[发明专利]一种基于链路层拓扑的IP地址自动配置方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于链路层邻居发现协议(LLDP协议，以后简称LLDP)的IP地址自动分配方法，适用于以太网通信领域、支持TCP/IP协议栈的嵌入式设备领域，尤其适用于工业控制的以太网通信应用领域。

背景技术

以太网交换机和一些支持TCP/IP协议栈的嵌入式网络设备在出厂时，其IP地址的配置通常都是缺省配置，这样，就要在施工(比如说，安装)过程中对IP地址做预配置，以达到可以远程管理的功能。

为了解决IP地址预配置的功能，TCP/IP协议族就开始着手解决这个问题，先后出现了三种方案：

A.反向地址解析协议(RARP)：存在如下缺陷，第一，RARP和ARP一样，工作在IP层，在实现起来比较困难；第二，RARP的响应中信息量太少，分配的IP地址甚至不包括掩码；第三，RARP使用计算机的硬件地址识别机器，无法用于动态分配硬件地址的网络；

B.自启动协议(BOOTP)：为了解决RARP的缺陷而产生的。它使用UDP传送报文且UDP被封装在IP数据报中传输，它将可靠通信的责任交给了客户机，并且采用了超时和重传技术。虽然解决了RARP的问题，但仍然没有逃脱静态分配的环境；

C.动态主机配置协议(DHCP)：与BOOTP密切相关，它在两方面扩充了BOOTP。一是DHCP报文除了可以获取IP地址外，还能够获取子网掩码。二是DHCP允许计算机快速、动态地获得IP地址。DHCP可以允许三种类型的地址分配：手工配置、自动配置(给第一次上网的客户机分配一个永久的地址)、完全动态配置(一段时间内租用一个地址)。但它和BOOTP一样，存在如下缺陷，其一、待分配IP地址设备，为主动请求模式，不适用于工业环境下使用；其二、在同一网络内，允许多台Server的同时分配，地址的分配存在不可控制性，不适用于工业环境下使用；其三，地址的分配是按照设备响应顺序(除非已知MAC地址，在服务器做地址映射)，和拓扑无关，会给为后期维护和交换机管理带来困难。

本方法采用客户端和服务器模式，根据链路层邻居发现协议(LLDP协议)形成的拓扑树，按照预先设定好的分配规则，按照拓扑树逐台设备分配IP地址。

发明内容

为了克服如上IP地址分配协议的缺点，本文提供一种基于链路层拓扑树的IP地址分配方法，包括支持LLDP协议的服务器端设备为待分配IP地址设备和支持LLDP协议的客户端设备为分配IP地址的设备，其中所述的支持LLDP协议的服务器端设备为待分配IP地址设备支持接收邻居设备的查询报文，并回复邻居设备的响应报文，支持接收客户端设备发送的IP地址配置报文，根据所述的客户端设备发送的报文设置所述服务器端设备的IP地址，当设置成功后向客户端设备发送设置完成响应报文，设置失败发送设置失败响应报文；所述支持LLDP协议的客户端设备为分配IP地址的设备，支持向邻居设备发送所述查询报文，并根据响应报文建立邻居关系并形成逻辑拓扑，所述客户端设备依据逻辑拓扑按照广度优先、深度优先搜索算法完成IP地址分配，同时支持在所述两种模式下的人机交互下完成IP地址分配；设备(1、2、3、4、2-1、2-2、2-3、……)为待分配IP地址的设备；

广度优先搜索算法完成IP地址分配具体过程，默认开启服务端进程；准备通过设备(1)进行广度优先算法完成IP地址分配，具体步骤如下：

第一步、启动设备(1)的客户端进程，首先为本地设备分配IP地址；

第二步、根据设备(1)的邻居关系按照设备(1)的本地端口顺序分配邻居服务器端设备(2、3、4和N)的IP地址；

第三步、查询设备(2)邻居关系，然后依据设备(2)的本地端口顺序分配邻居设备(2-1、2-2、2-3……)的IP地址，其中已经分配IP地址的邻居设备不再分配IP地址；

第四步、查询设备(3)邻居关系，然后依据设备(3)的本地端口顺序分配邻居设备的IP地址，其中已经分配IP地址的邻居设备不再分配IP地址；

第五步、查询设备(4)邻居关系，然后依据设备(4)的本地端口顺序分配邻居设备的IP地址，其中已经分配IP地址的邻居设备不再分配IP地址；

深度优先搜索算法完成IP地址分配具体过程，默认开启服务端进程；准备通过设备(1)进行深度优先算法完成IP地址分配，具体步骤如下：

第一步、启动设备(1)的客户端进程客户端，首先为本地设备分配IP地址；