CN114257594A - 对分布式***中对用户网络侧进行网络资源分配的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对分布式***中对用户网络侧进行网络资源分配的方法，包括：步骤一，在用户网络侧的多个单元环中，各单元环的节点通过拓扑获取方式得到与其相配合的网络拓扑信息；步骤二，在任意一个单元环中，各节点基于能否到达中心网络，进而通过优先级的方式选举确定各单元环的主节点、备节点、普通节点；步骤三，各单元环通过主节点向中心网络上报与其相配合的网络拓扑信息，并基于从中心网络分配接收的网络资源，对备结点和普通节点的网络资源进行分配。本发明提供一种对分布式***中对用户网络侧进行网络资源分配的方法，实现了用户网络IP业务自动配置，在应用过程中，用户网络中各节点无需手动配置，在***中实现业务的自动配置。

Description

对分布式***中对用户网络侧进行网络资源分配的方法

技术领域

本发明涉及一种网络通信领域。更具体地说，本发明涉及一种对分布式***中对用户网络侧进行网络资源分配的方法。

背景技术

分布式***网络(如图4)由中心网络侧，以及与中心网络侧连接的用户网络侧组成，而用户网络侧由多个子用户网络构成，每个子用户网络(也可称为单元环)中包含多个节点(每个节点均为一个交换机)，在一个单元环最多2台节点和中心网络的资源筹划***连接，且2台节点互为备份。各用户网络内部形成单元环，各用户网络与主中心和分中心的通信需求。如图1，整个***的组网较为复杂，网络中节点较多，需要给每台节点分配资源(如IP地址等)，但现有的单元环的网络拓扑获取方式以及资源分配方式，自动化程度不高，没有办法做到即插即用，不利于自动化管理网络资源信息，具体来说，包括以下缺点：

1、在分配IP地址过程中，容易产生混淆，可能导致两台或多台节点设置同一IP的情况；

2、产生IP冲突时较难排查。当采用手工分配IP地址后，对于网络中所产生的IP冲突，由于冲突源无法确定，因此不方便冲突排查；

3、当有新的节点接入网络时，就需要同时知道下一个待分配的IP地址以及网关信息，而且必须确保设置的IP不存在与其他节点之间的冲突；

4、已有的IP自动分配方法不能感知节点接入和离开，从而自动计算网络拓扑。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种对分布式***中对用户网络侧进行网络资源分配的方法，包括：

步骤一，在用户网络侧的多个单元环中，各单元环的节点通过拓扑获取方式得到与其相配合的网络拓扑信息；

步骤二，在任意一个单元环中，各节点基于能否到达中心网络，进而通过优先级的方式选举确定各单元环的主节点、备节点、普通节点；

步骤三，各单元环通过主节点向中心网络上报与其相配合的网络拓扑信息，并基于从中心网络分配接收的网络资源，对备结点和普通节点的网络资源进行分配。

优选的是，还包括：

步骤四，各单元环的节点在发现主节点离线后，立即发起对主节点的重新选举，并在选举后通过新的主节点向中心网络上报网络拓扑信息变化情况；

中心网络根据当前的资源冲突情况与否，决定是否向新的主节点下发新的单元环网络资源。

优选的是，在步骤一中，所述拓扑获取方式被配置为包括：

S10，单元环内的各节点周期性向其他节点发送监控帧，或者在节点左侧、右侧的物理连接状态发生变化时主动发送1次监控帧；

S11，各节点上均设置有相应的MAC地址列表，所述MAC地址列表基于接收到监控帧里的源MAC地址而建立；

S12，各节点对后通过超时老化的判定算法，对MAC地址列表进行更新；

S13，各节点通过描述其它节点从逆时针和顺时针两个方向到本节点的跳数，来描述该节点在单元环中的位置，从而得到单元环内各节点的网络拓扑信息。

优选的是，在步骤二中，各节点能否到达中心网络的判断方式被配置为包括：

S20，各节点分别向中心网络发送对应的Hello报文；

S21，各节点基于是否能收到中心网络的反馈报文，以判断节点能否到达中心网络。

优选的是，在步骤二中，所述优先级选举方式被配置为包括：

S22，在单元环内，如果只有这一个节点能到达中心网络，则直接选举其为主节点，否则进入S23；

S23，在单元环内，将能到达中心网络的节点均选举为候选节点，其它不能到达的节点选举为普通节点；

S24,在所有的候选节点中，基于各节点自身的优先级进行判定，以选择优先级高的做为主节点，若各候选节点的优先级相同，则对各候选节点的MAC地址者比较，选举MAC地址更大者做为主节点。

优选的是，在步骤二中，在选举了主节点又有新节点加入的情况下，判断主节点后端网络是否依然可达，如是则主节点不变，否则重新进行主节点的选举操作。

优选的是，在步骤三中，主节点周期性的向中心网络发送Hello报文，如果中心网络在一个周期内未收到主节点发送的Hello报文，或主节点在一个周期内未收到中心网络回应，则认为主节点与中心网络失联。

优选的是，在步骤三中，主节点在接收到各个子节点的资源分配请求以后，基于主节点上运行的资源管理算法对备结点和普通节点进行资源分配。

优选的是，所述资源管理算法包括：

S30，以主节点为中心分别从左右侧计算到备节点距离，可达则记录跳数，不可达则将跳数设置为0；

S31，计算右侧和左侧分界点，如果跳数为0则判定该方向不可达，跳数为1则判定邻居为备节点，否则将跳数设置为-1/2；

S32，主节点采用先右侧、后左侧的方式检查和分配资源，在检测过程中，若主节点到节点的跳数为0，则停止此方向检查和分配，若到节点的跳数为1，则进一步判定该节点是否分配过备节点资源，如没有则分配备节点资源；若到节点的跳数大于1，则认定此方向负载分担到主的节点，剩余为负载分担到备的节点，同时分配网络IP资源。

优选的是，在S32中，主节点建立一个网络资源分配的记录链表，所述记录链表以各节点的MAC地址作为键值，将中心网络接收到的总地址分为多个与节点对应的子地址池，且设置各子地址池为未分配状态；

主节点在对其他节点进行分配网络IP资源时，在分配历史记录中通过键值查找判断各节点是否进行过资源分配，如果分配过则直接使用该节点的配置，并将相应子地址池设置为已分配，处理下一个节点。

本发明至少包括以下有益效果：本发明鉴于现有分布式***网络IP地址手工配置的的问题和自动配置缺陷，通过自定义算法计算用户网络拓扑，即以主节点本身为中心的拓扑树，能够感知新结点接入和离开，并基于此拓扑上报中心网络请求资源，再由主节点将资源分配到其他节点，实现了IP业务的自动配置，进而使得在应用过程中，用户网络中各节点无需手动配置，在***中实现业务自动配置，支持设备即插即用。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明在一个单元环中，以节点1为例通过节点2发送监测帧的示意图；

图2为本发明拓扑获取状态机的工作流程示意图；

图3为单元环中其中一个节点的拓扑信息示意图；

图4为分布式***网络的***组成框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

鉴于以上分布式***网络IP地址手工配置的的问题和自动配置缺陷，本发明实现了用户网络IP业务自动配置，用户网络中各节点无需手动配置，在***中实现业务自动配置，支持设备即插即用，主要由自动计算网络拓扑、感知节点接入和离开、资源管理实现：

1、拓扑计算

感知节点资源连接情况计算出网络拓扑，依据网络状态选举出主/备节点，由主节点与资源筹划***上报网络拓扑与资源，并接收资源筹划***分配的网络资源，主节点再将分配的网络资源分配给备结点和普通节点。

2、节点接入和离开

各节点发现主节点离线会立即发起主节点重新选举，选举出主节点后，新的主节点会上报拓扑变化，由资源筹划***根据资源冲突情况与否决定是否重新下发单元环网络资源。

3、资源管理算法

资源管理算法由主节点运行，在接收到各个子节点请求以后根据该算法进行分配。

具体来说，本发明主要包括：

1、拓扑获取

单元环内节点周期性(2S)向其他节点发送监控帧，或者节点左侧、右侧的物理连接状态发生变化则主动发送1次监控帧，以从监控帧中可以获取到如下信息：

1)节点MAC地址；

2)从节点的左侧或右侧经过几跳到达；

3)节点从左侧、右侧所接收到的错误及正确帧统计；

4)节点左侧、右侧的物理连接状态。

节点中保存一份MAC地址表，该地址表根据收到的监控帧里的源MAC地址而建立。如上图，内网所有节点连接成一个环，如图1中的节点1为例，节点1会接收到节点2发送的2包监控帧(从左侧经过5跳和从右侧经过1跳，对该类报文不做去重操作)。节点1从监控帧中解析出源MAC地址(即节点B的MAC地址)作为一个新的表项加入到本地MAC地址列表中。本发明设计了一个如图2的拓扑获取状态机，对于接收到的2份监控帧，需要进行超时老化，老化时间为4S，接收到监控帧后开启老化，即在4S内没有再次获得，这个地址将被从MAC地址列表中删除。在老化时间到前收到本机距离更小同一节点发送的监控帧则(从另一侧发送过来的)需要进行替换并重新开始老化，如果比现有的距离大则无需替换。老化时间到后且另一个方向距离较大值未老化则替换为该距离值，如果没有另一个方向距离值则说明该节点已失联则删除。

节点1通过描述其它节点从逆时针和顺时针两个方向到节点1的跳数来描述该节点在环网中的位置，从而知道节点的拓扑连接关系。下图中的节点信息描述单元环内所有节点相对于节点1的位置信息。最终所有节点会计算出一份以自己为中心拓扑信息，以节点1为例，其网络拓扑信息如图3所示。

2、主/备节点选举

在用户网络中存在多个网络，每个网络需要选举出主/备节点，备节点与普通节点的资源由主节点分配。主/备节点选举算法基于拓扑发现得出的邻居结点，主节点选举算法如下：

在节点启动后先与资源筹划***交互，获取网络可达性，不可达选择自己作为普通节点，选举结束；

否则，节点读取拓扑信息，如果为空，则选择自己作为主节点，选举结束；

否则，判断各其他节点优先级高于自己，选择自己作为备节点，选举结束；

否则，选择自己作为主节点，选举结束；

如果剩余节点没有节点后端可达则没有备节点；如果剩余节点只有一个后端可达则作为备节点；如果剩余节点有两个及以上后端可达，则通过优先级选举出备节点。

选举算法中会使用优先级比较，优先级比较算法如下：

先判与资源筹划***可达性，网络可达则优先级高；

再判断优先级，优先级数值大者优先级高；

优先级相同则使用节点ID进行比较(节点ID取单元环节点的MAC地址)，节点ID更大者优先级更高。

因此如果已经选举出了主节点，在新加入节点后，如果原主节点后端网络依然可达，则主节点不变。否则会重新进行主节点选举。

3、网络资源获取

主节点选举完成后，由主节点向中心网络上报以主节点为中心的网络拓扑信息(具体信息见表1)，中心网络经过综合计算得出网络资源分配，并通过资源筹划***将网络资源分配到主节点。

表1

连接中心网络的主节点每隔1s主动向中心网络发送Hello报文，中心网络收到后进行回应。中心网络连续3s未收到Hello报文，则认为与中心网络失联；主节点连续3s未收到中心网络回应，则认为与中心网络失联(其通信过程中Hello报文如表2)。中心网络与主节点建立邻居关系后，主动发起查询，查询内网当前使用的资源。主节点收到查询后应答当前拓扑及节点资源。中心网络将资源筹划***分配的资源下发到用户网络。

表2

4、网络资源分配

主节点从中心网络获取到网络资源后向根据网络资源中的节点MAC向各节点分配IP地址池资源。每个新接入的节点都需要分配一些网络资源，比如IP地址等。这些网络资源由主节点来进行维护分配，主节点维护网络资源池，当有新接入节点需求时，从网络资源池中分配资源并传递到新接入节点，如果网络资源池无法分配资源则根据重新获取的网络资源进行网络资源分配；有节点从单元环域中离开时，再将资源回收到网络资源池中。

主节点将按照基础单元(暂定16个)将从中心网络接收到的总地址池(接收到配置时)分为多个子地址池，每个子地址池对应一个节点，且各节点子地址池的初始化时都未被分配。根据节点与主、备节点的距离遍历每个节点：

1)根据已保存的资源配置设置本节点的资源。

2)以主节点为中心分别从左右侧计算到备节点距离。可达则记录跳数，不可达则为0。

3)计算右侧和左侧分界点。左/右侧分界点为：跳数＝0说明该方向不可达；跳数＝1则说明邻居为备节点；跳数>1则跳数-1/2。

4)先从右侧开始检查和分配资源，再从左侧开始检查和分配资源。

获取节点已分配的网络资源，根据节点ID到已分配节点网络资源中进行对比。与环网资源进行对比如果没有冲突则将其保存到节点资源配置中。否则重新选择未分配的分配给节点。

跳数＝0则停止此方向检查和分配；

跳数＝1，如果没有分配过备节点资源，则分配备节点资源；

跳数>1，则跳数-1/2，商+余＝此方向负载分担到主的节点(路由策略)；剩余为负载分担到备的节点。并分配网络IP资源。

建立一个网络资源分配记录链表，以节点MAC作为键值。建立子地址池链表并设置为未分配。以节点MAC作为键值，在分配历史记录中通过键值查找是否曾经分配过，如果找到则使用该节点配置，并将相应子地址池设置为已分配，处理下一个节点。

以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种对分布式***中对用户网络侧进行网络资源分配的方法，其特征在于，包括：

步骤一，在用户网络侧的多个单元环中，各单元环的节点通过拓扑获取方式得到与其相配合的网络拓扑信息；

步骤二，在任意一个单元环中，各节点基于能否到达中心网络，进而通过优先级的方式选举确定各单元环的主节点、备节点、普通节点；

步骤三，各单元环通过主节点向中心网络上报与其相配合的网络拓扑信息，并基于从中心网络分配接收的网络资源，对备结点和普通节点的网络资源进行分配。

2.如权利要求1所述的对分布式***中对用户网络侧进行网络资源分配的方法，其特征在于，还包括：

步骤四，各单元环的节点在发现主节点离线后，立即发起对主节点的重新选举，并在选举后通过新的主节点向中心网络上报网络拓扑信息变化情况；

中心网络根据当前的资源冲突情况与否，决定是否向新的主节点下发新的单元环网络资源。

3.如权利要求1所述的对分布式***中用户网络进行网络资源分配的式，其特征在于，在步骤一中，所述拓扑获取方式被配置为包括：

S10，单元环内的各节点周期性向其他节点发送监控帧，或者在节点左侧、右侧的物理连接状态发生变化时主动发送1次监控帧；

S11，各节点上均设置有相应的MAC地址列表，所述MAC地址列表基于接收到监控帧里的源MAC地址而建立；

S12，各节点对后通过超时老化的判定算法，对MAC地址列表进行更新；

S13，各节点通过描述其它节点从逆时针和顺时针两个方向到本节点的跳数，来描述该节点在单元环中的位置，从而得到单元环内各节点的网络拓扑信息。

4.如权利要求1所述的对分布式***中对用户网络侧进行网络资源分配的方法，其特征在于，在步骤二中，各节点能否到达中心网络的判断方式被配置为包括：

S20，各节点分别向中心网络发送对应的Hello报文；

S21，各节点基于是否能收到中心网络的反馈报文，以判断节点能否到达中心网络。

5.如权利要求1所述的对分布式***中对用户网络侧进行网络资源分配的方法，其特征在于，在步骤二中，所述优先级选举方式被配置为包括：

S22，在单元环内，如果只有这一个节点能到达中心网络，则直接选举其为主节点，否则进入S23；

S23，在单元环内，将能到达中心网络的节点均选举为候选节点，其它不能到达的节点选举为普通节点；

S24,在所有的候选节点中，基于各节点自身的优先级进行判定，以选择优先级高的做为主节点，若各候选节点的优先级相同，则对各候选节点的MAC地址者比较，选举MAC地址更大者做为主节点。

6.如权利要求1所述的对分布式***中对用户网络侧进行网络资源分配的方法，其特征在于，在步骤二中，在选举了主节点又有新节点加入的情况下，判断主节点后端网络是否依然可达，如是则主节点不变，否则重新进行主节点的选举操作。

7.如权利要求5所述的对分布式***中对用户网络侧进行网络资源分配的方法，其特征在于，在步骤三中，主节点周期性的向中心网络发送Hello报文，如果中心网络在一个周期内未收到主节点发送的Hello报文，或主节点在一个周期内未收到中心网络回应，则认为主节点与中心网络失联。

8.如权利要求1所述的对分布式***中对用户网络侧进行网络资源分配的方法，其特征在于，在步骤三中，主节点在接收到各个子节点的资源分配请求以后，基于主节点上运行的资源管理算法对备结点和普通节点进行资源分配。

9.如权利要求8所述的对分布式***中对用户网络侧进行网络资源分配的方法，其特征在于，所述资源管理算法包括：

S30，以主节点为中心分别从左右侧计算到备节点距离，可达则记录跳数，不可达则将跳数设置为0；

S31，计算右侧和左侧分界点，如果跳数为0则判定该方向不可达，跳数为1则判定邻居为备节点，否则将跳数设置为-1/2；

S32，主节点采用先右侧、后左侧的方式检查和分配资源，在检测过程中，若主节点到节点的跳数为0，则停止此方向检查和分配，若到节点的跳数为1，则进一步判定该节点是否分配过备节点资源，如没有则分配备节点资源；若到节点的跳数大于1，则认定此方向负载分担到主的节点，剩余为负载分担到备的节点，同时分配网络IP资源。

10.如权利要求8所述的对分布式***中对用户网络侧进行网络资源分配的方法，其特征在于，在S32中，主节点建立一个网络资源分配的记录链表，所述记录链表以各节点的MAC地址作为键值，将中心网络接收到的总地址分为多个与节点对应的子地址池，且设置各子地址池为未分配状态；

主节点在对其他节点进行分配网络IP资源时，在分配历史记录中通过键值查找判断各节点是否进行过资源分配，如果分配过则直接使用该节点的配置，并将相应子地址池设置为已分配，处理下一个节点。

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