一種網絡通信方法與流程
2023-06-16 03:07:11
本發明涉及一種網絡通信方法，尤其涉及一種TCP/IP模型中網絡互聯層協議，屬於通信
技術領域：
。
背景技術：
：現有的IPv4(InternetProtocolversion4，網際網路協議版本4)缺少前瞻性。IPv6(InternetProtocolversion6，網際網路協議版本6)是沒有擺脫IPv4框架的升級，存在以下缺點：一、IP(InternetProtocol，網際網路協議)地址和MAC(MediaAccessControl，媒體訪問控制器)地址方面：1.IPv6對IP位址的重要性考慮的不全面，所以IP位址的層次人為劃分，且128位中只有61位(從第4位到第64位)表達拓撲結構，不足以體現萬物自然層級關係，聚合性不是最佳，以後需要網絡擴展時，會加重這一缺點。更重要的是，這會使得眾多網絡技術複雜、低效、不安全，甚至無法實現。2.為了集中統一管理IP位址，一般中大型區域網，需要DHCP(DynamicHostConfigurationProtocol，動態主機配置協議)專門伺服器，硬體要求高。3.為了確定節點的位置，MAC地址和IP位址必須建立映射關係，這容易產生ARP(AddressResolutionProtocol，地址解析協議)和RARP(ReverseAddressResolutionProtocol，逆向地址解析協議)的欺騙。分組包經過路由器必須被更換MAC，重新解、封包，否則無法到達下一跳。這將增加路由器負擔，增加網絡延遲。二、區域網方面：1.所有路由器必須運行IGP(InteriorGatewayProtocol，內部網關協議)，消耗帶寬和自身CPU資源大，路由表大，收斂時間長，每臺路由器都可能產生路由震蕩。2.如果IGP出故障，將不能通信。3.全網斷電恢復後或在發生路由器變動的情況下，需要IGP收斂完畢才能全網通信，即時性不佳。4.路由器產生路由震蕩，抑制期，不能通信。5.路由選擇時，分組包中目的IP需要先和子網掩碼「與」，得到結果才能和對應路由條目匹配，增加路由器負擔，增加網絡延遲。三、廣域網方面：1.BGP(BorderGatewayProtocol，邊界網關協議)要申請獨立於IP之外的AS(AutonomousSystem，自治域系統)號。2.骨幹路由表複雜。由此可見，現有技術的IPv6需要進一步改進。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種網絡通信方法，解決以下技術問題：1.在IP位址和MAC地址方面，根除ARP和RARP欺騙，減輕路由器負擔，減少網絡延遲，省略DHCP服務，降低管理層級有序碼IP位址的難度。2.在區域網方面，更少消耗自身CPU和網絡帶寬資源，減少路由條目，減少IGP收斂時間，減小路由震蕩範圍，增強網絡健壯性，提高通信的即時性，增強網絡互連性，降低路由器工作負擔，增加轉發速度。3.在廣域網方面，使層級有序碼IP位址自帶AS號，簡化骨幹路由表。本發明的目的通過以下技術方案予以實現：一種網絡通信方法，建立層級有序碼IP位址的方法如下：定義1：在有根的有序樹中，對於父節點編碼是A的某個節點，它是父節點的第B個子節點，A和B用間隔符號「，」順次連接，生成的新編碼A,B就是此節點的層級有序碼，並指定一個阿拉伯數字作為根節點的層級有序碼；定義2：有根的有序樹中存在環路，且節點擁有層級有序碼，則是有根的層級有序碼連通圖；有根的層級有序碼連通圖可看作有根的無環或有環層級有序碼樹；定義3：有根的層級有序連通圖去掉根，且所有層級最少的節點僅依靠它們自己能連通，則是無根的層級有序碼連通圖；無根的層級有序碼連通圖可看做無根的無環或有環層級有序碼樹；有根的或無根的層級有序碼連通圖互連，且有根的或無根的層級有序碼連通圖中所有層級最少的節點只通過它們自己就能連通，則是廣域網模型；所述層級有序碼要成為IP位址，需滿足以下兩個條件：(1)為了在路由選擇時具有逐位可比性，同一個父節點的所有子節點的序號轉化為二進位時長度統一；(2)為了高效傳輸，所有節點的層級有序碼的二進位總長度統一成128位，不足位的尾部補0；這種IP位址稱為層級有序碼IP位址，它的層級有序碼部分稱為層級有序碼IP位址的有效碼，層級有序碼IP位址是分配給整個節點的，而不是給節點各個接口的。本發明的目的還可以通過以下技術措施來進一步實現：前述網絡通信方法，其中128位層級有序碼IP位址不滿足自然層次需求時，把超過的部分放在分組包的擴展頭部。前述網絡通信方法，基於層級有序碼IP位址的區域網通信方法如下：1)判斷路由器接口是否在環路上，路由器接口不在環路上，則接口不運行IGP，路由表只記錄直連路徑，這時鄰居表就是路由表；若路由器接口在環路上，則接口可以運行各種IGP；2)所有路由器使用層級最多匹配規則轉發分組包；所述層級最多匹配規則為：把分組中目的層級有序碼IP位址與路由表中的所有層級有序碼IP位址從左到右逐層比較；(1)如果層級最多匹配的只有一個，則選取它；(2)如果層級最多匹配的有多個：當此集合中只剩路由器子路徑和自身路徑，則丟棄分組包；否則選取有效碼最短的一個，如果有效碼最短的有多個，則按照隨機規則選取一個或多個；宏觀的層級最多匹配在二進位狀態下，就是從左到右的逐位最多匹配。前述網絡通信方法，所述判斷路由器接口是否在環路上的方法為：1)非父子關係的路由器A和B連接時，各自產生一個「在環路上」的消息，此消息只向父路徑發送，此消息中包含有路由器A的層級有序碼IP位址IP1和B的層級有序碼IP位址IP2，路由器A和B相互連接的兩個接口都立刻做「在環路上」的標記；2)路由器C的層級有序碼IP位址是IP3，IP3的有效碼長度為N，路由器C的某接口接收到此消息，首先這個接口做「在環路上」的標記，然後檢測：路由器C通向父路徑的接口是否有「在環路上」的標記，若有，則停止轉發此消息；若無，再檢測IP1、IP2、IP3左邊N位是否相等，如果相等，路由器C停止轉發此消息；如果不等，路由器C通過某接口向它的父路徑轉發此消息，且這個接口做「在環路上」的標記，一直到區域網根節點還沒有IP1、IP2、IP3左邊N位三者相等的情況，也停止轉發此消息。前述網絡通信方法，基於層級有序碼IP位址的廣域網通信方法為：廣域網使用BGP通信，但不需要申請獨立於層級有序碼IP位址之外的AS號，每個網絡所有節點的層級有序碼，從左到右連續相同的層級部分就是本網的AS號，也稱為網絡號，即層級有序碼IP位址自帶AS號；每個網絡中層級最少的節點路由表記錄規則：(1)內網路徑：至少包括本路由器的層級有序碼IP位址、本路由器的子節點層級有序碼IP位址和所有內網層級最少的節點層級有序碼IP位址，或許還有通過IGP獲得的其他路徑的層級有序碼IP位址；(2)外網路徑：本路由器如果和外網路由器直連，記錄這個直連外網路由器的層級有序碼IP位址；否則記錄外網的AS號。與現有技術相比，本發明的有益效果是：對比於IPv6，本發明提高了區域網安全性，提升了網絡速度，增強了網絡健壯性，提高了通信即時性，降低了網絡複雜度，減少了路由器負擔，IP位址分配更簡單自然。附圖說明圖1是層級有序碼樹圖，也是無環路的區域網模型圖；圖2是有根的層級有序碼連通圖，也是有環路的區域網模型圖；圖3是無根的層級有序碼連通圖，可以有環路也可以無環路；圖4是廣域網模型圖，可以有環路也可以無環路。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。本發明的目的是要在網絡通信上比IPv6更加簡單、高效、安全。本發明技術方案包括層級有序碼IP位址的技術方案、應用於區域網通信的技術方案和應用於廣域網通信的技術方案。一、層級有序碼IP位址技術方案定義1：在有根的有序樹中，對於父節點編碼是A的某個節點，它是父節點的第B個子節點，A和B用間隔符號「，」順次連接，生成的新編碼A,B就是此節點的層級有序碼，根據需要指定一個阿拉伯數字作為根節點的層級有序碼；如圖1中8或8,1或8,2,1,1。定義2：有根的有序樹中存在環路，且節點擁有層級有序碼，則是有根的層級有序碼連通圖。有根的層級有序碼連通圖可看作有根的無環(或有環)層級有序碼樹。如圖2所示(圖2環路數量為0時就是圖1)，它是區域網模型。定義3：有根的層級有序連通圖去掉根，且所有層級最少的節點僅依靠它們自己能連通，則是無根的層級有序碼連通圖。無根的層級有序碼連通圖可看做無根的無環(或有環)層級有序碼樹。如圖3所示。有根的或無根的層級有序碼連通圖互連，且有根的或無根的層級有序碼連通圖中所有層級最少的節點只通過它們自己就能連通，則是廣域網模型，如圖4所示。層級有序碼要成為IP位址，需要滿足以下兩個條件：(1)為了在路由選擇時具有逐位可比性，同一個父節點的所有子節點的序號轉化為二進位時長度統一。如父節點有序號為2和9的兩個子節點，2的二進位為0010，9的二進位為1001。(2)為了高效傳輸，所有節點的層級有序碼的二進位總長度統一成128位，不足位的尾部補0。這種IP位址稱為層級有序碼IP位址，它的層級有序碼部分(即未補0之前的部分)稱為IP位址的有效碼，不同於IPv4中的「子網掩碼」。層級有序碼IP位址是分配給整個節點的，而不是給節點各個接口的。本發明的層級有序碼IP位址具有以下優點：1.萬物互連的網絡就是連通圖。網絡的中轉設備(如路由器)和終端設備(如電腦)等都可以看做連通圖的節點。連通圖的節點使用層級有序碼技術之後，一個連通圖就是一棵有根(或無根)有環(或無環)層級有序碼樹。所以層級有序碼IP位址能體現萬物之間自然的層級關係。更重要的是，這使得網絡技術更加簡單、高效、安全。且樹形結構具有典型分形理論特徵，所以無論網絡如何擴展，都能保持上述優勢。2.因為層級有序IP位址能體現節點的準確位置，所以不需要層級有序碼IP位址和MAC地址建立映射關係，根除ARP和RARP欺騙，區域網更安全。因此，分組包不需要每經過一個路由器都被更換MAC地址，減輕路由器負擔，減少網絡延遲。所以MAC地址可以證明分組包的原始身份。而不需要從層級有序碼IP位址中劃分出一塊來存放原始MAC地址。128位層級有序碼IP位址可以用來表達拓撲結構的部分更多。3.因為父節點只負責分配子節點的層級有序碼IP位址，所以無論網絡大小，都不需要DHCP服務。降低了對層級有序碼IP位址管理的難度。極端情況，128位層級有序碼IP位址有可能仍不滿足自然層次需求，需要把超過的部分放在分組包的擴展頭部。這會增加網絡末端路由器的負擔，但不會影響網絡中上層路由器尋址效率。因為路由表中有這種超128位的層級有序碼IP位址才會受影響。但這也表明本發明體系支持有效碼從1位長度到接近分組包長度的層級有序碼IP位址。二、區域網通信技術方案：1.路由器接口不在環路上則不運行IGP，路由表只記錄直連路徑(這時鄰居表就是路由表)；若路由器接口在環路上則可以運行各種IGP。判斷路由器接口是否在環路上的方法：(1)非父子關係的路由器A和B連接時，各自產生一個「在環路上」的消息，此消息只向父路徑發送，此消息中包含有路由器A的層級有序碼IP位址(假設是IP1)和B的層級有序碼IP位址(假設是IP2)。路由器A和B相互連接的兩個接口都立刻做「在環路上」的標記。(2)路由器C(假設它的層級有序碼IP位址是IP3，IP3的有效碼長度為N)某接口接收到此消息，首先這個接口做「在環路上」的標記，然後檢測：路由器C通向父路徑的接口是否有「在環路上」的標記，若有，則停止轉發此消息；若無，再檢測：IP1、IP2、IP3他們左邊N位是否相等。如果相等，路由器C停止轉發此消息(三者相等說明路由器C是路由器A和B的最近祖先節點，即出現區域網內部環路)；如果不等，路由器C通過某接口向它的父路徑轉發此消息，且這個接口做「在環路上」的標記。一直到區域網根節點還沒有三者相等的情況，也停止轉發此消息(即出現區域網外部環路，如圖2中7,5,4接入時的情況)。環路標記是給節點某些接口的，而不是給整個節點的。2.所有路由器使用「層級最多匹配」規則轉發分組包。層級最多匹配規則：把分組中目的層級有序碼IP位址與路由表中的所有層級有序碼IP位址(路由條目)從左到右逐層比較；如果層級最多匹配的只有一個，則選取它；(1)如果層級最多匹配的只有一個，則選取它；(2)如果層級最多匹配的有多個：當此集合中只剩路由器子路徑和自身路徑，則丟棄分組包；否則選取有效碼最短的一個，如果有效碼最短的有多個，按照規則(如隨機規則)選取一個或多個。宏觀的「層級最多匹配」在二進位狀態下，就是從左到右的「逐位最多匹配」。本發明的區域網通信技術方案具有以下優點：1.不在環路上的路由器接口不運行IGP，更少消耗自身CPU和網絡帶寬資源，減少路由條目，減少IGP收斂時間，減小路由震蕩範圍。2.在IGP出故障時，只要鄰居表存在，依然可以全網通信。增強網絡健壯性。3.路由器變動或全網斷電恢復後，鄰居表生成就能立刻全網通信(即不需要IGP收斂完畢)。提高通信的即時性。4.某路由器產生路由震蕩，被處罰抑制期也能全網通信。與它直連的路由器鄰居表中有它的層級有序碼IP位址，但不用IGP通告出去，且此時不會繼續產生路由震蕩。增強網絡互連性。5.路由選擇時，分組包中的目的層級有序碼IP位址直接和路由表條目匹配，而不需要先和有效碼(子網掩碼)「與」，降低路由器工作負擔，增加轉發速度。文中用[x]表示層級有序碼IP位址為x的節點；用[x,x]表示層級有序碼IP位址為x,x的節點；以此類推。為了更好的說明區域網通信的方法，結合圖2，演示在不需要IGP的情況下，目的層級有序碼IP位址為8,1,9的分組包在[8,3]中，如何到達目的地。圖2中所有路由器只需記錄直連路徑(包括自身路徑)，即鄰居表就是路由表。一步：[8,3]的路由表目的接口8,308,3,118,3,2283根據最多匹配規則，第一層4個匹配，第二層無匹配，即層級最多匹配的有多個，且此集合中不只有本路由器子路徑和自身路徑，則選取有效碼最短的一個，選擇8，分組包從接口3發送出去，到達[8]。二步：[8]的路由表目的接口808,118,228,33第一層4個匹配，第二層1個匹配，即層級最多匹配的只有一個，選擇8,1，分組包從接口1發送出去，到達[8,1]。三步：[8,1]的路由表目的接口8,108,1,118,1,22837,5,44第一層4個匹配，第二層3個匹配，第三層無匹配，即層級最多匹配的有多個，且此集合中只剩本路由器子路徑和自身路徑，分組包被丟棄。因為[8,1](父節點)清楚的知道自己沒有[8,1,9](子節點)。三、廣域網通信技術方案：廣域網使用BGP通信，但不需要申請獨立於層級有序碼IP位址之外的AS號。每個網絡所有節點的層級有序碼，從左到右連續相同的層級部分就是本網的AS號，也稱為網絡號。即層級有序碼IP位址自帶AS號。如圖4所示，網絡1的AS號是8；網絡2的AS號是5；網絡3的AS號是9。每個網絡中層級最少的節點路由表記錄規則：(1)內網路徑：至少包括本路由器的層級有序碼IP位址、本路由器的子節點層級有序碼IP位址和所有內網層級最少的節點層級有序碼IP位址，或許還有通過IGP獲得的其他路徑的層級有序碼IP位址；(2)外網路徑。本路由器如果和外網路由器直連，記錄這個直連外網路由器的層級有序碼IP位址；否則記錄外網的AS號。本發明廣域網通信技術方案具有以下優點：1.層級有序碼IP位址自帶AS號；2.進一步簡化了骨幹路由表。為了更好的說明廣域通信方法，結合圖4，演示層級有序碼IP位址自帶AS號的實例。圖4隻顯示了各個網絡中的最上層節點。假設[9,3]有2個子節點[9,3,1]和[9,3,2]。[9,3]的路由表目的接口9,309,3,119,3,229,139,23839,449,555,26除上述實例外，本發明還可以有其他實施方式，凡採用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護範圍內。當前第1頁1 2 3