提升空間信息網(wǎng)絡(luò)中arp協(xié)議運(yùn)行效率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種提升空間信息網(wǎng)絡(luò)中地址解析協(xié)議ARP(Address Resolut1nProtocol)運(yùn)行效率的方法，具體涉及空間信息網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層中的ARP協(xié)議進(jìn)行空間環(huán)境適應(yīng)性改進(jìn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]空間信息網(wǎng)絡(luò)是以空間平臺(tái)(如同步衛(wèi)星或中、低軌道衛(wèi)星、平流層氣球和有人或無(wú)人駕駛飛機(jī)等)為載體，實(shí)時(shí)獲取、傳輸和處理空間信息的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。作為國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施，空間信息網(wǎng)絡(luò)在服務(wù)遠(yuǎn)洋航行、應(yīng)急救援、導(dǎo)航定位、航空運(yùn)輸、航天測(cè)控等重大應(yīng)用的同時(shí)，向下可支持對(duì)地觀測(cè)的高動(dòng)態(tài)、寬帶實(shí)時(shí)傳輸，向上可支持深空探測(cè)的超遠(yuǎn)程、大時(shí)延可靠傳輸，從而將人類科學(xué)、文化、生產(chǎn)活動(dòng)拓展至空間、遠(yuǎn)洋、乃至深空，是全球范圍的研究熱點(diǎn)。
[0003]在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)包要實(shí)現(xiàn)傳輸，必須要知道目標(biāo)主機(jī)的介質(zhì)訪問(wèn)控制子層(Media Access Control，MAC)地址。例如在以太網(wǎng)中，一個(gè)主機(jī)要和另一個(gè)主機(jī)進(jìn)行直接通信，必須要知道目標(biāo)主機(jī)的MAC地址。而MAC地址可以通過(guò)地址解析協(xié)議獲得。所謂“地址解析”就是在IP地址和采用不同網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的硬件地址之間提供的動(dòng)態(tài)映射，而這個(gè)目標(biāo)MAC地址就是通過(guò)地址解析協(xié)議ARP獲得的。
[0004]ARP的基本功能就是通過(guò)目標(biāo)設(shè)備的IP地址，查詢目標(biāo)設(shè)備的MAC地址，以保證通信的順利進(jìn)行。通過(guò)屬于TCP/IP協(xié)議族的ARP協(xié)議，只要知道某臺(tái)主機(jī)的IP地址，就可以知道其MAC地址。以以太網(wǎng)為例，每個(gè)主機(jī)會(huì)分配到一個(gè)IP地址，但是當(dāng)一個(gè)主機(jī)要和其它主機(jī)進(jìn)行報(bào)文傳送時(shí)，必須要知道目標(biāo)主機(jī)的MAC地址，目標(biāo)主機(jī)的MAC地址就是通過(guò)地址解析協(xié)議獲得的ARP地址解析協(xié)議的基本功能就是通過(guò)目標(biāo)設(shè)備的IP地址，查詢其MAC地址，這樣就完成了 IP地址與MAC地址的轉(zhuǎn)換。
[0005]為了提高通信的效率，網(wǎng)絡(luò)上，在每臺(tái)安裝有TCP/IP協(xié)議的電腦里都有一個(gè)ARP緩存表，表里的IP地址與MAC地址是一一對(duì)應(yīng)的，這也是ARP高效運(yùn)行的關(guān)鍵所在。緩存表中存放了最近的Internet地址到硬件地址之間的映射記錄。用戶可以使用arp-a命令查看本機(jī)ARP緩存內(nèi)容。高速緩存中每一項(xiàng)的生存時(shí)間一般為20分鐘，起始時(shí)間從被創(chuàng)建時(shí)開(kāi)始算起。
[0006]以主機(jī)A(192.168.1.5)向主機(jī)B(192.168.1.1)發(fā)送數(shù)據(jù)為例。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)A會(huì)在自己的ARP緩存表中尋找是否有目標(biāo)IP地址。如果找到了，也就知道了目標(biāo)MAC地址，直接把目標(biāo)MAC地址寫入幀里面發(fā)送就可以了 ；如果在ARP緩存表中沒(méi)有找到相對(duì)應(yīng)的IP地址，主機(jī)A就會(huì)在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送一個(gè)廣播，目標(biāo)MAC地址是“FF.FF.FF.FF.FF.FF”，這表示向同一網(wǎng)段內(nèi)的所有主機(jī)發(fā)出這樣的詢問(wèn):“192.168.1.1的MAC地址是什么?”網(wǎng)絡(luò)上其他主機(jī)并不響應(yīng)ARP詢問(wèn)，只有主機(jī)B接收到這個(gè)幀時(shí)，才向主機(jī)A做出這樣的回應(yīng):“192.168.1.1的MAC地址是00-aa-00-62-c6-09”。這樣，主機(jī)A就知道了主機(jī)B的MAC地址，它就可以向主機(jī)B發(fā)送信息了。同時(shí)它還更新了自己的ARP緩存表，下次再向主機(jī)B發(fā)送信息時(shí)，直接從ARP緩存表里查找就可以了 ARP緩存表采用了老化機(jī)制，在一段時(shí)間內(nèi)如果表中的某一行沒(méi)有使用，就會(huì)被刪除，這樣可以大大減少ARP緩存表的長(zhǎng)度，加快查詢速度。
[0007]ARP協(xié)議在地面環(huán)境中，已被證明是一種有效的協(xié)議，但在空間環(huán)境中卻面臨著以下的問(wèn)題:
I)解析時(shí)間長(zhǎng):衛(wèi)星信道的時(shí)延較長(zhǎng)，多數(shù)情況下低軌系統(tǒng)單向傳播時(shí)延是20-25ms，中軌系統(tǒng)是100-130ms，靜止軌道系統(tǒng)為250-280ms，系統(tǒng)時(shí)延還受星間路由選擇、星上處理以及排隊(duì)時(shí)延等因素的影響，因此ARP完成一次地址解析花費(fèi)的時(shí)間通常是地面系統(tǒng)的幾十倍，甚至幾百倍之多，從而導(dǎo)致ARP在空間環(huán)境的效率低下。
[0008]2)ARP尋址失敗的問(wèn)題:造成這個(gè)問(wèn)題的原因主要有兩個(gè)，一是由于空間鏈路的誤碼率很高，例如在沒(méi)有差錯(cuò)控制編碼的情況下，衛(wèi)星鏈路的誤比特率大約是10—4-10—6數(shù)量級(jí)，而地面光纖的誤比特率是10—1(3數(shù)量級(jí)，高的誤比特率很容易導(dǎo)致發(fā)送的ARP尋址幀丟失或傳輸錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致ARP尋址失敗;第二個(gè)原因是由于空間鏈路的斷續(xù)連通，例如人造衛(wèi)星根據(jù)其軌道運(yùn)動(dòng)，可能被地球或其它天體遮擋，造成通信鏈路的中斷，此時(shí)發(fā)出的ARP尋址幀將無(wú)法送達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，從而導(dǎo)致ARP尋址失敗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是針對(duì)ARP協(xié)議在空間環(huán)境中運(yùn)行效率低下，尋址失敗概率高的問(wèn)題。提供一種運(yùn)行效率高，協(xié)議開(kāi)銷小，提升空間信息網(wǎng)絡(luò)ARP協(xié)議尋址成功率的方法，以解決ARP協(xié)議在空間環(huán)境中的適應(yīng)性問(wèn)題。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種提升空間信息網(wǎng)絡(luò)ARP協(xié)議運(yùn)行效率的方法，其特征在于包括如下步驟:
在空間信息網(wǎng)絡(luò)中，在每個(gè)空間信息網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)處，提前存儲(chǔ)其它所有節(jié)點(diǎn)的IP地址到物理MAC地址的映射，形成地址索引表;在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)送端從待發(fā)送的IP報(bào)文中獲得接收端的IP地址，用戶通過(guò)IP地址獲取物理地址，首先查找自己的地址解析協(xié)議ARP高速緩存區(qū)，如果沒(méi)有查找到，則查找提前存儲(chǔ)的地址索引表;只有當(dāng)上述兩個(gè)步驟均未獲取接收端的物理地址時(shí)，才發(fā)送ARP請(qǐng)求。
[0011]本發(fā)明有益效果在于:
本發(fā)明針對(duì)空間信息網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)規(guī)模較小(通常小于200)，且空間鏈路拓?fù)淇深A(yù)知的空間網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)讓每個(gè)節(jié)點(diǎn)提前存儲(chǔ)其他所有節(jié)點(diǎn)的IP地址到MAC地址的映射，使得在一般情況下，要發(fā)送數(shù)據(jù)給下一跳用戶，只需查找自己的ARP高速緩存和預(yù)設(shè)的索引表即可，無(wú)需發(fā)送ARP請(qǐng)求，大大提升了協(xié)議的運(yùn)行效率，減少了信令的交互，降低了協(xié)議開(kāi)銷。而且由于空間信息網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)規(guī)模較小，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只需要存儲(chǔ)一張很短的地址索引表就可以提前存儲(chǔ)其它所有節(jié)點(diǎn)的IP地址到MAC地址的映射，不會(huì)大幅增加節(jié)點(diǎn)的負(fù)擔(dān)。從而解決了ARP協(xié)議在空間環(huán)境中的適應(yīng)性問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為提升空間信息網(wǎng)絡(luò)ARP協(xié)議運(yùn)行效率的流程示意圖。
【具體實(shí)施