基于ospf協(xié)議虛擬化的煤礦應(yīng)用業(yè)務(wù)流分離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種基于OSPF協(xié)議虛擬化的煤礦應(yīng)用業(yè)務(wù)流分離方法，涉及煤礦應(yīng)用業(yè)務(wù)流分離技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國，煤礦信息化一直備受關(guān)注。信息化技術(shù)是將煤礦企業(yè)的井下生產(chǎn)、安全監(jiān)察，物料移動，銷售管理及客戶交互等業(yè)務(wù)過程數(shù)字化。目前，由于國家對煤礦信息化日益重視，監(jiān)管力度不斷加大，大中型煤礦均已裝備了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，人員定位系統(tǒng)等信息系統(tǒng)，大大遏制了重大事故的發(fā)生。但是，隨著各種便于生產(chǎn)、安全、調(diào)度的應(yīng)用系統(tǒng)不斷增加，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為載體被賦予了更多的要求，其中業(yè)務(wù)流量分離是普遍存在并且難以解決的問題。
[0003]煤礦中的多種應(yīng)用業(yè)務(wù)流包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)，辦公自動化系統(tǒng)，人員定位系統(tǒng)，綜合調(diào)度系統(tǒng)，將傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)改變?yōu)橐跃W(wǎng)絡(luò)為載體的VoIP等等。這些業(yè)務(wù)流在傳統(tǒng)的路由協(xié)議中是通過同一路徑進行傳輸，這樣導(dǎo)致了以下幾方面的問題:(I)鏈路壓力過大，所有數(shù)據(jù)流都通過相同的路徑，使鏈路利用率較低(2)網(wǎng)絡(luò)管理壓力大，煤炭網(wǎng)絡(luò)管理員難以區(qū)分業(yè)務(wù)流，如果其中一套系統(tǒng)出現(xiàn)問題，網(wǎng)絡(luò)管理員難以找出問題根源(3)部分應(yīng)用數(shù)據(jù)流之間會出現(xiàn)影響，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在監(jiān)控多路流量時會占用大量數(shù)據(jù)帶寬，VoIP流量應(yīng)盡量避免與視頻流量在同一路徑中傳輸(4)業(yè)務(wù)流之間難以控制，例如辦公自動化系統(tǒng)是一個獨立的系統(tǒng)，希望與其他系統(tǒng)之間不存在數(shù)據(jù)流的交互。
[0004]傳統(tǒng)的路由協(xié)議主要實現(xiàn)最短路徑的路由選擇，這使得鏈路帶寬并不能很好的利用，某些路由協(xié)議，如OSPF，ISIS等可以實現(xiàn)等價負載均衡，還有些路由協(xié)議，如EIGRP可以實現(xiàn)非等價負載均衡，這些協(xié)議雖然提高了鏈路的利用率，但是并不能解決應(yīng)用業(yè)務(wù)流分離的問題。目前，解決數(shù)據(jù)流量分離的方法主要是以下幾種:(1)采用策略路由，將不同的流量進行分類，通過網(wǎng)絡(luò)管理員人工設(shè)置不同流量傳輸?shù)某鼋涌?，這種方式可以實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)流量的分離，但是缺點也很明顯，第一，只能在單一設(shè)備中設(shè)置流量分離，如果要實現(xiàn)全網(wǎng)流量分離，網(wǎng)絡(luò)管理員要在每臺設(shè)備中分別設(shè)置，增加了設(shè)置的復(fù)雜度，第二，每臺設(shè)備中的流量是靜態(tài)設(shè)置的，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓撲發(fā)生改變時，業(yè)務(wù)流量分離可能會出現(xiàn)不可控的情況，對于網(wǎng)絡(luò)管理員只能通過分析設(shè)備的配置代碼來判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中某種業(yè)務(wù)流量是如何傳輸?shù)?2)采用增加設(shè)備的方法實現(xiàn)業(yè)務(wù)流的分離，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基礎(chǔ)上，構(gòu)建新的網(wǎng)絡(luò)平面，實現(xiàn)二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，將新網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進行冗余連接，可以有效的增加現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的健壯性，實現(xiàn)不同業(yè)務(wù)流量通過不同的平面?zhèn)鬏?，缺點是構(gòu)建新的網(wǎng)絡(luò)會有較高的資金投入，目前，煤礦中現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的利用率并不是很高，沒有投入新網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建多網(wǎng)絡(luò)平面的必要。
[0005]現(xiàn)有煤礦信息網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)一般采用環(huán)形結(jié)構(gòu)并運行OSPF作為核心層和匯聚層，接入層采用星型結(jié)構(gòu)接入。OSPF協(xié)議是由IETF的OSPF工作組開發(fā)的，并且是當(dāng)前在民用網(wǎng)絡(luò)和礦井下網(wǎng)絡(luò)使用最為廣泛的路由協(xié)議。OSPF采用SPF算法，每個OSPF路由器通過維持相同的鏈路數(shù)據(jù)庫并以此數(shù)據(jù)庫來創(chuàng)建最短路徑樹并計算路由表。OSPF相比于其他路由協(xié)議存儲更多的信息在拓撲表中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)拓撲改變后，僅利用很少的路由流量就可以快速的重新計算出路徑?，F(xiàn)有OSPF協(xié)議可以與MPLS技術(shù)結(jié)合構(gòu)建多張路由表，但不能實現(xiàn)不同應(yīng)用業(yè)務(wù)流分離?，F(xiàn)有煤礦網(wǎng)絡(luò)設(shè)備利用率并不高，主要用來維持一張路由表，完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程，如果利用現(xiàn)有硬件設(shè)施，在其基礎(chǔ)上構(gòu)建多張路由表，每張路由表對應(yīng)不同應(yīng)用業(yè)務(wù)流量，不同數(shù)據(jù)使用不同路由表完成轉(zhuǎn)發(fā)過程，在同一物理網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)多個邏輯網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，本文就是以路由協(xié)議虛擬化為基礎(chǔ)，通過對打過不同標(biāo)簽(優(yōu)先級)的流量進行不同路由表的構(gòu)建，實現(xiàn)煤礦網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用業(yè)務(wù)流分離的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種基于OSPF協(xié)議虛擬化的煤礦應(yīng)用業(yè)務(wù)流分離的方法，在保留原始OSPF算法的基礎(chǔ)上，改變原有OSPF協(xié)議的工作過程，依據(jù)DSCP作為標(biāo)記構(gòu)建多路由表，通過對不同業(yè)務(wù)流打標(biāo)記，讓不同業(yè)務(wù)流通過不同的路由表傳輸，實現(xiàn)業(yè)務(wù)流分離，提升網(wǎng)絡(luò)運行質(zhì)量，提高網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用率。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案:一種基于OSPF協(xié)議虛擬化的煤礦應(yīng)用業(yè)務(wù)流分離方法，包括OSPF虛擬路由表的構(gòu)建方法和多應(yīng)用業(yè)務(wù)流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法；所述的OSPF虛擬路由表的構(gòu)建方法包括建立鄰居關(guān)系、建立鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫和建立路由表三個相互聯(lián)系的方法，它們的具體步驟分別如下:
一、建立鄰居關(guān)系:
Al:激活設(shè)備SW1，向設(shè)備SW2發(fā)送hello數(shù)據(jù)包，hello數(shù)據(jù)包中的鄰居字段為空，DR和BDR字段設(shè)置為0.0.0.0，代表自己；
A2:設(shè)備SW2收到SWl發(fā)送的hello數(shù)據(jù)包后，創(chuàng)建SWl的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將SWl的信息放入鄰居表中，并設(shè)置SWl的狀態(tài)為Init狀態(tài)；SW2繼續(xù)向鄰居發(fā)送hello數(shù)據(jù)包，此時發(fā)送的hello數(shù)據(jù)包中攜帶SWl的信息，并設(shè)置DR字段為自己的接口地址；
A3:設(shè)備SWl收到鄰居發(fā)送的hello數(shù)據(jù)包時，創(chuàng)建SW2的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將SW2的信息放入鄰居表中，并設(shè)置SW2的狀態(tài)為ExStart狀態(tài)，接著發(fā)送DBD協(xié)議包，用來協(xié)商主/從關(guān)系；DBD的序列號采用隨機值X，其中I字段如果設(shè)置為I表示初始化協(xié)商，M字段如果設(shè)置為I表示這不是最后一個DBD協(xié)議包，MS字段如果設(shè)置為I，表明認為自身是主；
A4:設(shè)備SW2收到鄰居發(fā)送的DBD協(xié)議包后，設(shè)置SWl為ExStart狀態(tài)，并發(fā)送相應(yīng)的DBD協(xié)議包；DBD的序列號采用隨機值y，鄰居發(fā)送的DBD包中發(fā)現(xiàn)自身是主，則設(shè)置MS字段為1，I字段與M字段也設(shè)置為I ;
A5:設(shè)備SWl收到鄰居發(fā)送的DBD協(xié)議包后，判斷出SW2為主，設(shè)置SW2為Exchange狀態(tài)，繼續(xù)回復(fù)DBD協(xié)議包，設(shè)置DBD序列號為y，MS為O ;若管理員設(shè)置此設(shè)備與SW2相連的接口屬于某個邏輯拓撲，則發(fā)送標(biāo)記邏輯拓撲DSCP值的DBD協(xié)議包，其包含的LSA信息為對應(yīng)邏輯鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中的摘要信息；
A6:設(shè)備SW2收到SWl的DBD協(xié)議包后，將SWl設(shè)置為Exchange狀態(tài)，接著SW2將自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫和邏輯鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中LSA的摘要信息包含在相應(yīng)DBD協(xié)議包中并設(shè)置DBD協(xié)議包序列號為y+Ι發(fā)送給鄰居；
A7:設(shè)備SWl收到SW2的DBD協(xié)議包后，以相同的DBD序列號回復(fù)，DBD協(xié)議包中包含的LSA摘要信息如果自身拓撲數(shù)據(jù)庫中沒有，則將其加入到鏈路狀態(tài)請求列表中；
A8:如果設(shè)備SW2在收到DBD協(xié)議包后，發(fā)現(xiàn)鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的摘要信息沒有同步完成，即M字段不為O，則重復(fù)步驟A6，否則執(zhí)行步驟A9 ;
A9:如果設(shè)備SW2收到DBD協(xié)議包中DSCP為000000，且M字段為0，則設(shè)置對方狀態(tài)為Loading ;如果收到的DBD協(xié)議包DSCP值不為000000，且M字段為0，則重新創(chuàng)建對方的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并將狀態(tài)設(shè)置為Virtual Loading ；
AlO:在Loading狀態(tài)后，設(shè)備會根據(jù)鏈路狀態(tài)請求列表中的信息，發(fā)送LSR協(xié)議包，向鏈路狀態(tài)請求列表中的設(shè)備請求自身缺少的LSA信息；
All:不斷重復(fù)步驟A10，直到鏈路狀態(tài)請求列表為空，然后設(shè)置對方為full狀態(tài)；如果虛擬鏈路狀態(tài)請求列表為空，則設(shè)置對方為virtual full狀態(tài)；
二、建立鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫
鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫是以DSCP值為標(biāo)記的多張表，其中設(shè)DSCP值為000000的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫為根鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫由LSA構(gòu)成，LSA在通信過程中由LSU協(xié)議包攜帶，鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的建立包括以下步驟:
B1:當(dāng)運行OSPF虛擬化協(xié)議的設(shè)備收到LSU時，首先判斷接收到的LSU協(xié)議包是否設(shè)置DSCP值，如果沒有設(shè)置，則進入步驟B2，否則進入步驟B3 ;
B2:解析LSU中的LSA，判斷接收到的LSA是否已經(jīng)在根鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中存在，如果存在進入步驟B21，不存在進入步驟B22 ;
B21:判斷接收的LSA和根鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中的LSA的序列號是否相同，如果相同則忽略此LSA ;如果接收的LSA的序列號比當(dāng)前根鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中LSA的序列號大，則進入步驟B22 ;如果接收的LSA的序列號比當(dāng)前根鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中的LSA的序列號小，則丟棄此LSA,并把當(dāng)前根鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中的LSA封裝在LSU中，不設(shè)置DSCP值發(fā)送給鄰居；當(dāng)鄰居收到此LSU后，執(zhí)行步驟BI ；
B22:將接收到的LSA添加到根鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中，并向發(fā)送此LSU的鄰居發(fā)送DSCP為000000的LSAck協(xié)議包，表明已經(jīng)收到此LSA，同時向其他鄰居泛洪此LSA，并進入步驟B23 ；
B23:在根鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中運行SPF算法重新計算根路由表；
B3:判斷此DSCP標(biāo)記的虛擬鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫是否存在，若不存在，說明接收到LSU為違規(guī)LSU，則丟棄數(shù)據(jù)包；若存在，則進入步驟B4 ;
B4:解析LSU中的LSA信息，判斷接收到的LSA是否已經(jīng)在相應(yīng)虛擬鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中存在，如果存在進入步驟B41，不存在進入步驟A42 ;
B41:判斷接收的LSA和當(dāng)前虛擬