CN1874288A - 确定家庭网络的连接拓扑的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于确定家庭网络的连接拓扑的方法。本发明的主要思想在于在网络的每条链路上发出拓扑确定消息，其中该拓扑确定消息由两个相继的分组构成，第一个是具有将其标识为拓扑确定分组的预定净荷的广播分组，第二个是具有相同的内容和不存在的目的MAC地址的单播分组。如果节点从发送节点接收到广播分组和单播分组二者，那么该发送节点被确定为与所述接收节点在相同的物理链路上，并且发送节点的MAC地址被添加到所述接收节点的本地链路节点列表中，否则，如果所述接收节点只从发送节点接收到广播分组，那么该发送节点被确定为与所述接收节点不在同一物理链路上。

Description

确定家庭网络的连接拓扑的方法
技术领域
本发明涉及一种确定以太网的连接拓扑的方法，更具体来说涉及一种确定家庭网络的连接拓扑的方法。
背景技术
在家庭网络的环境中，期望具有关于网络的连接拓扑的信息。在家庭环境中通常围绕像集线器或者交换机那样的无源设备来布置家用电器。大多数时候，这些设备没有用于远程控制和管理的任何软件，它们没有它们自己的IP地址，一句话，它们对于所述电器来说是透明的。
然而，就网络拓扑和消息传播而言，它们不是透明的。在此考虑的两个主要设备是集线器和交换机。如图1a中所示，集线器在一个节点中集中所有的业务，即在任何接口上接收的每个分组被发送到所有的其它接口。如图1b所示，交换机进行更加智能的工作，这是因为只在可能存在感兴趣节点的接口上传送分组(在插入了目标的接口上路由单播分组并且将广播分组发送至所有接口)。在IP或者以太网级别上进行过滤。
为一般消费者提供的多数产品在以太网级别上进行过滤，并且大多数时候它们是不受管理的。因此期望提供一种用于确定由围绕集线器和交换机布置的各种家用电器构成的家庭网络的以太网拓扑的方法。
要从网络拓扑中提取的最感兴趣的信息是知道某个终端的哪个节点被交换机隔离。在那个情况下，当连接在集线器上的目标设备发送单播分组时，可以避免以太网总线上的任何业务冲突。
存在一些用在诸如以太网、令牌环网或令牌总线网那样的计算机网络系统中的传统拓扑确定方法。
如在欧洲专利申请NO.EP0892523中所指出的那样，提供一种用于检测桥接(bridged)并且重复(repeated)网络设备连接的方法和系统。根据上述的专利申请，术语“桥接网络设备”可以与术语“交换机”互换，并且术语“重复网络设备”被用来扩展物理线缆介质的长度、拓扑或者互连性，并且因此对应于术语“集线器”。所提及的发明的一个优选实施例是通过发出测试分组和注记特殊限定符来完成的。为了测试任何给定连接，在附接(attached)交换机的情况下最初发出“启动(priming)”分组，以便使该交换机更新它的地址表。然后在一个链路上发出具有相同源地址(SA)和目的地址(DA)的第一测试分组以便测试该连接是否是重复回路。然后根据第一测试分组的测试结果，发出使用广播DA、多点传送DA或者不存在的单播DA的第二测试分组，以便对所交换的连接执行测试。
在2002年5月30日提交的NO.US2003/0225916的美国专利申请中，提供一种用于实现诸如被设计用在双方向的、反旋转环网中的空间重用协议(Spatial Reuse Protocol，SRP)那样的数据链路层通信协议的系统和方法。本发明的一个实施例公开了一种拓扑发现过程，其以反映该结果的双重链接的列表的形式产生拓扑图。在此申请中要求保护的拓扑发现过程包括步骤：发送拓扑发现分组；在由耦接到该计算机系统的网络中的一个或多个节点更新所述拓扑发现分组之后接收所述拓扑发现分组；并且生成该网络的拓扑图。
然而，上述的两个现有技术都很复杂。而且，现有技术的所有现存的拓扑确定方法也不能给出用于本发明的任何启示和教学。因此，极其希望一种用于确定家庭网络的连接拓扑的简单和有效的方法。
发明内容
根据本发明，提供一种方法以便确定家庭网络的连接拓扑，所述家庭网络由围绕多个集线器和交换机布置的多个节点构成。
本发明的方法包括步骤：由多个节点以随机的顺序逐一地发送拓扑确定消息，其中所述拓扑确定消息包括两个相继的分组，第一个是具有将其标识为拓扑确定分组的预定净荷(payload)的广播分组，和第二个是具有相同的内容和不存在的目的MAC地址的单播分组。在接收到拓扑确定消息时根据以下的规则确定所有节点的连接拓扑，所述规则为：i)如果节点从发送节点接收到广播分组和单播分组二者，那么确定发送节点与所述接收节点在同一物理链路上；ii)如果所述接收节点只接收到广播分组，那么确定发送节点与所述接收节点不在同一物理链路上。之后，当确定发送节点与所述接收节点在同一物理链路上时，通过将发送节点的MAC地址加入到所述接收节点的列表而生成并更新每个节点的本地节点的列表。
有利的是，通过前述的拓扑确定过程确定了家庭网络的连接拓扑，并且在示出哪些节点在同一物理链路上和哪些节点被交换机隔离的本地节点的列表中清楚地进行展示。
附图说明
图1a和1b是示出用在家庭网络中的传统集线器和交换机的工作原理的图解；
图2示出了图解根据本发明的方法的处理步骤的流程图；和
图3a到图3e给出了解释根据本发明的过程的操作的家庭网络的示例。
具体实施方式
本发明提供一种用于确定以太网，特别是家庭网络的连接拓扑的方法，所述网络包括围绕多个集线器和交换机布置的多个节点。
本发明方法的处理基于以下规则：
·在同一物理链路上或者当被插在集线器(假定逻辑链路)上时，所有节点都能够看到其它节点的业务，即使业务的目标设备不存在也是如此。
·单播分组被路由至在其上目标节点被插入交换机的接口。如果该目标不存在，则交换机丢弃该消息。
·广播分组被网络中的每个节点所看见。
本发明的主要思想在于在网络的每个链路上发出拓扑确定消息，以便找出哪些节点看见该消息，其中该拓扑确定消息由两个相继的分组构成，第一个是具有将其标识为拓扑确定分组的预定净荷的广播分组，第二个是具有相同的内容和不存在的目的MAC地址的单播分组。在该网络上能够看见此拓扑确定消息的节点被确定为在相同的物理/逻辑链路上。
图2是图解根据本发明的方法的处理步骤的流程图。首先，当拓扑确定过程开始时，如在步骤10中所见，网络上的所有业务通信停止。在步骤20中，当网络上的通信停止时启动两个定时器T0和T1。T0是定义该过程的整个持续时间的固定延时。T1是定义该过程的开始和在网络上发送拓扑确定消息的开始之间的时间周期的随机有界延时，并且很明显T1＜T0。应当理解：T1随机有界延时目的在于避免在同一物理链路上的冲突，这是因为T1是随机计算的，已经对多个节点Ni(i＝1到n)中的每一个赋予不同的T1随机有界延时，使得不同的节点Ni具有很小的机会同时访问以太网总线。在步骤30中，当节点Ni的相应的T1随机有界延时分别到期时，它们分别发出拓扑确定消息，以这样的方式发送：即从发送节点Ni以随机的顺序逐一地分别发出该拓扑确定消息。通常，在拓扑确定消息的传输中，必须接连地发送广播和单播分组，而在它们之间没有冲突或其它分组。如果检测到冲突，那么用新的随机有界延时T1′重启先前的定时器T1，所述T1′根据定时器T0的到期之前的剩余时间来计算。
随后，在步骤40中，每次接收节点Ni+j(j≠i & i+j＝1至n)从发送节点Ni接收广播分组时，具有T2延时的定时器都被自动触发，然后，如果在此T2延时期间没有收到单播分组，那么认为发送节点Ni不在所述接收节点Ni+j的同一物理/逻辑链路上，其在步骤50中被确定，否则，如果在T2到期之前，从发送节点Ni接收到单播分组，那么认为发送节点Ni在所述接收节点Ni+j的同一物理/逻辑链路上，其在步骤60中被确定。在确定发送节点Ni和接收节点Ni+j在相同的物理/逻辑链路上的情况下，在步骤70中，将发送节点Ni的目的MAC地址添加到所述接收节点Ni+j的本地节点的列表中。在此方案中，T2＜＜T1，其中定时器T2是例如几毫秒。
接着，步骤80要确定此过程的T0固定延时是否已经到期，如果是，那么它进行到步骤90，并且网络的通信重新开始，从而结束拓扑确定的过程。
参照图3a至图3e，将通过简化的示例详细描述拓扑确定过程的操作。如图3a所示，同一逻辑链路上(同一物理链路或者用集线器连接)的所有节点被画在同一链路上，并且不同的逻辑链路围绕交换机布置。当过程开始时，所有节点停止通信并且启动定时器T0和T1。为了简化，我们将假设对于节点来说不同的T1定时器以如下次序到期：A、B、C、D、E和F。
如图3b所示，当定时器T1到期时，节点A作出到发送消息状态的转变，而所有其它节点保持在等待状态。现在如图3c所示，处于发送消息状态的节点A在网络的每条链路上发出广播分组。已经接收到该广播分组的其余节点B、C、D、E和F作出从等待状态到等待单播状态的转变，并且启动T2定时器。如图3d所示，在定时器T2期间节点A发出单播分组。单播分组被交换机阻断，但是在没有被交换机隔离的本地链路上不被阻断。因此，只有节点B和C将接收此单播分组并且作出到本地链路(link local)状态的转变。其它节点D、E和F将停留在等待单播状态下，并且保持它们的本地节点的列表为空直到定时器T2到期为止。之后，如图3e所示，节点B和C响应于节点A所发送的消息完成转变的状态本地链路，发送节点A的MAC地址被添加到接收节点B、C的本地节点的列表。当定时器T2到期时，节点D、E和F的本地节点的列表保持为空，该结果在如下的表1中可以看到：
表1
  节点   本地节点的列表的内容
  A
  B   A
  C   A
  D
  E
  F
该过程对节点B继续，其遵循与前面的描述相同的步骤。在此过程期间，A和C将完成本地链路状态，因此之后先前的表被更新如下：
表2
  节点   本地节点的列表的内容
  A   B
  B   A
  C   A、B
  D
  E
  F
当在节点C处定时器T1到期时，只有A和B将完成本地链路状态，结果如下：
表3
  节点   本地节点的列表的内容
  A   B、C
  B   A、C
  C   A、B
  D
  E
  F
然后，在节点D处定时器T1到期，因为只有节点E在同一链路上，所以其是作出通过状态本地链路转变的唯一节点，并且本地节点的列表只在节点E处被更新，如在下表中所见：
表4
  节点   本地节点的列表的内容
  A   B、C
  B   A、C
  C   A、B
  D
  E   D
  F
当在节点E处定时器T1到期时，只有D完成本地链路状态，节点E的MAC地址被添加到如下的节点D的本地节点的列表中：
表5
  节点   本地节点的列表的内容
  A   B、C
  B   A、C
  C   A、B
  D   E
  E   D
  F
最后，当在节点F处定时器T1到期时，其中由于F在其链路上是单独的，所以没有节点更新其列表，该结果如下：
表6
  节点   本地节点的列表的内容
  A   B、C
  B   A、C
  C   A、B
  D   E
  E   D
  F
最后，所有节点具有包含与其共享共同链路的节点的MAC地址的列表。就冲突检测和冲突避免而言，此本地节点的列表将被用来优化与这些节点的通信。例如，因为节点F具有空列表，所以它可以避免实现任何冲突避免机制，并且只依赖用于来自交换机的帧的微弱的(light)冲突检测机制，从而最小化此链路上以太网传输中的延时。

Claims (9)

1.一种用于确定家庭网络的连接拓扑的方法，所述家庭网络由围绕多个集线器和交换机布置的多个节点构成，该方法包括步骤：
由多个节点以随机的顺序逐一地发送拓扑确定消息；
在接收到拓扑确定消息时逐一地确定所有节点的连接拓扑；
生成并更新所有节点的本地节点的列表；
其特征在于：
所述拓扑确定消息包括两个相继的分组：第一个是具有将其标识为拓扑确定分组的预定净荷的广播分组；和第二个是具有相同的内容和不存在的目的MAC地址的单播分组。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在接收到拓扑确定消息时基于以下的规则确定所有节点的连接拓扑，所述规则为：
i)如果节点从发送节点接收到广播分组和单播分组二者，那么确定发送节点与所述接收节点在同一物理链路上；
ii)如果所述接收节点只接收到广播分组，那么确定发送节点与所述接收节点不在同一物理链路上。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
当确定发送节点与所述接收节点在同一物理链路上时，通过将发送节点的MAC地址加入到列表中，来生成并且更新接收节点的本地节点的列表。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：
提供具有定义该过程的整个持续时间的固定延时的第一定时器T0。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
提供第二定时器T1，其是定义该过程的开始和传送该拓扑确定消息的开始之间的时间周期的随机有界延时。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：
第二定时器T1的最大长度小于第一定时器T0的长度。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：
每次所述接收节点从发送节点接收到广播分组时，自动触发第三定时器T2，以便定义目的在于等待单播分组的持续时间。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：
第三定时器T2小于第二定时器T1，并且最好小于百分之一秒。
9.根据权利要求5至8所述的方法，其特征在于：
如果检测到拓扑确定消息的冲突，则以新的随机有界延迟T1′来重启第二定时器T1，所述随机有界延迟T1′在第一定时器T0的到期之前到期。
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