CN111698343A - 一种pxe设备定位方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种PXE设备定位方法及装置，用于解决PXE网络内的流动性高的设备物理位置的快速实时定位不准确的问题。本发明在PXE服务器上通过网络管理协议获取接入交换机上的地址解析协议ARP表和转发表并关联后得到IP地址与端口的对应关系，通过监测网络内的动态主机配置协议DHCP交互报文从DHCP交互报文中获取设备的IP地址与端口的对应关系，通过关联这两种方式得到的IP地址和端口的对应关系表来定位设备物理位置。通过本发明能够实现PXE网络内的流动性高的设备物理位置的快速实时定位，位置定位覆盖设备的启动全流程，且能够使PXE网络内的数据流量降到最低，避免形成网络风暴。

Description

一种PXE设备定位方法及装置
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种PXE设备定位方法及装置。
背景技术
预启动执行环境(Preboot eXecution Environment，PXE)也被称为预执行环境，提供了一种使用网络接口(Network Interface)启动设备的机制。这种机制让设备的启动可以不依赖本地数据存储设备(如硬盘)或本地已安装的操作系统。
PXE网络下，设备属于即插即用，即拔即走形式。当使用过程中出现故障时，需要相关人员进行定位分析。此时对故障设备物理位置的快速有效确认，是故障定位分析的前提。
在PXE网络环境下，通常使用简单网络管理协议(Simple Network ManagementProtocol，SNMP)对设备进行定位，在设备端部署SNMP服务，由设备主动反馈设备的位置相关信息。这种设备定位方法需要设备先完成系统启动，并成功运行SNMP服务，因此，这种定位方式无法覆盖SNMP服务启动之前的位置定位。另外，基于设备端的SNMP监控依赖于设备的硬件环境和软件环境，然而在对设备进行测试的PXE网络环境下，测试本身的目的就是为了发现硬件和软件问题，这种设备定位方式在设备故障情况下无法进行有效的位置定位。如在交换机上部署SNMP业务，对网络内的固定IP进行物理位置定位，虽然这种方式可行，但要求被定位设备使用静态IP地址，对维护的静态IP表中的设备进行实时循环监控，对于大批量设备且设备流动性性高的场景，静态IP的设置和维护会增加维护难度和维护成本。
发明内容
本发明提供一种PXE设备定位方法，用于解决PXE网络内的流动性高的设备物理位置的快速实时定位不准确的问题。
基于本发明实施例的一方面，本发明提供了一种PXE设备定位方法，该方法包括：
预启动执行环境PXE服务器通过网络管理协议获取接入交换机上的地址解析协议ARP表和转发表，关联后获得设备的IP地址与端口的对应关系；
PXE服务器监测网络内的动态主机配置协议DHCP交互报文，并从DHCP交互报文中获取设备的IP地址与端口的对应关系；
在需要进行网络内设备的物理位置定位时，关联通过网络管理协议得到的IP地址与端口的对应关系表和通过DHCP交互报文得到的IP地址与端口的对应关系表，得到最终反映设备物理位置的IP地址与端口的对应关系。
进一步地，通过定制任务来周期性获取接入交换机上的ARP表和转发表，关联所述ARP表和转发表，将获得的IP地址与端口的对应关系存入第一对应关系表；通过监测DHCP交互报文获取的IP地址与端口的对应关系存入第二对应关系表；
当需要进行网络内设备的物理位置定位时，PXE服务器关联第一对应关系表和第二关系表得到第三关系表，基于第三关系表得到最终反映设备物理位置的IP地址与端口的对应关系。
进一步地，所述设备的IP地址的租期时间、所述接入交换机上的ARP表和转发表的表项老化时间满足如下条件：
预设的IP地址剩余有效时间门限＝ARP表的表项老化时间＝转发表的表项老化时间；
其中，预设的IP地址剩余有效时间门限基于在DHCP服务器上配置的IP地址租约时间及IP地址续租时间门限来配置。
进一步地，所述关联第一对应关系表和第二对应关系表得到第三对应关系表后，将第三对应关系表中满足如下条件的IP地址标识为活跃IP地址：
第二对应关系表中IP地址当前有效时间小于等于DHCP配置的IP地址有效时间的1/2，且大于等于转发表的表项老化时间。
进一步地，所述关联第一对应关系表和第二对应关系表得到第三对应关系表后，将第一对应关系表中不存在，但第二对应关系表中存在，且租约时间大于1/2IP地址租约时间的IP地址标识为不活跃IP地址。
基于本发明的另一方面，本发明还提供一种PXE设备定位装置，所述装置包括：
第一关系获取模块，用于在预启动执行环境PXE服务器上通过网络管理协议获取接入交换机上的地址解析协议ARP表和转发表，关联后获得设备的IP地址与端口的对应关系；
第二关系获取模块，用于在PXE服务器上监测网络内的动态主机配置协议DHCP交互报文，并从DHCP交互报文中获取设备的IP地址与端口的对应关系；
位置定位模块，用于在需要进行网络内设备的物理位置定位时，关联通过网络管理协议得到的IP地址与端口的对应关系表和通过DHCP交互报文得到的IP地址与端口的对应关系表，得到最终反映设备物理位置的IP地址与端口的对应关系。
进一步地，所述第一关系获取模块通过定制任务方式周期性获取接入交换机上的ARP表和转发表，关联所述ARP表和转发表，将获得的IP地址与端口的对应关系存入第一对应关系表；所述第二关系获取模块通过监测DHCP交互报文获取的IP地址与端口的对应关系并存入第二对应关系表；
所述位置定位模块在需要进行网络内设备的物理位置定位时，关联第一对应关系表和第二关系表得到第三关系表，基于第三关系表得到最终反映设备物理位置的IP地址与端口的对应关系。
进一步地，所述设备的IP地址的租期时间、所述接入交换机上的ARP表和转发表的表项老化时间满足如下条件：
预设的IP地址剩余有效时间门限＝ARP表的表项老化时间＝转发表的表项老化时间；其中，预设的IP地址剩余有效时间门限基于在DHCP服务器上配置的IP地址租约时间及IP地址续租时间门限来配置。
进一步地，所述位置定位模块关联第一对应关系表和第二对应关系表得到第三对应关系表后，将第三对应关系表中满足如下条件的IP地址标识为活跃IP地址：第二对应关系表中IP地址当前有效时间小于等于DHCP配置的IP地址有效时间的1/2，且大于等于转发表的表项老化时间。
进一步地，所述位置定位模块关联第一对应关系表和第二对应关系表得到第三对应关系表后，将第一对应关系表中不存在，但第二对应关系表中存在，且租约时间大于1/2IP地址租约时间的IP地址标识为不活跃IP地址。
本发明在PXE服务器上通过网络管理协议获取接入交换机上的地址解析协议ARP表和转发表并关联后得到IP地址与端口的对应关系，通过监测网络内的动态主机配置协议DHCP交互报文从DHCP交互报文中获取设备的IP地址与端口的对应关系，通过关联这两种方式得到的IP地址和端口的对应关系表来定位设备物理位置。通过本发明能够实现PXE网络内的流动性高的设备物理位置的快速实时定位，位置定位覆盖设备的启动全流程，且能够使PXE网络内的数据流量降到最低，避免形成网络风暴。
附图说明
为了更加清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或者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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据本发明实施例的这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施提供的一种PXE设备定位方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的PXE网络结构示意图；
图3为本发明一实施提供的一种PXE设备定位装置结构示意图；
图4为本发明一实施提供的一种PXE设备定位电子设备结构示意图。
具体实施方式
在本发明实施例使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而非限制本发明实施例。本发明实施例和权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其它含义。本文中使用的术语“和/或”是指包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明实施例可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，此外，所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
为实现在预启动执行环境PXE下，对设备的物理位置进行快速、实时、全过程的定位，如图1所示，本发明实施提供一种PXE设备定位方法，该定位方法能够最大程度地覆盖设备启动的全过程中对设备物理位置的定位，包括设备的引导文件下载过程、系统镜像下载过程、操作系统启动过程以及启动后，在被定位设备具有很强流动性的情况下，该方法尤其具有优势。本发明所述的定位是指通过获取设备的IP地址和设备所连接的接入设备的端口来确定被定位设备的物理位置。图2为本发明一实施例提供的PXE网络结构示意图，该网络结构图为一个简单网络结构示意图，仅用于清楚地描述本发明的技术方案，实际的网络结构可能会更复杂，本发明不具体限定本发明所应用的网络结构。
本发明一实施例中，PXE设备定位方法应用于PXE服务器，PXE服务器在本发明中是指在预启动执行环境内负责设备定位功能的主机，也可称为位置服务器Location Server，在PXE服务器上同时安装有动态主机配置协议(Dynamic Host Configure Protocol，DHCP)服务器，且运行SNMP协议。在使用该方法进行设备定位之前，网络内的所有设备的IP地址获取方式应配置为DHCP自动获取方式，即由DHCP服务器自动为设备分配IP地址，并为IP地址设置一定租期，该步骤的目的是解决网络内设备流动性强，静态IP维护难的问题。此外，还需在设备所连接的接入交换机上配置SNMP协议和DHCP Snooping功能。
本发明实施提供的一种PXE设备定位方法包括：
步骤101.PXE服务器通过网络管理协议获取接入交换机上的ARP表和转发表，关联后获得设备的IP地址与端口的对应关系。
PXE服务器通过网络管理协议，例如SNMP协议，从PXE网络中的各接入交换机上读取地址解析协议(Address Resolution Protocol,ARP)表和转发表，ARP表中存储了IP地址和MAC地址的对应关系，转发表或称为端口转发表中存储了MAC地址与端口的对应关系，通过关联这两个表即可得到设备的IP地址、MAC地址和端口之间的对应关系。
PXE服务器通过SNMP协议获取到的IP与端口的对应关系是相对较为实时的能够反映设备当前位置的位置信息，但通过该手段获得的设备位置信息可能并不全面，原因是ARP表和转发表中的表项都有老化时间，在实际环境中，对于某些主动暂停业务、异常卡死等情况下的设备，Port转发表不会记录其该设备的MAC地址和端口的对应关系，此部分异常设备无法及时有效地被完全覆盖到。
步骤102.PXE服务器监测网络内的DHCP交互报文，并从DHCP交互报文中获取设备的IP地址与端口的对应关系。
本发明在接入交换机中配置DHCP Snooping目的是为了利用DHCP Snooping功能在DHCP数据报文中增加的端口信息，这样就可以通过DHCP报文获取到被定位设备的IP地址与该设备所连接的接入交换机的端口之间的对应关系。DHCP交互报文能够反映在租期范围内的有效IP地址，并能够根据DHCP报文结构中的option 82字段得到IP地址与端口的对应关系。
在设备初次获取IP地址和对IP地址续约的情况下，通过解析DHCP交互报文获得的IP地址和端口之间的对应关系是实时的，但在初次申请和续约后，可能会因为设备故障、网络变化等原因导致设备IP地址和端口的对应关系发生变化，这些变化在某些情况下并不能实时通过DHCP报文上报到PXE服务器，但通过这种方法可以避免遗漏某些设备，能够帮助发现不能通过SNMP协议获取到IP地址与端口对应关系的哪些设备。
步骤103.在需要进行网络内设备的物理位置定位时，关联通过网络管理协议得到的IP地址与端口的对应关系表和通过DHCP交互报文得到的IP地址与端口的对应关系表，得到最终反映设备物理位置的IP地址与端口的对应关系。
在需要进行网络内设备的物理位置定位时，例如PXE服务器接收到终端发送的设备定位请求时，PXE服务器先查询由网络管理协议，例如SNMP协议，得到的IP地址与端口的对应关系表，通过该步骤获取到ARP表和转发表在老化时间内的IP地址，然后在获取到通过DHCP交互报文得到的IP地址与端口的对应关系表，将两个表关联，用两个表中最新的表项数据来确定设备的物理位置信息。将通过两种方式得到的IP地址与端口的对应关系表关联来确定最终的设备位置，可以综合网络管理协议方式的实时性和DHCP方式的全面性，从而得到尽可能完整的实时的设备位置信息，提高定位的准确性和时效性。
在本发明一实施例中，通过定制任务来周期性获取接入交换机上的ARP表和转发表，关联所述ARP表和转发表获得设备的IP地址与端口的对应关系，存入第一对应关系表；PXE服务器监测到DHCP交互报文后，用最新获取到的设备的IP地址与端口的对应关系更新本地存储的第二对应关系表；当需要进行网络内设备的物理位置定位时，PXE服务器关联第一对应关系表和第二关系表得到第三关系表，基于第三关系表得到最终反映设备物理位置的IP地址与端口的对应关系。
进一步地，在本发明一实施例中，IP地址的租期时间、接入交换机上的ARP表的表项老化时间和转发表的表项老化时间满足如下条件：
预设的IP地址剩余有效时间门限＝ARP表的表项老化时间＝转发表的表项老化时间；
其中，预设的IP地址剩余有效时间门限基于在DHCP服务器上配置的IP地址租约时间及IP地址续租时间门限来配置。在本发明一实施例中，在DHCP服务器上配置的IP地址租约时间为Tdhcp，在IP地址租约时间内，有两个发起IP地址续租的时间门限，一个是1/2Tdhcp，一个是7/8Tdhcp，该实施例中将IP地址剩余有效时间门限配置为3/8Tdhcp，三个时间关系如下：
Figure BDA0002475860810000081
进一步地，在本发明一实施例中，关联通过网络管理协议得到的IP地址与端口的对应关系表即第一对应关系表和通过DHCP交互报文得到的IP地址与端口的对应关系表即第二对应关系表得到第三对应关系表后，将第三对应关系表中满足如下条件的IP地址标识为活跃IP地址：
在第二对应关系表中IP地址当前有效时间小于等于DHCP配置的IP地址有效时间的1/2，且大于等于转发表的表项老化时间，即将满足
Figure BDA0002475860810000082
这一条件的IP地址标识为较活跃IP(此类包含大量正常IP，少量短时卡死IP)。
进一步地，在本发明一实施例中，在关联第一对应关系表和第二对应关系表后，将第一对应关系表中不存在，但第二对应关系表中存在，且租约时间大于1/2IP地址租约时间即1/2Tdhcp的IP地址对应的表项提取出来，将此类IP地址标识为不活跃IP(此类包含大量正常过期IP，少量长时卡死IP)。
图3为本发明一实施例提供的一种PXE设备定位装置300结构示意图，该装置应用于PXE网络中，该装置组成模块可以位于同一服务器也可以分布于PXE中的不同服务器上，只要能实现本提供的PXE设备定位方法中的步骤功能即可，在PXE网络中配置有DHCP服务器且支持网络管理协议，例如SNMP。基于本发明实施例，该装置300包括：第一关系获取模块310、第二关系获取模块320和位置定位模块330。
第一关系获取模块310用于在预启动执行环境PXE服务器上通过网络管理协议获取接入交换机上的地址解析协议ARP表和转发表，关联后获得设备的IP地址与端口的对应关系；
第二关系获取模块320用于在PXE服务器上监测网络内的动态主机配置协议DHCP交互报文，并从DHCP交互报文中获取设备的IP地址与端口的对应关系；
位置定位模块330用于在需要进行网络内设备的物理位置定位时，关联通过网络管理协议得到的IP地址与端口的对应关系表和通过DHCP交互报文得到的IP地址与端口的对应关系表，得到最终反映设备物理位置的IP地址与端口的对应关系。
第一关系获取模块310通过定制任务方式周期性获取接入交换机上的ARP表和转发表，关联所述ARP表和转发表，将获得的IP地址与端口的对应关系存入第一对应关系表。第二关系获取模块320通过监测DHCP交互报文获取的IP地址与端口的对应关系并存入第二对应关系表。位置定位模块330在需要进行网络内设备的物理位置定位时，关联第一对应关系表和第二关系表得到第三关系表，基于第三关系表得到最终反映设备物理位置的IP地址与端口的对应关系。
优选地，设备的IP地址的租期时间、所述接入交换机上的ARP表和转发表的表项老化时间满足如下条件：预设的IP地址剩余有效时间门限＝ARP表的表项老化时间＝转发表的表项老化时间。其中，预设的IP地址剩余有效时间门限基于在DHCP服务器上配置的IP地址租约时间及IP地址续租时间门限来配置。
优选地，位置定位模块330关联第一对应关系表和第二对应关系表得到第三对应关系表后，将第三对应关系表中满足如下条件的IP地址标识为活跃IP地址。第二对应关系表中IP地址当前有效时间小于等于DHCP配置的IP地址有效时间的1/2，且大于等于转发表的表项老化时间。
优选地，位置定位模块330关联第一对应关系表和第二对应关系表得到第三对应关系表后，将第一对应关系表中不存在，但第二对应关系表中存在，且租约时间大于1/2IP地址租约时间的IP地址标识为不活跃IP地址。
图4示例了在一个硬件电子设备硬件结构示意图，所述硬件设备可以PXE网络环境中的PXE服务器或称为定位服务器，该硬件电子设备400包括处理器401、机器可读存储器介质402、网络接口403、总线404，处理器401和机器可读存储器介质402通过总线404连接。
机器可读存储器介质402中存储有可实现本发明提供的PXE设备定位方法的程序，处理器401通过读取机器可读存储器介质402中的程序代码以实现本发明提供的PXE设备定位方法的步骤功能。PXE设备定位装置300的各模块可以理解为实现本发明提供的PXE设备定位方法的程序在机器可读存储器介质402实例化后形成的程序模块，通过模块间的交互以实现本发明提供的PXE设备定位方法的功能。
电子设备400可以是通用计算机或特殊用途的计算机。机器可读存储器介质402可能包括高速随机存取存储器(RAM：Random Access Memory)，也可能还包括非易失存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
处理器401可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，本发明实施例中提供的实现主设备选举的方法的各步骤可以通过处理器601中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器601可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种PXE设备定位方法，其特征在于，所述方法包括：
预启动执行环境PXE服务器通过网络管理协议获取接入交换机上的地址解析协议ARP表和转发表，关联后获得设备的IP地址与端口的对应关系；
PXE服务器监测网络内的动态主机配置协议DHCP交互报文，并从DHCP交互报文中获取设备的IP地址与端口的对应关系；
在需要进行网络内设备的物理位置定位时，关联通过网络管理协议得到的IP地址与端口的对应关系表和通过DHCP交互报文得到的IP地址与端口的对应关系表，得到最终反映设备物理位置的IP地址与端口的对应关系。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
通过定制任务来周期性获取接入交换机上的ARP表和转发表，关联所述ARP表和转发表，将获得的IP地址与端口的对应关系存入第一对应关系表；通过监测DHCP交互报文获取的IP地址与端口的对应关系存入第二对应关系表；
当需要进行网络内设备的物理位置定位时，PXE服务器关联第一对应关系表和第二关系表得到第三关系表，基于第三关系表得到最终反映设备物理位置的IP地址与端口的对应关系。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述设备的IP地址的租期时间、所述接入交换机上的ARP表和转发表的表项老化时间满足如下条件：
预设的IP地址剩余有效时间门限＝ARP表的表项老化时间＝转发表的表项老化时间；
其中，预设的IP地址剩余有效时间门限基于在DHCP服务器上配置的IP地址租约时间及IP地址续租时间门限来配置。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述关联第一对应关系表和第二对应关系表得到第三对应关系表后，将第三对应关系表中满足如下条件的IP地址标识为活跃IP地址：
第二对应关系表中IP地址当前有效时间小于等于DHCP配置的IP地址有效时间的1/2，且大于等于转发表的表项老化时间。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述关联第一对应关系表和第二对应关系表得到第三对应关系表后，将第一对应关系表中不存在，但第二对应关系表中存在，且租约时间大于1/2IP地址租约时间的IP地址标识为不活跃IP地址。
6.一种PXE设备定位装置，其特征在于，所述装置包括：
第一关系获取模块，用于在预启动执行环境PXE服务器上通过网络管理协议获取接入交换机上的地址解析协议ARP表和转发表，关联后获得设备的IP地址与端口的对应关系；
第二关系获取模块，用于在PXE服务器上监测网络内的动态主机配置协议DHCP交互报文，并从DHCP交互报文中获取设备的IP地址与端口的对应关系；
位置定位模块，用于在需要进行网络内设备的物理位置定位时，关联通过网络管理协议得到的IP地址与端口的对应关系表和通过DHCP交互报文得到的IP地址与端口的对应关系表，得到最终反映设备物理位置的IP地址与端口的对应关系。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述第一关系获取模块通过定制任务方式周期性获取接入交换机上的ARP表和转发表，关联所述ARP表和转发表，将获得的IP地址与端口的对应关系存入第一对应关系表；
所述第二关系获取模块通过监测DHCP交互报文获取的IP地址与端口的对应关系并存入第二对应关系表；
所述位置定位模块在需要进行网络内设备的物理位置定位时，关联第一对应关系表和第二关系表得到第三关系表，基于第三关系表得到最终反映设备物理位置的IP地址与端口的对应关系。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述设备的IP地址的租期时间、所述接入交换机上的ARP表和转发表的表项老化时间满足如下条件：
预设的IP地址剩余有效时间门限＝ARP表的表项老化时间＝转发表的表项老化时间；
其中，预设的IP地址剩余有效时间门限基于在DHCP服务器上配置的IP地址租约时间及IP地址续租时间门限来配置。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，
所述位置定位模块关联第一对应关系表和第二对应关系表得到第三对应关系表后，将第三对应关系表中满足如下条件的IP地址标识为活跃IP地址：
第二对应关系表中IP地址当前有效时间小于等于DHCP配置的IP地址有效时间的1/2，且大于等于转发表的表项老化时间。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述位置定位模块关联第一对应关系表和第二对应关系表得到第三对应关系表后，将第一对应关系表中不存在，但第二对应关系表中存在，且租约时间大于1/2IP地址租约时间的IP地址标识为不活跃IP地址。
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