CN101106506A - 网络信息交换方法 - Google Patents

Abstract

一种网络信息交换方法，是建立一环形网络上各网络节点间的通信协议，其中各网络节点先建立一实体连接的环形拓扑的网络架构，经一交换程序后，再仅与其相邻的网络节点进行其唯一的网络信息交换，当产生网络错误或该环形网络产生改变时，各网络节点向相邻的网络节点传递一控制信息帧，经传递后，使环形网络中的各网络节点得知环形网络拓扑改变的信息，再重新设定环形网络的网络封包传递路径，以恢复环形网络的连接，以达到备份与故障恢复的目的。

Description

网络信息交换方法

技术领域

一种网络信息交换方法，特别用于一环形网络上各网络节点间的信息交换方法，以简易信息交换达到备份与故障恢复的目的。

背景技术

随着网络数据交换的需求渐渐增加，网络上各设备间还设定各种通信协议(protocol)来达成更有效率的沟通，通常利用发送广播封包(broadcastpacket)与响应该广播封包的方式使各网络设备能互相知道(acknowledgement)彼此的存在，并且其中更交换了一些基本信息，包括网络地址(IP地址)、媒体存取控制地址(Media Access Control，MAC)，用以指定封包的目的与来源端。

如图1所示的环形网络架构示意图，其中显示一个环形网络上有四个网络节点(node)10，此例中每一个网络节点由三个单元组成，分别为链接接口单元(Link Interface Unit)11、网络接口单元(Network Interface Unit)12与终端接口单元(Terminal Interface Unit)13，各网络节点10由连结接口单元11相互连接，以缆线14，15相连形成一个双环形(dual ring)的网络架构，两条缆线14，15各负责两个方向的传输，上述连接接口单元11控制各网络节点10的数据传递，而终端设备(如计算机)连接至各节点10的终端接口单元13，以进行封包交换(switch)，网络接口单元12则控制各封包在各网络节点10上的传递，如封包的转送(forward)、分段、重组、封装(encapsulation)与拆装(decapsulation)等。

各网络节点10通过缆线14，15与环状网络上邻接的网络节点10相连，并通过连结接口单元11连接缆线之一(如缆线14)传递数据与同步校准(synchronization)信息至下一个邻近网络节点10，再由另一缆线(如缆线15)传递回复的同步校准信息。

在封包传递过程，若遇到传递失败，或是网络线中断的问题，上述的通信协议还可提供部分故障恢复(failover)的机制，故障恢复是一种系统备份(backup)的方法，利用一备用系统作为救援或是替换原本失败的系统，如图2所述用于一环形拓扑网络故障恢复的方案，其网络架构如同图1所示。

如图2所示，四个网络节点分别为10a，10b，10c与10d，若网络节点10a与网络节点10d间传递的信号有错误，如缆线坏掉导致网络断线(如图中标示为X的部分)，该网络上的网络节点则会重新设定连接，使数据能顺利传递，如本来在节点10a与10d间传递的数据即需以图中框住部分20的连接达成传递任务。

上述技术利用双环形的网络连接达成故障恢复的目的，以此技术产生更稳定的网络交换的环境，提高容错(fault tolerance)能力。

美国专利第5,191,579号揭示一种环形网络切换控制装置(Ring networkswitching control device)，其中之一实施例如图3所示的环形网络架构示意图，环形网络上有工作站A，B，C与D，相邻以两条网络线相连接，分别形成两个网络系统31与32，该专利是在网络连接发生问题时提供切换机制来避免数据传递错误。

开始时，系统31为正在使用的网络系统，图中工作站A，B，C与D以图中实线部分相连，当工作站B与C之间的连接发生错误时，该专利可由其中揭示的切换机制使工作站B与C间的连接先切换为系统32，此时，网络错误的信息由工作站B传递到工作站A是使用系统31的连接，而工作站B至工作站C的信号传递则是使用系统32的连接。当错误信号继续由工作站A传递到工作站D，并由工作站D传递到工作站C后，整个连接即由系统31切换为系统32。

发明内容

不同于公知技术所提供利用双环形网络架构形成的备份与故障恢复的方法，或是公知网络连接发生问题时提供的切换机制，本发明提供一种网络信息交换方法，在各网络节点间以简单的地址传递达到冗余备份的功效与提高容错能力。

本发明所应用的环形网络中包括有多个串行相连的网络节点，在彼此建立连接之初，各网络节点相互与相邻的网络节点传递网络信息，至少包括网络地址(IP地址)、标识符(ID)与物理地址(MAC地址)等，当其中相邻的网络节点间连接发生错误的问题时，该邻近网络节点会立即知悉此错误发生，并发送控制信息帧至相邻的网络节点，至其它环形网络上的节点或设备都接获此网络错误的信息，故可立即产生一备份的方式，网络会重新设定网络封包路径，使封包路径不会经过网络错误位置，经由反方向传递，以此手段能快速有效地进行备份与故障恢复的动作。

本发明网络信息交换方法的较佳实施例建立一环形拓扑的网络架构，其中方法步骤包括先建立多个网络节点相连的实体网络，接着进行一交换程序，并且各网络节点与其相邻的网络节点交换其唯一识别的网络信息，以建立一环形网络，由此，当产生网络错误时，由该相邻的网络节点所发送的一控制信息帧得知错误信息，能快速重组该环形网络的网络封包传递路径。

上述环形网络为一单环形拓扑的网络架构，而各网络节点的较佳实施例为一有连接网络能力的网络设备，交换的网络信息可包括一网络地址(IP)、一标识符(ID)与一物理地址(MAC)。

其中，上述的网络信息交换方法，所述的网络节点有两个对外连接的网络端口。

其中，上述的网络信息交换方法，该网络节点为一网络交换器。

其中，上述的网络信息交换方法，所述的交换程序为一三向交换程序。

其中，上述的网络信息交换方法，所述的交换程序与该交换网络信息步骤为同时进行。

另外，本发明网络信息交换方法的另一实施例中，所建立的环形拓扑的网络架构可应用于发生网络错误时的备份与故障恢复机制，包括有先由多个网络节点相连的环形架构经过一交换程序、相邻网络节点交换一网络信息的步骤建立一环形网络，当检测环形网络产生的改变时，各网络节点向相邻的该网络节点传递一控制信息帧，经各节点传递后，使该环形网络中的各网络节点得知该环形网络拓扑改变的信息，接着重新设定环形网络的网络封包传递路径，以恢复该环形网络的连接。

其中，上述的网络信息交换方法，所述的网络节点有两个对外连接的网络端口。

其中，上述的网络信息交换方法，所述的环形网络为一单环形拓扑的网络架构。

其中，上述的网络信息交换方法，所述的网络节点为一有连接网络能力的网络设备。

其中，上述的网络信息交换方法，所述的网络节点为一网络交换器。

其中，上述的网络信息交换方法，所述的交换程序为一三向交换程序。

其中，上述的网络信息交换方法，所述的网络信息包括一网络地址、一标识符与一物理地址。

其中，上述的网络信息交换方法，所述的网络信息为该多个网络节点在该环形网络中唯一的识别信息。

其中，上述的网络信息交换方法，所述的环形网络产生的改变包括该环形网络中缆线中断而产生的改变。

其中，上述的网络信息交换方法，所述的环形网络产生的改变包括该网络节点发生故障产生的改变。

其中，上述的网络信息交换方法，所述的环形网络产生的改变包括该交换程序不成功产生的错误。

其中，上述的网络信息交换方法，所述的环形网络产生的改变包括该网络节点所发送的广播封包由错误响应而产生的改变。

其中，上述的网络信息交换方法，所述的环形网络产生的改变包括该环形网络拓扑架构产生的改变。

本发明网络信息交换方法所应用的通信协议仅针对相邻的网络节点信息交换，可简化网络通信的过程，故因此可快速达到故障恢复的机制。

附图说明

图1为现有技术环形网络架构示意图；

图2为现有技术环形网络中发生错误时的示意图；

图3为公知技术双环形网络架构示意图；

图4所示为本发明的环形拓扑的网络架构示意图；

图5所示为本发明控制信息帧的内容示意图；

图6所示为本发明网络信息交换方法用于网络错误时的实施例的一示意图；

图7所示为本发明网络架构的实施例示意图；

图8为本发明网络信息交换方法建立网络的较佳实施例流程图；

图9为本发明网络信息交换方法故障恢复的较佳实施例流程图。

其中，附图标记说明如下：

10网络节点

11连结接口单元

12网络接口单元

13终端接口单元

14，15缆线

20框住部分

A，B，C，D工作站

31，32系统

41，43，45网络节点

40环形网络

44缆线

401，402，403，404网络终端设备

501起始位

503源地址

505目的地址

507控制标记

509识别位

511信息帧类型

513端口号

515结束位

60环形网络

61，62，63，64，65，66网络节点

601，603箭头

E，E’网络错误位置

610，620，630，640，650，660局域网络

1，2终端设备

61’，62’，63’，64’，65’，66’网络交换器

具体实施方式

连接局域网络(LAN)的计算机系统需要在所处网络上进行一些信息的交换，让各计算机系统能收集到其邻近的网络信息(network information)，一般来说，计算机系统间可由彼此发送广播封包(broadcast)来相互传递初始信息，包括来源与目的地址、信息类型(message type)、传输端口(port)等，相互接收信息后形成一个局域网络。

本发明则揭示一种网络信息交换方法，提供一种简单达成局域网络上相互信息交换(handshaking)的方法。如图4所示的环形(Ring)拓扑的网络架构示意图，环形网络40由多个网络节点组成，各节点相互以一条缆线44连接形成一环形网络，其中包括网络节点41，43，45，各节点41，43，45可为各种可连接网络的设备，如计算机系统、网络交换器(switch)等，各节点41，43，45可再连接多个网络终端设备401，402，403，404。

环形网络40上的多个网络节点41，43，45在启动后，在进行交换程序(如三向交换，three-way handshaking)时，包括开始先传递SYN(synchronize)封包，接收端再回传SYN-ACK(acknowledgement)封包，原本传送端接获SYN-ACK封包后，再回传ACK封包以完成此交换程序。此交换程序可用于检查信号相互传递是否出现问题，在传送网络封包时，ACK应答封包可作为错误检查与确认传送成功信息，如果经检查后确认数据传送成功，则以此响应，若传送端并无收到此应答帧，则会在一段时间后续传(retransmit)前次传送的数据。

在进行交换程序的同时，与邻接的网络节点交换网络信息，如网络节点43仅与网络节点41与网络节点45交换网络信息，并不与其它非邻近的节点上的设备进行信息交换。因为本发明所提供的网络信息交换方法仅与该节点的邻近节点进行网络信息交换，不同于公知技术需要广播至网络上的所有设备，故可简化许多信息传递的步骤。上述实施例以以太网络(Ethernet)为基础的网络环境，所交换的信息至少包括该局域网络上唯一的网络地址(Internet Protocol address，IP address)、物理地址(physical address)、各网络节点的标识符(ID)等。

本发明因为使用简化的节点间交换的手段，故在之后网络出现问题时，也能快速有效地进行备份与故障恢复的动作。

各网络节点在进行交换程序与信息交换后，形成一个环形网络，之后即可在各网络节点间进行数据传送，其中数据帧(data frame)为连续的位值(bit)所组成，包括作为定界符(delimiter)的起始与结束标记(flag)位，在起始与结束位之间，一个数据帧除了有要传送的数据位外，通常包括有地址区、控制区与检查用的位值等。

本发明在网络型态或拓扑(topology)改变时，还利用一或多个控制信息帧(Control Frames)作为网络上各节点(node)间数据帧传递前的状态沟通，其中内容如图5所示的实施例，包括有起始位(start bit)501、网络地址(IP地址)包括源地址(source address)503与目的地址(destination address)505、控制标记(flag)507、标识符(identification，ID)509、信息帧类型(frametype)511、端口号(port number)513与结束位(end bit)515等。

上述网络型态或拓扑改变的状态大致包括有缆线损毁造成数据传递失败，或是网络上节点故障造成数据传递失败，或是任何其它造成网络出现问题的原因，此时，邻近数据传递错误发生的位置的网络节点会对其邻近节点或网络设备发送上述控制信息帧，实施例如图6所示，在本发明网络信息交换方法用于网络错误时的实施例之一的示意图。

图中的环形网络60中包括有多个串行相连的网络节点61，62，63，64，65，66，在彼此建立连接之初，各网络节点会与相邻的网络节点相互传递网络信息，至少包括网络地址、标识符与物理地址等，故各节点仅收集相邻的网络节点的网络信息。另外，在此环形网络的运作下，各网络节点先以演算方式，计算出一个数据传递的方向，举例来说，图中箭头601所指的方向为原始数据传递的方向，若网络节点62要传数据至网络节点65，则该数据的传递路径会经过网络节点63与64，若网络节点65要传数据至网络节点61，则会经过网络节点66。

当网络节点66与网络节点61间原本连接的缆线或是其它连接方式发生传递错误的问题，即如图的网络错误位置E发生错误，此时，网络节点61与其邻近的网络节点66间的连接信息发生中断，比如交换(handshaking)失败，或是广播封包回传错误信息，网络节点61会知悉此错误发生，立即发送上述控制信息帧至相邻的网络节点62，网络节点66也会发送上述控制信息帧至相邻的网络节点65，而网络节点62与65还会继续与相邻的节点或设备传递控制信息帧，及至其它环形网络60上的节点或设备都接获此网络错误的信息，故可立即产生一备份的方式，其中的一实施例改变上述数据传递方向，如原本会经由网络节点66至网络节点61的封包会重新设定(re-configure)网络封包路径，使封包路径不会经过网络错误位置E，经由反方向传递，如图中箭头603的方向。以此手段能快速有效地进行备份与故障恢复的动作。

若上述各网络节点的实施例为网络交换器61’，62’，63’，64’，65’，66’，环形网络60上的各网络交换器可能各自有该网络交换器所属的局域网络，如图7所示的实施例，连接一或多个如计算机系统等的终端设备形成的局域网络610，620，630，640，650，660，当封包经由此网络交换器传递至其它局域网络，本发明即提供一封包传递时的备份与故障恢复的机制。如图7所示的局域网络630内的终端设备1要传递至另一局域网络650中的终端设备2，原本网络封包预设由终端设备1经过网络交换器63’、64’与65’到达终端设备2，但在图中网络错误位置E’发生网络连接错误的问题，则因各网络交换器间的控制信息帧的相互传递，而重新设定网络封包路径，该封包传递的路经则可依序经过网络交换器63’、62’、61’、66’与65’，最后到达目的端。

图8为本发明网络信息交换方法的较佳实施例流程图。

开始时，步骤S801至步骤S807形成一环形网络，包括先将多个网络节点以网络相接，每个网络节点分别有两个网络端口对外连接，两两串行相接形成一单环形(single Ring)拓扑的架构(步骤S801)，其中网络节点的较佳实施例为各种有连接网络能力的网络设备，如网络交换器(switch)、计算机系统等；

在实体网络相接之后，各网络节点发送广播封包与相邻的网络节点进行交换程序，如三向交换程序，包括传送SYN封包、回应SYN-ACK封包与再响应ACK封包，以建立网络连接(步骤S803)；

接着，或是同时，各网络节点与相邻网络节点交换经简化的网络信息，此网络信息为多个网络节点在环形网络中唯一的识别信息，包括各网络节点唯一的网络地址(IP)、标识符(ID)与物理地址(MAC)等，此网络信息除了实体相邻的网络节点外，并不传递至其它属于同一网络的网络节点，以减低网络上广播封包所占据的频宽(步骤S805)；

在交换网络信息后，即建立一以以太网络为基础的环形拓扑的网络架构(步骤S807)。

如上述环形网络的建立流程，本发明网络信息交换方法所应用的通信协议仅针对相邻的网络节点进行沟通，并不涉及整体网络的通信协议，可大大简化网络通信的过程与频宽利用，因为各网络节点仅了解相邻节点(或网络设备)的信息，当产生网络错误时，仅由相邻的网络节点的控制信息帧得知错误信息，能快速反应重组网络封包传递路径，以达到备份与故障恢复的目的。

利用本发明方法所达到故障恢复的流程如图9所示：当检测出信息传递错误，包括网络相连缆线中断或节点故障等，因其邻近的网络节点对外的信息被中断或错误，如交换程序不成功、广播封包被错误响应，在另一实施例中，信息传递错误导因于网络拓扑改变，因为网络拓扑架构会因改变而产生网络错误的信息(步骤S901)；此时，邻近发现网络错误的网络节点向相邻网络节点传递一控制信息帧(步骤S903)，当相邻的网络节点接收此控制信息帧后，还向下一个相邻网络节点发送控制信息帧，经传递后，如利用广播封包向邻近网络节点发送控制信息帧，并且向相邻的网络节点传递，直到整个环形网络上的网络节点共同得到该网络错误的信息；之后，重新设定网络封包传递路径，重建网络拓扑，以排除上述网络错误的位置(步骤S905)，并恢复网络连接(步骤S907)，以达到备份与故障恢复的目的。

综上所述，本发明网络信息交换方法所应用的通信协议仅针对相邻的网络节点信息交换，可简化网络通信的过程，故因此可快速达到故障恢复的机制。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此限制本发明的专利范围，从而运用本发明说明书及图示内容所为的等效结构变化，均同理包含在本发明的范围内。

Claims (21)

1.一种网络信息交换方法，其特征在于所述的方法是建立一环形拓扑的网络架构，包括有：

建立一多个网络节点相连的实体网络；

进行一交换程序；

交换网络信息，该网络节点仅传递本身网络信息到相邻的网络节点，该网络信息为所述多个网络节点在该环形网络中唯一的识别信息；以及

建立一环形网络；

由此，当产生网络错误时，由该相邻的网络节点所发送的一控制信息帧得知错误信息，能快速重组该环形网络的网络封包传递路径。

2.如权利要求1所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的网络节点有两个对外连接的网络端口。

3.如权利要求1所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的环形网络为一单环形拓扑的网络架构。

4.如权利要求1所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的网络节点为一有连接网络能力的网络设备。

5.如权利要求1所述的网络信息交换方法，其中该网络节点为一网络交换器。

6.如权利要求1所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的交换程序为一三向交换程序。

7.如权利要求1所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的网络信息包括一网络地址、一标识符与一物理地址。

8.如权利要求1所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的交换程序与该交换网络信息步骤为同时进行。

9.一种网络信息交换方法，其特征在于所述的方法是建立一环形拓扑的网络架构，并应用于发生网络错误时的备份与故障恢复机制，包括有：

建立一环形网络，由多个网络节点相连的环形架构经过一交换程序、相邻网络节点交换一网络信息的步骤建立；

检测该环形网络产生的改变；

向相邻的该网络节点传递一控制信息帧，经该相邻的网络节点传递后，使该环形网络中的各网络节点得知该环形网络拓扑改变的信息；

重新设定该环形网络的网络封包传递路径；以及

恢复该环形网络的连接。

10.如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的网络节点有两个对外连接的网络端口。

11.如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的环形网络为一单环形拓扑的网络架构。

12.如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的网络节点为一有连接网络能力的网络设备。

13.如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的网络节点为一网络交换器。

14.如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的交换程序为一三向交换程序。

15.如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的网络信息包括一网络地址、一标识符与一物理地址。

16.如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的网络信息为所述多个网络节点在该环形网络中唯一的识别信息。

17.如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的环形网络产生的改变包括该环形网络中缆线中断而产生的改变。

18.如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的环形网络产生的改变包括该网络节点发生故障产生的改变。

19.如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的环形网络产生的改变包括该交换程序不成功产生的错误。

20.如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的环形网络产生的改变包括该网络节点所发送的广播封包有错误响应而产生的改变。

21.如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的环形网络产生的改变包括该环形网络拓扑架构产生的改变。

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