CN105790902A - 冗余网卡切换的实现方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冗余网卡切换的实现方法和系统。所述方法包括：获取网卡链路状态查询时间；判断所述网卡链路状态查询时间是否为指定时间，若是，则检测第一网卡的链路状态，若否，则配置网卡链路状态查询时间为指定时间，然后再检测第一网卡的链路状态，所述指定时间取大于0毫秒且小于或等于80毫秒的值；若检测到第一网卡的链路状态发生变化，则连续发送设定数量的地址解析协议报文给冗余网卡的第二网卡，以使所述冗余网卡的第二网卡以广播形式发送地址解析协议应答报文，以及使交换机更新地址解析协议表项，在第一网卡链路中断后将第一网卡链路切换到第二网卡链路上。提高了冗余网卡的切换速度，从而提高了数据链路的可靠性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及工业控制领域，特别是涉及一种冗余网卡切换的实现方法和系统。
背景技术
冗余网卡使用的技术是链路聚合(LinkAggregation)技术，即是将数条物理链路组合成逻辑上的一条数据通路。冗余网卡对上层来说是一个整体，冗余设备由什么物理设备组成、物理设备之间如何进行协调动态备份，对上层而言是透明的。
冗余网卡内部聚合的物理链路共同完成收发任务并相互备份，只要还存在能正常工作的成员，整个传输链路不会失效，如果一条链路中断，它的任务会迅速转移到另一条链路上，因此整个数据通路不会中断。
然而，在现有技术方案中对于链路的切换缺少一个最优的方案，在实际应用中，链路切换时常会出现用户任务中断的情况，任务运行的可靠性和实时性得不到有效保障。
发明内容
基于此，有必要针对传统的网卡切换，数据链路的可靠性和实时性低的问题，提供一种冗余网卡切换的实现方法和系统，能提高切换速度，从而提高数据链路的可靠性和实时性。
一种冗余网卡切换的实现方法，包括：
获取网卡链路状态查询时间；
判断所述网卡链路状态查询时间是否为指定时间，若是，则检测第一网卡的链路状态，若否，则配置网卡链路状态查询时间为指定时间，然后再检测第一网卡的链路状态，所述指定时间取大于0毫秒且小于或等于80毫秒的值；
若检测到第一网卡的链路状态发生变化，则连续发送设定数量的地址解析协议报文给冗余网卡的第二网卡，以使所述冗余网卡的第二网卡在接收到所述地址解析协议报文后以广播形式发送地址解析协议应答报文，以及使交换机接收到所述地址解析协议应答报文后更新地址解析协议表项，在第一网卡链路中断后将第一网卡链路切换到第二网卡链路上。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
检测到第一网卡的链路状态未发生变化，则按照预定间隔时间发送地址解析协议报文给所述第一网卡，以使所述第一网卡在接收到所述地址解析协议报文后以广播形式发送地址解析协议应答报文，以及使交换机接收到所述地址解析协议应答报文后更新地址解析协议表项。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
从配置文件中获取所述预定间隔时间。
在其中一个实施例中，所述预定间隔时间的取值范围为1毫秒至999毫秒。
在其中一个实施例中，所述预定间隔时间为50毫秒。
一种冗余网卡切换的实现系统，包括：
获取模块，用于获取网卡链路状态查询时间；
判断模块，用于判断所述网卡链路状态查询时间是否为指定时间；
检测模块，用于在判断出所述网卡链路状态查询时间为指定时间时，检测第一网卡的链路状态，以及在判断出所述网卡链路状态查询时间不为指定时间且配置网卡链路状态查询时间为指定时间后，检测第一网卡的链路状态；
配置模块，用于配置网卡链路状态查询时间为指定时间，所述指定时间取大于0毫秒且小于或等于80毫秒的值；
发送模块，用于若检测到第一网卡的链路状态发生变化，则连续发送设定数量的地址解析协议报文给冗余网卡的第二网卡，以使所述冗余网卡的第二网卡在接收到所述地址解析协议报文后以广播形式发送地址解析协议应答报文，以及使交换机接收到所述地址解析协议应答报文后更新地址解析协议表项，在第一网卡链路中断后将第一网卡链路切换到第二网卡链路上。
在其中一个实施例中，所述发送模块还用于若检测到第一网卡的链路状态未发生变化，按照预定间隔时间发送地址解析协议报文给所述第一网卡，以使所述第一网卡在接收到所述地址解析协议报文后以广播形式发送地址解析协议应答报文，以及使交换机接收到所述地址解析协议应答报文后更新地址解析协议表项。
在其中一个实施例中，所述获取模块还用于从配置文件中获取所述预定间隔时间。
在其中一个实施例中，所述预定间隔时间的取值范围为1毫秒至999毫秒。
在其中一个实施例中，所述预定间隔时间为50毫秒。
上述冗余网卡切换的实现方法和系统，通过将网卡链路状态查询时间设置为大于0至小于或等于80毫秒的时间，并在检测到第一网卡链路状态发生变化时，发送设定数量的地址解析协议报文，降低了冗余网卡链路状态查询时间且主动发送地址解析协议报文，使得交换机及时更新地址解析协议表项，从而保证冗余网卡切换时间小于90毫秒，提高了冗余网卡的切换速度，从而提高了数据链路的可靠性和稳定性。
附图说明
图1为一个实施例中冗余网卡切换的实现方法的流程图；
图2为网卡链路状态查询时间、切换延迟和网络负载三者之间的关系曲线图；
图3为冗余网卡切换的实现方法应用的拓扑结构框图；
图4为一个实施例中冗余网卡切换的实现系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
通常情况下，Intel发布的网卡驱动的双网卡冗余功能通过查询方式来监测网卡的Link(链路)状态，默认情况下最小查询时间为1秒，当处于活动状态的网卡的网口断开链接时，在最佳情况下，冗余网卡需要经过1秒的时间才能查询到链接状态的断开并切换到另一网卡的网口，在工业控制的应用场合里，在1秒的时间内检测到两个冗余网卡的网口都处于链路断开状态，在这期间内的任何网络通讯都是失败的，即出现冗余网卡切换时间过长发生timeout的现象。此外，冗余网卡进行切换时，网卡驱动不会自动发出ARP(AddressResolutionProtocol，地址解析协议)报文，带路由功能的交换机无法及时更新其ARP表项，导致数据链接的建立会出现延迟，也会导致出现冗余网卡切换时间过长发生timeout的现象。本申请的冗余网卡切换的实现方法通过降低网卡链路状态查询时间，并在网络链路状态发生变化时主动发送ARP报文使交换机更新ARP表项，提高冗余网卡切换的速度，从而提高数据链路的可靠性和实时性。
图1为一个实施例中冗余网卡切换的实现方法的流程图。如图1所示，该冗余网卡切换的实现方法，包括：
步骤102，获取网卡链路状态查询时间。
步骤104，判断该网卡链路状态查询时间是否为指定时间，若否，执行步骤106，若是，执行步骤108。
网卡链路状态查询时间可以影响到冗余网卡的切换时间，理论上如果网卡链路状态查询时间很小，则网卡链路状态的变化会很快被冗余网卡驱动感知，那么网卡切换时间将很短，网络数据通讯很快从异常的网络链路切换到另一条冗余的网卡链路上，冗余网卡之间的延迟很小；如果网卡链路状态查询时间很长，则网卡链路状态的变化需要经历很长时间才被冗余网卡驱动感知，那么冗余网卡切换时间很长，甚至会出现两个冗余网卡链路都断开的情况。然而过低的网卡链路状态查询时间将导致冗余网卡驱动频繁的查询网卡链路状态，对网络负载会造成较大的开销，从而进一步造成过高的系统负载。为此设置网卡链路状态查询时间需要同时兼顾网卡切换的延迟问题和网络的负载问题，即合理的网卡链路状态查询时间需要在网卡切换延迟和网络负载之间达到平衡，不仅使网卡切换延迟时间相对小且对网络负载影响不大。
图2为网卡链路状态查询时间、切换延迟和网络负载三者之间的关系曲线图。如图2所示，经过大量的实验测试得到，当网卡链路状态查询时间为80毫秒时，网卡切换时间约为90毫秒，此时冗余网卡的切换延迟满足工业现场需求同时对网络负载影响很小。所以在工业控制领域中，两个网卡组合成冗余网卡后，当一个网卡的传输链路失效后，工作任务迅速转移到另一条链路的切换时间应小于90ms(毫秒)，若切换时间大于90ms，将可能导致传输超时，工作任务被暂停，降低了数据链路的可靠性和实时性。步骤106，配置网卡链路状态查询时间为指定时间，该指定时间取大于0毫秒且小于或等于80毫秒的值，然后执行步骤108。
步骤108，检测第一网卡的链路状态。
步骤110，若检测到第一网卡的链路状态发生变化，则连续发送设定数量的地址解析协议报文给冗余网卡的第二网卡，以使该冗余网卡的第二网卡在接收到该地址解析协议报文后以广播形式发送地址解析协议应答报文，以及使交换机接收到该地址解析协议应答报文后更新地址解析协议表项，在第一网卡链路中断后将第一网卡链路切换到第二网卡链路上。
具体的，预定数量的地址解析协议报文可根据需要设定，例如预定数量可为1个、2个、3个、5个等。预定数量为多个，可避免监控程序、网络环境等异常导致ARP报文发送失败。为了避免对整个网络环境产生影响，由监控程序发送预定数量的地址解析协议报文。冗余网卡是指将多个网卡组合，并通过链路聚合技术将多个网卡的物理链路组合成逻辑上的一条数据通路。
上述冗余网卡切换的实现方法，通过将网卡链路状态查询时间设置为大于0至小于或等于80毫秒的时间，并在检测到第一网卡链路状态发生变化时，发送设定数量的地址解析协议报文，降低了冗余网卡链路状态查询时间且主动发送地址解析协议报文，使得交换机及时更新地址解析协议表项，从而保证冗余网卡切换时间小于90毫秒，提高了冗余网卡的切换速度，从而提高了数据链路的可靠性和稳定性。
在一个实施例中，上述冗余网卡切换的实现方法，还包括：检测到第一网卡的链路状态未发生变化，则按照预定间隔时间发送地址解析协议报文给该第一网卡，以使该第一网卡在接收到该地址解析协议报文后以广播形式发送地址解析协议应答报文，以及使交换机接收到该地址解析协议应答报文后更新地址解析协议表项。
具体的，预定间隔时间可根据工业现场网络环境的实际情况设定。该预定间隔时间的取值范围可为1毫秒至999毫秒。该预定间隔时间如果设置太小，则监控程序会过于频繁发送ARP报文导致网卡频繁的广播ARP应答报文，对网络链路产生较大的负担开销；预定间隔时间如果设置太大，则监控程序不能及时发送ARP报文，网卡也不能及时发送ARP应答报文，会导致交换机无法及时接收ARP应答报文从而更新ARP表项。优选的，预定间隔时间为50毫秒。
在一个实施例中，上述冗余网卡切换的实现方法，还包括：从配置文件中获取该预定间隔时间。具体的，在配置文件中配置预定间隔时间，然后从配置文件中获取，简单方便。
图3为冗余网卡切换的实现方法应用的拓扑结构框图。如图3所示，交换机310和交换机320共有50个端口，S1，S2，S3，S4…S25分别为插有1张CPC(CompactPeripheralComponent)-2LAN卡的25台工业计算机330，通过网线组成冗余网络。在工作状态下，由于每台工控机中都有一个网口是冗余网卡的网口，所以每个交换机实际进行数据传输的有25个端口。
假设监控程序的预定间隔时间为50ms，则监控程序每隔50毫秒发出一个ARP报文，每个ARP报文长度为42个字节，则每秒钟交换机处理的ARP数据量为：(1000ms/50ms)*42*25＝21000bytes＝21Kbytes。即交换机每秒钟需额外处理21Kbytes(千字节)的数据，对于100M(兆)交换机11MB/S(兆字节/秒)左右(100/8＝12.5MBytes(兆字节)，除去其它开销实际约11MBytes/S)的数据带宽来说，ARP报文只占用了0.1％的带宽。对于1000M交换机125Mbytes/s(1000/8＝125Mbytes)的数据带宽来说，ARP报文只占用了0.01％的带宽，这对于交换机及整个网络的影响是微乎其微的。
此外，监控程序占用的网络开销很小，且不需引入新的芯片或硬件设计，成本低。
图4为一个实施例中冗余网卡切换的实现系统的结构示意图。如图4所示，该冗余网卡切换的实现系统，包括获取模块410、判断模块420、检测模块430、配置模块440和发送模块450。其中：
获取模块410用于获取网卡链路状态查询时间。
判断模块420用于判断该网卡链路状态查询时间是否为指定时间。
检测模块430用于在判断出该网卡链路状态查询时间为指定时间时，检测第一网卡的链路状态，以及在判断出该网卡链路状态查询时间不为指定时间且配置网卡链路状态查询时间为指定时间后，检测第一网卡的链路状态。
配置模块440用于配置网卡链路状态查询时间为指定时间，该指定时间取大于0毫秒且小于或等于80毫秒的值。
发送模块450用于若检测到第一网卡的链路状态发生变化，则连续发送设定数量的地址解析协议报文给冗余网卡的第二网卡，以使该冗余网卡的第二网卡在接收到该地址解析协议报文后以广播形式发送地址解析协议应答报文，以及使交换机接收到该地址解析协议应答报文后更新地址解析协议表项，在第一网卡链路中断后将第一网卡链路切换到第二网卡链路上。
具体的，预定数量的地址解析协议报文可根据需要设定，例如预定数量可为1个、2个、3个、5个等。预定数量为多个，可避免监控程序、网络环境等异常导致ARP报文发送失败。为了避免对整个网络环境产生影响，由监控程序发送预定数量的地址解析协议报文。冗余网卡是指将多个网卡组合，并通过链路聚合技术将多个网卡的物理链路组合成逻辑上的一条数据通路。
上述冗余网卡切换的实现系统，通过将网卡链路状态查询时间设置为大于0至小于或等于80毫秒的时间，并在检测到第一网卡链路状态发生变化时，发送设定数量的地址解析协议报文，降低了冗余网卡链路状态查询时间且主动发送地址解析协议报文，使得交换机及时更新地址解析协议表项，从而保证冗余网卡切换时间小于90毫秒，提高了冗余网卡的切换速度，从而提高了数据链路的可靠性和稳定性。
该发送模块450还用于若检测到第一网卡的链路状态未发生变化，按照预定间隔时间发送地址解析协议报文给该第一网卡，以使该第一网卡在接收到该地址解析协议报文后以广播形式发送地址解析协议应答报文，以及使交换机接收到该地址解析协议应答报文后更新地址解析协议表项。具体的，预定间隔时间可根据工业现场网络环境的实际情况设定。该预定间隔时间的取值范围可为1毫秒至999毫秒。该预定间隔时间如果设置太小，则监控程序会过于频繁发送ARP报文导致网卡频繁的广播ARP应答报文，对网络链路产生较大的负担开销；预定间隔时间如果设置太大，则监控程序不能及时发送ARP报文，网卡也不能及时发送ARP应答报文，会导致交换机无法及时接收ARP应答报文从而更新ARP表项。优选的，预定间隔时间为50毫秒。
该获取模块410还用于从配置文件中获取该预定间隔时间。具体的，在配置文件中配置预定间隔时间，然后从配置文件中获取，简单方便。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种冗余网卡切换的实现方法，其特征在于，包括：
获取网卡链路状态查询时间；
判断所述网卡链路状态查询时间是否为指定时间，若是，则检测第一网卡的链路状态，若否，则配置网卡链路状态查询时间为指定时间，然后再检测第一网卡的链路状态，所述指定时间取大于0毫秒且小于或等于80毫秒的值；
若检测到第一网卡的链路状态发生变化，则连续发送设定数量的地址解析协议报文给冗余网卡的第二网卡，以使所述冗余网卡的第二网卡在接收到所述地址解析协议报文后以广播形式发送地址解析协议应答报文，以及使交换机接收到所述地址解析协议应答报文后更新地址解析协议表项，在第一网卡链路中断后将第一网卡链路切换到第二网卡链路上。
2.根据权利要求1所述的冗余网卡切换的实现方法，其特征在于，所述方法还包括：
检测到第一网卡的链路状态未发生变化，则按照预定间隔时间发送地址解析协议报文给所述第一网卡，以使所述第一网卡在接收到所述地址解析协议报文后以广播形式发送地址解析协议应答报文，以及使交换机接收到所述地址解析协议应答报文后更新地址解析协议表项。
3.根据权利要求2所述的冗余网卡切换的实现方法，其特征在于，所述方法还包括：
从配置文件中获取所述预定间隔时间。
4.根据权利要求2所述的冗余网卡切换的实现方法，其特征在于，所述预定间隔时间的取值范围为1毫秒至999毫秒。
5.根据权利要求4所述的冗余网卡切换的实现方法，其特征在于，所述预定间隔时间为50毫秒。
6.一种冗余网卡切换的实现系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取网卡链路状态查询时间；
判断模块，用于判断所述网卡链路状态查询时间是否为指定时间；
检测模块，用于在判断出所述网卡链路状态查询时间为指定时间时，检测第一网卡的链路状态，以及在判断出所述网卡链路状态查询时间不为指定时间且配置网卡链路状态查询时间为指定时间后，检测第一网卡的链路状态；
配置模块，用于配置网卡链路状态查询时间为指定时间，所述指定时间取大于0毫秒且小于或等于80毫秒的值；
发送模块，用于若检测到第一网卡的链路状态发生变化，则连续发送设定数量的地址解析协议报文给冗余网卡的第二网卡，以使所述冗余网卡的第二网卡在接收到所述地址解析协议报文后以广播形式发送地址解析协议应答报文，以及使交换机接收到所述地址解析协议应答报文后更新地址解析协议表项，在第一网卡链路中断后将第一网卡链路切换到第二网卡链路上。
7.根据权利要求6所述的冗余网卡切换的实现系统，其特征在于，所述发送模块还用于若检测到第一网卡的链路状态未发生变化，按照预定间隔时间发送地址解析协议报文给所述第一网卡，以使所述第一网卡在接收到所述地址解析协议报文后以广播形式发送地址解析协议应答报文，以及使交换机接收到所述地址解析协议应答报文后更新地址解析协议表项。
8.根据权利要求7所述的冗余网卡切换的实现系统，其特征在于，所述获取模块还用于从配置文件中获取所述预定间隔时间。
9.根据权利要求7所述的冗余网卡切换的实现系统，其特征在于，所述预定间隔时间的取值范围为1毫秒至999毫秒。
10.根据权利要求9所述的冗余网卡切换的实现系统，其特征在于，所述预定间隔时间为50毫秒。
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