CN101262401A - 一种环形网络中实现网络恢复的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环形网络中实现网络恢复的方法。以太网交换设备经过初始化配置并基于IEEE 1588协议实现精确时间同步后，进入通信状态。各设备依据组态，分时发送设备声明报文和链路检测报文。链路检测报文采用组播地址双向发送，如果某设备的某个端口在链路检测报文的超时时间到达时，仍然没有收到与之相连的端口的链路检测报文，则判定出现网络故障，同时采用组播地址双向发送链路报警报文报警。环网中其它设备收到链路报警报文后，清空FDB表，并使用备份链路，重新进行路径学习。使用本发明的方法，环网中任何一个通信链路故障都可以被快速发现并得到相应处理，保证了工业自动化领域对以太网通信的可用性要求。

Description

一种环形网络中实现网络恢复的方法

技术领域

本发明属于以太网络通信技术领域，具体涉及一种环形网络中实现网络恢复的方法。

背景技术

以太网技术由于具有开放性、稳定性、成本低廉、传输速率高、易于组网等诸多优点，逐渐进入工业控制领域，成为自动化通信网络的组成部分，而以太网中普遍使用的网络恢复的方法是STP(生成树)协议和RSTP(快速生成树)协议，由于其网络恢复时间是2秒到20秒，不能满足工业控制网络通信实时性的要求，

发明内容

本发明需要解决的技术问题是需要一种在环形网络中的通信冗余的实现方法，旨在快速地检测环网中的链路故障和设备，并能够建立新的网络拓补来恢复网络，实现工业控制网络的高可用性。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种环形网络中实现网络恢复的方法，在环形网络中，组成环网的设备均处于对等的通信角色，网络在物理上连接成环，在逻辑上始终保持一段通信路径为备份状态，其实现网络恢复的方法包括以下步骤：

①设备初始化配置，包括通信宏周期、链路检测报文发送时间、链路检测报文接收超时时间、同步时钟类型、设备顺序号、设备数；

②系统初始化配置完成后，所有设备依据IEEE 1588精确时钟同步协议进行时钟同步；

③完成时钟同步后，所有设备进入通讯状态，各设备依据组态分时发送设备声明报文和链路检测报文，设备声明报文用于检测环网是否闭合，网络中所有设备的链路检测报文发送时间相同，即在链路检测报文的时间域到达时，所有设备同时发送链路检测报文，链路检测报文采用组播地址双向发送；

④网络正常情况下，每个设备都会达到链路检测报文接收超时时间之前收到由相邻设备所发送的链路检测报文；当某个设备的某个端口在链路检测报文接收超时时间到达时，仍然没有收到与之相连的其他设备端口发送的链路检测报文，则首先检测是否有LinkDown标志，如果有LinkDown标志，则判定与该端口的连接出现链路故障，如果没有LinkDown标志，则判定相邻设备出现故障；

⑤发现网络故障的设备采用组播地址双向发送链路报警报文，并将与故障链路相连接的端口状态改变为阻塞状态；网络中其他设备收到链路报警报文后，如果有端口处于阻塞状态，则将端口状态改为转发状态，同时清空FDB表，重新进行路径学习。

以上所述链路检测报文包含的参数信息包括发送方MAC地址，组播地址，ServiceID，DeviceID。

以上所述链路报警报文包含的参数信息包括发送方MAC地址，组播地址，ServiceID，DeviceID。

本发明的有益效果体现在：在环形网络中，组成环网的设备均处于对等的通信角色，无主从之分，网络在物理上连接成环，在逻辑始终保持一段通信路径为备份状态。各设备依据IEEE 1588协议进行时钟同步，通过这种同步，设备之间的时钟可以实现亚微妙级的同步。之后网络进入通信阶段，各设备除了交换普通的网络数据报文外，还要依据组态分时发送设备声明报文和链路检测报文(LinkCheck)。设备声明报文用于检测环网是否闭合。链路检测报文用于检测环形网络中相邻设备之间是否存在链路故障或者设备故障，每个设备都在其通信周期内同时向相邻的交换设备发送链路检测报文。如果网络正常，那么在一定的时间内，设备会接收到相邻设备所发送的检测报文。如果有交换设备在限定的时间内没有收到相邻设备发送的检测报文，则表明网络出现故障。此时发现网络故障的设备向整个网络发送链路报警报文(LinkAlarm)，并启用环网中备用的通信路径，保证网络的正常工作。按照本发明的方法，环网中任何一个通信链路故障都可以快速被发现并得到相应处理，不会影响整个系统中其他设备的通信，保证了工业自动化领域对以太网通信的可用性要求，避免了主从式、令牌式通信控制方式中由于主站或令牌主站的故障引起的整个系统通信的故障。

附图说明

图1是环形网络结构示意图；

图2是通信宏周期配置示意图；

图3是每个通信宏周期设备工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方法对本发明作进一步详细的描述：

1、设备初始化配置

如图1所示的环形网络中的设备中组成环网的端口有转发状态和阻塞状态，处于阻塞状态的端口仅转发链路检测报文，处于转发状态的端口转发所有的报文。进入通信工作前需要进行设备初始化配置，除了常规的网络设备相关参数配置外，本发明的特点在于对交换机设备进行通信配置，包括：通信宏周期、链路检测报文发送时间链路检测报文接收超时时间、同步时钟类型、交换机设备顺序号、交换机设备数等参数的预置。

如图2所示，设备通讯时间被划分为一个个通信宏周期，在每个宏周期内，设备分时完成链路检测报文的发送、接收等工作，同时通信宏周期应该考虑为设备声明报文、链路检测LinkCheck报文和链路报警LinkAlarm报文预留时间。链路检测报文发送时间到达时，设备发送链路检测报文；顺序号用来表示设备声明报文迁移的顺序，也可以用来作为时钟同步过程中主时钟竞争机制的一个依据。每个通信宏周期设备工作流程如图3所示。

2、时钟同步

因为各设备在通讯中的地位角色平等，它们在每个通信宏周期中同时发送报文，并通过对比预设的时间参数判断网络状态，因此必须对系统进行时钟同步。系统初始化配置完成后，所有设备依据IEEE 1588精确时钟同步协议进行时钟同步。对于具有大于一个端口的设备来说，实现的都是边界时钟，端口的时钟状态可能为主时钟、被动时钟或者从时钟。主时钟向相邻节点发送时钟同步报文，其它节点保持与主时钟节点的时钟同步。

3、设备通讯及故障检测

完成时钟同步后，所有设备将进入通讯状态，依据通讯配置参数发送链路检测报文。通信网络中所有设备的LinkCheck报文发送时间相同，在LinkCheck报文的时间域到达时，所有设备同时发送LinkCheck报文。LinkCheck报文采用组播地址双向发送，报文中包含了发送方MAC地址，组播地址，ServiceID，DeviceID等参数信息。

网络正常情况下，每个设备都会达到超时间之前收到由相邻设备所发送的LinkCheck报文。当某个设备的某个端口在LinkCheck报文的超时时间到达时，仍然没有收到与之相连端口发送的LinkCheck报文，首先检测是否有LinkDown标志，如果有LinkDown标志，则判定与该端口的连接出现链路故障，如果没有，则判定相邻交换机CPU出现故障。该设备将采用组播地址双向发送LinkAlarm报文，并将与故障链路相连接的端口的状态改变为阻塞状态。

LinkAlarm报文中包含了发送方MAC地址，组播地址，ServiceID，DeviceID等参数信息。网络中其它的设备收到LinkAlarm报文后，如果有端口处于阻塞状态，则将端口状态改为转发状态，同时清空FDB(Filtering Database)表，重新进行路径学习。

下面对本发明的原理做如下描述：

在环形网络中，工业以太网交换设备经过初始化配置并基于IEEE 1588协议实现精确时间同步后，进入通信状态。各设备依据组态，分时发送设备声明报文和链路检测报文，同时交换普通的以太网报文。链路检测报文采用组播地址双向发送，如果某设备的某个端口在LinkCheck报文的超时时间到达时，仍然没有收到与之相连的端口的LinkCheck报文，则判定出现网络故障，同时采用组播地址双向发送LinkAlarm报文报警。环网中其它设备收到LinkAlarm报文后，清空FDB表，并使用备份链路，重新进行路径学习，实现环形网络的快速恢复，保证网络的可靠性。

Claims (3)

1.一种环形网络中实现网络恢复的方法，在环形网络中，组成环网的设备均处于对等的通信角色，网络在物理上连接成环，在逻辑上始终保持一段通信路径为备份状态，其实现网络故障检测和恢复的方法包括以下步骤：

①设备初始化配置，包括通信宏周期、链路检测报文发送时间、链路检测报文接收超时时间、同步时钟类型、设备顺序号、设备数；

②系统初始化配置完成后，所有设备依据IEEE 1588精确时钟同步协议进行时钟同步；

③完成时钟同步后，所有设备进入通讯状态，各设备依据组态分时发送设备声明报文和链路检测报文，设备声明报文用于检测环网是否闭合，网络中所有设备的链路检测报文发送时间相同，即在链路检测报文的时间域到达时，所有设备同时发送链路检测报文，链路检测报文采用组播地址双向发送；

④网络正常情况下，每个设备都会达到链路检测报文接收超时时间之前收到由相邻设备所发送的链路检测报文；当某个设备的某个端口在链路检测报文接收超时时间到达时，仍然没有收到与之相连的其他设备端口发送的链路检测报文，则首先检测是否有LinkDown标志，如果有LinkDown标志，则判定与该端口的连接出现链路故障，如果没有LinkDown标志，则判定相邻设备出现故障；

⑤发现网络故障的设备采用组播地址双向发送链路报警报文，并将与故障链路相连接的端口状态改变为阻塞状态；网络中其他设备收到链路报警报文后，如果有端口处于阻塞状态，则将端口状态改为转发状态，同时清空FDB表，重新进行路径学习。

2.根据权利要求1所述的环形网络中实现网络恢复的方法，其特征在于：所述链路检测报文包含的参数信息包括发送方MAC地址，组播地址，ServiceID，DeviceID。

3.根据权利要求1所述的环形网络中实现网络恢复的方法，其特征在于：所述链路报警报文包含的参数信息包括发送方MAC地址，组播地址，ServiceID，DeviceID。

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