CN111030296B - 一种基于lldp协议的智能变电站网络拓扑逐级嗅探方法 - Google Patents

一种基于lldp协议的智能变电站网络拓扑逐级嗅探方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于LLDP协议的智能变电站网络拓扑逐级嗅探方法，通过扩展LLDP协议，交换机将探测到的初级邻居拓扑信息向初级邻居传递，并接收初级邻居扩散的邻居拓扑信息，从而更新自身可探测到的局部网络拓扑，再继续通过扩展LLDP协议将自身探测到的局部网络拓扑向初级邻居扩散，以此类推，直到获取到的初级邻居拓扑信息不再更新。最终智能变电站网络中每台交换机都可获得全站网络拓扑信息，以及自身在智能变电站网络中所处的位置。该方法为智能变电站动态网络拓扑探测、以交换机为接口进行网络故障定位等提供了一种有效运维手段。

Description

一种基于LLDP协议的智能变电站网络拓扑逐级嗅探方法
技术领域
本发明具体涉及一种基于LLDP协议的智能变电站网络拓扑逐级嗅探方法，属于电力***自动化技术领域。
背景技术
智能变电站通信网络是传递和交换变电站站控层、间隔层及过程层数据的关键。目前常见的智能变电站在动态网络拓扑信息收集方面，能够依靠的手段是链路层发现协议(LLDP协议)。链路层发现协议是用于探测网络邻居信息的常见协议，该协议仅能够探测与本设备直接相连的网络设备，在没有网管工具配合的情况下，无法感知全网拓扑。因此，对于智能变电站而言，仅依靠传统的链路层发现协议排查网络接线错误、流量突发节点定位等故障时，缺乏有效的运维手段。
名词解释：
LLDP(Link Layer Discovery Protocol，链路层发现协议)，是一个二层协议，允许网络设备在本地子网中通告自己的设备标识和性能。可以将本端设备的主要能力、管理地址、设备标识、接口标识等信息发布给与自己直连的邻居。
TLV(Type类型，Lenght长度，Value值)，是一种网络通信报文中常见的编码格式，Type表示该TLV字段的类型，Length表示该TLV字段中Value的长度，Value是该TLV字段的具体内容。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于LLDP协议的智能变电站网络拓扑逐级嗅探方法，解决了当前智能变电站缺乏全站网络拓扑动态探测手段的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于LLDP协议的智能变电站网络拓扑逐级嗅探方法，其特征是，包括以下过程：
各交换机通过LLDP协议探测直接连接到自身的初级邻居信息，形成与自身直连的局部网络拓扑；
各交换机通过扩展LLDP协议向邻居交换机扩散局部网络拓扑，各交换机接收邻居交换机发送的局部网络拓扑，此过程称为嗅探过程；
若邻居交换机发送的局部网络拓扑有更新，则将该局部网络拓扑整理到自身的局部网络拓扑中形成新的局部网络拓扑，并重复上一步进行下一级嗅探过程，直到所有邻居交换机发送的局部网络拓扑不再更新，则说明与交换机相关联的拓扑已探测完毕，获得了全站网络拓扑。
进一步的，所述扩展LLDP协议包括：
在LLDP报文的LLDPDU字段中，将Type为保留序号的TLV字段内容定义为一对相邻节点A、B的连接关系，具体包括但不限于：
Na Name：节点A的名称或其它网络唯一标志符；
Na Type：节点A的类型；
Na Link Port：节点A与节点B连接的端口号；
Nb Name：节点B的名称或其它网络唯一标志符；
Nb Type：节点B的类型；
Nb Link Port：节点B与节点A连接的端口号；
Tolal Num：本次给某一邻居发送的局部拓扑信息的物理连接总条目数；
Sequence Num：本次给某一邻居发送的局部拓扑信息的物理连接条目序号。
进一步的，物理连接条目序号从1开始递增。
进一步的，所述各交换机通过扩展LLDP协议向邻居交换机扩散局部网络拓扑时，扩散的局部网络拓扑信息中不包含由该邻居探测到的拓扑信息。
进一步的，所述各交换机接收邻居交换机发送的局部网络拓扑时，根据扩展LLDP协议中的物理连接总条目数及条目序号，判断接收的信息是否完整。
进一步的，所述根据扩展LLDP协议中的物理连接总条目数及条目序号，判断接收的信息是否完整包括：
若物理连接条目序号逐次递增直到等于物理连接总条目数，则表明信息接收完整；
若物理连接条目序号有缺漏，则表明报文有丢失，此次信息接收无效。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过对LLDP协议进行扩展，用一种逐级嗅探的方式，实现了智能变电站通信网络中，任意一台交换机均动态可探测全网拓扑的功能，解决了当前智能变电站缺乏动态网络拓扑探测方式的问题，为排查网络接线故障等问题提供了一种有效运维手段。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为交换机进行网络拓扑初级嗅探时LLDP业务流及嗅探结果示意图；
图3为交换机进行网络拓扑第二级嗅探时LLDP业务流及嗅探结果示意图；
图4为扩展LLDP协议的字段说明图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的一种基于LLDP协议的智能变电站网络拓扑逐级嗅探方法，对于智能变电站通信网络中任意一台交换机，通过扩展LLDP协议，逐级嗅探获取到全网拓扑信息，具体流程如图1，步骤如下：
步骤1，各交换机通过LLDP协议探测直接连接到自身的初级邻居信息，并形成与自身直连的初级局部网络拓扑。
以三台交换机及相关终端设备组成的网络拓扑为例，如图2所示。交换机用SW表示，不支持LLDP协议的智能变电站网络终端设备(如测控装置、保护装置等)用T表示，端口号用p表示。按照标准的LLDP协议业务流，各交换机可获得的初级局部网络拓扑如表1所示：
表1初级网络拓扑探测结果
Figure BDA0002302290380000041
步骤2，交换机通过扩展LLDP协议，向初级邻居扩散自身探测到的初级局部网络拓扑。此处交换机向邻居扩散自身探测到的初级局部网络拓扑时，扩散的拓扑信息中不包含由该邻居探测到的拓扑信息，以此减少通信报文数量，防止无限迭代。
扩展的LLDP协议字段如图4所示，在LLDP报文的LLDPDU字段中，将Type为保留序号(9-126中任意选取)的TLV(Type类型标号，Length长度，Value值)字段内容定义为一对相邻节点A、B(不分先后，仅作描述区分)的连接关系。具体包括但不限于：
Na Name：节点A的名称或其它网络唯一标志符；
Na Type：节点A的类型(交换机/非交换机)；
Na Link Port：节点A与节点B连接的端口号；
Nb Name：节点B的名称或其它网络唯一标志符；
Nb Type：节点B的类型(交换机/非交换机)；
Nb Link Port：节点B与节点A连接的端口号；
Tolal Num：本次给某一邻居发送的局部拓扑信息的物理连接总条目数，同时也是本次给某邻居发送的局部拓扑信息的扩展LLDP总报文数N；
Sequence Num：本次给某一邻居发送的局部拓扑信息的物理连接条目序号，即给某邻居发送的局部拓扑信息的扩展LLDP报文的序号(1，2，……，N)。
由步骤1所得的初级邻居探测结果表1可知，按照图2所示的网络拓扑，交换机SW1直接探测到的与自身直接相连初级网络拓扑包含三个设备，分别是支持LLDP协议的交换机SW2(能够通过LLDP协议探知对端连接端口)以及不支持LLDP协议的终端设备T1，T2。但只有SW2支持LLDP协议，因此交换机应向支持LLDP协议的交换机SW2扩散自身的初级网络拓扑信息，共三条报文，分别描述了连接在自身端口p5上的终端设备T1，连接在自身端口p6上的终端设备T2以及连接在自身端口p21上的交换机SW2(对端连接端口为p22)。
同理，交换机SW2向SW1及SW3扩散信息，交换机SW3向交换机SW2扩散信息，各交换机向邻居设备扩散的扩展LLDP信息如表2所示。
表2交换机初级探测后向邻居设备扩散的扩展LLDP信息
Figure BDA0002302290380000061
步骤3，各交换机通过解析接收到的扩展的LLDP协议报文，获得邻居交换机的初级局部拓扑信息；此为初级嗅探过程；
若邻居交换机的局部拓扑有更新，则将该信息整理到本地并保存为新的局部拓扑，并将该拓扑通过扩展的LLDP协议向其它邻居扩散进入下一级嗅探过程；向邻居扩散新的局部网络拓扑时，避免向网络拓扑信息来源的邻居回传相同的拓扑信息，以此减少通信报文数量，防止无限迭代。
交换机接收初级邻居交换机发送的局部拓扑信息，应当根据LLDP协议扩展中的局部拓扑信息物理连接总条目数及条目序号，判断信息接收是否完整：
若报文中局部拓扑信息物理连接条目序号(Sequence Num)逐次递增直到等于物理连接总条目数(Tolal Num)，则表明信息接收完整，可以与本地保存的局部网络拓扑进行比对，判断邻居信息是否更新；
若报文中局部拓扑信息物理连接条目序号有缺漏，则表明报文有丢失，此次信息接收无效。
如图3所示，各交换机接收扩展的LLDP邻居信息后，获得第二级局部拓扑信息，整理到本地的局部网络拓扑如表3所示。
表3第二级网络拓扑探测结果
Figure BDA0002302290380000071
Figure BDA0002302290380000081
此时，三台交换机获取到的局部网络拓扑均有更新。由于交换机SW1的局部网络拓扑信息除直接探测外，完全来自于交换机SW2，且没有其他交换机可以扩散信息，因此交换机SW1向交换机SW2发送的局部拓扑信息不变(仅发送直接探测到的拓扑信息给SW2)。交换机SW3与SW1类似，向唯一可扩散信息的交换机SW2发送的局部拓扑信息也保持不变。交换机SW2收集到的邻居网络拓扑信息分别来自交换机SW1及SW3，需要将从SW1获取到的拓扑信息发送到SW3，将从SW3获取到的拓扑信息发送到SW1。因此，三台交换机保存在本地的局部网络拓扑更新后，通过扩展的LLDP协议向外发送的信息如表4所示。
表4交换机第二级探测后向邻居设备扩散的扩展LLDP信息
Figure BDA0002302290380000082
Figure BDA0002302290380000091
此表4中SW1(SW3)与表2中内容完全一致是因为：
1.与SW1(SW3)相连的支持LLDP协议的邻居只有SW2，因此只能向SW2扩散信息；
2.经过第二级探测，SW1(SW3)保存在本地的拓扑信息(见表3)，除去来源于SW2的，只有3条(2条)来源于直接探测，来源于SW2的拓扑信息不再返回给SW2，以减少通信报文数量，防止无限迭代。因此只向SW2发送与表2中内容一致的拓扑信息。
3.LLDP协议只能在相邻的设备中传输，SW1相关的拓扑信息是由SW2传输给SW3的，这就是表4中SW2发送给SW3的信息有变更的原因。
步骤4，各交换机通过解析接收到的扩展的LLDP协议报文，获得新的邻居交换机的拓扑信息。若新的邻居交换机的拓扑有更新，将该信息整理到本地并保存为新的局部拓扑。并将该拓扑通过扩展的LLDP协议向其它邻居扩散，进入下一级嗅探过程。
若所有邻居发送的拓扑信息均不再更新(邻居交换机发送的扩展LLDP报文总数Tolal Num以及报文描述内容均不再更新)，则说明全站网络拓扑均已探测完毕，接收信息的交换机内部保存了全站网络拓扑，并明确自身在全站网络拓扑中的位置。所有邻居拓扑信息均不再更新的判断依据是，所有邻居信息传递过来的拓扑信息保持三次及以上不再变更。
本实施例中，交换机SW1及SW3在接收交换机SW2发送的更新后的邻居信息后，获得第三级局部拓扑信息，整理到本地的局部网络拓扑如表5所示。
表5第三级网络拓扑探测结果
Figure BDA0002302290380000101
Figure BDA0002302290380000111
本实施例中，交换机SW2收到的所有邻居拓扑信息(来自交换机SW1及SW3)不再更新(如表2和表4所示)，因此表3中所示的交换机SW2获取到的拓扑即为全网网络拓扑；交换机SW1及SW3收到的邻居拓扑信息有所变更(见表2和表4)，因此交换及SW1及SW3将进入下一级网络拓扑嗅探过程。
在进入第四级嗅探的过程中，SW1与SW3收到的由SW2发送的邻居信息不再变更(与表3一致)，因此SW1与SW3的第四级网络拓扑探测结果与表5一致，此时可以判断，SW1与SW3本地保存的拓扑即为全网网络拓扑。
至此，实例中所有交换机均获得了整网拓扑，此时接入其中任意一台交换机，都能通过网络管理工具获取全网拓扑，并明确该交换机在网络中的位置。网络管理工具就是现有技术中一般意义上的网络管理工具，可以是WEB网页、SNMP客户端或其它能读取交换机信息的工具。
本发明通过对LLDP协议进行扩展，用一种逐级嗅探的方式，实现了智能变电站通信网络中，任意一台交换机均可动态探测全网拓扑的功能，解决了当前智能变电站缺乏动态网络拓扑探测方式的问题，为排查网络接线故障等问题提供了一种有效运维手段。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于LLDP协议的智能变电站网络拓扑逐级嗅探方法，其特征是，包括以下过程：
各交换机通过LLDP协议探测直接连接到自身的初级邻居信息，形成与自身直连的局部网络拓扑；
各交换机通过扩展LLDP协议向邻居交换机扩散局部网络拓扑，各交换机接收邻居交换机发送的局部网络拓扑，此过程称为嗅探过程；
若邻居交换机发送的局部网络拓扑有更新，则将该局部网络拓扑整理到自身的局部网络拓扑中形成新的局部网络拓扑，并重复上一步进行下一级嗅探过程，直到所有邻居交换机发送的局部网络拓扑不再更新，获得了全站网络拓扑；
所述扩展LLDP协议包括：
在LLDP报文的LLDPDU字段中，将Type为保留序号的TLV字段内容定义为一对相邻节点A、B的连接关系，具体包括但不限于：
Na Name：节点A的名称或其它网络唯一标志符；
Na Type：节点A的类型；
Na Link Port：节点A与节点B连接的端口号；
Nb Name：节点B的名称或其它网络唯一标志符；
Nb Type：节点B的类型；
Nb Link Port：节点B与节点A连接的端口号；
Tolal Num：本次给某一邻居发送的局部拓扑信息的物理连接总条目数；
Sequence Num：本次给某一邻居发送的局部拓扑信息的物理连接条目序号。
2.根据权利要求1所述的一种基于LLDP协议的智能变电站网络拓扑逐级嗅探方法，其特征是，物理连接条目序号从1开始递增。
3.根据权利要求1所述的一种基于LLDP协议的智能变电站网络拓扑逐级嗅探方法，其特征是，所述各交换机通过扩展LLDP协议向邻居交换机扩散局部网络拓扑时，扩散的局部网络拓扑信息中不包含由该邻居探测到的拓扑信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于LLDP协议的智能变电站网络拓扑逐级嗅探方法，其特征是，所述各交换机接收邻居交换机发送的局部网络拓扑时，根据扩展LLDP协议中的物理连接总条目数及条目序号，判断接收的信息是否完整。
5.根据权利要求4所述的一种基于LLDP协议的智能变电站网络拓扑逐级嗅探方法，其特征是，所述根据扩展LLDP协议中的物理连接总条目数及条目序号，判断接收的信息是否完整包括：
若物理连接条目序号逐次递增直到等于物理连接总条目数，则表明信息接收完整；
若物理连接条目序号有缺漏，则表明报文有丢失，此次信息接收无效。
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