[发明专利]一种以太网风暴抑制方法

说明书

一、技术领域

一种以太网风暴抑制方法，属于以太网通信和电力自动化领域，用来抑制网络中以重复发送为特征的网络风暴，适用于处理器处理能力弱的嵌入式智能通信终端设备。

二、背景技术

随着我国电力工业的发展,越来越多的智能变电站的开工建设和建成投运，由于智能变电站采用基于以太网的IEC61850的通信协议体系^[14]，变电站中大量的具有实时通信要求的智能通信终端设备被赋予网络功能，使得变电站安全可靠运行高度依赖网络通信。而这些智能通信终端设备通常采用中低端嵌入式处理器，处理能力不足以和商用计算机系统相比。如果联网的设备硬件设备损坏或个别设备软件出问题，导致网络流量突然增加甚至到风暴级，这将严重降低保护设备实时计算和通信性能，从而影响供电安全^[7][8]。

关于抑制网络风暴提升网络性能这个主题，国内外组织对此展开了广泛的研究，但研究方向主要针对交换机和网桥等，通过划分VLAN隔离广播域或利用交换机将越流量限的报文丢弃等技术减少网络上总流量。而变电站无论在物理上还是网络上都是一个封闭系统，在智能变电站规范中多采用组播替代广播^{[14][15][16][4]}，只有很少广播帧对智能通信终端有用，且变电站中智能通信终端都使用嵌入式系统或专用系统，感染外部病毒的概率非常低。引发网络风暴的原因主要为网络接口损坏^[1][2]或接口软件缺陷，表现为短期内大量的重复发送的数据包。根据这一特点，本发明提出一种针对智能通信终端的风暴抑制方法，通过抑制短期内重复发送的数据报并配合流量检测，来限制网络流量，又尽可能保留正常业务报文，很好地保证智能终端的稳定运行。

目前在抑制网络风暴，保证智能通信终端安全运行的努力主要体现在以下几个方面：

1．划分VLAN抑制风暴传输^[5]

通过VLAN划分从逻辑上隔离不同网段,同时隔离出不同的广播域,这样就限制了广播在网内的传播,缩减了可能收到的无用广播的数量。由于不影响同一个VLAN中的设备交换信息,所以可以配置三层设备,缩小广播域,尽可能的减少广播风暴，提高网络访问效率。

2.基于STP协议和环路检测的抑制技术^[11]

这种方法在同一以太网设备中，依生成树运行环境划分逻辑网桥，为每一棵生成树运行环境划分一个逻辑网桥，将需要隔离的端口分别划归所述逻辑网桥使需要隔离的端口分属于不同的逻辑网桥，并标识该网桥，根据各以太网设备及其端口的逻辑网桥标识运行有关生成树协议生成拓扑从而实现在含有多个网段的以太网中通过生成树协议抑制广播风暴。

3.流量压制技术

通过一段时间和对比测量带有预先设定的压制级别门限值的方法来管理网络端口，如果流量类型的门限值达到了，更多这种类型的流量就会受到压制(简单丢弃)，直到进栈流量下降到门限值级别以下。交换机支持单独的风暴控制门限给广播组播和单播。

4.软件查询过滤法^[6]

系统设计中配置多个CPU，业务数据由一个核完成，以太网通信由另一个内核完成。负责通信的内核通过轮询方式的驱动网络接口设备，同时限制接收缓冲的个数来限制过多的数据包进入负责业务的CPU.

5.动态关闭硬件接收法^[9]

以接收缓冲长度的一半作为风暴判定门限，当接收缓冲区中数据积压到达该门限时认为风暴发生并关闭网卡的广播接收功能。同时在空闲任务中判断风暴持续状态，并在风暴过后延时重新开启网卡硬件广播接收功能。

以上几种方法中，方法1、方法2和方法3主要针对交换机和网桥等网络设备，旨在减少网络中风暴数据，方法3还会导致正常业务报文被丢弃，方法4需要在系统中配置多个CPU系统比较复杂，方法5需要占用CPU一定的开销而且需要MAC支持动态关闭广播接收功能^[17][18]，对其他的数据帧则没有抑制作用。

参考文献

1.刘金彪局域网中如何从硬件抑制广播风暴之我见实验室科学2005年6月第3期

2.李一雄网络广播风暴产生的原因与应对策略广西工学院学报2007年6月增刊1

3.肖宏亮局域网广播风暴成因及处理湖南农机2011年3月

4.牟宝璐王兴成工业控制系统应用组播技术抑制广播风暴测控技术2009年第8期

5.曹月璐局域网广播风暴分析与VLAN技术的应用电脑知识与技术2009年12月