络系统中任意节点需要与其他节点进行PPP通信，即需要在每一个节点上虚拟出多个网卡，例如ppp0、ppp1…节点之间的IP地址不能冲突，对此上述的分配方式并不能很好的满足要求：对静态分配方式来说，一则随着网络中节点数目增多，手动配置IP地址的工作量急剧增大；二则任一节点并不知道网络中其他节点的IP地址，很容易造成网络中IP地址冲突混乱的情况，导致网络瘫痪。对动态分配方式来说，传统的模式是一个节点作为服务器端，向其他的节点分配IP地址，并不满足各节点之间对等交叉通信的要求。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种基于PPP协议的IP地址协商的实现方法，本发明针对现有的传统PPP-IPCP协商方式无法满足点对点全连接网络通信需求的情况，提出了一种运用PPP-IPCP增强型插件的方式，满足在一个网络系统中，任意两点通信双方能够通过动态协商的方式自动分配IP地址，且不会导致节点之间的地址冲突，实现消息的互通。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于PPP协议的IP地址协商的实现方法，对全连接网络的每一个节点配置相同的地址池用于动态协商，协商的主体功能在插件中实现，且由主叫方负责IP地址对的分配。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
一、解决多节点、全连接网络节点之间IP地址对协商的问题。
传统的PPP-IP协商方式分为静态协商和动态协商。
静态协商适用于点对点且双方知晓对端IP的情况。对于多节点全连接网络来说手动配置较为繁琐，存在不了解对端IP的情况下出现配置IP地址冲突，造成网络瘫痪的风险；动态协商主要用于一对多的网络拓扑，即一个节点作为服务器向其他节点分配IP地址，同样不适用全连接网络。
本发明通过各节点配置同样的地址池，进行动态协商，能较好的解决上述问题。
二、优化协商流程，主要功能采用插件的方式实现，不影响PPP主体功能且便于修改和移植。
优化协商流程，由一方(主叫)负责IP地址对的分配，减少动态协商的握手次数，比传统的协商方式更加高效；该功能采用插件的方式实现，便于修改及移植。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为静态协商流程；
图2为动态协商流程；
图3为一次协商成功流程；
图4为协商失败流程及重新协商的流程。
具体实施方式
本发明针对全连接网络，在每一个节点上设置相同的地址池，里面包含数量足够的地址对。在与不同的节点通信时采用不重复的地址。该技术采用增强型插件的方式实现，保证在不影响PPP-IPCP功能的情况下增加相应处理流程，协商的主体功能在插件中实现，保证以后功能的移植和扩展。根据流程可分初始化、主叫发起地址对协商、被叫接收或拒绝(主叫更换地址对重新协商或协商失败)。
一、初始化
a)地址池中地址对的设置：根据网络中链路数最大的节点确定，其计算规则为：S＝N*2-1，其中S为地址对的数目，N为网络中单个节点最大的链路数，地址池中任意地址均不一样，该数目能保证所有节点之间能独立通信。
b)在节点内，地址池以共享内存的方式供所有协商进程共同使用，最大程度避免节点内各虚拟网卡间的地址对冲突。共享内存采用信号量进行保护，避免两个进程同时对同一对地址对进行操作。
c)对插件进行注册。
d)启动配置文件解析：配置文件按照具体情况设置底层通信接口设备，接口速率，lcp-echo-failure等其他通用设置。被叫选择接收对端对源IP及目的IP的设置、不主动发起IP地址协商选项。
二、根据PPP-IPCP的协商方式，制定自动协商的流程
相关术语：
地址选项：包含协商的IP地址对、是否协商标志、是否接受对端IP标志等；
wantoptions:用于与对端协商的地址选项；
gotoptions：对端确认的地址选项；
allowoptions:允许对端协商的地址对选项；
hisoptions:向对端确认的地址对选项；
(1)一次协商成功的流程：
a)主叫在地址对池中选取“空闲”状态的地址对，例ip_pair1(ip1、ip2),通过插件在重置request information时将Config_req中本地设置的地址对设置为ip_pair1，对端设置中的地址对和历史地址设置全为空，协商选项设置为禁止，即采用自定义方式进行地址分配；IPCP协议设置对端Config_ack检查设置中的ip地址对与本地一致(gotoptions)。IPCP协议通过状态机发送该Config_req发起地址对协商。
b)被叫IPCP协议在接收到对端的Config_req消息时，解析消息中的源地址和目的地址，确认目的地址(即分配给本端的地址)不为0及本地已配置接收对端IP设置的选项，启动插件进行IP地址对可用性检测。
c)可用性检测该IP地址对在本地处于“空闲”状态，重置request information时将Config_req中的本地地址为ip2，设置对端确认包的源地址为ip1，目的地址为ip2；设置本地确认包选项中源地址为ip2，目的地址ip1，设置包含历史ip地址对选项标志，设置该IP地址对在本地已使用状态，回复主叫Config_ack消息完成协商，ipcp up。
d)主叫收到被叫的Config_ack，进行地址对的检测，根据配置本端为不允许协商及含有历史IP，检测消息中的源地址及目的地址与本地的配置相符，设置该IP地址对在本地已使用状态完成协商，ipcp up。
(2)协商失败的情况(假定所有初始配置正确)：
a)主叫地址池中的地址对均处于“非空闲”状态。
b)主叫收到对端的Config_nak消息的次数大于等于最大值DEFMAXNAKLOOPS(该值设为地址池中包含地址对数目)。
(3)重新协商的情况(假定所有初始配置正确)
a)被叫收到的Config_req，启动插件IP地址对可用性检测发现该地址对处于“非空闲”状态，回复Config_Nak。
b)主叫收到Config_Nak，检查其接收到该消息的历史次数小于DEFMAXNAKLOOPS，通过插件检查gotoptions中的本地IP和对端IP对是否在本地的地址池中，如果是则将其状态改为可用；在地址池中选择另一组空闲地址对，采取跟上次协商同样的流程与对端协商，直到下次协商成功或失败。

Claims (7)

1.一种基于PPP协议的IP地址协商的实现方法，其特征在于：对全连接网络的每一个节点配置相同的地址池进行动态协商，协商的主体功能在插件中实现，且由主叫方负责IP地址对的分配。
2.根据权利要求1所述的一种基于PPP协议的IP地址协商的实现方法，其特征在于：在进行动态协商前，需进行如下初始化流程：
a)确定地址池中地址对的数目；
b)采用信号量对共享内存进行保护；
c)对插件进行注册；
d)启动配置文件解析。
3.根据权利要求2所述的一种基于PPP协议的IP地址协商的实现方法，其特征在于：所述地址对数目的计算方法为：S＝N*2-1，其中S为地址对的数目，N为网络中单个节点最大的链路数。
4.根据权利要求2所述的一种基于PPP协议的IP地址协商的实现方法，其特征在于：所述主叫方从本地地址池中选取空闲可用的地址对，发送给被叫方；被叫方根据当前地址使用情况，选择接受或拒绝该地址对；如果被叫方拒绝，则主叫方重新选取新的地址对，直至地址耗尽或被叫方接受。
5.根据权利要求1所述的一种基于PPP协议的IP地址协商的实现方法，其特征在于：在进行动态协商时，一次协商成功的流程包括：
a)主叫在地址池中选取“空闲”状态的地址对ip_pair1(ip1、ip2)，通过插件在重置request information时将Config_req中本地设置的地址对设置为ip_pair1，对端设置的地址对和历史地址全部设置为空，协商选项为禁止；设置对端Config_ack检查设置中的ip地址对与本地一致；IPCP协议通过状态机发送该Config_req发起地址对协商；
b)被叫IPCP协议在接收到对端的Config_req消息后，解析消息中的源地址和目的地址，确认目的地址不为0及本地已配置接收对端IP设置的选项，启动插件进行IP地址对可用性检测；
c)可用性检测该IP地址对在本地处于“空闲”状态，则在重置request information时将Config_req中的本地地址设置为ip2，设置对端确认包的源地址为ip1，目的地址为ip2；设置本地确认包选项中源地址为ip2，目的地址ip1，设置包含历史ip地址对选项标志，设置该IP地址对在本地已使用状态，回复主叫Config_ack消息完成协商，ipcp up；
d)主叫收到被叫的Config_ack后，进行地址对的检测，根据配置本端为不允许协商及含有历史IP，检测消息中的源地址及目的地址与本地的配置是否相符，设置该IP地址对在本地已使用状态完成协商，ipcp up。
6.根据权利要求1所述的一种基于PPP协议的IP地址协商的实现方法，其特征在于：在被叫收到Config_req后，启动插件进行IP地址对可用性检测时发现该地址对处于“非空闲”状态，则回复Config_Nak；主叫收到Config_Nak后，判断其接收到该消息的历史次数是否小于设定的地址对数目，若是，则通过插件检查gotoptions中的本地IP和对端IP对是否在本地的地址池中，如果是则将其状态改为可用；在地址池中选择另一组空闲地址对，继续与对端进行动态协商。
7.根据权利要求6所述的一种基于PPP协议的IP地址协商的实现方法，其特征在于：当主叫地址池中的地址对均处于“非空闲”状态且主叫收到对端的Config_nak消息的次数大于等于设定的地址对数目时，则动态协商失败。
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