CN113556262A - 一种面向二层网络路径异常的故障诊断方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面向二层网络路径异常的故障诊断方法及系统，其通过获取二层网络的拓扑结构和互联端口的带宽，得到各个端口路径开销；根据路径开销得到该二层网络的路径开销矩阵，以路径开销和最小的原则优选出二层网络的树根，根据选定的树根结合生成树协议原理计算出网络中各个环路径开销矩阵，确定该环中各端口的正确状态，从而通过读取二层网络中每个环的各端口状态来判断该二层网络的路径规划是否正确。

Description

一种面向二层网络路径异常的故障诊断方法及系统
技术领域
本发明涉及网络技术领域、网络状态监测领域，尤其是涉及一种面向二层网络路径异常的故障诊断方法及系统。
背景技术
基于可靠性的考虑，局域网中通常会存在冗余链路。为避免形成广播风暴，需要一种方法阻塞冗余链路，消除路径环路，并且在主用链路中断时，又可以将冗余链路自动切换为转发状态，恢复网络的连通性。而在实际局域网组网中，需要保证网络中不能够有连通性的环网存在，具体网络流量沿着网络中的哪条路径进行数据传输是需要网络工程师需要提前设计和规划的。
局域网中的存在物理环路，说明环内的每一台设备和另外一台设备之间至少存在两条路径，但是网络设备不能随意选择阻塞某条路径，这样可能造成网络中断。可以通过在设备间遵循一些准则和协议来明确那台设备阻塞链路，阻塞哪条链路从而达到消除环路的目的。生成树协议(STP)可以通过计算动态的阻断冗余链路，活动链路发生故障时可以激活冗余链路，避免网络中断。但在实际组网中可能会出现生成树协议失效造成广播风暴或者生成树协议通过计算形成的实际传输网络不是网络最优路径的情况出现。
因此，需要针对二层网络路径异常问题，设计一种二层网络路径规划错误的故障诊断方法和装置。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种面向二层网络路径异常的故障诊断方法及系统，以实现解决二层网络中存在的路径规划错误，给出二层网络路径规划错误的诊断方法，同时也给出二层网络正确路径的规划方法。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案第一方面提供一种面向二层网络路径异常的故障诊断方法，其包括如下步骤：
获取二层网络的拓扑结构；
基于二层网络拓扑结构中各相连节点的连接带宽，生成二层网络中各相连节点的开销；
分别以各相连节点为树根，计算各个其他节点到所选树根的最短路径开销矩阵；
计算比较以各相连节点为树根的最短路径开销矩阵值，选择最短路径开销矩阵最小值对应的节点为树根，根据所述树根建立最优生成树状态；
将所述二层网络的实际网络生成树状态与最优生成树状态进行比较，判定所述二层网络路径是否为存在异常，并判读是否为最优路径。
本发明第二方面提供一种面向二层网络路径异常的故障诊断系统，其包括如下功能模块：
结构获取模块，用于获取二层网络的拓扑结构；
开销生成模块，用于基于二层网络拓扑结构中各相连节点的连接带宽，生成二层网络中各相连节点的开销；
最短路径计算模块，用于分别以各相连节点为树根，计算各个其他节点到所选树根的最短路径开销矩阵；
最优建立模块，用于计算比较以各相连节点为树根的最短路径开销矩阵值，选择最短路径开销矩阵最小值对应的节点为树根，根据所述树根建立最优生成树状态；
比较判断模块，用于将所述二层网络的实际网络生成树状态与最优生成树状态进行比较，判定所述二层网络路径是否为存在异常，并判读是否为最优路径。
本发明第三方面提供一种服务器，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种面向二层网络路径异常的故障诊断方法的步骤。
本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述一种面向二层网络路径异常的故障诊断方法的步骤。
与现有技术相比，本发明通过获取二层网络的拓扑结构和互联端口的带宽，得到各个端口路径开销；根据路径开销得到该二层网络的路径开销矩阵，以路径开销和最小的原则优选出二层网络的树根，根据选定的树根结合生成树协议原理计算出网络中各个环路径开销矩阵，确定该环中各端口的正确状态，从而通过读取二层网络中每个环的各端口状态来判断该二层网络的路径规划是否正确。
附图说明
图1是本发明实施例所述的面向二层网络路径异常的故障诊断方法的流程框图；
图2是图1中步骤S1的分步骤流程框图；
图3为本发明实例提供的二层网络拓扑示意图；
图4为本发明实例提供的二层网络中的各个环网拓扑示意图；
图5为本发明实例提供的二层网络最优生成树状态示意图；
图6是本发明实施例所述的面向二层网络路径异常的故障诊断系统的模块框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
基于上述内容，本发明实施例提供一种面向二层网络路径异常的故障诊断方法，如图1所示，其包括如下步骤：
S1、获取二层网络的拓扑结构。
具体的，如图2所示，所述步骤S1包括如下分步骤：
S11、基于LLDP功能获取二层网络设备之间的物理连接关系；
S12、根据二层网络设备之间的物理连接关系形成二层网络拓扑结构图；
S13、基于环路检测算法，根据二层网络拓扑结构图找出二层网络中所有的环网。
图3所示为一典型的二层网络拓扑示意图，在所有网络设备中开启LLDP功能，获取该二层网络中各网络设备的连接关系，得到网络拓扑图，并通过拓扑图找出二层网络中的环网。
可以得出图3所示二层网路中存在的环网有四个如图4所示，即：
环1：A->B->C->A，
环2：A->B->D->A
环3：A->B->E->A
环4：A->B->F->A。
S2、基于二层网络拓扑结构中各相连节点的连接带宽，生成二层网络中各相连节点的开销。
在图3所示的二层网络拓扑示意图中，A1、B1为两个10G速率聚合而成的20G带宽接口，A2、A2、A3、A4、A5、C1、D1、E1、F1为10G速率带宽接口，B2、B2、B3、B4、B5、C2、D2、E2、F2为1G速率带宽接口。
根据业界给出的带宽与开销对应关系可知，20G带宽的开销为1，10G带宽的开销为2,1G带宽的开销为20；从而得出该二层网络中各相连节点的开销，各相连节点的开销矩阵为M如下：
M＝[1 2 2 2 2 1 20 20 20 20 2 20 2 20 2 20 2 20]。
S3、分别以各相连节点为树根，计算各个其他节点到所选树根的最短路径开销矩阵。
即依次选取A、B、C、D、E、F为该二层网路中的树根，选出其他各节点到树根的最短路径，计算得出选取不同树根得到的最短路径的开销矩阵K：
Figure BDA0003116817320000061
S4、计算比较以各相连节点为树根的最短路径开销矩阵值，选择最短路径开销矩阵最小值对应的节点为树根，根据所述树根建立最优生成树状态。
令H＝[KA、KB、KC、KD、KE、KF]得到：
H＝[9 13 17 17 17 17]
其中，KI为以I为树根的最短路径开销矩阵。
找出H中的最小元素为9，对应的树根为A。
因此，选取A为该二层网络的树根。
当树根确定之后，则可以确定各个其他节点到所述树根的开销，同时，基于生成树协议的计算规则，根据各个其他节点到所述树根的开销计算并确定各个其他节点的角色和状态；并根据树根及各个其他节点的角色和状态建立最优生成树状态，如图5所示。
S5、将所述二层网络的实际网络生成树状态与最优生成树状态进行比较，判定所述二层网络路径是否为存在异常，并判读是否为最优路径。
即通过MIB读取二层网络的实际网络生成树状态矩阵，将二层网络的实际网络生成树状态矩阵分别与最优生成树状态中所有环网的状态矩阵进行一一对应比较，判定所述二层网络路径是否存在异常，并判读是否为最优路径。
建立最优生成树状态之后，环1、2、3、4上的路径开销分别为G1、G2、G3、G4，通过计算得出：
G1＝G2＝G3＝G4＝[1 2 20]
根据生成树协议算法可以计算出正确的生成树状态应该是C2、D2、E2、F2端口被阻塞。
环1、2、3、4的状态矩阵分别为S1、S2、S3、S4。
S1＝S2＝S3＝S4＝[1 1 1 1 1 0]
通过MIB读取该二层网络的实际生成树状态矩阵
Figure BDA0003116817320000071
(其中i＝1,2,3,4)，与环1、2、3、4的状态矩阵S1、S2、S3、S4进行比对即可判断出该二层网络的路径是否异常。
若该二层网络的实际网络生成树状态矩阵
Figure BDA0003116817320000072
中所有元素值都不为0，则该二层网络存在逻辑环路，会产生广播风暴；
若该二层网络的实际网络生成树状态矩阵
Figure BDA0003116817320000073
中有一个以上的元素为0，则该二层网络存在链路不通的问题；
若该二层网络的实际网络生成树状态矩阵
Figure BDA0003116817320000074
中有且仅有一个元素为0，但与S1、S2、S3、S4不相同，则该二层网络存在树根选取不当的问题。
综上，本发明所述一种面向二层网络路径异常的故障诊断方法，其通过获取二层网络的拓扑结构和互联端口的带宽，得到各个端口路径开销；根据路径开销得到该二层网络的路径开销矩阵，以路径开销和最小的原则优选出二层网络的树根，根据选定的树根结合生成树协议原理计算出网络中各个环路径开销矩阵，确定该环中各端口的正确状态，从而通过读取二层网络中每个环的各端口状态来判断该二层网络的路径规划是否正确。
如图6所示，本发明实施例还提供一种面向二层网络路径异常的故障诊断系统，其包括如下功能模块：
结构获取模块10，用于获取二层网络的拓扑结构；
开销生成模块20，用于基于二层网络拓扑结构中各相连节点的连接带宽，生成二层网络中各相连节点的开销；
最短路径计算模块30，用于分别以各相连节点为树根，计算各个其他节点到所选树根的最短路径开销矩阵；
最优建立模块40，用于计算比较以各相连节点为树根的最短路径开销矩阵值，选择最短路径开销矩阵最小值对应的节点为树根，根据所述树根建立最优生成树状态；
比较判断模块50，用于将所述二层网络的实际网络生成树状态与最优生成树状态进行比较，判定所述二层网络路径是否为存在异常，并判读是否为最优路径。
本实施例一种面向二层网络路径异常的故障诊断系统的执行方式与上述面向二层网络路径异常的故障诊断方法基本相同，故不作详细赘述。
本实施例服务器为提供计算服务的设备，通常指具有较高计算能力，通过网络提供给多个消费者使用的计算机。该实施例的服务器包括：存储器、处理器以及系统总线，所述存储器包括存储其上的可运行的程序，本领域技术人员可以理解，本实施例的终端设备结构并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
存储器可用于存储软件程序以及模块，处理器通过运行存储在存储器的软件程序以及模块，从而执行终端的各种功能应用以及数据处理。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
在存储器上包含一种面向二层网络路径异常的故障诊断方法的可运行程序，所述可运行程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由处理器执行，以完成信息的获取及实现过程，所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述服务器中的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割为结构获取模块10、开销生成模块20、最短路径计算模块30、最优建立模块40、比较判断模块50。
处理器是服务器的控制中心，利用各种接口和线路连接整个终端设备的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，执行终端的各种功能和处理数据，从而对终端进行整体监控。可选的，处理器可包括一个或多个处理单元；优选的，处理器可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器中。
系统总线是用来连接计算机内部各功能部件，可以传送数据信息、地址信息、控制信息，其种类可以是例如PCI总线、ISA总线、VESA总线等。处理器的指令通过总线传递至存储器，存储器反馈数据给处理器，系统总线负责处理器与存储器之间的数据、指令交互。当然系统总线还可以接入其他设备，例如网络接口、显示设备等。
所述服务器应至少包括CPU、芯片组、内存、磁盘系统等，其他构成部件在此不再赘述。
在本发明实施例中，该终端所包括的处理器执行的可运行程序具体为：一种面向二层网络路径异常的故障诊断方法，其包括如下步骤：
S1、获取二层网络的拓扑结构；
S2、基于二层网络拓扑结构中各相连节点的连接带宽，生成二层网络中各相连节点的开销；
S3、分别以各相连节点为树根，计算各个其他节点到所选树根的最短路径开销矩阵；
S4、计算比较以各相连节点为树根的最短路径开销矩阵值，选择最短路径开销矩阵最小值对应的节点为树根，根据所述树根建立最优生成树状态；
S5、将所述二层网络的实际网络生成树状态与最优生成树状态进行比较，判定所述二层网络路径是否为存在异常，并判读是否为最优路径。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各实施例的模块、单元和/或方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种面向二层网络路径异常的故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取二层网络的拓扑结构；
基于二层网络拓扑结构中各相连节点的连接带宽，生成二层网络中各相连节点的开销；
分别以各相连节点为树根，计算各个其他节点到所选树根的最短路径开销矩阵；
计算比较以各相连节点为树根的最短路径开销矩阵值，选择最短路径开销矩阵最小值对应的节点为树根，根据所述树根建立最优生成树状态；
将所述二层网络的实际网络生成树状态与最优生成树状态进行比较，判定所述二层网络路径是否为存在异常，并判读是否为最优路径。
2.根据权利要求1所述的一种面向二层网络路径异常的故障诊断方法，其特征在于，所述获取二层网络的拓扑结构，包括：
基于LLDP功能获取二层网络设备之间的物理连接关系；
根据二层网络设备之间的物理连接关系形成二层网络拓扑结构图；
基于环路检测算法，根据二层网络拓扑结构图找出二层网络中所有的环网。
3.根据权利要求1所述的一种面向二层网络路径异常的故障诊断方法，其特征在于，所述根据所述树根建立最优生成树状态，包括：
确定各个其他节点到所述树根的开销；
基于生成树协议的计算规则，根据各个其他节点到所述树根的开销计算并确定各个其他节点的角色和状态；
根据树根及各个其他节点的角色和状态建立最优生成树状态。
4.根据权利要求1所述的一种面向二层网络路径异常的故障诊断方法，其特征在于，所述将所述二层网络的实际网络生成树状态与最优生成树状态进行比较，判定所述二层网络路径是否存在异常，并判读是否为最优路径，包括：
通过MIB读取二层网络的实际网络生成树状态矩阵，将二层网络的实际网络生成树状态矩阵分别与最优生成树状态中所有环网的状态矩阵进行一一对应比较，判定所述二层网络路径是否存在异常，并判读是否为最优路径。
5.根据权利要求1所述的一种面向二层网络路径异常的故障诊断方法，其特征在于，所述二层网络的实际网络生成树状态矩阵分别与最优生成树状态中所有环网的状态矩阵进行一一对应比较的判断结果包括：
若所述二层网络的实际网络生成树状态矩阵中所有元素值都不为0，则所述二层网络存在逻辑环路，会产生广播风暴；
若所述二层网络的实际网络生成树状态矩阵中有一个以上的元素为0，则所述二层网络存在链路不通的问题；
若所述二层网络的实际网络生成树状态矩阵中有且仅有一个元素为0，但与最优生成树状态中所有环网的状态矩阵均不相同，则所述二层网络存在树根选取不当的问题。
6.一种面向二层网络路径异常的故障诊断系统，其特征在于，包括如下功能模块：
结构获取模块，用于获取二层网络的拓扑结构；
开销生成模块，用于基于二层网络拓扑结构中各相连节点的连接带宽，生成二层网络中各相连节点的开销；
最短路径计算模块，用于分别以各相连节点为树根，计算各个其他节点到所选树根的最短路径开销矩阵；
最优建立模块，用于计算比较以各相连节点为树根的最短路径开销矩阵值，选择最短路径开销矩阵最小值对应的节点为树根，根据所述树根建立最优生成树状态；
比较判断模块，用于将所述二层网络的实际网络生成树状态与最优生成树状态进行比较，判定所述二层网络路径是否为存在异常，并判读是否为最优路径。
7.一种服务器，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述面向二层网络路径异常的故障诊断方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述面向二层网络路径异常的故障诊断方法的步骤。
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