CN115632979B - 一种通信数据转发方法、***及存储介质 - Google Patents

一种通信数据转发方法、***及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通信数据转发方法、***及存储介质，应用于不同设备之间进行单播和组播的通信数据转发，方法包括：根据目的设备配置通信协议的自定义链路帧；所述自定义链路帧基于标准的网络层pim组播流协议进行自定义改动，所述源设备与目的设备之间通过交换设备通信连接；通过交换设备按照自定义链路帧从源设备向目的设备转发通信数据；所述源设备、目的设备及交换设备均配置有设备标识。本发明提供的通信数据转发方法解决了现有的通信领域一直沿用他人通信协议的情况；由于协议定制化，不法人员无法解析识别，从而提高了网络的安全可靠性；本发明通过自定义的通信协议与标准通信协议相结合，实现组播流的数据转发。

Description

一种通信数据转发方法、***及存储介质
技术领域
本发明属于网络通信技术领域，具体涉及一种通信数据转发方法、***及存储介质。
背景技术
目前的网络通信采用的是标准TCP/IP传输协议，即传输控制/网络协议，也叫做网络通讯协议。它是在网络的使用中的最基本的通信协议，TCP/IP传输协议对互联网中各部分进行通信的标准和方法进行了规定，并且，TCP/IP传输协议是保证网络数据信息及时、完整传输的两个重要的协议。TCP/IP传输协议严格来说是一个四层的体系结构，应用层、传输层、网络层和数据链路层都包含在其中。
TCP/IP协议是Internet最基本的协议，其中应用层的主要协议有Telnet、FTP、SMTP等，是用来接收来自传输层的数据或者按不同应用要求与方式将数据传输至传输层；传输层的主要协议有UDP、TCP，是使用者使用平台和计算机信息网内部数据结合的通道，可以实现数据传输与数据共享；网络层的主要协议有ICMP、IP、IGMP、RIP、PIM，主要负责网络中数据包的传送等；而网络访问层，也叫网络接口层或数据链路层，主要协议有ARP、RARP，主要功能是提供链路管理错误检测、对不同通信媒介有关信息细节问题进行有效处理等。
现有的标准TCP/IP传输协议标准过于通用，其存在安全隐患，易被定制该协议的人解析。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的通信数据转发方法、***及存储介质解决了现有的基于标准TCP/IP传输协议进行数据转发时存在安全隐患的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种通信数据转发方法，应用于不同设备之间进行单播和组播的通信数据转发，所述方法包括：
根据目的设备配置通信协议的自定义链路帧；所述自定义链路帧基于标准的网络层pim组播流协议进行自定义改动，所述目的设备与源设备之间通过交换设备通信连接；通过交换设备按照自定义链路帧从源设备向目的设备转发通信数据；所述源设备、目的设备及交换设备均配置有设备标识。
本发明的有益效果为：
（1）本发明提供的通信数据转发方法解决了现有的通信领域一直沿用他人通信协议的情况。
（2）本发明提供的转发方法在通信过程中由于协议定制化，不法人员无法解析识别，从而提高了网络的安全可靠性。
（3）本发明定制了一套自定义链路帧的组播流转发方法，通过自定义的通信协议与标准通信协议相结合，实现组播流的数据转发。
进一步地，所述自定义链路帧的依次包括起始位、帧长、帧长crc、帧类型、目的mac、源mac、目的设备标识、设备标识、数据以及数据crc；
其中，所述目的设备标识为目的设备所连接的交换设备的设备号和目的端口的端口号；所述设备标识为源设备所连接的交换设备的设备号和源端口端口号。
上述进一步方案的有益效果为：通过自定义链路帧头内容来支持数据转发。
进一步地，当不同设备之间进行单播的通信数据转发时，通信数据转发方法为：
根据源设备和目的设备配置自定义链路帧，并在交换设备进行全网端口扩散时，将目的mac和目标设备标识统一，进而使交换设备根据自定义链路帧进行通信数据转发；
其中，配置自定义链路帧中的目的mac为目的设备的mac地址，目的设备标签为目的设备的设备号和端口号。
上述进一步方案的有益效果为：上述方案可以满足自定义链路帧的单播和广播的数据的转发。
进一步地，当不同设备之间进行组播的通信数据转发时，通信数据转发方法为：
S1、配置网络中各设备的pim hello包，当其收敛后，生成各设备的邻居映射表；
S2、根据邻居映射表，配置网络中各交换设备的请求转发表；
S3、当源设备接收到组播请求时，根据配置的请求转发表向各交换设备发送转发请求信息，并基于回复的转发响应信息生成转发配置表发送至对应的交换设备；
S4、将组播数据填写至源设备的自定义链路帧，并根据转发配置表通过交换设备将其逐级转发至对应目的设备，实现通信数据转发。
上述进一步方案的有益效果为：上述方案可以满足自定义链路帧的组播数据的转发。
进一步地，所述S1中，配置pim hello包的链路帧类型为0xA1，pim hello报文链路帧源地址为设备的mac地址，目的站地址为广播地址0xffff；
每个设备的邻居映射表包括该设备的邻居设备的ip地址、mac地址、以及设备标签；
所述S2中的请求转发表中的内容为交换设备到网络中其他各交换设备的路径，所述路径用交换设备到与其存在连接关系的交换设备的设备号及其端口号表示。
上述进一步方案的有益效果为：通过新增邻居映射表的方式，转发组播流前获取组播组成员的交换标签，从而去查询组播源到组播组成员的最短路径。
进一步地，所述S3中，生成转发配置表中的方法为：
S3-1、确定源设备进行组播时的目的设备；
S3-2、根据各交换设备的请求转发表确定源设备到各目的设备的最短路径；
S3-3、根据最短路径，对各交换设备的各端口进行开断配置，进而生成转发配置表。
上述进一步方案的有益效果为：通过转发配置表对交换设备的配置，从而是实现组播流再各个交换设备之前进行转发，最终将组播流发送给组播组里的各个成员。
进一步地，所述S3中，当源设备收到剪枝/嫁接请求时，
重新根据剪枝/嫁接的设备的设备标签，生成新的转发配置表，对各交换设备的各端口重新配置；
其中，剪枝/嫁接报文的链路帧类型为0xA2，剪枝/嫁接报文链路帧源地址为设备的mac地址，目的站地址为组播源的mac地址，并采用单播的形式发送。
上述进一步方案的有益效果为：将剪枝报文的单播发送给组播源设备，告知组播源该组播组成员不在希望继续接收该组播流，组播源设备以后的组播流将不会继续的发送给该组播组成员；将嫁接报文的单播发送给组播源设备，告知组播源该组播组成员希望重新继续接收该组播流，组播源设备以后的组播流将重新继续的发送给该组播组成员。
进一步地，所述S4中，当根据转发配置表进行组播数据转发时，对各交换设备各端口的开断进行实时监测与配置，当交换设备的端口完成所有组播数据转发后，配置该端口关断。
上述进一步方案的有益效果为：通过转发配置表对交换设备的进行端口开关配置，从而决定组播源设备对组播组成员里的设备的发送还是不发送组播流管控。
一种通信数据转发***，包括：
链路帧配置模块：用于根据数据转发需求配置自定义链路帧，其中数据转发需求包括单播和组播；
交换设备：用于根据配置的自定义链路帧将通信数据转发至目的设备；
当进行单播时，根据自定义链路帧将通信数据转发至目的设备；当进行组播时，根据网络中各交换设备的转发配置表，按照自定义链路帧进行组播数据的转发。
本发明的有益效果为：本发明基于通信数据转发方法提供了对应的***结构，使得用户能够根据该***实现网络通信中单播及组播的数据转发。
一种计算机存储介质，所述计算机存储介质，执行所述计算机程序时，实现通信数据转发方法。
本发明的有益效果为：本发明为实现通信数据转发的计算机程序提供了对应的计算机可读存储介质，方便用户直接使用该存储介质实现通信数据转发。
附图说明
图1为本发明提供的通信数据转发方法流程图。
图2为本发明提供交换设备的设备标识示意图。
图3为本发明提供的设备单播示意图。
图4为本发明提供的设备组播示意图。
图5为本发明提供的设备组播时通信数据转发示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1：
本发明实施例提供了一种通信数据转发方法，应用于不同设备之间进行单播和组播的通信数据转发，如图1所示，通信数据转发方法包括：
根据目的设备配置通信协议的自定义链路帧；所述自定义链路帧基于标准的网络层pim组播流协议进行自定义改动，所述目的设备与源设备之间通过交换设备通信连接；通过交换设备按照自定义链路帧从源设备向目的设备转发通信数据；所述源设备、目的设备及交换设备均配置有设备标识。
在本发明实施例中，本发明通过一种自定义的通信协议，在普通设备上运行并通过自定义的交换设备进行数据转发，与其他普通设备进行通信，实现通信安全。
在本发明实施例中，如表1所示，本发明中的自定义链路帧依次包括起始位、帧长、帧长crc、帧类型、目的mac、源mac、目的设备标识、设备标识、数据以及数据crc；
表1：自定义链路帧格式
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，起始位为标注帧的起始，帧长为帧长度，帧长为针对帧长进行crc校验，帧类型为帧的类型，目的mac为帧目的mac地址，源mac为帧的源mac，目的标识为目的设备所连接的交换设备的设备号和目的端口的端口号，即1字节设备号+1字节端口号，设备标识为源设备所连接的交换设备的设备号和源端口端口号，数据为封装在链路帧头里的净荷，数据crc为数据crc校验。
在本发明实施例中，如图2所示，对于设备的设备标识说明如下：
在图2中，设备1-6都连接在交换设备1下，所以设备标识的第一个字节为0x01，设备标识第二个字节为设备交换所对应的端口号，如设备1挂载在交换设备1的8端口，它的设备标识为0x0108。设备3和设备4都挂载在端口5下，它们的设备标签相同，但设备3和设备4的mac地址不同，所以挂载在交换设备端口5下的设备会根据mac地址不同来收取各自的数据。
实施例2：
本实施例是在实施例1的基础上的进一步扩展，提供了实施例1中进行单播的通信数据转发方法，具体为：
根据源设备和目的设备配置自定义链路帧，并在交换设备进行全网端口扩散时，将目的mac和目标设备标识统一，进而使交换设备根据自定义链路帧进行通信数据转发；其中，配置自定义链路帧中的目的mac为目的设备的mac地址，目的设备标签为目的设备的设备号和端口号。
具体地，如图3所示，当设备与其他设备一对一进行单播通信发送业务时，自定义链路帧类型为可以通过指定目的设备的mac地址，以及目的设备的设备号和端口号，使得交换设备以此进行通信数据转发。在广播时，目的mac填写0xffff，交换设备进行全网端口扩散，此时目的设备标识也填充成0xffff。
实施例3：
本实施例是在实施例1的基础上的进一步扩展，当设备收到组播流的时候，单通过目的设备标识交换设备不能识别组播流数据具体需要转发给哪些设备，因此本实施例根据实施例1中的自定义链路帧提供了实现组播通信数据转发方法，如图4所示，具体为：
S1、配置网络中各设备的pim hello包，当其收敛后，生成各设备的邻居映射表；
S2、根据邻居映射表，配置网络中各交换设备的请求转发表；
S3、当源设备接收到组播请求时，根据配置的请求转发表向各交换设备发送转发请求信息，并基于回复的转发响应信息生成转发配置表发送至对应的交换设备；
S4、将组播数据填写至源设备的自定义链路帧，并根据转发配置表通过交换设备将其逐级转发至对应目的设备，实现通信数据转发。
在本实施例的步骤S1中，配置pim hello包的链路帧类型为0xA1，pim hello报文链路帧源地址为设备的mac地址，目的站地址为广播地址0xffff；每个设备的邻居映射表包括该设备的邻居设备的ip地址、mac地址、以及设备标签，且交换设备会提前分配给与其连接的设备的组播地址网段和组播流标签。本实施例中，通过标签映射表可以获得邻居的设备标签，知晓邻居设备所在的交换设备ID和端口，向网络中各交换设备发起请求，查询各交换设备到达该邻居设备的下一跳的交换设备，和走各个设备的哪个端口到达下一跳交换设备。本实施例的步骤S2中的请求转发表中的内容为交换设备到网络中其他各交换设备的路径，所述路径用交换设备到与其存在连接关系的交换设备的设备标识及其端口标识表示。通过请求转发表可以得到一个交换设备到网络中每个交换设备的下一跳走那个该交换设备的端口。
本实施例的步骤S3中，生成转发配置表中的方法为：
S3-1、确定源设备进行组播时的目的设备；
S3-2、根据各交换设备的请求转发表确定源设备到各目的设备的最短路径；
S3-3、根据最短路径，对各交换设备的各端口进行开断配置，进而生成转发配置表。
本实施例的步骤S3中，当源设备收到剪枝/嫁接请求时，
重新根据剪枝/嫁接的设备的设备标签，生成新的转发配置表，对各交换设备的各端口重新配置；
其中，剪枝/嫁接报文的链路帧类型为0xA2，剪枝/嫁接报文链路帧源地址为设备的mac地址，目的站地址为组播源的mac地址，并采用单播的形式发送。
本实施例的步骤S4中，将组播数据填写至源设备的自定义链路帧时，目的mac填组播流标签，目的设备标识填组播流标签，基于此，组播数据就可以能够通过交换设备一级一级的转发到各个接收组播数据的目的设备上。
本实施例的当根据转发配置表进行组播数据转发时，对各交换设备各端口的开断进行实时监测与配置，当交换设备的端口完成所有组播数据转发后，配置该端口关断。
实施例4：
本实施例基于实施例3中的组播通信数据转发方法具体实例：
网络中各设备与交换设备的连接关系如图5所示，根据图中交换设备的连接关系，各交换设备配置的请求转发表如表2-8所示；
表2：交换设备1的请求转发表
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表3：交换设备2的请求转发表
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表4：交换设备3的请求转发表
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表5：交换设备5的请求转发表
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表6：交换设备5的请求转发表
Figure DEST_PATH_IMAGE006
表7：交换设备6的请求转发表
Figure DEST_PATH_IMAGE007
表8：交换设备7的请求转发表
Figure DEST_PATH_IMAGE008
假设在场景1中与交换设备1的7号端口连接的设备1要发组播数据，组播流标识为F101（每个组播流对应唯一标识）给交换设备65号端口下的设备2，交换设备7下3号端口下的设备3，交换设备4下4号端口的设备4发数据。
设备1要到达设备2通过转发表得到的路线应该是1—7port—>5—3port—>6-5port；
设备1要到达设备3通过转发表得到的路线应该是1—3port—>3—5port—>7-3port；
设备1要到达设备4通过转发表得到的路线应该是1—3port—>3—5port—>4-4port。
所以在生成转发配置表时，对于交换设备1配置3号端口和7号端口，对于交换设备3配置5号端口，对于交换设备4配置4号端口，对于交换设备5配置3号端口，对于交换设备6配置5号端口，对于交换设备7配置3号端口，由于交换设备2在进行组播流转发时并没有用到，不对其进行配置，由此得到的各交换设备的转发配置表如表9-14所示（其中1代表开启端口转发，0代表关断端口转发）；
表9：交换设备1的转发配置表
Figure DEST_PATH_IMAGE009
表10：交换设备3的转发配置表
流标识 端口1 端口2 端口3 端口4 端口5 端口6 端口7 端口8
F101 0 0 1 0 0 0 0 0
表11：交换设备4的转发配置表
Figure DEST_PATH_IMAGE010
表12：交换设备5的转发配置表
Figure DEST_PATH_IMAGE011
表13：交换设备6的转发配置表
Figure DEST_PATH_IMAGE012
表14：交换设备7的转发配置表
Figure DEST_PATH_IMAGE013
在具体功能实现时，需要本地维护一张转发配置表，对一个交换设备进行配置时可以整合到一起一次性发送给交换设备，也可以分次发送给交换设备，但分次的前提是不能刷新掉之前对于交换设备的配置，即分次配置变成一个递增的过程。
在上述端口配置过程中，当涉及到跨多个交换设备时，当设备3发出剪枝时，正常来讲，需要将原来向通往设备3的各交换设备转发端口删除，也就是把交换设备1的3端口，交换设备3的5端口，交换设备7的3端口在流标识F101配置中置0，但由于设备4也会用到交换设备1的3端口和交换设备3的5端口，设备4仍继续希望收组播流，如果将交换设备1的3端口，交换设备3的5端口重置，组播流就不会继续转给设备4，所以这就要求本地不仅需要维护各交换设备的配置表以外，还要对每个交换设备的表的端口也要有个累加计数的过程，用到该端口的次数做个累加计数，直到计数为0时才会真的将端口置0。
实施例5：
本实施例是实施例1~4中的通信数据转发方法对应的通信数据转发***，包括：
链路帧配置模块：用于根据数据转发需求配置自定义链路帧，其中数据转发需求包括单播和组播；
交换设备：用于根据配置的自定义链路帧将通信数据转发至目的设备；
当进行单播时，根据自定义链路帧将通信数据转发至目的设备；当进行组播时，根据网络中各交换设备的转发配置表，按照自定义链路帧进行组播数据的转发。
本发明实施例中的自定义链路帧的格式为：
表15：自定义链路帧格式
Figure DEST_PATH_IMAGE015
其中，起始位为标注帧的起始，帧长为帧长度，帧长为针对帧长进行crc校验，帧类型为帧的类型，目的mac为帧目的mac地址，源mac为帧的源mac，目的标识为目的设备所连接的交换设备的设备号和目的端口的端口号，即1字节设备号+1字节端口号，设备标识为源设备所连接的交换设备的设备号和源端口端口号，数据为封装在链路帧头里的净荷，数据crc为数据crc校验。
本发明实施例的源设备、目的设备及交换设备均配置有设备标识。
本发明实施例中，当进行单播时，其数据转发方法为：根据源设备和目的设备配置自定义链路帧，并在交换设备进行全网端口扩散时，将目的mac和目标设备标识统一，进而使交换设备根据自定义链路帧进行通信数据转发；其中，配置的自定义链路帧的帧类型为目的设备的mac地址，以及目的设备的设备号和端口号；其具体实现方法参见实施例2。
本发明实施例中，当进行组播时，其数据转发方法为：S1、配置网络中各设备的pimhello包，当其收敛后，生成各设备的邻居映射表； S2、根据邻居映射表，配置网络中各交换设备的请求转发表；S3、当源设备接收到组播请求时，根据配置的请求转发表向各交换设备发送转发请求信息，并基于回复的转发响应信息生成转发配置表发送至对应的交换设备；S4、将组播数据填写至源设备的自定义链路帧，并根据转发配置表通过交换设备将其逐级转发至对应目的设备，实现通信数据转发；其具体实现过程参见实施例3。
实施例6：
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，执行计算机程序时实现实施例1-4中通信数据转发方法的步骤。本发明实施例中，计算机可读存储介质包括但不限于U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM, Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM, Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明的技术特征的数量。因此，限定由“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。

Claims (7)

1.一种通信数据转发方法，其特征在于，应用于不同设备之间进行单播和组播的通信数据转发，所述方法包括：
根据目的设备配置通信协议的自定义链路帧；所述自定义链路帧基于标准的网络层pim组播流协议进行自定义改动，所述目的设备与源设备之间通过交换设备通信连接；
通过交换设备按照自定义链路帧从源设备向目的设备转发通信数据；所述源设备、目的设备及交换设备均配置有设备标识；
所述自定义链路帧的依次包括起始位、帧长、帧长crc、帧类型、目的mac、源mac、目的设备标识、设备标识、数据以及数据crc；
其中，所述目的设备标识为目的设备所连接的交换设备的设备号和目的端口的端口号；所述设备标识为源设备所连接的交换设备的设备号和源端口端口号；
当不同设备之间进行单播的通信数据转发时，通信数据转发方法为：
根据源设备和目的设备配置自定义链路帧，并在交换设备进行全网端口扩散时，将目的mac和目标设备标识统一，进而使交换设备根据自定义链路帧进行通信数据转发；
其中，配置自定义链路帧中的目的mac为目的设备的mac地址，目的设备标签为目的设备的设备号和端口号；
当不同设备之间进行组播的通信数据转发时，通信数据转发方法为：
S1、配置网络中各设备的pim hello包，当其收敛后，生成各设备的邻居映射表；
S2、根据邻居映射表，配置网络中各交换设备的请求转发表；
S3、当源设备接收到组播请求时，根据配置的请求转发表向各交换设备发送转发请求信息，并基于回复的转发响应信息生成转发配置表发送至对应的交换设备；
S4、将组播数据填写至源设备的自定义链路帧，并根据转发配置表通过交换设备将其逐级转发至对应目的设备，实现通信数据转发。
2.根据权利要求1所述的通信数据转发方法，其特征在于，所述S1中，配置pim hello包的链路帧类型为0xA1，pim hello报文链路帧源地址为设备的mac地址，目的站地址为广播地址0xffff；
每个设备的邻居映射表包括该设备的邻居设备的ip地址、mac地址、以及设备标签；
所述S2中的请求转发表中的内容为交换设备到网络中其他各交换设备的路径，所述路径用交换设备到与其存在连接关系的交换设备的设备号及其端口号表示。
3.根据权利要求1所述的通信数据转发方法，其特征在于，所述S3中，生成转发配置表中的方法为：
S3-1、确定源设备进行组播时的目的设备；
S3-2、根据各交换设备的请求转发表确定源设备到各目的设备的最短路径；
S3-3、根据最短路径，对各交换设备的各端口进行开断配置，进而生成转发配置表。
4.根据权利要求1所述的通信数据转发方法，其特征在于，所述S3中，当源设备收到剪枝/嫁接请求时，重新根据剪枝/嫁接的设备的设备标签，生成新的转发配置表，对各交换设备的各端口重新配置；
其中，剪枝/嫁接报文的链路帧类型为0xA2，剪枝/嫁接报文链路帧源地址为设备的mac地址，目的站地址为组播源的mac地址，并采用单播的形式发送。
5.根据权利要求3所述的通信数据转发方法，其特征在于，所述S4中，当根据转发配置表进行组播数据转发时，对各交换设备各端口的开断进行实时监测与配置，当交换设备的端口完成所有组播数据转发后，配置该端口关断。
6.一种基于权利要求1～5任一权利要求所述的通信数据转发方法的通信数据转发***，其特征在于，包括：
链路帧配置模块：用于根据数据转发需求配置自定义链路帧，其中数据转发需求包括单播和组播；
交换设备：用于根据配置的自定义链路帧将通信数据转发至目的设备；
当进行单播时，根据自定义链路帧将通信数据转发至目的设备；当进行组播时，根据网络中各交换设备的转发配置表，按照自定义链路帧进行组播数据的转发。
7.一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机程序，其特征在于，执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-5任一所述的通信数据转发方法。
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