CN114172795B - 一种链表中网络环路的检测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种链表中网络环路的检测方法和系统，其中，链表中网络环路的检测方法包括：分别使用快指针和慢指针，从链表的头部节点开始依次遍历链表的所有节点；判断快指针和慢指针是否在链表中相遇；若快指针和慢指针在链表中相遇，则确定并反馈链表存在网络环路。本发明的技术方案能解决现有技术中问题节点的排查过程耗时耗力，且准确性不高的问题。

Description

一种链表中网络环路的检测方法和系统

技术领域

本发明涉及网络技术领域，尤其涉及一种链表中网络环路的检测方法和系统。

背景技术

当前，社会的数字化转型升级离不开智能化改造，随着云计算与大数据融入各行各业，全社会数据总量暴发式增长，对计算力的需求大幅提升，计算力正成为数字经济发展的核心驱动力。作为计算力的载体，数据中心已应用在各行各业，规模巨大，甚至包括上万物理节点。

通常，数据中心不会使用动态主机配置协议DHCP自动分配IP地址，因为相关网络协议都有严格的IP规划。因此通常情况下，数据中心是通过人工分配IP地址给内部的各个物理节点的。然而只要是人工分配IP地址，难免会有出错的情况，尤其是数据中心存在大量物理节点的情况下。一旦数据中心的网络出现问题，例如出现IP冲突，则会对客户的业务应用造成停滞，严重的则导致网络瘫痪。

当数据中心中因IP配置存在问题节点时，就需要对数据中心中大量的节点进行故障排查。现有技术中通常是通过人工进行手动排查问题节点的，然而排查问题节点的过程耗时耗力，且准确性不高。

发明内容

本发明提供了一种链表中网络环路的检测方法和系统，旨在解决现有技术中问题节点的排查过程耗时耗力，且准确性不高的问题。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种链表中网络环路的检测方法，包括：

分别使用快指针和慢指针，从链表的头部节点开始依次遍历链表的所有节点；

判断快指针和慢指针是否在链表中相遇；

若快指针和慢指针在链表中相遇，则确定并反馈链表存在网络环路。

优选地，所述分别使用快指针和慢指针，从链表的头部节点开始依次遍历链表的所有节点的步骤，包括：

分别将快指针和慢指针设置于链表的头部节点；

控制快指针以慢指针的遍历速度的整数倍，同时遍历链表的所有节点。

优选地，判断快指针和慢指针是否在链表中相遇的步骤，包括：

分别记录快指针和慢指针的移动距离；

根据快指针和慢指针的移动距离，判断快指针和慢指针是否在链表中相遇。

优选地，确定并反馈链表存在网络环路的步骤，包括：

根据快指针和慢直至的移动距离，记录并反馈网络环路的环路长度和相遇节点。

优选地，在确定并反馈链表存在网络环路的步骤之后，方法还包括：

确定快指针和慢指针相遇的节点为网络环路的起始节点；

记录并反馈起始节点的物理地址和IP地址。

根据本发明的第二方面，本发明还提供了一种链表中网络环路的检测系统，包括：

节点遍历模块，用于分别使用快指针和慢指针，从链表的头部节点开始依次遍历链表的所有节点；

相遇判断模块，用于判断快指针和慢指针是否在链表中相遇；

环路确定模块，用于若相遇判断模块判定快指针和慢指针在链表中相遇时，确定并反馈链表存在网络环路。

优选地，节点遍历模块，包括：

指针设置子模块，用于分别将快指针和慢指针设置于链表的头部节点；

速度控制子模块，用于控制快指针以慢指针的遍历速度的整数倍，同时遍历链表的所有节点。

优选地，相遇判断模块，包括：

距离记录子模块，用于分别记录快指针和慢指针的移动距离；

相遇判断子模块，用于根据快指针和慢指针的移动距离，判断快指针和慢指针是否在链表中相遇。

优选地，环路确定模块，包括：

环路记录子模块，用于根据快指针和慢直至的移动距离，记录网络环路的环路长度和相遇节点；

环路反馈子模块，用于反馈网络环路的环路长度和相遇节点。

优选地，网络环路的检测系统，还包括：

节点确定模块，用于确定快指针和慢指针相遇的节点为网络环路的起始节点；

节点记录模块，用于记录并反馈起始节点的物理地址和IP地址。

本申请提供的网络环路的检测方案，通过设置快指针和慢指针，快指针的遍历速率是慢指针的整数倍，这样从链表的头部节点开始依次遍历链表的所有节点，当快慢指针在链表中相遇则说明链表存在网络环路，即存在节点的IP冲突，这样就能够快速检测出链表是否存在网络环路，快速准确地定位问题节点，从而解决了现有技术中数据量大的机房网络出现问题时，难以快速准确定位出问题节点，导致云计算与大数据应用上线速度低、数据中心稳定差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的第一种链表中网络环路的检测方法的流程示意图；

图2是图1所示实施例提供的一种链表遍历方法的流程示意图；

图3是图1所示实施例提供的一种指针相遇判断方法的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的第二种链表中网络环路的检测方法的流程示意图；

图5是本发明实施例提供的一种指针遍历链表的逻辑示意图；

图6是本发明实施例提供的第一种链表中网络环路的检测系统的结构示意图；

图7是图6所示实施例提供的一种节点遍历模块的结构示意图；

图8是图6所示实施例提供的一种相遇判断模块的结构示意图；

图9是图6所示实施例提供的一种环路确定模块的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的第二种链表中网络环路的检测系统的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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。

本发明实施例的主要技术问题如下：

现有技术中数据中心因IP配置问题常存在问题节点。这样当存在问题节点时，就需要对数据中心中大量的节点进行故障排查。现有技术中通常是通过人工进行手动排查问题节点的，然而排查问题节点的过程耗时耗力，且准确性不高。

本申请的技术方案，将数据中心机房中网络的每张网卡都看作一个节点，此节点的基本信息包括物理地址MAC和IP地址等信息。数据中心的所有网卡就组成一个大的链表。通过遍历链表中的每个节点，并将它记录下来；一旦遇到了此前遍历过的节点，就可以判定链表中存在环。

为了解决上述问题，具体参见图1，图1为本发明实施例提供的第一种链表中网络环路的检测方法的流程示意图。如图1所示，该链表中网络环路的检测方法，包括：

S110：分别使用快指针和慢指针，从链表的头部节点开始依次遍历链表的所有节点。快指针的遍历速度为慢指针的整数倍，例如2倍，这样从链表的头部节点开始遍历，当链表中存在网络环路时，指针在进入网络环路后会在网络环路中循环，当快慢指针相遇时，慢指针第一次进入到网络环路，快指针已经循环了至少一次。这样就能够迅速查找链表中存在的网络环路，快速定位问题节点。

作为一种优选的实施例，如图2所示，该分别使用快指针和慢指针，从链表的头部节点开始依次遍历链表的所有节点的步骤包括：

S111：分别将快指针和慢指针设置于链表的头部节点。快指针和慢指针均设置于链表的头部节点，这样快指针和慢指针都具有了相同的起始位置，同时快慢指针的遍历速度不同，这样就能够根据快慢指针的遍历速度计算相遇的节点位置。

S112：控制快指针以慢指针的遍历速度的整数倍，同时遍历链表的所有节点。具体地，这里使用两个指针：fast与slow。它们起始都位于链表的头部。随后，slow指针每次向后移动一个位置，而fast指针向后移动两个位置。如果链表中存在环，则fast指针最终将再次与slow指针在环中相遇。

本申请实施例提供的技术方案，通过设置快指针的遍历速率是慢指针的整数倍，这样从链表的头部节点开始依次遍历链表的所有节点，当快慢指针在链表中相遇则说明链表存在网络环路，即存在节点的IP冲突，这样就能够快速检测出链表是否存在网络环路，快速准确地定位问题节点。

在使用快指针和慢指针，从链表的头部节点开始依次遍历链表的所有节点后，图1所示实施例提供的链表中网络环路的检测方法还包括以下步骤：

S120：判断快指针和慢指针是否在链表中相遇。当快指针和慢指针在链表中相遇时，说明链表存在网络环路，相遇的位置即问题节点的位置。

作为一种优选的实施例，如图3所示，上述步骤S120：判断快指针和慢指针是否在链表中相遇的步骤，包括：

S121：分别记录快指针和慢指针的移动距离。

S122：根据快指针和慢指针的移动距离，判断快指针和慢指针是否在链表中相遇。

具体地，以快指针fast为慢指针slow速度两倍计算。Slow指针每次向后移动一个位置，fast指针向后移动两个位置。

参见图5，设链表中环外部分的长度为m。slow指针进入环后，又走了y的距离与fast在c点相遇。此时，fast指针已经走完了环的x圈，因此fast指针走过的总距离为m+xn+y＝m+(x+1)y+x(n-y)。

这里假设当慢指针进入环时(环长为n)，慢指针在快指针前距离快指针p处(顺时针方向)(0<p<n，如果p＝0or n，说明此时快慢指针正好在环入口处相遇)，此时快慢指针将在移动p次后相遇，此时慢指针在环上移动的距离即为p，p<n不足一圈，综上，慢指针在一圈内肯定与快指针相遇。

在判断快指针和慢指针是否在链表中相遇后，图1所示实施例提供的链表中网络环路的检测方法还包括以下步骤：

S130：若快指针和慢指针在链表中相遇，则确定并反馈链表存在网络环路。优选地，所述步骤S130：确定并反馈链表存在网络环路的步骤，具体包括：根据快指针和慢直至的移动距离，记录并反馈网络环路的环路长度和相遇节点。通常相遇节点即问题节点，此时记录问题节点的MAC地址和IP地址，能够快速自动化检测网络环路，提高应用的快速部署上线、保障数据中心稳定。

参见图5，任意时刻，fast指针走过的距离都为slow指针的2倍。因此，我们有m+(x+1)y+x(n-y)＝2(m+y)，通过推导m＝n-y+(x-1)n,因此我们会发现：从相遇点到入环点的距离加上x-1圈的环长，恰好等于从链表头部到入环点的距离。将快指针置于表头(此时快指针在a处，慢指针在c处)，与慢指针以相同速度在链表上移动，当快指针移动到b处时，移动了m的距离，根据上面的等式可知，慢指针移动了n-y+(x-1)*n的距离。

先移动(x-1)*n的距离，相当于在环上循环了(x-1)次，慢指针又回到了c点，然后再移动n-y的距离，如图所示，n-y正好是c点到b点的距离，说明此时慢指针也移动到了b点，即快慢指针在网络环路的开头节点相遇了。这个开头节点即问题节点。

以下为借助快慢指针算法实现网络环路检测功能的核心代码：

综上，本申请提供的网络环路的检测方法，通过设置快指针和慢指针，快指针的遍历速率是慢指针的整数倍，这样从链表的头部节点开始依次遍历链表的所有节点，当快慢指针在链表中相遇则说明链表存在网络环路，即存在节点的IP冲突，这样就能够快速检测出链表是否存在网络环路，快速准确地定位问题节点，从而解决了现有技术中数据量大的机房网络出现问题时，难以快速准确定位出问题节点，导致云计算与大数据应用上线速度低、数据中心稳定差的问题。该方法利用性能更高的快慢指针算法实现了快速自动化检测网络环路的功能，实现了提高应用的快速部署上线、保障数据中心稳定，降低数据中心管理成本投入、提高用户使用体验。

作为一种优选的实施例，如图4所示，在上述步骤S130在确定并反馈链表存在网络环路的步骤之后，网络环路检测方法还包括：

S140：确定快指针和慢指针相遇的节点为网络环路的起始节点；

S150：记录并反馈起始节点的物理地址和IP地址。

Fast指针先移动(x-1)*n的距离，相当于在环上循环了(x-1)次，慢指针又回到了c点，然后再移动n-y的距离，如图所示，n-y正好是c点到b点的距离，说明此时慢指针也移动到了b点，即快慢指针在网络环路的开头节点相遇了。这个开头节点即问题节点。

本申请实施例提供的基于快慢指针算法检测网络环路的方法，利用性能更高的快慢指针算法实现了快速自动化检测网络环路的功能，实现了提高应用的快速部署上线、保障数据中心稳定，降低数据中心管理成本投入、提高用户使用体验。

为了实现上述方法，本申请下述各实施例还提供一种链表中网络环路的检测系统，通过下述链表中网络环路的检测系统能够实现上述方法的功能，因为具体操作步骤上述方法已经提及，因此重复部分不再赘述。

参见图6，图6为本发明实施例提供的第一种链表中网络环路的检测系统的结构示意图。如图6所示，该链表中网络环路的检测系统，包括：

节点遍历模块110，用于分别使用快指针和慢指针，从链表的头部节点开始依次遍历链表的所有节点；

相遇判断模块120，用于判断快指针和慢指针是否在链表中相遇；

环路确定模块130，用于若相遇判断模块判定快指针和慢指针在链表中相遇时，确定并反馈链表存在网络环路。

本申请提供的网络环路的检测系统，通过节点遍历模块110设置快指针和慢指针，快指针的遍历速率是慢指针的整数倍，这样从链表的头部节点开始依次遍历链表的所有节点，使用相遇判断模块120判断快指针和慢指针是否在链表中相遇，当快慢指针在链表中相遇则说明链表存在网络环路，即存在节点的IP冲突，这样就能够快速检测出链表是否存在网络环路，快速准确地定位问题节点，从而解决了现有技术中数据量大的机房网络出现问题时，难以快速准确定位出问题节点，导致云计算与大数据应用上线速度低、数据中心稳定差的问题。

作为一种优选的实施例，如图7所示，上述节点遍历模块110，包括：

指针设置子模块111，用于分别将快指针和慢指针设置于链表的头部节点；

速度控制子模块112，用于控制快指针以慢指针的遍历速度的整数倍，同时遍历链表的所有节点。

作为一种优选的实施例，如图8所示，上述相遇判断模块120，包括：

距离记录子模块121，用于分别记录快指针和慢指针的移动距离；

相遇判断子模块122，用于根据快指针和慢指针的移动距离，判断快指针和慢指针是否在链表中相遇。

作为一种优选的实施例，如图9所示，上述环路确定模块130，包括：

环路记录子模块131，用于根据快指针和慢直至的移动距离，记录网络环路的环路长度和相遇节点；

环路反馈子模块132，用于反馈网络环路的环路长度和相遇节点。

作为一种优选的实施例，如图10所示，该网络环路的检测系统还包括：

节点确定模块140，用于确定快指针和慢指针相遇的节点为网络环路的起始节点；

节点记录模块150，用于记录并反馈起始节点的物理地址和IP地址。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种链表中网络环路的检测方法，其特征在于，包括：

分别使用快指针和慢指针，从链表的头部节点开始依次遍历所述链表的所有节点；

判断所述快指针和慢指针是否在所述链表中相遇；

若所述快指针和慢指针在所述链表中相遇，则确定并反馈所述链表存在网络环路；

所述分别使用快指针和慢指针，从链表的头部节点开始依次遍历所述链表的所有节点的步骤，包括：

分别将所述快指针和慢指针设置于所述链表的头部节点；

控制所述快指针以所述慢指针的遍历速度的整数倍，同时遍历所述链表的所有节点；

所述判断快指针和慢指针是否在所述链表中相遇的步骤，包括：

分别记录所述快指针和慢指针的移动距离；

根据所述快指针和慢指针的移动距离，判断所述快指针和慢指针是否在所述链表中相遇；

所述确定并反馈所述链表存在网络环路的步骤，包括：

根据所述快指针和慢直至的移动距离，记录并反馈所述网络环路的环路长度和相遇节点；

在确定并反馈所述链表存在网络环路的步骤之后，所述方法还包括：

确定所述快指针和慢指针相遇的节点为所述网络环路的起始节点；

记录并反馈所述起始节点的物理地址和IP地址。

2.一种链表中网络环路的检测系统，其特征在于，包括：

节点遍历模块，用于分别使用快指针和慢指针，从链表的头部节点开始依次遍历所述链表的所有节点；

相遇判断模块，用于判断所述快指针和慢指针是否在所述链表中相遇；

环路确定模块，用于若所述相遇判断模块判定所述快指针和慢指针在所述链表中相遇时，确定并反馈所述链表存在网络环路；

所述节点遍历模块，包括：

指针设置子模块，用于分别将所述快指针和慢指针设置于所述链表的头部节点；

速度控制子模块，用于控制所述快指针以所述慢指针的遍历速度的整数倍，同时遍历所述链表的所有节点；

所述相遇判断模块，包括：

距离记录子模块，用于分别记录所述快指针和慢指针的移动距离；

相遇判断子模块，用于根据所述快指针和慢指针的移动距离，判断所述快指针和慢指针是否在所述链表中相遇；

所述环路确定模块，包括：

环路记录子模块，用于根据所述快指针和慢直至的移动距离，记录所述网络环路的环路长度和相遇节点；

环路反馈子模块，用于反馈所述网络环路的环路长度和相遇节点；

还包括：

节点确定模块，用于确定所述快指针和慢指针相遇的节点为所述网络环路的起始节点；

节点记录模块，用于记录并反馈所述起始节点的物理地址和IP地址。