CN114726820B - 一种适用于星上ip路由交换的arp协议优化方法 - Google Patents

一种适用于星上ip路由交换的arp协议优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于星上IP路由交换的ARP协议优化方法，属于卫星通信技术领域。本发明通过星上ARP转发表自学习、星上ARP报文波束内/波束间转发以及卫星终端ARP协议代理等设计，优化了基于星上IP路由交换的卫星网络中ARP协议的交互流程，实现了卫星网络中IP地址与MAC地址映射的自主学习。本发明可应用于具有星上IP路由交换的卫星网络场景中，在保持卫星网用户采用标准ARP协议接入卫星网络基础上，解决了由于星上ARP学习滞后导致的数据丢包问题。

Description

一种适用于星上IP路由交换的ARP协议优化方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，特别是指一种适用于星上IP路由交换的ARP协议优化方法，可用于基于星上IP路由交换的卫星网络中实现IP地址与MAC地址映射的自主学习，解决由于星上ARP学习滞后导致的数据丢包问题。
背景技术
经过几十年的发展，我国卫星通信系统建设取得了巨大进步。在全球无缝覆盖、用户随遇接入需求的推动下，卫星通信系统开始从过去的单星透明组网向多星天地一体化组网发展，在卫星通信系统中引入IP协议族能充分发挥互联网的长处，用较低的开销更快速地实现天地一体化网络。基于星上IP路由交换的卫星通信系统成为我国卫星通信领域的研究热点。
地址解析协议（ARP）是TCP/IP协议族的一员，实现IP地址到MAC地址的转换。在网络通信中，网络层使用IP地址进行寻址，而在实际网络链路上传送数据帧时使用的MAC地址。然而，标准的ARP协议不能直接用于基于星上IP路由交换的卫星通信系统中，这是因为星载IP路由器的能耗、体积、重量受到卫星承载能力的限制，计算性能和存储能力都比较低，此外，空间链路还具有长延时等特点。标准ARP协议应用于基于星上IP路由交换的卫星通信系统中面临由于星地、星间ARP协议交互过程过长，造成星上缓存溢出、数据丢包问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种适用于星上IP路由交换的ARP协议优化方法，其可用于基于星上IP路由交换的卫星网络中实现IP地址与MAC地址映射的自主学习，解决由于空间链路长延时使得星上ARP学习滞后，从而导致星载IP路由器缓存溢出、数据丢包的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种适用于星上IP路由交换的ARP协议优化方法，应用于采用星上IP路由交换方式的卫星网络；所述卫星网络包括星载路由交换设备、路由模式卫星终端、桥模式卫星终端和卫星网用户，星载路由交换设备通过星间链路连接相邻卫星的星载路由交换设备，通过星地链路连接不同波束下的路由模式卫星终端和桥模式卫星终端；该方法包括以下步骤：
A、星载路由交换设备和路由模式卫星终端运行IGP路由协议，交互路由信息报文，生成路由转发表；同时，星载路由交换设备运行ARP协议，解析IGP路由信息报文报头，获取路由模式卫星终端的IP地址和MAC地址信息，生成ARP转发表，完成星上ARP转发表自学习；
B、星载路由交换设备周期性广播各波束网络配置信息，包括网络前缀和端口IP地址、端口MAC地址，路由模式卫星终端和桥模式卫星终端根据接收到的各波束网络配置信息，生成星载路由交换设备的ARP转发表；
C、卫星网用户发送业务数据前，发送ARP请求报文，获取下一跳节点的MAC地址；卫星网用户接收到ARP响应报文后，将业务数据封装目的MAC地址，发送给路由模式卫星终端和桥模式卫星终端；
D、路由模式卫星终端接收到卫星网用户的ARP请求报文，若ARP请求报文中目的IP地址与本卫星终端IP地址相同，则生成ARP响应报文，发送给卫星网用户；
E、桥模式卫星终端接收到卫星网用户的ARP请求报文，根据ARP请求报文中目的IP地址，查找星载路由交换设备的ARP转发表，若存在相应ARP表项，则生成ARP响应报文，发送给卫星网用户，完成卫星终端ARP协议代理功能；否则，将ARP请求报文转发给本星的星载路由交换设备；
F、星载路由交换设备接收到ARP请求报文后，根据ARP请求报文中目的IP地址，查找路由转发表，转发至相应波束下的路由模式卫星终端和桥模式卫星终端，完成ARP请求报文的波束内/波束间转发；
G、路由模式卫星终端接收到星载路由交换设备的ARP请求报文后，若ARP请求报文中目的IP地址与本卫星终端IP地址相同，则生成ARP响应报文，发送给星载路由交换设备；桥模式卫星终端接收到星载路由交换设备的ARP请求报文后，直接转发给卫星网用户，由卫星网用户生成相应的ARP响应报文，经桥模式卫星终端发送给星载路由交换设备；
H、星载路由交换设备接收到ARP响应报文后，根据ARP响应报文中目的IP地址，查找路由转发表，转发至相应波束下的路由模式卫星终端和桥模式卫星终端，完成ARP响应报文的波束内/波束间转发；
I、路由模式卫星终端接收到星载路由交换设备的ARP响应报文后，生成ARP转发表；桥模式卫星终端接收到星载路由交换设备的ARP响应报文后，生成ARP转发表，并将ARP响应报文发送给卫星网用户。
进一步的，所述步骤C中，与桥模式卫星终端相连的卫星网用户根据目的卫星网用户的IP地址，发送相应ARP请求报文；若目的卫星网用户与本用户处于同一子网，则ARP请求报文中的目的IP地址填写目的卫星网络用户的IP地址；若目的卫星用户与本用户处于不同子网，则ARP请求报文中的目的IP地址填写星载路由交换设备的IP地址。
进一步的，所述步骤F中，星载路由交换设备接收到ARP请求报文，获取ARP请求报文中的IP地址和MAC地址信息，生成ARP转发表。
进一步的，所述步骤H中，星载路由交换设备接收到ARP响应报文，获取ARP响应报文中的IP地址和MAC地址信息，生成ARP转发表。
本发明与背景技术相比具有如下有益效果：
1、本发明可实现卫星网络中路由信息交互的同时，利用路由协议报文自动生成ARP转发表，降低ARP协议交互带宽开销。
2、本发明可使卫星网用户从卫星终端就近获取星载路由交换设备的ARP转发表，降低星载路由交换设备的ARP协议处理压力。
3、本发明可使星载路由交换设备在卫星终端发送业务数据前，完成ARP解析过程，生成ARP转发表，解决星载路由交换设备由于ARP学习滞后导致数据丢包问题。
附图说明
图1 是本发明实施例的应用场景示意图；
图2 是本发明实施例中星上ARP转发表自学习流程图；
图3 是本发明实施例中星地ARP协议报文交互流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1所示为一种基于星上IP路由交换的卫星网络的应用场景，其中，卫星网络包括星载路由交换设备、路由模式卫星终端、桥模式卫星终端和卫星网用户，星载路由交换设备通过星间链路连接邻星的星载路由交换设备，通过星地链路连接不同波束下的路由模式卫星终端和桥模式卫星终端。星载路由交换设备完成星上ARP转发表自学习、星上ARP报文波束内/波束间转发等功能，路由模式卫星终端和桥模式卫星终端完成ARP协议代理等功能，实现标准ARP协议在卫星网络中的星地交互流程优化。
如图2、3所示，该方法包括以下步骤：
A、星载路由交换设备和路由模式卫星终端运行IGP路由协议，交互路由信息报文，生成路由转发表。同时，星载路由交换设备运行ARP协议，解析IGP路由信息报文报头，获取路由模式卫星终端的IP地址和MAC地址信息，生成ARP转发表，完成星上ARP转发表自学习。
B、星载路由交换设备周期性广播各波束网络配置信息，包括网络前缀和端口IP地址、端口MAC地址等，路由模式卫星终端和桥模式卫星终端根据接收到的各波束网络配置信息，生成星载路由交换设备的ARP转发表。
C、卫星网用户发送业务数据前，发送ARP请求报文，获取下一跳节点的MAC地址。卫星网用户接收到ARP响应报文后，将业务数据封装目的MAC地址，发送给路由模式卫星终端和桥模式卫星终端。
其中，所述步骤C中与桥模式卫星终端相连的卫星网用户根据目的卫星网用户的IP地址，发送相应ARP请求报文。若目的卫星网用户与本用户处于同一子网，则ARP请求报文中的目的IP地址填写目的卫星网络用户的IP地址；若目的卫星用户与本用户处于不同子网，则ARP请求报文中的目的IP地址填写星载路由交换设备的IP地址。
D、路由模式卫星终端接收到卫星网用户的ARP请求报文，若ARP请求报文中目的IP地址与本卫星终端IP地址相同，则生成ARP响应报文，发送给卫星网用户。
E、桥模式卫星终端接收到卫星网用户的ARP请求报文，根据ARP请求报文中目的IP地址，查找星载路由交换设备的ARP转发表，若存在相应ARP表项，则生成ARP响应报文，发送给卫星网用户，完成卫星终端ARP协议代理功能；否则，将ARP请求报文转发给本星的星载路由交换设备。
F、星载路由交换设备接收到ARP请求报文后，根据ARP请求报文中目的IP地址，查找路由转发表，转发至相应波束下的路由模式卫星终端和桥模式卫星终端，完成ARP请求报文的波束内/波束间转发。
其中，所述步骤F中星载路由交换设备接收到ARP请求报文，获取ARP请求报文中的IP地址和MAC地址信息，生成ARP转发表。
G、路由模式卫星终端接收到星载路由交换设备的ARP请求报文后，若ARP请求报文中目的IP地址与本卫星终端IP地址相同，则生成ARP响应报文，发送给星载路由交换设备；桥模式卫星终端接收到星载路由交换设备的ARP请求报文后，直接转发给卫星网用户，由卫星网用户生成相应的ARP响应报文，经桥模式卫星终端发送给星载路由交换设备。
H、星载路由交换设备接收到ARP响应报文后，根据ARP响应报文中目的IP地址，查找路由转发表，转发至相应波束下的路由模式卫星终端和桥模式卫星终端，完成ARP响应报文的波束内/波束间转发。
其中，所述步骤H中星载路由交换设备接收到ARP响应报文，获取ARP响应报文中的IP地址和MAC地址信息，生成ARP转发表。
I、路由模式卫星终端接收到星载路由交换设备的ARP响应报文后，生成ARP转发表；桥模式卫星终端接收到星载路由交换设备的ARP响应报文后，生成ARP转发表，并将ARP响应报文发送给卫星网用户。
本发明采用星上ARP转发表自学习、星上ARP报文波束内/波束间转发以及卫星终端ARP协议代理等方法，优化了标准ARP协议在卫星网络中的交互流程，实现了卫星网络中IP地址与MAC地址映射的自主学习。
总之，本发明独创了一种适用于星上IP路由交换的ARP协议优化方法，可用于具有星上IP路由交换的卫星网络场景中，在保持卫星网用户采用标准ARP协议接入卫星网络基础上，解决了由于星上ARP学习滞后导致的数据丢包问题。
最后应该说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可对前述实施例的技术方案进行修改，或对其他部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种适用于星上IP路由交换的ARP协议优化方法，其特征在于，应用于采用星上IP路由交换方式的卫星网络；所述卫星网络包括星载路由交换设备、路由模式卫星终端、桥模式卫星终端和卫星网用户，星载路由交换设备通过星间链路连接相邻卫星的星载路由交换设备，通过星地链路连接不同波束下的路由模式卫星终端和桥模式卫星终端；该方法包括以下步骤：
A、星载路由交换设备和路由模式卫星终端运行IGP路由协议，交互路由信息报文，生成路由转发表；同时，星载路由交换设备运行ARP协议，解析IGP路由信息报文报头，获取路由模式卫星终端的IP地址和MAC地址信息，生成ARP转发表，完成星上ARP转发表自学习；
B、星载路由交换设备周期性广播各波束网络配置信息，包括网络前缀和端口IP地址、端口MAC地址，路由模式卫星终端和桥模式卫星终端根据接收到的各波束网络配置信息，生成星载路由交换设备的ARP转发表；
C、卫星网用户发送业务数据前，发送ARP请求报文，获取下一跳节点的MAC地址；卫星网用户接收到ARP响应报文后，将业务数据封装目的MAC地址，发送给路由模式卫星终端和桥模式卫星终端；
D、路由模式卫星终端接收到卫星网用户的ARP请求报文，若ARP请求报文中目的IP地址与本卫星终端IP地址相同，则生成ARP响应报文，发送给卫星网用户；
E、桥模式卫星终端接收到卫星网用户的ARP请求报文，根据ARP请求报文中目的IP地址，查找星载路由交换设备的ARP转发表，若存在相应ARP表项，则生成ARP响应报文，发送给卫星网用户，完成卫星终端ARP协议代理功能；否则，将ARP请求报文转发给本星的星载路由交换设备；
F、星载路由交换设备接收到ARP请求报文后，根据ARP请求报文中目的IP地址，查找路由转发表，转发至相应波束下的路由模式卫星终端和桥模式卫星终端，完成ARP请求报文的波束内/波束间转发；
G、路由模式卫星终端接收到星载路由交换设备的ARP请求报文后，若ARP请求报文中目的IP地址与本卫星终端IP地址相同，则生成ARP响应报文，发送给星载路由交换设备；桥模式卫星终端接收到星载路由交换设备的ARP请求报文后，直接转发给卫星网用户，由卫星网用户生成相应的ARP响应报文，经桥模式卫星终端发送给星载路由交换设备；
H、星载路由交换设备接收到ARP响应报文后，根据ARP响应报文中目的IP地址，查找路由转发表，转发至相应波束下的路由模式卫星终端和桥模式卫星终端，完成ARP响应报文的波束内/波束间转发；
I、路由模式卫星终端接收到星载路由交换设备的ARP响应报文后，生成ARP转发表；桥模式卫星终端接收到星载路由交换设备的ARP响应报文后，生成ARP转发表，并将ARP响应报文发送给卫星网用户。
2.根据权利要求1所述的一种适用于星上IP路由交换的ARP协议优化方法，其特征在于，所述步骤C中，与桥模式卫星终端相连的卫星网用户根据目的卫星网用户的IP地址，发送相应ARP请求报文；若目的卫星网用户与本用户处于同一子网，则ARP请求报文中的目的IP地址填写目的卫星网络用户的IP地址；若目的卫星用户与本用户处于不同子网，则ARP请求报文中的目的IP地址填写星载路由交换设备的IP地址。
3.根据权利要求1所述的一种适用于星上IP路由交换的ARP协议优化方法，其特征在于，所述步骤F中，星载路由交换设备接收到ARP请求报文，获取ARP请求报文中的IP地址和MAC地址信息，生成ARP转发表。
4.根据权利要求1所述的一种适用于星上IP路由交换的ARP协议优化方法，其特征在于，所述步骤H中，星载路由交换设备接收到ARP响应报文，获取ARP响应报文中的IP地址和MAC地址信息，生成ARP转发表。
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