以太网的环网破环方法与系统与流程

1.本发明属于通信技术领域，更具体地，涉及一种以太网的环网破环方法与系统。


背景技术：

2.以太网连线错误或者网络设备配置错误可能会导致以太网形成环路，这种环路会造成广播风暴，使得网络里有大量的广播报文，严重影响整个网络的运行。传统情况下，各节点不知道网络情况，只能知道有大量报文导致自己资源耗尽，既无法判断报文从何来的，也无法判断是否是广播风暴。


技术实现要素：

3.要解决的技术问题：在网络中，各节点不知道自己的拓扑情况，在收到大量数据的时候，不能判断是否是形成环路造成广播风暴。为了降低环路故障发生带来的影响，本发明可使节点在上电完成后即通过拓扑学习的方式来获取整个网络的拓扑，在环网发生的时候可以及时阻断环路，恢复网络。
4.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种以太网的环网破环方法，包括：
5.在网络节点有变化时，通过拓扑学习使网络中各节点知道整个网络的拓扑；
6.在网络数据流出现异常时判断是否产生环路，如果产生环路则进行环网破坏。
7.本发明的一个实施例中，使网络中各节点知道整个网络的拓扑，具体为：
8.在新增节点，或者新接入节点或另一个网络，或者删除节点或另一个网络时，进行网络拓扑学习以使网络中各节点知道整个网络的拓扑。
9.本发明的一个实施例中，有环网的时候，在网络数据流出现异常时判断是否产生环路，如果产生环路则进行环网破坏，具体为：
10.在拓扑学习成功时出现了环路，环路内所有节点至少两个端口上会有所有节点的mac，通过这个规则节点知道自己是否在环内，再根据新增的连接首先断开或者离网管系统最近的节点关断一个端口的规则进行破环。
11.本发明的一个实施例中，有环网的时候，在网络数据流出现异常时判断是否产生环路，如果产生环路则进行环网破坏，具体为：
12.在拓扑学习未成功时出现了环路，环路内至少应有一个节点是能够知道自己在两个端口上学到了所有节点的mac，如果有新增端口的节点支持本协议或者已知全网拓扑，则由这个节点断开新增端口的方式断环，如果新增端口的节点不支持本协议或者还没有学习拓扑，则由另外的规则断环。
13.本发明的一个实施例中，环路内只需要有一个节点支持这个协议，即可破环。
14.本发明的一个实施例中，新增节点即新加入一个刚上电的节点时，新增节点系统启动完成后主动向全网广播自己的拓扑请求报文，其他节点在收到新增节点的拓扑请求报文后，给该节点发送除有新增节点端口外其他所有端口和对应端口上节点mac的拓扑报文，
新增节点在收到所有其他节点的拓扑报文后，细化所有mac到各个端口上，画出整个网络的拓扑，并将自己的拓扑信息点对点发送到其他节点，其他各节点根据新增节点发来的拓扑报文更新拓扑。
15.本发明的一个实施例中，新接入节点或者另一个网络时，新增接连的两个节点发现有新的连接端口，随即广播自己的拓扑，此时这两个节点会收到对方的拓扑报文，根据对方的拓扑报文本端直接更新网络拓扑，除了这两个节点外其他所有节点都会收到两个拓扑报文，一个是原本自己拓扑内节点的，收到这个报文即知道该节点外增加了新节点或网络，一个是外部节点的，根据这个拓扑报文直接画出新网络的拓扑。
16.本发明的一个实施例中，删除节点或者另一个网络时，网络发现某节点arp老化后，相邻节点先查询自己的端口状态，如果连接断开，就发送删除节点的拓扑报文，其他节点收到删除节点拓扑报文后删除对应的节点，如果连接还在，可能这个节点只是在系统重启或者做其他事情，没有对外发送报文，不需要任何处理。
17.本发明的一个实施例中，在网络稳定即网络中任一节点均无变动时，各节点上全网的arp信息是不会变化的，此时网络中的节点不需要更新拓扑，不需要额外发送任何报文。
18.按照本发明的另一方面，还提供了一种以太网的环网破环系统，包括多个节点，在网络数据流出现异常时，采用上述以太网的环网破环方法进行环网破环。
19.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：
20.本发明里各节点在平时知道整个网络的拓扑，也知道自己在网络中的位置，在出现环网的时候某个节点马上就能知道环路产生的位置以及新增的端口，只需要该节点断开新增端口即可破环，破环速度快，稳定性高。在平时网络稳定的时候也不需要发送额外的报文，基本无负载。
附图说明
21.图1为本发明实施例中以太网的环网破环方法的整体流程图；
22.图2为本发明实施例中以太网的环网破环方法的流程示意图；
23.图3为本发明实施例中新增节点时拓扑报文的流程图；
24.图4为本发明实施例中新增连接或删除连接时拓扑报文的流程图；
25.图5为本发明实施例中已知拓扑时的广播包的走向图和流程图；
26.图6为本发明实施例中未知拓扑时的广播包的走向图和流程图。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
28.针对现有技术存在的问题，为了尽量降低环路故障发生所带来的影响，需要想办法让各节点知道整个网络的拓扑，在网络数据流出现异常时，可以自行判断数据流是否正
常，自己是否参与了环路的产生，以及自己是否需要采取措施阻断环路。
29.为了实现上述目的，如图1所示，本发明提供了一种以太网的环网破环方法，包括：
30.在网络节点有变化时，通过拓扑学习使网络中各节点知道整个网络的拓扑；
31.在网络数据流出现异常时判断是否产生环路，如果产生环路则进行环网破坏。
32.其中，使网络中各节点知道整个网络的拓扑，具体为：网在新增节点，或者新接入节点或另一个网络，或者删除节点或另一个网络时，进行网络拓扑学习，以使网络中各节点知道整个网络的拓扑。
33.具体地，整个流程如图2所示：
34.在网络稳定即网络中任一节点均无变动时，各节点上全网的arp信息是不会变化的，此时网络中的节点不需要更新拓扑，不需要额外发送任何报文。
35.网络节点有变化一般是新增节点；新接入节点或另一个网络；删除节点或另一个网络三种情况，需要进行网络拓扑学习：
36.新增节点即新加入一个刚上电的节点时，新增节点系统启动完成后主动向全网广播自己的拓扑请求报文，其他节点在收到新增节点的拓扑请求报文后，给该节点发送除有新增节点端口外其他所有端口和对应端口上节点mac的拓扑报文，新增节点在收到所有其他节点的拓扑报文后，细化所有mac到各个端口上，画出整个网络的拓扑，并将自己的拓扑信息点对点发送到其他节点，其他各节点根据新增节点发来的拓扑报文更新拓扑。
37.新接入节点或者另一个网络时，新增接连的两个节点发现有新的连接端口，随即广播自己的拓扑，此时这两个节点会收到对方的拓扑报文，根据对方的拓扑报文本端直接更新网络拓扑即可，除了这两个节点外其他所有节点都会收到两个拓扑报文，一个是原本自己拓扑内节点的，收到这个报文即可知道该节点外增加了新节点或网络，一个是外部节点的，根据这个拓扑报文可以直接画出新网络的拓扑。
38.删除节点或者另一个网络时，网络发现某节点arp老化后，相邻节点先查询自己的端口状态，如果连接断开，就发送删除节点的拓扑报文，其他节点收到删除节点拓扑报文后删除对应的节点，如果连接还在，可能这个节点只是在系统重启或者做其他事情，没有对外发送报文，不需要任何处理。
39.需要说明的是：新增节点是指本网络中新加入一个节点，该节点是无配置或有配置刚上电的站点；新接入是指本网络和另外一个网络合并，接入节点是上电运行一段时间的站点。这两种方式因为对外发送拓扑学习报文的触发条件不一致，需要区分开。另外，对于网络刚上电的情况，可以理解为多个新接入节点加入到网络中。
40.至此，网络在一轮学习后，各节点更新全网拓扑，网络又恢复稳定。在网络数据流出现异常时判断是否产生环路，如果产生环路则进行环网破坏，包括两种情况：
41.在拓扑学习成功时出现了环路(这种情况一般是网络运行稳定后在两个站点间新增了链路导致)，环路内所有节点至少两个端口上会有所有节点的mac，通过这个规则，节点可以知道自己是否在环内，再根据新增的连接首先断开或者离网管系统最近的节点关断一个端口的规则进行破环；
42.还有一种情况是在拓扑学习未成功时出现了环路(这种情况一般是新增节点带着两路以上链路连入原网络，新增节点不知道该断哪一路，容易错断，由原网络里的节点断开链接不会出错)，环路内至少应有一个节点是能够知道自己在两个端口上学到了所有节点
3-1和2-3-3两个端口出去，通过环路回到2-3-3和2-3-1端口，至此环内各节点上至少两个端口上会出现所有节点的mac，环内节点根据这点异常可知道自己在环内，这时节点2-1和节点3-1依据断环规则各自将自己新增的端口2-1-2和3-1-2关闭，或者仅由离网管最近的节点2-1将新增的端口2-1-2关闭，关闭后可正常恢复，无需额外动作，也无需额外再次学习拓扑。
49.如图6里，节点2-2和2-1是同时通过2-2-2到2-3-1和2-2-3到1-1-3两条通路连入网络，这时1-1、1-2、1-3、2-2、2-3、2-4之间形成了环路。2-1和2-2是新入网的，其他节点还没来得及学到2-1和2-2的拓扑就广播风暴了，此时其他节点不知道2-1和2-2的位置，也不知道这两个站点是否参与环内，2-2和2-1也不知道自己在网络中的具体位置，所以此时不通过2-2断环，而是通过知道自己在网络中位置以及自己有新增连接端口的1-1和2-3，但如果此时还简单的关闭新增的端口，将1-1-3和2-3-1关闭，2-2没有通路连入网络，和我们预想的将2-2连入网络不符，所以需要将两个规则结合，将离网管最近节点的新增端口关闭，即关断1-1-3端口即可。
50.在此，最简单有效的破环规则就是断开新增链路，但环内各节点因各种原因一起断开所有新增链路会造成网络异常，所以增加一个限定，每次都只断开离网管最近节点的新链路，如果未恢复则再断开一路。
51.而且环路内只需要有一个节点支持这个协议，即可破环。如图5里，2-1、2-2、2-3、3-1、3-2、3-3形成了环路，即使只有2-3支持此协议，在平时稳定的时候，2-3知道其他五个站点不回应拓扑报文，知道它们都不支持该协议，当它发现自己2-3-1和2-3-3上有全网mac时，判断自己在环内，且环内其他5个节点都不支持本发明协议，则直接由2-3关断其中任意一个端口，完成破环，这种断环完成后需要重新再学拓扑。
52.进一步地，本发明还提供了一种以太网的环网破环系统，包括多个节点，在网络数据流出现异常时，采用上述以太网的环网破环方法进行环网破环。
53.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。