CN113890823B - 一种用于层次拓扑的交换机自动配置方法及介质 - Google Patents

一种用于层次拓扑的交换机自动配置方法及介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于层次拓扑的交换机自动配置方法及介质，方法包括：将交换机启动所有端口设置为BLOCK状态；对每个交换机：将所有与上层交换机连接的划分到不同VLAN，从上层主交换机获取每个VLAN的IP网段，设为高优先级；从每个小系统中选择优先级最高且MAC地址最小的交换机作为主交换机；另外，将小系统中的其他端口均划分到VLAN1，与VLAN1连接的设备从主交换机获取IP网段；主交换机从上层主交换机获取VLAN1的IP网段，并为其他交换机和终端设备配置IP网段；若交换机失去与主交换机的连接则返回初始启动状态重新配置。本发明可以自动网络配置，通过实时网络监控与干预，进行网络的冗余处理，不需要增加额外成本。

Description

一种用于层次拓扑的交换机自动配置方法及介质
技术领域
本发明属于数据通信中的交换机配置技术领域，尤其涉及一种用于层次拓扑的交换机自动配置方法及介质。
背景技术
在重要的通信与控制设备中，通信系统的灵活性对于整个系统的灵活、稳定与业务至关重要。因环境的变动，交换机配置通常需要重新变动而确保设备通信正常。这常常需要专业的知识和丰富的经验，一些人为的错误可能导致整个网络不可用，严重影响系统的稳定性和业务的可用性。为了确保这些交换机的灵活性，通常使用大二层网络或预先的配置来处理。
其中：
大二层网络：是指所有设备都处于一个子网进行通讯。这种网络拓扑可以非常灵活的改变，通过DHCP进行地址分配，所有设备都可以直接进行访问。但这种方式随着设备的增多将变得不可用，广播报文都将发送给网络中所有设备，网络带宽将被迅速耗光。同时这种网络不安全，所有设备都会直接被访问到。
预先的配置：有经验的网络架构师会设计一些非常灵活的网络拓扑，对网络的各个环节进行冗余处理，保证网络在出现故障时可以进行切换。同时使用合适的动态协议，进行网络的冗余和选优。但这种方式的网络可靠性依赖于网络设计师的知识和经验；成本较高，很多地方需要冗余会提高网络建设成本；同时对于部分复杂的错误无法进行处理。
发明内容
本发明提供一种用于层次拓扑的交换机自动配置方法及介质，可以自动进行三层的网络配置，通过实时的网络监控与干预，进行网络的冗余处理，不需要增加额外成本。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于层次拓扑的交换机自动配置方法，包括：
步骤1，交换机启动后，将所有端口设置为BLOCK状态，仅发送和接收预设的私有协议报文；
步骤2，对于每个交换机：将其所有A类端口划分到不同的VLAN，从2开始依次编号为VLAN2、VLAN3……，并将端口设置为FORWARD状态，从上级主交换机获取每个VLAN的IP网段，同时设置该交换机的优先级为高优先级；
其中，每个交换机的所有端口，均按其接收私有协议报文的交换机定义其类型：将从上层交换机接收私有协议报文的端口定义为A类端口，将从同层交换机接收私有协议报文的端口定义为B类端口，将从下层交换机接收私有协议报文的端口定义为C类端口，将接收不到私有协议的端口定义为D类端口；
步骤3，从每个小系统中选择优先级最高且MAC地址最小的交换机，作为该小系统的主交换机；
另外，将小系统中的A类、B类以及C类端口均划分到与该小系统对应的VLAN1，主交换机开启VLAN1的DHCP SERVER，并将与VLAN1连接的端口设置为FORWARD状态，开启MSTP防止环路，从主交换机获取IP网段；其中，将同层交换机中有任意连接的所有交换机和终端设备的总和视为1个小系统；
步骤4，主交换机从上层主交换机获取主交换机所在小系统对应VLAN1的IP网段，并为与该小系统对应VLAN1连接的其他交换机和终端设备配置IP网段；
步骤5，所有交换机定时检测与主交换机的连接状态，如果失去连接则返回步骤1。
进一步的，所述私有协议报文中，包括本地交换机的MAC地址、IP地址、端口连接情况和优先级，还包括本地交换机从接收到的私有协议报文中解析出来的其他交换机的MAC地址、IP地址、端口连接情况和优先级。
进一步的，在步骤3确定小系统的主交换机后，还包括：将小系统中与上层交换机连接的所有交换机，均开启VRRP协议、CFM协议、BFD协议以及OSPF协议，以通过路由学习与其它小系统通讯，以进行VRRP的快速切换。
进一步的，主交换机在从上层主交换机获取IP网段时，上层主交换机记录该获取IP网段的主交换机的MAC地址与获取到的IP网段之间的对应关系；且所有交换机均记录作为主交换机时最后一次获取的IP网段。
进一步的，若主交换机无法与上层主交换机连接获取IP网段，则将以前获取的IP网段，并分配给与该小系统对应VLAN1连接的其他交换机和终端设备；若交换机无法与上层主交换机连接获取IP网段，且以前未获取过IP网段，则随机生成IP网段，并分配给与该小系统对应VLAN1连接的其他交换机和终端设备。
进一步的，交换机定时交互私有协议报文，当主交换机检测到小系统中有另一个主交换机时，返回到步骤3。
进一步的，所述预设的私有协议报文，可以为BPDU、LLDP或者私有组播协议报文。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的用于层次拓扑的交换机自动配置方法。
有益效果
本发明针对层次型拓扑的网络架构，设计了一种网络自动配置方法，不需要人工干预，即可自动进行多层网络配置，同时通过对网络连接的实时监控与干预，实现对网络的冗余处理，不需要增加额外的成本。
附图说明
图1为本发明所述方法的流程示意图；
图2为本发明所述方法形成的小系统和主交换机；
图3为本发明实时监测网络连接出现非主交换机分裂的变化图；
图4为本发明实时监测网络连接出现主交换机分裂的变化图；
图5为本发明实时监测网络连接出现交换机合并后得到的结果示意图。
具体实施方式
英文缩写注释：
STP Spanning Tree Protocol，生成树协议
CFM Connectivity Fault Management，连接故障管理
OSPF Open Shortest Path First，基于链路状态的内部网关协议
LLDP Link Layer Discovery Protocol，链路层发现协议
DHCP Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议
BFD Bidirectional Forwarding Detection，双向转发检测
VRRP Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由冗余协议
本发明涉及的层次型的拓扑，所有交换机在加入系统之前需要预先确定地配置所存在的层次，即某个交换机属于第1层交换机或者2层交换机等。拓扑下面连接的各层交换机按照本发明方法作为多个小系统进行网络自动配置，每个小系统由多台交换机和其所有相连终端设备组成，且所有交换机设备需要支持定制的LLDP协议。
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明的技术方案为依据开展，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，对本发明的技术方案作进一步解释说明。
本实施例提供一种用于层次拓扑的交换机自动配置方法，参考图1所示，包括以下步骤：
步骤1，交换机启动后，将所有端口设置为BLOCK状态，仅发送和接收预设的私有协议报文；所述预设的私有协议报文，可以为BPDU、LLDP或者私有组播协议报文。本实施例选择的私有协议为LLDP。
步骤2，对于每个交换机：将其所有A类端口划分到不同的VLAN，从2开始依次编号为VLAN2、VLAN3……，并将端口设置为FORWARD状态，从上级主交换机获取每个VLAN的IP网段，同时设置该交换机的优先级为高优先级；
其中，每个交换机的所有端口，均按其接收私有协议报文的交换机定义其类型：将从上层交换机接收私有协议报文的端口定义为A类端口，将从同层交换机接收私有协议报文的端口定义为B类端口，将从下层交换机接收私有协议报文的端口定义为C类端口，将接收不到私有协议的端口定义为D类端口。
所述私有协议报文中，包括本地交换机的MAC地址、IP地址、端口连接情况和优先级，还包括本地交换机从接收到的私有协议报文中解析出来的其他交换机的MAC地址、IP地址、端口连接情况和优先级。
步骤3，从每个小系统中选择优先级最高且MAC地址最小的交换机，作为该小系统的主交换机；将小系统中与上层交换机连接的所有交换机，均开启VRRP协议、CFM协议、BFD协议以及OSPF协议，以通过路由学习与其它小系统通讯，以便于进行VRRP的快速切换。
另外，还将小系统中的B类、C类以及D类端口均划分到与该小系统对应的VLAN1，主交换机开启VLAN1的DHCP SERVER，并将与VLAN1连接的端口设置为FORWARD状态，开启MSTP防止环路，以便于从主交换机获取IP网段。
其中，将同层交换机中有任意连接的所有交换机和终端设备的总和视为1个小系统，比如在同层交换机中，交换机1与交换机2连接，交换机2与交换机3连接，由于交换机2能接收到交换机3的LLDP协议报文，从而交换机2能将交换机3的设备信息与交换机2的设备信息均通过LLDP协议报文发送给交换机1，因此视为交换机3也与交换机1有连接，从而将交换机1、交换机2和交换机3一起视为1个小系统。如图2所示。
步骤4，主交换机从上层主交换机获取主交换机所在小系统对应VLAN1的IP网段，并为与该小系统对应VLAN1连接的其他交换机和终端设备配置IP网段。
主交换机在从上层主交换机获取IP网段时，上层主交换机记录该获取IP网段的主交换机的MAC地址与获取到的IP网段之间的对应关系；且所有交换机均记录作为主交换机时最后一次获取的IP网段。从而，在主交换机无法与上层主交换机连接获取IP网段时，可以将以前获取的IP网段，分配给与该小系统对应VLAN1连接的其他交换机和终端设备。若交换机无法与上层主交换机连接获取IP网段，且以前未获取过IP网段，则随机生成IP网段，并分配给与该小系统对应VLAN1连接的其他交换机和终端设备。
步骤5，所有交换机定时检测与主交换机的连接状态，如果失去连接则返回步骤1。
若步骤5检测到失去与主交换机的连接，则将状态置为启动时状态，即返回步骤1，重新执行上述步骤。
若分裂出来的交换机不是主交换机，如图3所示，则该交换机自己会成为主交换机，并通过私有协议连接上层主交换机获取小系统IP网段，并通过DHCP SERVER将IP网段地址分配给所有VLAN1终端。原有系统其他交换机将按原系统的设置继续运行，IP地址等不会产生改变。
若主交换机分裂出来，将继续原有配置运行，保持IP地址等不变。如图4所示。
本实施例的所有交换机还会定时交互私有协议报文，当主交换机检测到小系统中有另一个主交换机时，返回到步骤3，相当于根据优先级和MAC地址大小迅速确定一个新的主交换机，其他的主交换机将进行降级，重复初始化步骤，所连接的VLAN1终端设备重新进行IP分配。如图5所示。
以上实施例为本申请的优选实施例，本领域的普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本申请总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本申请要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种用于层次拓扑的交换机自动配置方法，其特征在于，包括：
步骤1，交换机启动后，将所有端口设置为BLOCK状态，仅发送和接收预设的私有协议报文；
步骤2，对于每个交换机：将其所有A类端口划分到不同的VLAN，从2开始依次编号为VLAN2、VLAN3……，并将端口设置为FORWARD状态，从上级主交换机获取每个VLAN的IP网段，同时设置该交换机的优先级为高优先级；
其中，每个交换机的所有端口，均按其接收私有协议报文的交换机定义其类型：将从上层交换机接收私有协议报文的端口定义为A类端口，将从同层交换机接收私有协议报文的端口定义为B类端口，将从下层交换机接收私有协议报文的端口定义为C类端口，将接收不到私有协议的端口定义为D类端口；
步骤3，从每个小系统中选择优先级最高且MAC地址最小的交换机，作为该小系统的主交换机；
另外，将小系统中的B类、C类以及D类端口均划分到与该小系统对应的VLAN1，主交换机开启VLAN1的DHCP SERVER，并将与VLAN1连接的端口设置为FORWARD状态，开启MSTP防止环路，从主交换机获取IP网段；其中，将同层交换机中有任意连接的所有交换机和终端设备的总和视为1个小系统；
步骤4，主交换机从上层主交换机获取主交换机所在小系统对应VLAN1的IP网段，并为与该小系统对应VLAN1连接的其他交换机和终端设备配置IP网段；
步骤5，所有交换机定时检测与主交换机的连接状态，如果失去连接则返回步骤1。
2.根据权利要求1所述的一种用于层次拓扑的交换机自动配置方法，其特征在于，所述私有协议报文中，包括本地交换机的MAC地址、IP地址、端口连接情况和优先级，还包括本地交换机从接收到的私有协议报文中解析出来的其他交换机的MAC地址、IP地址、端口连接情况和优先级。
3.根据权利要求1所述的一种用于层次拓扑的交换机自动配置方法，其特征在于，在步骤3确定小系统的主交换机后，还包括：将小系统中与上层交换机连接的所有交换机，均开启VRRP协议、CFM协议、BFD协议以及OSPF协议，以通过路由学习与其它小系统通讯，以进行VRRP的快速切换。
4.根据权利要求1所述的一种用于层次拓扑的交换机自动配置方法，其特征在于，主交换机在从上层主交换机获取IP网段时，上层主交换机记录该获取IP网段的主交换机的MAC地址与获取到的IP网段之间的对应关系；且所有交换机均记录作为主交换机时最后一次获取的IP网段。
5.根据权利要求4所述的一种用于层次拓扑的交换机自动配置方法，其特征在于，若主交换机无法与上层主交换机连接获取IP网段，则将以前获取的IP网段，并分配给与该小系统对应VLAN1连接的其他交换机和终端设备；若交换机无法与上层主交换机连接获取IP网段，且以前未获取过IP网段，则随机生成IP网段，并分配给与该小系统对应VLAN1连接的其他交换机和终端设备。
6.根据权利要求1所述的一种用于层次拓扑的交换机自动配置方法，其特征在于，交换机定时交互私有协议报文，当主交换机检测到小系统中有另一个主交换机时，返回到步骤3。
7.根据权利要求1所述的一种用于层次拓扑的交换机自动配置方法，其特征在于，所述预设的私有协议报文，可以为BPDU、LLDP或者私有组播协议报文。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，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1～7中任一项所述的方法。
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