一种与平台无关的网络双冗余热切换方法技术

一种与平台无关的网络双冗余热切换方法，内部终端主机通过二层交换单元与智能网络通信处理单元连接，在智能网络通信处理单元上维护本地网络地址记录表，通过配置报文的方式，对内部终端主机的对外网络通信功能进行身份认证管理，并采用基于数据链路层的快速链路诊断策略来实现链路诊断以及双冗余热切换操作。该方法能满足多个终端主机同时对外进行双冗余网络通信，并且可动态配置和管理内部终端主机对外是否可见，使得对外网络通信应用更安全更灵活；基于数据链路层的快速链路诊断策略，极大的提高了链路诊断的实时性和准确性；所有操作均与终端主机无关，不受终端主机的软硬件平台的限制，适用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种与平台无关的网络双冗余热切换方法
本成果涉及智能冗余、链路检测和高可靠网络通信
，具体为一种与平台无关的网络双冗余热切换方法。
技术介绍
随着越来越多的的电子设备都具有网络接口，大到数据服务器，小到一台主机甚至一个带网络接口的嵌入式智能板卡，都可能有接入网的需求，然而有许多原因都可能会导致网络通信异常，如网络堵塞、网线断开、网络接口连接器松动、设备硬件故障，软件异常等，都可能会影响网络通信质量。为了尽量避免嵌入式网络中网络节点故障和链路故障所带来的损失，需要设计良好的冗余方案，来提高网络数据传输可靠性和网络故障恢复能力。双网卡冗余设计在终端主机接入网络中得到了广泛应用，而传统的冗余实现方式与终端主机的软硬件平台是密切相关的。首先，从硬件平台来说，终端主机不仅仅需要两个以上的独立网卡，诊断和切换操作也必然会占用终端主机的处理器硬件资源，进而会影响其通信和处理性能。由于冗余功能实现的核心在于链路诊断方法，检测频率越高，切换实时性越高，但是同样对处理器的性能影响越大；从软件平台来说，即使冗余部分的代码可以做到与应用软件完全隔离，也会存在不同操作系统的移植性和通用性问题，不同的冗余功能代码之间、实时操作系统和非实时操作系统之间，其切换效率也大不相同，另外随着软件平台的升级，冗余功能相关代码的升级和维护也会带来问题。目前国内外关于双网冗余技术的研究和应用，主要为以下几种方式：(1)双网卡冗余技术。在专利“一种双网卡热备冗余方法”，专利号为201110201778.6中将每台主机的两路网卡都分别接在级联的两台交换机上，然后通过主机的监视程序发送报文进行诊断和切换；同样在专利“一种VxWorks系统下的多网卡双冗余装置及系统”(200910189047.6)中也提到通过在主机驱动层和MUX层之间虚拟网卡，用于管理互为冗余的物理网卡来实现冗余功能。这些冗余设计都需要主机的软硬件平台支撑，在一定程度上都会占用主机的处理性能，而且不同的操作系统平台都会有冗余功能代码的移植的问题。(2)由浙江中控提出的专利“基于环形网络的通信方法及环形网络”(200910262199.4)提供一种环形网络通信方法，所有设备都包含至少两个端口，分别为主线路和备用线路，两路通道同时接收外部数据，从软件上对数据包进行过滤。这种情况下切换器两路网卡同时工作，对设备本身的处理器增加负担，切换效率有限，且该方法需要外部设备发送端同时向两个通道发送报文，因而其应用只能定制，无法做到完全通用；由中船重工第七一六研究所提出的专利“智能双冗余千兆以太网处理板卡”(201110213065.0)设计一种双冗余切换板卡，利用网络处理器来分担主机的双冗余切换任务，该冗余方法绑定了板卡的网络地址，只适用于单个主机，无法满足系统内部多个终端主机的同时对外进行双冗余网络通信的需求。(3)面向交换机的链路环网协议，如STP、RSTP等协议，包括华为公司的快速环网切换技术(RRPP:RapidRingProtectionProtocol)、研华公司的双环冗余技术(DualRing及CoupleRing)、东土电信公司的高性能冗余环网技术(DT-Ring+)——专利“一种工业以太网快速冗余的实现方法”(专利号：200710003041.6)等。该类技术大多应用于以太环网的链路层协议，采用多点交叉的冗余环网结构然后通过路径计算断开环路，在故障时寻找最优路径来实现线路备份。这些方法首先在网络部署时线路相对复杂，对交换机要求较高，同时随着网络上交换机数量的增加，路由计算时间变长，切换时间也会越来越长，而且对于用户来说，交换机上的安全配置管理功能相对比较单一，在定制应用的灵活性和开放程度上稍有欠缺。因此，提供一种能保证切换效率、与终端主机软硬件平台无关的，可集成于主机、小型网络系统内部作为连接外网进行双冗余网络通信的方法，满足现有网络通信的可靠性、实时性和安全性方面的要求，是很有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种与平台无关的网络双冗余热切换方法，应用于主机、小型网络系统，可满足多个终端主机同时对外进行双冗余网络通信。基于数据链路层的快速链路诊断策略，能够更快更准确的检测到网络异常并进行切换，链路诊断和切换操作的实现均与终端主机的软硬件平台无关。此外还可通过配置报文对系统内部终端主机的身份进行认证管理，以此决定终端主机对外是否可见，使得系统组网应用时更灵活更安全。为了实现上述目的，本专利技术提供一种与平台无关的网络双冗余热切换方法，包括如下步骤：步骤一：智能网络通信处理单元1板载三个独立以太网卡A、网卡B、网卡C，其中网卡A和网卡B作为对外冗余通道，与外网连接；对内通过网卡C与二层交换单元2连接，终端主机连接在该二层交换单元2上，网络双冗余热切换操作完全在智能网络通信处理单元1上实现；步骤二：智能网络通信处理单元1维护本地网络地址记录表(M1)，该表由终端主机的MAC、IP二元组(M2)组成；对于来对于来自A通道或B通道的网络报文，提取报文的链路层目的地址信息，并根据本地网络地址记录表(M1)进行查表判断是否存在该地址；而对于来自C通道的网络报文，则提取报文的链路层源地址信息，再与M1进行查表判断；如果查表存在该地址则表示当前报文已通过身份认证，允许通过链路层进行转发，否则丢弃此报文；步骤三：智能网络通信处理单元1接收到来自C通道的配置报文时，首先提取报文源端的MAC、IP，然后对本地网络地址记录表(M1)进行查表和记录项的更新；步骤四：智能网络通信处理单元1启动定时任务，在数据链路层对A通道和B通道当前链路状态进行诊断，当主通道正常时，不进行切换；当主通道异常且从通道正常时，则需要进行切换；步骤五：当满足切换条件时，将冗余通道的A通道和B通道分别进行主从切换，即主切换为从，从切换为主，同时修改主通道标志(M3)、通道状态计数器(M5)，修改通道在主或者从工作状态下的物理配置，包括过滤模式、MAC地址、组播地址；步骤六：根据本地网络地址记录表(M1)的信息生成ARP报文，并通过主通道向外网发送出去，以通知外网交换机更新本地路由信息，避免因为外网交换机老化时间过长而影响切换实时性；如果M1存在多个对外可见的终端主机信息，则向外网发送多个ARP报文。进一步地，终端主机的身份认证方式通过配置报文(M4)来进行动态配置和管理，以此决定终端主机对外是否可见；该配置报文(M4)由终端主机发送请求给智能网络通信处理单元1，配置和管理的结果体现在对M1的记录项的修改，默认情况下所有终端主机对外都不可见；通过对本地网络地址记录表(M1)以MAC作为关键字进行查表，如果有相同MAC的记录项则更新该记录项的IP字段，如果没有则直接增加记录项。基于数据链路层的快速链路诊断策略工作在智能网络通信处理单元1上，该智能网络通信处理单元1维护冗余通道的A通道和B通道的当前通道状态计数器(M5)，除了对loopback和网卡的链路状态(M6)作为链路诊断依据外，还采用主动检测手段，通过冗余通道的从通道发送测试帧(M7)，结合该测试帧的结果来判断是否需要进入切换处理流程。与现有技术相比，本专利技术提出的方法能满足多个终端主机同时对外进行双冗余网络通信的需求；通过身份认证功能来动态配置和管理内部终端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种与平台无关的网络双冗余热切换方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：智能网络通信处理单元(1)板载三个独立以太网卡(A、B、C)，其中网卡A和网卡B作为对外冗余通道，与外网连接；对内通过网卡C与二层交换单元(2)连接，终端主机连接在该二层交换单元(2)上，网络双冗余热切换操作完全在智能网络通信处理单元(1)上实现；步骤二：智能网络通信处理单元(1)维护本地网络地址记录表(M1)，该表由终端主机的MAC、IP二元组(M2)组成；对于来自冗余口(A通道或B通道)的网络报文，提取报文的链路层目的地址信息，并根据本地网络地址记录表(M1)进行查表判断是否存在该地址；而对于来自C通道的网络报文，则提取报文的链路层源地址信息，再与M1进行查表判断；如果查表存在该地址则表示当前报文已通过身份认证，允许通过链路层进行转发，否则丢弃此报文；步骤三：智能网络通信处理单元(1)接收到来自C通道的配置报文时，首先提取报文源端的MAC、IP，然后对本地网络地址记录表(M1)进行查表和记录项的更新；步骤四：智能网络通信处理单元(1)启动定时任务，在数据链路层对两个通道当前链路状态进行诊断，当主通道正常时，不进行切换；当主通道异常且从通道正常时，则需要进行切换；步骤五：当满足切换条件时，将冗余口的两条通道分别进行主从切换，即主切换为从，从切换为主，同时修改主通道标志(M3)、通道状态计数器(M5)，修改通道在主或者从工作状态下的物理配置，包括过滤模式、MAC地址、组播地址；步骤六：根据本地网络地址记录表(M1)的信息生成ARP报文，并通过主通道向外网发送出去，以通知外网交换机更新本地路由信息，避免因为外网交换机老化时间过长而影响切换实时性；如果M1存在多个对外可见的终端主机信息，则向外网发送多个ARP报文。...

【技术特征摘要】
1.一种与平台无关的网络双冗余热切换方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：智能网络通信处理单元(1)板载三个独立以太网卡A、网卡B、网卡C，其中网卡A和网卡B作为对外冗余通道，与外网连接；对内通过网卡C与二层交换单元(2)连接，终端主机连接在该二层交换单元(2)上，网络双冗余热切换操作完全在智能网络通信处理单元(1)上实现；步骤二：智能网络通信处理单元(1)维护本地网络地址记录表M1，该表由终端主机的MAC、IP二元组M2组成；对于来自A通道或B通道的网络报文，提取报文的链路层目的地址信息，并根据本地网络地址记录表M1进行查表判断是否存在该地址；而对于来自C通道的网络报文，则提取报文的链路层源地址信息，再根据M1进行查表判断；如果查表存在该地址则表示当前报文已通过身份认证，允许通过链路层进行转发，否则丢弃此报文；步骤三：智能网络通信处理单元(1)接收到来自C通道的配置报文时，首先提取报文源端的MAC、IP，然后对本地网络地址记录表M1进行查表和记录项的更新；步骤四：智能网络通信处理单元(1)启动定时任务，在数据链路层对A通道和B通道当前链路状态进行诊断，当主通道正常时，不进行切换；当主通道异常且从通道正常时，则需要进行切换；步骤五：当满足切换条件时，将冗余通道的A通道和B通道分别进行主从切换，即主切换为从，从切换为主，同时修改主通道标志M3...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈敏，符才德，张少锋，吴向军，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零九研究所，
类型：发明
国别省市：