CN116828076A - 基于turnIP网关服务器的通信方法、系统及应用 - Google Patents

基于turnIP网关服务器的通信方法、系统及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于turnIP网关服务器的通信方法、系统及应用，涉及网络通信技术领域，通过turnIP网关服务器将多源接入端的数据报文进行协议转换，最后统一以IP数据报文通过网卡发送到互联网，以达到有线与无线的通信；通过turnIP网关服务器支持多元化接入端，有效利用硬件资源：对每个入网服务分配一个独立ip和一张虚拟网卡，并对各入网服务进行编组得到网络拓扑；turnIP网关服务器解析各入网服务的源数据，并按照既定的路由规则将源数据转发到相应的虚拟网卡，由虚拟网卡与互联网进行iP化通信，有效的提高复用接入端的协议转换。

Description

基于turnIP网关服务器的通信方法、系统及应用
技术领域
本发明涉及网络通信技术领域，具体涉及基于turnIP网关服务器的通信方法、系统及应用。
背景技术
信息化时代已经渗透到生活中的每一个角落，同时伴随着信息的多元化和差异化出现。为了有效的整合周边的软硬件资源和实现更多的信息资源共享，想要整合就必须的解决差异化问题。网关就是解决网络之间的差异导致无法通信等问题，协议网关通常在使用不同协议的网络区域间做协议转换。
然后传统的协议网关存在以下不足：
转换功能太单一，比如FCIP网关只能在FC协议跟IP协议之间的转换，大部分基于网络层以上的协议做转换，软硬依赖性太强，不好扩展其他场景的协议转换。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：传统的协议网关转换功能单一，大部分基于网络层以上的协议做转换，软硬依赖性太强，不好扩展其他场景的协议转换；本方案提供基于turnIP网关服务器的通信方法、系统及应用，通过turnIP网关服务器将多源接入端的数据报文进行协议转换，最后统一以IP数据报文通过网卡发送到互联网，以达到有线与无线的通信。
本发明通过下述技术方案实现：
本方案提供基于turnIP网关服务器的通信方法，包括：
获取多源入网服务的源数据；
基于turnIP网关服务器解析源数据，并将源数据以iP数据形式发送到互联网：
对每个入网服务分配一个独立ip和一张虚拟网卡，并对各入网服务进行编组得到网络拓扑；
解析各入网服务的源数据，并按照既定的路由规则将源数据转发到相应的虚拟网卡，由虚拟网卡与互联网进行iP化通信。
本方案工作原理：传统的协议网关转换功能单一，大部分基于网络层以上的协议做转换，软硬依赖性太强，不好扩展其他场景的协议转换；本方案提供基于turnIP网关服务器的通信方法、系统及应用，通过turnIP网关服务器将多源接入端(常见的fc/1394/153b等协议)的数据报文进行协议转换，最后统一以IP数据报文通过网卡发送到互联网，以达到有线与无线的通信。
进一步优化方案为，在解析各入网服务的源数据时，校验各入网服务的入网许可：将拥有秘钥的入网服务保留在网络拓扑，并可视化展示；将秘钥失效的入网服务禁止入网，并从网络拓扑中删除。
进一步优化方案为，在虚拟网卡与互联网进行iP化通信时，检测虚拟网卡是否被监听，若虚拟网卡被监听，则将源数据转发至udp协议栈。
本方案提供基于turnIP网关服务器的通信系统，包括：
多源入网设备，用于获取多源入网服务的源数据；每个入网服务对应一个入网设备；
turnIP网关服务器，用于解析源数据，并将源数据以iP数据形式发送到互联网：
对每个入网服务分配一个独立ip和一张虚拟网卡，并对入网服务进行编组得到网络拓扑；
解析各入网服务的源数据，并按照既定的路由规则将源数据转发到相应的虚拟网卡，由虚拟网卡与互联网进行iP化通信。
进一步优化方案为，所述turnIP网关服务器包括：
接入端模块，包括虚拟网卡agent和网络管理；虚拟网卡agent用于初始化虚拟网卡，并通过智能识别将源数据转发给对应的虚拟网卡；网络管理用于记录网络拓扑并标记入网服务的独立ip；
虚拟网卡模块，包括多个虚拟网卡，虚拟网卡和入网设备一一对应。
进一步优化方案为，所述虚拟网卡模块还包括物理网卡；
所述虚拟网卡支持ip协议栈，虚拟网卡可与物理网卡直接通信；
所述虚拟网卡之间通过网桥相连，同一网桥节点的虚拟网卡间采用软交换；不同网桥节点的虚拟网卡间通过物理网卡进行ip化通信。
进一步优化方案为，所述虚拟网卡agent包括配置模块、机载通信控制器、初始化模块和io模块；
所述配置模块用于解析网络拓扑；
所述载通信控制器根据网络拓扑，将适配特定的机载通信协议和解析源数据，按既定路由规则通过io模块转发到相应的虚拟网卡。
进一步优化方案为，所述网络管理还用于校验各入网服务的入网许可：将拥有秘钥的入网服务保留在网络拓扑，并可视化展示；将秘钥失效的入网服务禁止入网，并从网络拓扑中删除。
进一步优化方案为，所述虚拟网卡模块还包括网络缓冲区，在虚拟网卡被监听时，通过网络缓冲区将源数据转发至udp协议栈。
网络管理主要提供异构资源出入网管理能力，记录网络拓扑，对接入端的ip进行标记，并分配和校验相应的入网秘钥。服务入网后，实现了在服务交互层面的联通性，此时，服务之间会形成相应的会话，以保存这个交互过程；但服务发起实际调用时，除了要获取被调用服务的健康状态和链路的可用性，还需校验入网许可，以提升服务交互的安全性；拥有秘钥的服务将被加入网络拓扑，并被可视化展示，而秘钥失效的服务将被禁止入网，并从网络拓扑中删除。
虚拟网卡agent提供异构平台和作战资源网络拓扑管理能力；虚拟网卡agent是整个服务网关运行的控制器，根据配置或动态配置，对入网服务分配独立ip，并通过将入网服务赋予不同网段ip的方式，对服务进行编组，以形成不同的网络拓扑。网络拓扑动态变化，会保存在互操作盒子的内存中，而不会持久化，以适应动态的作战资源组合方式。
本方案提供基于turnIP网关服务器的通信系统在云边协同架构中的应用，所述基于turnIP网关服务器的通信系统为上一方案所述的通信系统，包括：云端服务、验收控制台和边缘端；
所述云端服务和验收控制台通过以太网协同交互；
所述云端服务和边缘端通过异构机载总线协同交互，所述异构机载总线通过turnIP网关服务器屏蔽各边缘端的协议差异。
云边协同架构就是为了整合云端和多元化边缘端的资源以及多元化终端硬件资源，但是存在异构协议无法跟IP议进行通信问题，为了解决此问题我们通过turnIP网关服务器来解决云边架构协议异构通信，FCIP网关无线网与光纤通信通信，物联网其他场景网络通信等问题。
turnIP网关服务器支持多元化：可以支持2种以上的接入端，有效利用硬件资源：软硬依赖性弱，通过turnIP软件扩展，可以有效的提高复用接入端的协议转换。比如：可以通过扩展如果自己有一台Linux服务器，安装fc子卡就能实现FCIP网关的功能；turnIP网关能够具备多元化接入和能够有效利用硬件资源。主要是因为接入端识别模块。接入端识别模块能够识别各类外围接入端；聚焦解决异构协议与IP协议之间的互通痛点，提供多元化外围接入端。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明提供的基于turnIP网关服务器的通信方法、系统及应用，通过turnIP网关服务器将多源接入端的数据报文进行协议转换，最后统一以IP数据报文通过网卡发送到互联网，以达到有线与无线的通信；通过turnIP网关服务器支持多元化接入端，有效利用硬件资源：对每个入网服务分配一个独立ip和一张虚拟网卡，并对各入网服务进行编组得到网络拓扑；turnIP网关服务器解析各入网服务的源数据，并按照既定的路由规则将源数据转发到相应的虚拟网卡，由虚拟网卡与互联网进行iP化通信，有效的提高复用接入端的协议转换。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。在附图中：
图1为基于turnIP网关服务器的通信系统结构示意图；
图2为实施例2虚拟网卡agent结构示意图；
图3为实施例2虚拟网卡模块结构示意图；
图4为实施例3云边协同架构结构示意图；
图5为虚拟网卡转发过程示意图；
图6为虚拟网卡转发过程结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供基于turnIP网关服务器的通信方法，包括：
获取多源入网服务的源数据；
基于turnIP网关服务器解析源数据，并将源数据以iP数据形式发送到互联网：
对每个入网服务分配一个独立ip和一张虚拟网卡，并对各入网服务进行编组得到网络拓扑；
解析各入网服务的源数据，并按照既定的路由规则将源数据转发到相应的虚拟网卡，由虚拟网卡与互联网进行iP化通信。
在解析各入网服务的源数据时，校验各入网服务的入网许可：将拥有秘钥的入网服务保留在网络拓扑，并可视化展示；将秘钥失效的入网服务禁止入网，并从网络拓扑中删除。
在虚拟网卡与互联网进行iP化通信时，检测虚拟网卡是否被监听，若虚拟网卡被监听，则将源数据转发至udp协议栈。
实施例2
本实施例提供基于turnIP网关服务器的通信系统，如图1所示，包括：
多源入网设备，用于获取多源入网服务的源数据；每个入网服务对应一个入网设备；图中的实时节点0，实时节点1和实时节点2，及非实时节点1和非实时节点2，APP1和APP2通过实时节点0入网，APP2和APP3通过实时节点1入网，APP5和APP6通过实时节点2入网，APP7通过非实时节点1入网，APP8通过非实时节点2入网，非实时节点1和非实时节点2通过以太网网卡接入turnIP网关服务器。
turnIP网关服务器，用于解析源数据，并将源数据以iP数据形式发送到互联网：
对每个入网服务分配一个独立ip和一张虚拟网卡，并对入网服务进行编组得到网络拓扑；
解析各入网服务的源数据，并按照既定的路由规则将源数据转发到相应的虚拟网卡，由虚拟网卡与互联网进行iP化通信。
所述turnIP网关服务器包括：
接入端模块，包括虚拟网卡agent和网络管理；虚拟网卡agent用于初始化虚拟网卡，并通过智能识别将源数据转发给对应的虚拟网卡；网络管理用于记录网络拓扑并标记入网服务的独立ip；
虚拟网卡模块，包括多个虚拟网卡(本实施例为nic0,nic1和nic2)，虚拟网卡和入网设备(实时节点)一一对应。
如图3所示，所述虚拟网卡模块还包括物理网卡；
所述虚拟网卡支持ip协议栈，虚拟网卡可与物理网卡直接通信；
所述虚拟网卡之间通过网桥相连，同一网桥节点的虚拟网卡间采用软交换；不同网桥节点的虚拟网卡间通过物理网卡进行ip化通信。
如图2所示，所述虚拟网卡agent包括：配置模块、机载通信控制器、初始化模块和io模块；
所述配置模块用于解析网络拓扑；
所述载通信控制器根据网络拓扑，将适配特定的机载通信协议和解析源数据，按既定路由规则通过io模块走netlink转发到相应的虚拟网卡。
虚拟网卡agent主要功能有：初始化虚拟网卡；接收机载通信驱动的数据；通过智能识别将数据转发给接入端对应的虚拟网卡；上报监控指标和网络拓扑到管理模块。虚拟网卡agent运行在应用层，属于用户态守护进程，采用netlink接口和内核态的虚拟网卡直接通信，避免系统调用延时。
所述网络管理还用于校验各入网服务的入网许可：将拥有秘钥的入网服务保留在网络拓扑，并可视化展示；将秘钥失效的入网服务禁止入网，并从网络拓扑中删除。
所述虚拟网卡模块还包括网络缓冲区，在虚拟网卡被监听时，通过网络缓冲区将源数据转发至udp协议栈。
网络管理主要功能有记录网络拓扑，对入网服务的ip标记，分配和校验入网秘钥；整个工作过程首先识别模块接收到接入端发来的数据之后，识别出接入端对应的网卡，并且通过识别给每个接口分配IP。最后将数据发送给接入端对应的虚拟网卡。
实施例3
本实施例提供基于turnIP网关服务器的通信系统在云边协同架构中的应用，所述基于turnIP网关服务器的通信系统为上一实施例所述的通信系统，如图4所示，包括：云端服务、验收控制台和边缘端；
所述云端服务和验收控制台通过以太网协同交互；
所述云端服务和边缘端通过异构机载总线协同交互，所述异构机载总线通过turnIP网关服务器屏蔽各边缘端的协议差异。
云端服务和验收控制台通过以太网协同，和边缘端服务通过FC等异构机载总线协同交互。异构总线通过turnIP网关服务器屏蔽协议差异。turnIP网关服务器的虚拟网卡通过对FC协议的转换翻译成IP协议，然后实现云端和边缘端的互联互通。
云边协同架构的linux网络驱动分层结构如图5所示，网络协议接口层实现统一的数据包收发的协议,该层主要负责调用dev_queue_xmit()函数发送数据，netif_rx()函数接收数据；网络设备接口层通过net_device结构体来描述一个具体的网络设备的信息,实现不同的硬件的统一；设备驱动功能层用来负责驱动网络设备硬件来完成各个功能,它通过hard_start_xmit()函数启动发送操作，并通过网络设备上的中断触发接收操作；网络设备与媒介层负责完成数据包发送和接收的物理实体,设备驱动功能层的函数都在这物理上驱动的。在服务网关中，主要重新实现了网络设备接口层，并重新构建了其数据接收和发送函数，这个过程主要在操作sk_buffer网络缓冲区。
如图6所示，虚拟网卡通过将数据链路层协议转发到ip协议栈，实现异构链路协议的透明化，虚拟网卡和入网设备一一对应，实现入网设备的ip化。虚拟网卡之间通过网桥相连，同一节点内的虚拟网卡间采用软交换，大幅度降低网卡间通信时延。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于turnIP网关服务器的通信方法，其特征在于，包括：
获取多源入网服务的源数据；
基于turnIP网关服务器解析源数据，并将源数据以iP数据形式发送到互联网：
对每个入网服务分配一个独立ip和一张虚拟网卡，并对各入网服务进行编组得到网络拓扑；
解析各入网服务的源数据，并按照既定的路由规则将源数据转发到相应的虚拟网卡，由虚拟网卡与互联网进行iP化通信。
2.根据权利要求1所述的基于turnIP网关服务器的通信方法，其特征在于，在解析各入网服务的源数据时，校验各入网服务的入网许可：将拥有秘钥的入网服务保留在网络拓扑，并可视化展示；将秘钥失效的入网服务禁止入网，并从网络拓扑中删除。
3.根据权利要求1所述的基于turnIP网关服务器的通信方法，其特征在于，在虚拟网卡与互联网进行iP化通信时，检测虚拟网卡是否被监听，若虚拟网卡被监听，则将源数据转发至udp协议栈。
4.基于turnIP网关服务器的通信系统，其特征在于，包括：
多源入网设备，用于获取多源入网服务的源数据；每个入网服务对应一个入网设备；
turnIP网关服务器，用于解析源数据，并将源数据以iP数据形式发送到互联网：
对每个入网服务分配一个独立ip和一张虚拟网卡，并对入网服务进行编组得到网络拓扑；
解析各入网服务的源数据，并按照既定的路由规则将源数据转发到相应的虚拟网卡，由虚拟网卡与互联网进行iP化通信。
5.根据权利要求4所述的基于turnIP网关服务器的通信系统，其特征在于，所述turnIP网关服务器包括：
接入端模块，包括虚拟网卡agent和网络管理；虚拟网卡agent用于初始化虚拟网卡，并通过智能识别将源数据转发给对应的虚拟网卡；网络管理用于记录网络拓扑并标记入网服务的独立ip；
虚拟网卡模块，包括多个虚拟网卡，虚拟网卡和入网设备一一对应。
6.根据权利要求5所述的基于turnIP网关服务器的通信系统，其特征在于，所述虚拟网卡模块还包括物理网卡；
所述虚拟网卡支持ip协议栈，虚拟网卡可与物理网卡直接通信；
所述虚拟网卡之间通过网桥相连，同一网桥节点的虚拟网卡间采用软交换；不同网桥节点的虚拟网卡间通过物理网卡进行ip化通信。
7.根据权利要求5所述的基于turnIP网关服务器的通信系统，其特征在于，所述虚拟网卡agent包括配置模块、机载通信控制器、初始化模块和io模块；
所述配置模块用于解析网络拓扑；
所述载通信控制器根据网络拓扑，将适配特定的机载通信协议和解析源数据，按既定路由规则通过io模块转发到相应的虚拟网卡。
8.根据权利要求5所述的基于turnIP网关服务器的通信系统，其特征在于，所述网络管理还用于校验各入网服务的入网许可：将拥有秘钥的入网服务保留在网络拓扑，并可视化展示；将秘钥失效的入网服务禁止入网，并从网络拓扑中删除。
9.根据权利要求5所述的基于turnIP网关服务器的通信系统，其特征在于，所述虚拟网卡模块还包括网络缓冲区，在虚拟网卡被监听时，通过网络缓冲区将源数据转发至udp协议栈。
10.基于turnIP网关服务器的通信系统在云边协同架构中的应用，其特征在于，所述基于turnIP网关服务器的通信系统为权利要求4-9任意一项所述的通信系统，包括：云端服务、验收控制台和边缘端；
所述云端服务和验收控制台通过以太网协同交互；
所述云端服务和边缘端通过异构机载总线协同交互，所述异构机载总线通过turnIP网关服务器屏蔽各边缘端的协议差异。
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