CN115941534A - 一种针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法包括：连接核心交换机镜像口；统计正常运行状态下的网络流量和局域网中单个设备的流量占比，判断是否发生网络风暴；使用网络环路检测、IP地址冲突检测定位问题区域。本发明提供的针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法，可以在风暴发生的第一时间溯源，通过镜像口获取整个交换机数据动态的获取数据，计算结果更加准确且具有实时性；将环路检测与IP地址冲突检测结合，可以处理多种网络风暴，适用性更强。本发明在在确保网络安全、稳定地运行可以起到很好的协助作用。
Description
技术领域
本发明涉及网络溯源技术领域，具体为一种针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法。
背景技术
在电力系统的局域网中，由于网络拓补结构、软件设计、硬件故障或其他原因导致网络数据包在局域网中大量复制和传播，导致网络性能下降甚至网络瘫痪的问题称为网络风暴，是网络中较为常见的问题。
现有技术主要是从预防和抑止网络风暴的发生上入手，通过虚拟局域网(VLAN)的方式将局域网进行网络区域划分，区域划分后单个区域内的网络设备和拓扑结构均变得简单，从而降低了网络风暴发生的记录和影响范围。一旦网络风暴实际发生了，运维人员通常只能使用网络工具软件来军衔网络抓包，通过对数据包的分析来定位风暴源的位置，这样的方式很难在风暴发生的第一时间溯源。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明解决的技术问题是：现有技术主要是从预防和抑止网络风暴的发生上入手，发生网络风暴时无法第一时间进行溯源，只能使用网络工具软件抓包，通过对数据包的分析来定位风暴源的位置的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法，包括：
连接核心交换机镜像口；
统计正常运行状态下的网络流量和局域网中单个设备的流量占比，判断是否发生网络风暴；
使用网络环路检测、IP地址冲突检测定位问题区域。
作为本发明所述的针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法的一种优选方案，其中：所述连接核心交换机镜像口包括，在现有的局域网中的核心交换机中开通镜像口，使用网线连接交换机镜像口，通过镜像口获取整个交换机的所有端口的流量数据。
作为本发明所述的针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法的一种优选方案，其中：所述统计正常运行状态下的网络流量和局域网中单个设备的流量占比包括，定期对交换机所属的总流量数据取样，同时对交换机各个端口所连接的设备分别进行流量统计，得出正常运行状态下的网络流量和局域网中单个设备的流量占比，作为衡量是否发生网络风暴的标准。
作为本发明所述的针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法的一种优选方案，其中：所述网络流量和局域网中单个设备流量占比包括，当网络流量大于预设交换机总流量动态阈值的1.5倍或单个设备流量占比大于30％时则判定为发生网络风暴。
作为本发明所述的针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法的一种优选方案，其中：所述发生网络风暴包括，网络流量统计结果达到发生网络风暴判断标准时，依次使用网络环路检测、IP地址冲突检测定位问题区域。
作为本发明所述的针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法的一种优选方案，其中：所述网络环路检测包括，网络中出现环路，广播信息会通过环路不断循环转发和广播形成网络风暴，使用网络环路检测排查网络风暴异常。
作为本发明所述的针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法的一种优选方案，其中：所述网络环路检测还包括，向待测局域网发送一定数量的广播包，进行数据包抓取，根据抓取到的数据包，得出单位时间内实际广播包和检测到广播包的比值，一旦检测到的包远远大于实际发送的包，便可判断局域网中存在环路，使用SNMP来查询局域网中流量异常的端口。
作为本发明所述的针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法的一种优选方案，其中：所述SNMP包括，利用SNMP协议读取设备在MIB-II对象组中的ifInNUcastPkts对象属性，属性代表设备的输入的广播包数，根据两次ifInNUcastPkts的变化值得出该端口的广播包接收速率，若接收速率远远高于正常运行时的值即，
则说明端口接入的设备中含有网络风暴源，再结合网络流量异常设备定位出问题设备，以IP地址加Mac地址的形式提供给运维人员。
作为本发明所述的针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法的一种优选方案，其中：所述IP地址冲突检测还包括，使用被动探测的方法，抓取出各个端口的非免费ARP报文，当发现非免费ARP报文中的源IP地址与已经存在的ARP表项中的IP地址相同，且报文中的源MAC地址与相应的ARP表项的MAC不同，即判定设备存在IP地址冲突，以IP地址加Mac地址的形式提供给运维人员。
本发明的有益效果：本发明提供的针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法，可以在风暴发生的第一时间溯源，通过镜像口获取整个交换机数据动态的获取数据，计算结果更加准确且具有实时性；将环路检测与IP地址冲突检测结合，可以处理多种网络风暴，适用性更强。本发明在在确保网络安全、稳定地运行可以起到很好的协助作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明一个实施例提供的一种针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法的整体流程图；
图2为本发明第一个实施例提供的一种针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法中相同任务请求下多种算法负载平衡率对比图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1-2，为本发明的一个实施例，提供了一种针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法，包括：
S1：连接核心交换机镜像口；
更进一步的，连接核心交换机镜像口包括，在现有的局域网中的核心交换机中开通镜像口，使用网线连接交换机镜像口，通过镜像口获取整个交换机的所有端口的流量数据。
应说明的是，在网络风暴未发生的状态下，通过对总流量数据统计得出该局域网条件下的网络流量数据，同时对网络中的各设备的流量数据进行分析，得出各设备在网络中的流量占比，经过一定时间的采样，根据多个时间段的样本推算出正常状态下局域网内的网络流量范围，以及正常状态下各设备的流量占比数据区间，以此数据的基础加上一定的冗余值，变形成了判断网络风暴的流量阈值标准。
还应说明的是，在一个长期运行的工业网络上，流量的分布往往都是比较稳定的，因此定期的流量数据采集和切片分析可以比较准确的获取该网络环境的正常运行状态，以此作为参照对后续的异常流量数据做出研判。
S2：统计正常运行状态下的网络流量和局域网中单个设备的流量占比，判断是否发生网络风暴；
更进一步的，定期对交换机所属的总流量数据取样，同时对交换机各个端口所连接的设备分别进行流量统计，得出正常运行状态下的网络流量和局域网中单个设备的流量占比，以此作为衡量是否发生网络风暴的标准。
应说明的是，当网络流量大于预设交换机总流量动态阈值的1.5倍或单个设备流量占比大于30％时则判定为发生网络风暴。
还应说明的是，网络流量低于预设交换机总流量动态阈值时，也可能发生网络风暴现象，但概率较低，且动态阈值在较少端口过载时，能让每个端口占用较大的缓存，保证缓存利用率，和数据传输速度，因此网络流量应大于交换机总流量动态阈值，经过实验验证得知，网络流量超过交换机总流量动态阈值的1.5倍时较大概率发生网络风暴，故设置网络流量大于预设交换机总流量动态阈值的1.5倍。
S3：使用网络环路检测、IP地址冲突检测定位问题区域。
更进一步的，网络流量统计结果达到发生网络风暴判断标准时，依次使用网络环路检测、IP地址冲突检测定位问题区域。
应说明的是，网络环路和IP地址冲突时导致网络风暴的最常见、普遍的原因。网络环路使网络中的重复报文快速增加并最后充斥整个信道；IP地址冲突会因为冲突设备之间不断的竞争上岗获得通信权而产生大量无用的ARP报文，挤占了其他关键信息数据的传输带宽。
更进一步的，网络中出现环路，广播信息会通过环路不断循环转发和广播形成网络风暴，使用网络环路检测排查网络风暴异常。
应说明的是，向待测局域网发送一定数量的广播包，进行数据包抓取，根据抓取到的数据包，得出单位时间内实际广播包和检测到广播包的比值，一旦检测到的包远远大于实际发送的包，便可判断局域网中存在环路，使用SNMP来查询局域网中流量异常的端口。
还应说明的是，利用SNMP协议读取设备在MIB-II对象组中的ifInNUcastPkts对象属性，此属性代表此设备的输入的广播包数，根据两次ifInNUcastPkts的变化值得出该端口的广播包接收速率，若接收速率远远高于正常运行时的值即，
则说明此端口接入的设备中含有网络风暴源，再结合网络流量异常设备定位出问题设备，以IP地址加Mac地址的形式提供给运维人员。
更进一步的，当局域网中存在IP地址冲突时，IP冲突的设备不断竞争造成网络振荡，局域网中充斥大量无用的ARP报文，引发网络风暴时，使用IP地址冲突检测排查网络风暴异常。
应说明的是，使用被动探测的方法，抓取出各个端口的非免费ARP报文，当发现非免费ARP报文中的源IP地址与已经存在的ARP表项中的IP地址相同，且报文中的源MAC地址与相应的ARP表项的MAC不同，即判定此设备存在IP地址冲突，以IP地址加Mac地址的形式提供给运维人员。
实施例2
本发明的一个实施例，提供了一种针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法，为了验证本发明的有益效果，通过经济效益计算和仿真实验进行科学论证。
使用MATLAB和CloudSim来评估算法，模拟在具有Intel处理器和16GB RAM的环境中运行，运行使用的操作系统是64位Windows 11，通过MATLAB编程语言系统进行仿真、连接、记录，构建数据分布。
如表所示为我方发明与传统技术方案效能对比表，其中传统技术方案，对网络风暴采取预防措施，24小时内传统技术方案网络风暴发生频率较低，但传统技术方案需要运维人员发现后进行抓包，分析数据包内容需要大量时间，且消耗人力，我方发明使用网络环路检测、IP地址冲突检测定位问题区域，准对两种容易引发网络风暴的问题进行定位，有针对性效率更高，传统技术则需要分析数据包，速度相对于我方发明较慢。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法，其特征在于，包括：
连接核心交换机镜像口；
统计正常运行状态下的网络流量和局域网中单个设备的流量占比，判断是否发生网络风暴；
使用网络环路检测、IP地址冲突检测定位问题区域。
2.如权利要求1所述的针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法，其特征在于：所述连接核心交换机镜像口包括，在现有的局域网中的核心交换机中开通镜像口，使用网线连接交换机镜像口，通过镜像口获取整个交换机的所有端口的流量数据。
3.如权利要求1或2所述的针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法，其特征在于：所述统计正常运行状态下的网络流量和局域网中单个设备的流量占比包括，定期对交换机所属的总流量数据取样，同时对交换机各个端口所连接的设备分别进行流量统计，得出正常运行状态下的网络流量和局域网中单个设备的流量占比，作为衡量是否发生网络风暴的标准。
4.如权利要求3所述的针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法，其特征在于：所述网络流量和局域网中单个设备流量占比包括，当网络流量大于预设交换机总流量动态阈值的1.5倍或单个设备流量占比大于30％时则判定为发生网络风暴。
5.如权利要求4所述的针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法，其特征在于：所述发生网络风暴包括，网络流量统计结果达到发生网络风暴判断标准时，依次使用网络环路检测、IP地址冲突检测定位问题区域。
6.如权利要求5所述的针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法，其特征在于：所述网络环路检测包括，网络中出现环路，广播信息会通过环路不断循环转发和广播形成网络风暴，使用网络环路检测排查网络风暴异常。
7.如权利要求6所述的针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法，其特征在于：所述网络环路检测还包括，向待测局域网发送一定数量的广播包，进行数据包抓取，根据抓取到的数据包，得出单位时间内实际广播包和检测到广播包的比值，一旦检测到的包远远大于实际发送的包，便可判断局域网中存在环路，使用SNMP来查询局域网中流量异常的端口。
8.如权利要求7所述的针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法，其特征在于：所述SNMP包括，利用SNMP协议读取设备在MIB-II对象组中的ifInNUcastPkts对象属性，属性代表设备的输入的广播包数，根据两次ifInNUcastPkts的变化值得出该端口的广播包接收速率，若接收速率远远高于正常运行时的值即，
则说明端口接入的设备中含有网络风暴源，再结合网络流量异常设备定位出问题设备，以IP地址加Mac地址的形式提供给运维人员。
9.如权利要求5所述的针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法，其特征在于：所述IP地址冲突检测包括，当局域网中存在IP地址冲突时，IP冲突的设备不断竞争造成网络振荡，局域网中充斥大量无用的ARP报文，引发网络风暴时，使用IP地址冲突检测排查网络风暴异常。
10.如权利要求9所述的针对电力系统局域网的网络风暴源溯源方法，其特征在于：所述IP地址冲突检测还包括，使用被动探测的方法，抓取出各个端口的非免费ARP报文，当发现非免费ARP报文中的源IP地址与已经存在的ARP表项中的IP地址相同，且报文中的源MAC地址与相应的ARP表项的MAC不同，即判定设备存在IP地址冲突，以IP地址加Mac地址的形式提供给运维人员。
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