一種基于ip協(xié)議擴展的網(wǎng)絡(luò)冗余容錯方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于IP協(xié)議擴展的網(wǎng)絡(luò)冗余容錯 方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 網(wǎng)絡(luò)通信在智能變電站自動化系統(tǒng)中起著重要作用。為了避免通信故障對系統(tǒng)通 信安全造成不良影響，需要進行網(wǎng)絡(luò)冗余通信設(shè)計。
[0003] 現(xiàn)有的冗余通信設(shè)計方案，或?qū)τ布途W(wǎng)絡(luò)拓撲有依賴，導(dǎo)致部署應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜 和應(yīng)用成本較高；或在發(fā)生鏈路故障時候，切換時間較長，不能滿足實時性要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于IP協(xié)議擴展 的網(wǎng)絡(luò)冗余容錯方法及系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明以Linux操作系統(tǒng)為平臺，在內(nèi)核協(xié)議棧的IP網(wǎng)絡(luò)層，通過對IP協(xié)議進行 擴展為冗余網(wǎng)絡(luò)通信提供了一種全新的解決方案。
[0006] 本發(fā)明對IP協(xié)議擴展主要體現(xiàn)在以下三個方面：
[0007] (1) IP選項的擴展。包括專有IP選項的定義及其處理。
[0008] (2)在IP協(xié)議數(shù)據(jù)包的發(fā)送路徑上增加冗余數(shù)據(jù)發(fā)送處理分支。
[0009] (3)在IP協(xié)議數(shù)據(jù)包的接收路徑上增加冗余數(shù)據(jù)接收處理分支。
[0010] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種基于IP協(xié)議擴展的網(wǎng)絡(luò)冗余容 錯方法，包括數(shù)據(jù)包發(fā)送端的如下發(fā)送步驟：
[0011] 步驟la，接收傳輸層發(fā)送的數(shù)據(jù)包；
[0012] 步驟2a，判斷所述數(shù)據(jù)包是否屬于冗余通信，如果是執(zhí)行步驟3a，否則執(zhí)行步驟 4a ；
[0013] 步驟3a，通過IP協(xié)議擴展的網(wǎng)絡(luò)冗余流程處理所述數(shù)據(jù)包，執(zhí)行步驟5a;
[0014] 步驟4a，通過協(xié)議棧正常流程處理所述數(shù)據(jù)包，執(zhí)行步驟5a;
[0015] 步驟5a，經(jīng)鏈路層發(fā)送所述數(shù)據(jù)包。
[0016]本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明基于對IP協(xié)議進行擴展，完全基于軟件實現(xiàn)，不依 賴特殊設(shè)備，對網(wǎng)絡(luò)拓撲無要求，并具有單條鏈路故障時〇延時切換特性，可滿足智能變電 站等領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)通信的高實時性和可靠性的要求。
[0017] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進。
[0018] 進一步，步驟3a的具體實現(xiàn)為：
[0019] 步驟3. la，查看主包路由緩存是否存在，如果是執(zhí)彳丁步驟3. 2a，否則執(zhí)彳丁步驟 3. 4a ；
[0020] 步驟3. 2a，構(gòu)建主包專有IP選項，復(fù)制主包生成從包，經(jīng)主鏈路發(fā)送主包，發(fā)送成 功則更新主包發(fā)送計數(shù)，否則記錄主包發(fā)送失??；
[0021] 步驟3. 3a，取從包，為從包進行路由，路由成功則修改從包配置參數(shù)，經(jīng)從鏈路發(fā) 送從包，發(fā)送成功則更新從包發(fā)送計數(shù)，否則記錄從包發(fā)送失敗，執(zhí)行步驟3. 5a，如果路由 失敗則記錄從包發(fā)送失敗，執(zhí)行步驟3. 5a ;
[0022] 步驟3. 4a，為主包進行路由，路由成功執(zhí)行步驟3. 2a，否則復(fù)制主包生成從包，構(gòu) 建從包專有IP選項，為從包進行路由，路由成功則經(jīng)從鏈路發(fā)送從包，發(fā)送成功則更新從 包發(fā)送計數(shù)，否則記錄從包發(fā)送失敗，執(zhí)行步驟3. 5a，路由失敗則記錄從包發(fā)送失敗，執(zhí)行 步驟3. 5a ;
[0023] 步驟3. 5a，判斷主包和從包的發(fā)送情況，如果主包和從包均發(fā)送失敗，則返回發(fā)送 失敗，否則返回發(fā)送成功。
[0024] 采用上述進一步方案的有益效果：通過在IP網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送路徑增加冗余發(fā)送分支 來實現(xiàn)冗余發(fā)送功能，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)分流處理：普通IP數(shù)據(jù)包走協(xié)議棧正常發(fā)送流程；屬于 冗余通信的IP數(shù)據(jù)包進入冗余發(fā)送分支處理。實現(xiàn)了正常協(xié)議通信和冗余通信相互獨立、 互不干擾。
[0025] 進一步，步驟3. 2a中構(gòu)建主包專有IP選項或步驟3. 4a中構(gòu)建從包專有IP選項 的具體實現(xiàn)為：獲取流水序列號、本半輪發(fā)送時間戳和主從標志按照通用IP選項的格式組 成專有IP選項，相應(yīng)添加到主包IP協(xié)議頭或從包IP協(xié)議頭。
[0026] 進一步，步驟3. 2a中修改從包配置參數(shù)的具體實現(xiàn)為：將從包目的IP替換為接收 端主機從網(wǎng)卡IP，將由主包復(fù)制得來的從包的專有IP選項的主從標志替換為從標志。
[0027] 進一步，還包括數(shù)據(jù)包接收端的如下接收步驟：
[0028] 步驟lb，接收端接收數(shù)據(jù)包，判斷所述數(shù)據(jù)包是否屬于冗余通信，如果屬于則執(zhí) 行步驟2b，否則執(zhí)行步驟5b ;
[0029] 步驟2b，解析接收到的數(shù)據(jù)包的專有IP選項，獲取所述數(shù)據(jù)包的流水序列號、本 半輪發(fā)送時間和主從標志；
[0030] 步驟3b，根據(jù)主從標志，判斷所述數(shù)據(jù)包的類型，如果是主包，執(zhí)行步驟3b，如果 是從包，將從包的目的IP替換為接收端主機的主網(wǎng)卡IP，執(zhí)行步驟3b ;
[0031] 步驟4b，根據(jù)流水序列號和本半輪發(fā)送時間戳判斷所述數(shù)據(jù)包是否為重復(fù)包，如 果是則進行丟棄處理，否則接收所述數(shù)據(jù)包，結(jié)束處理流程；
[0032] 步驟5b，通過協(xié)議棧正常接收所述數(shù)據(jù)包，結(jié)束處理流程。
[0033] 采用上述進一步方案的有益效果：通過在IP網(wǎng)絡(luò)層接收路徑上增加冗余接收分 支來實現(xiàn)冗余接收功能，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)分流處理：普通IP數(shù)據(jù)包走協(xié)議棧正常接收流程；屬 于冗余通信的IP數(shù)據(jù)包進入冗余接收分支處理。冗余接收主要目的是為了丟棄重復(fù)包，對 于攜帶同一序列號的兩個數(shù)據(jù)包，對于先到達的進行接收，后到達的予以丟棄，最終實現(xiàn)唯 一接收。
[0034] 進一步，上述技術(shù)方案還包括，
[0035] 步驟6b，對接收的冗余通信的數(shù)據(jù)包進行統(tǒng)計更新；
[0036] 步驟7b，根據(jù)數(shù)據(jù)包統(tǒng)計數(shù)據(jù)對主從鏈路運行狀態(tài)進行檢查，發(fā)現(xiàn)故障進行告 警；
[0037] 步驟8b，將接收的數(shù)據(jù)包向上層協(xié)議投遞。
[0038] 采用上述進一步方案的有益效果：另外在冗余接收中還對主從鏈路運行狀況進行 監(jiān)控，即鏈路故障告警功能。
[0039] 進一步，所述步驟4b的具體實現(xiàn)為：
[0040] 步驟4. lb，獲取所述數(shù)據(jù)包的流水序列號和本半輪發(fā)送時間戳；
[0041] 步驟4. 2b，將本半輪發(fā)送時間戳與本地緩存的接收狀態(tài)緩存位圖比較，當屬于前 半輪時，比較結(jié)果分三種情況，
[0042] 當本半輪發(fā)送時間戳小于JIFFIES_L時，丟棄所述數(shù)據(jù)包，返回1，
[0043] 當本半輪發(fā)送時間戳大于JIFFIES_L時，用本半輪發(fā)送時間戳更新JIFFIES_L，將 接收狀態(tài)緩存位圖前半部所有位清零，序列號對應(yīng)位圖位置置1，接收所述數(shù)據(jù)包，返回〇，
[0044] 當本半輪發(fā)送時間戳等于JIFFIES_L時，根據(jù)流水序列號查詢接收狀態(tài)緩存位圖 的相應(yīng)位，判斷查詢到的位圖位，若為0,則將其置為1，接收所述數(shù)據(jù)包，返回0,若為1，丟 棄所述數(shù)據(jù)包，返回1 ;
[0045] 當屬于后半輪時，比較結(jié)果分三種情況，
[0046] 當本半輪發(fā)送時間戳小于JIFFIES_H時，丟棄所述數(shù)據(jù)包，返回1，
[0047] 當本半輪發(fā)送時間戳大于JIFFIES_H時，用本半輪發(fā)送時間戳更新JIFFIES_H，將 接收狀態(tài)緩存位圖后半部所有位清零，序列號對應(yīng)位圖位置置1，接收所述數(shù)據(jù)包，返回〇，
[0048] 當本半輪發(fā)送時間戳等于JIFFIES_H時，根據(jù)流水序列號查詢接收狀態(tài)緩存位圖 的相應(yīng)位，判斷查詢到的位圖位，若為0,則將其置為1，接收所述數(shù)據(jù)包，返回0,若為1，丟 棄所述數(shù)據(jù)包，返回1。
[0049] 進一步，步驟5b中根據(jù)數(shù)據(jù)包統(tǒng)計數(shù)據(jù)對主從鏈路運行狀態(tài)進行檢查，發(fā)現(xiàn)故障 進行告警的具體實現(xiàn)為：
[0050] 步驟6. lb，判斷接收的數(shù)據(jù)包的類型，如果是主包，執(zhí)行步驟6. 2b，如果是從包， 執(zhí)行步驟6. 3b ;
[0051] 步驟6. 2b，主鏈路收包數(shù)加1，主鏈路報警計