CN1078337A - 串行网络拓扑生成器 - Google Patents

Abstract

在一个串行通信网络中的多个访问端口被一对 各连接到一个编程的处理器上的适配器所归类。适 配器具有唯一的身份并且与任何各具唯一网络身份 的现用连接的设备一起参与一个轮询序列。处理器 维护现用端口状态信息并将在一个轮询序列中在适 配器的身份之间接收到的设备身份关联到指示各现 用设备所附着的特定端口的现用端口状态信息。

Description

本发明一般涉及串行通信网络，更具体地涉及串行网络中的故障检测与隔离，从而在一条网络链路或一个设备故障时能进行部分操作。

串行通信网络与其它著名的网络，诸如多点式，星形或网格式网络相比，具有诸多优点，最可贵的是良好的分布式轮询功能，它能以网络容量的高利用率容易地在大量的台站之间支持同级层之间的通信。

串行网络的主要缺点之一是在任何网络部件故障时有摧毁性故障的倾向。

近年来，开发了大量检测与或隔离串行通信网络中故障的技术。较有用的技术之一是美国专利3，564，145中所公开的当前正在使用的IEEE802.5令牌环（Token    Ring）。这一称作信标的技术以其地址指定一个故障网络部件或台站的紧接着的下游站。在一个静态网络中（例如网络拓扑是固定或已知的网络），可以采取校正动作以绕过或固定故障的网络部件。

另一种技术（双环重新配置）已被证明在隔离串行网络中的故障中非常有用，从而在一个网络部件故障之后提供全网络或部分网络操作。这一技术采用双串行环，它可以经由开关装置转换成单环从而绕过一个故障的网络部件。下面列出的专利公开了多种双环重新配置实现：

美国专利3，519，750

美国专利3，876，983

美国专利4，009，469

美国专利4，354，267

美国专利4。390，984

美国专利4，527，270

美国专利4，538，264

美国专利4，594，790

美国专利4，709，365

下面列出的专利公开了多种用于绕过单环串行网络中的一个故障网络部件的手动与自动技术：

美国专利3，458，661

美国专利4，035，770

美国专利4，048，446

美国专利4，245，343

美国专利4，763，329

虽然上述所有技术本身或者它们的组合都是有用的，然而它们在各种故障以后不能在一个串行环网络中提供快速、有效或完全的通信修复。

诸如IEEE802.5令牌环网络这样的现代网络通常作用位于整个机构中的许多（多达数百个或更多）端口，这些端口中的许多个是不利用的或者是连接到待用站上的。此外，为了工作人员的方便，站（各有一唯一身份或地址）是频繁地从一个端口转移到另一端口的。

鉴于站的流动性以及大量没有或仅有待用站连接的端口，伴随一个信标信息的站身份或地址对定位故障的网络部件的地理位置不提供信息。

美国专利4，507，777公开的技术（紧接的现用上游邻接站）在处理串行网络中的故障修复是十分有用的;然而，从这一技术中所得到的顺序站身份或地址并不提供充分的网络拓扑信息来精确地定位故障部件的物理位置。例如，两个相邻的现用站可能在物理网络上相隔若干不连接或待用的端口。从而，知道了站X检测到一个故障且站C在X之前并不能物理地定位一个特定的故障部件。

当前的串行环通信网络没有用于开发将各物理端口与连接在其上的一个现用站的身份（identity）或地址精确地相关联的一种精确网络拓扑的自动化设备。考虑过两种解决方法，但没有一种是实用的。各站的启用时可将其身份或地址连同用一个网络定义的位置输入到一个数据库或管理程序。这一任务可由一位操作员手工完成。这是一项繁重的任务并且在每一个站上都需要合作的操作人员。另一方面，在各端口上可提供充分的智能，当启用连接在其上的一个站时自动地向该站提供用于自动传送给一个数据库或网络管理程序的位置信息或者直接地向一个数据库或网络管理程序传送位置信息。单纯从成本观点上来看，这一解决方案是不实际的。

本发明设想了一种用于将多个端口连接到一个串行通信网络及生成网络及生成网络拓扑信息的多端口连接单元。所述单元包括多个通信端口以及两个通信适配器，每一个适配器具有一个唯一的标识符及将所述适配器连接到该串行通信网络从而使各适配器能将包含所述唯一标识符的信息信号从该网络上接收与传送到该网络上的装置。同时还包括将所述端口有选择地在所述至少两个适配器之间串联的开关装置，及一个连接到所述两个适配器之一用于从所述两个适配器之一上接收一个包括一个控制一个控制信息的源的标识符并且由所有连接到该网络上的现用设备顺序提供的一个预定的控制信息的控制装置，以及用于将所接收到的所述两个适配器的标识符之间的顺序设备身份关联到所述开关装置所选择的端口的装置，从而生成一个网络拓扑。

图1是包括根据本发明的缩小了的重新配置单元的一个双环网络的方框图;

图2为展示网络信息信号流的新颖重新配置单元的方框图;

图3为类似图2的展示重新配置单元内部通信（非网络的）的方框图;

图4A至4D示出重新配置单元的不同开关状态;以及

图5至17为展示图2与3所示的编程的微处理器的操作的流程图;以及

图18至20为展示在图中所示的适配器中所执行的新的功能的操作的流程图。

图1示出了包括四个重新配置单元RCU1-RCU4的一个双令牌环网络。这些单元由一个主环P与一个辅助环S互连。在正常或无故障操作中各RCU设置有80个端口并能连接多达80个诸如终端T这样的设备到主环上。在这样连接时，任何设备Ti能够经由主环P与其它任何设备Ti±a进行通信，只要这一其它设备也是连接的并且是可操作的。

当主环中的一个部件或一条链路发生故障事件时，通过在一个或多个RCU中对网络的切换，将主环与辅助环进行重新配置，以形成一个单环，在该单环上全部或某些设备T仍可继续通信，直到更换或修复了故障部件。下面将结合对附图的说明对如何完成这一点进行说明。为了支持重新配置，在P环与S环中的单向信号流是在相反方向上的，如图1中所示的链路段P与S的方向箭头所指。

图2与3为单个RCU的方框图。在图2中只展示了信息信号（或数据）流，而图3则只展示了RCU的各种部件之间的内部通信。相同的参照数字将用于图2与3中相同的部件。

通过适配器10，15与16以及4个串联的段开关12及它们所服务的80个端口，一个重新配置开关11被连接到主环与辅助环上。开关11可在图4A-4D中所示的状态之一中，并将适配器和段开关服务的端口互连。下面将提供有关这些状态的更详尽的讨论;然而，下面跟着的说明将假定开关11是在图4A所示的正常状态中。

由PI适配器10传递的信息信号经由重新配置开关11在导线1上作用在一个第一段开关12上。段开关12是一个继电器操作的多极双掷开关，它在一个位置将导线1与导线2相连并且将导线3与导线4相连。在另一个位置，导线1直接与导线4相连而导线2与导线3相连。

导线2连接到一个端口模块13的一个输入端上，该端口模块包括可连接诸如终端T这样的设备的20个端口。每一个端口设置一个类似于段开关12的继电器操作的多极双掷开关14，并且在一种状态中将导线1′与导线2′相连并且将导线3′与导线4′相连。第一端口的导线4′连接到第二端口的导线1′，从而在开关在此状态中形成一个所有端口的串联连接。最后一个端口的导线4′连接到与第一段开关12相连的导线3上。

如果所有的端口是现用的（即连接有现用设备T），所有的开关14将在的描述的第一状态中，并且设备T1-T20将是串联的及由PI适配器10传递的信息信号将串行通过设备T1-T20传递并返回到第一段开关12。第二、第三与第四段开关12及它们所关联的端口与相连的设备将以相同的方式操作。

第4段开关12的导线4由重新配置开关11连接到PO适配器15的输入端，而适配器15的输出端则连接到主环P（OUF）。

正正常模式中，到达P（in）的信息信号串行通过PI适配器10，第一段开关12与现用连接的设备T1-T20;尔后串行通过其余的段开关12及与之关联的现用连接的设备T，然后通过PO适配器15。

在正常模式中，在辅助环S上的信息信号经由重新配置开关11通过S适配器16直接传送到S环的输出方。如果所有的RCU都在此模式中，S环不带来自设备T的信息信号。在其它模式中（图4B-4D）来自设备T的信息信号通过已经重新配置成单环的主环与辅助环两者的各一部分。

段开关12与端口开关14经由图3示意性地示出的实线导线18受微处理器17控制。适配器10、15与16通过图3中用点划线示出的一条总线19与微处理器17通信。

适配器10、15一16以是一IBM16/4令牌环适配器/A在构造与操作上基本相同的。这种适配器与令牌环介质接口并连接到IBM    PC或兼容个人计算机的输入/输出总线上。适配器与PC间由共享存储器技术实现信息交换。

在这一技术中，设置了各设备既可读又可写的一个存储器区域，这些设备周期性地检验该存储器，以检测这些设备之一改写部分或全部存储器内容时导致的改变。这一存储器区域的一部分包括若干标志比特，它们各定义为一定的含义与功能。

为了修改适配器的功能，定义了三个附加标志。一个第一标志（TBF），当设置时使适配器能够传输信标重新配置（BNR）帧，BNR帧与信标正常（BNN）帧是按照IEEE802.5标准的格式与内容定义的。第二标志MBF指示适配器传输BNR帧来代替它所接收的帧。第三标志DIS-TX指示适配器中断其传输代替它所收到的帧的BNN帧所建立的（如果有的话）传输通路。尔后描述的图5-17中的流程图所示的由微处理器17执行的功能可由一台适当地编程的INTEL    80C186微处理器来执行。

如上所述，图4A中所示的开关11的状态是RCU的正常状态。即没有检测到故障。在开关11的这一状态中，所有的端口在P环上适配器10与15之间连接在串联电路中，并且适配器16是插入在S环中的。

如果适配器10在P环上检测到一个上游故障，它生在正常信标帧（BNN）并经由串联电路将BNN帧向下游传输到适配器15。此外，它经由总线19和微处理器17发送一人指示这一状态的信息。故障可有若干种类，最常见的是由一个上游RCU中一条电缆的断路或一人电路部件的故障导致的没有信号。这时，微处理器17记下该故障并在改变开关11的状态以前等待进一步的信息。

适配器15接收到一个BNN帧时，在主环P（out）上向下游发送一个信标重新配置帧BNR。同时，它经由总线19通知微处理器17。微处理器17记下来自适配器15的信息并经由总线19向适配器16发送一个信息，这导致适配器16在S环上向下游发送BNN帧。如果上游P与下游S环都断开了，来自适配器16的BNN帧任何设备都检测不到。然而，在这一情况中，邻接RCU在S环上的紧接着的下游适配器16将已检测到一个断开或故障，并已启动在S环上发送BNN帧。另一方面如果只有上游P环发生故障，则BNN帧将到达S环上紧接着的下游RCU上的适配器16。

来自适配器15的BNR帧向下游行进而各适配器10向其连接的微处理器17通知BNR帧的收到。微处理器17设置一个定时器并检测判定其S环上的相关联的适配器16在接收到一个BNN帧时是否已经检测到一个上游S环故障。如果适配器16没有报告任何事件，微处理器在定时到时以前将不采取任何行动。

如果时间间隔足够长，考虑进环绕环的传播延时，在其它任何介与其间的RCU的时间过去以前在主环P中的一个故障的紧接着的上游的RCU将或者检测到在辅助环S上的一个故障或者在该环上收到一个BNN及在主环上收到一个BNR。

在满足上述条件时，即，在P环上收到一个BNR同时在S环上或者收到一个BNN或者检测到故障，微处理器将开关11重新配置成图4C的示的状态。在这一状态中，所收到的BNR帧将在辅助环S上循环回来。当这一BNR帧被介入其间的适配器16收到时，关联的微处理器复件超时周期并保持在正常模式中。

当检测到上游P环故障的RCU的适配器16接收到其关联的适配器15初始化的BNR帧时，将其发送到微处理器17，后者识别适配器15的身份并将在经过内部检验以后切换到图4B所示的状态中。这时双环已被重新配置并且在一端包含检测的RCU（图4B）;在另一端上是P环中断开或故障的上游的RCU（图4C）;并且介于其间的的有RCU都是以正常状态连接的（图4A）。

故障的环段包括首先检测到故障的适配器10（图4B）以及在P环上故障的上游RCU的适配器16。这两个由于故障而无力复原双环操作的适配器将发送BNN帧。一旦故障排除，一个适配器将首先接收一个完整的BNN帧，并且重新发送这一帧。当这两个适配器之一接收到带其本身的身份的一个BNN时，它知道不能工作的环已经完整或修复（即，该BNN帧已转过一周）。此时，根据IEEE802.5标准的正常恢复使可执行。当这一工作完成时，关联的微处理器命令开关11切换到正常状态（图4A）而恢复双环操作。

需要说明的是在图4A、4B与4C中RCU中的所有端口1-80是由两个适配器归类（bracketed）在一起的。在图4A与4C中适配器10与15将端口1-80归类在一起，而在图4B中则由适配器16与15将端口1-80归在一起。在图4D中所示的状态中端口1-80只连接到一个适配器（16）;然而它们是与网络上的的有其它端口隔离的。

结合IEEE802.5标准规定的环形轮询功能的电路布局，使微处理器17有可能将设备身份互相关联。环形轮询功能是实现在IEEE802.5令牌环中的，下面将作一简要的说明。当环开始起动或从一个故障中复原时（这通常发生在一个设备加入或离开该环时），所有的设备进入一个进程，来选择环上具有最高地址或身份的现有设备作为现用监视器，而所有其它设备则承担备用监视器的任务。

这一进程一旦完成，现用监视器发送一个现用监视器就位（AMP）帧。这一帧中包括一个广播TO（目的）地址字段以及在FROM（源）地址字段中的它自身的地址。此外，该帧包括一个帧已复制比特。由于环是串行的，下一个现用下游站在任何其它站之前接收该帧（由于它包含一个广播地址）。因为没有设置帧已复制比特，它便知道现用监视器是紧接着的现用上游邻接站（NAUN）并存储这一信息。在重发这一比特以前它还将它设置，从而使环上后面的设备不致误认为现用监视器是它们的NAUN。

这一设备将等待一个令牌帧，而在接收到一个令牌帧之后发送一个备用监视器就位（SMP）帧。与AMP帧相同，它在FROM地址字段中包含它的设备地址而在TO地址字段中包含一个广播地址以及一个帧已复制比特。下一个现用下游设备重复上述进程。

这一进程一直重复到现用监视器接收到一个带有未设置的帧已复制比特的SMP帧为止。这时在环上的每一个现用设备已经得到了其NAUN的地址或身份，并且环形轮询进程已经完成;然而，上述现有的进程并不能标识或关联这些设备与它们所连接的端口，因为没有足够的信息可资利用来做到这一点。任何站都能按次序复制这些设备的身份;然而它无从得到足够的信息来将这些设备的身份关联到任何特定的端口或物理位置。

根据本发明，一个适配器10/15将所接收到的全部环形轮询信息包括它本身的环形轮询信息传送给微处理器17。从而微处理器17如环监视器一样，顺序接收环上所有设备的身份;然而，与环监视器不同的是它知道它自己的适配器10/15/16所归类的身份以及其间的80个端口的状态，因此有足够的信息可资利用以将这些身份与现行端口相关联。如果所接收到的身份或地址的数目等于现用端口的数目，则认为这一关联是准确的。如果要求更高的可靠性，微处理器可以等待两个环形轮询循环，然后再宣布关联是准确的。

一旦得到了这一信息，微处理器便可经由适配器（10/15/16）之一将它发送给驻留在这些设备之一上的一个管理程序，诸如IBMLAN（局域网）网络管理程序。管理程序便可以这一方式从所有RCU接收精确的整个网络的拓扑信息。本发明的突出优点之一便是在不改变各端上的现有设备或不增加智能设备的情况下生成这一拓扑信息。

根据IEEE802.5标准，凡是要求连网的连接在端口上的设备必须提供一个直流的信号。如果处理器17已经启动了该端口，这一信号导致开关14插入该设备。这一信号同时从总线18上传送到处理器17。从而，处理器17具有足够的信息来维护一张现用/待用端口表。这一设备将在其现用状态中一直维持这一直流电流，并且在下电或因为任何其它原因成为待用时，这一直流电便去掉而微处理器17感测到这一状态，并且失掉这一直流电流将14切换到其备用状态，或者绕过与改变该端口的状态到在表中绕过。

在环形轮询的进程中，微处理器17建立一张包括这些站的身份的表，这些站的身份是被三个连接适配器（10、15与16）中选定两个的身份所归类的。在没有故障时（例如一个设备并未除去该直流插入信号但在环形轮询序列中未能响应），报告站的数目将等于现用端口的数目，并且由于身份是顺序提供的，它们能够很容易地关联到它们所在的特定端口。

另一个明显错误的源可能出现在环形轮询已经通过了它的端口而环形轮询序列尚未完成之前一个设备变成现用的。为了提高所采集到的数据的可靠性，希望在认为该数据是准确的以前能够进行两次环形轮询序列。

从上面可知，提供三个适配器10、15与16允许在图4A-4C所示的配置下实现拓扑生成，并且还提供一个适配器连接到非操作的环部分（图4B与4C）专用于当诱发开关状态改变的故障消失时恢复正常状态。在图4D所示的状态中，经由适配器16连接的设备是从网络的其它部分隔离的，并且适配器16所提供的所有不表轮询信息或任何其它信息都是与连接到端口的设备关联的，这些端口是受微处理器17控制的。

在隔离状态中（图4D），适配器16连同经由其端口连接到该RCU上的任何现用设备连结在一个单环中。除了该RCU下电状态之外，当检测到RCU与/或其连接的设备或电缆的内部故障时将进入这一状态。这一状态当微处理器17判定内部故障的位置并在适当时通过一个或多个端口开关14与/或一个或多个段开关12的操作恢复局部操作时，允许网络的其余部分作为一个单环操作。

一种第五状态（除了适配器5与PO互换以外其它一图4D相同）出现在同时在环上发生两个故障时，一个故障在RCU的适配器10的上游而另一故障在该RCU的适配器15的下游。在这一状态中，适配器10在该RCU的上游方连接到非工作的环上而适配器16则在下游方连接到非工作的环上。适配器15连同连接到该RCU的任何现用设备连接到一个隔离的可操作环上。

图5-17是用于实现上述功能微处理器17中所需的程序的流程图。更具体地，图5-8当作为一个整体并如所指示地组合时定义一个总体处理例行程序。图9-13示出图中所指出的名称的离散模块，而图14一15是当定时器到时时执行的例行程序。

图5-17中的示的流流程图使用以下列出并定义的名词。

TIA、TIB、T2-T6及RAT（复原激活定时器）标识在流程图中设置与复位的不同定时器。

BNR＝信标重新配置

BNN＝信标正常

RR1＝恢复要求1（这一状态存在于PO正在接收BNN或发送BNR）

RR2＝恢复要求2（这一状态存在于PO正在接收与重复BNR）

WRAP    RI/RO＝开关状态图4D（绕回RI/RO）

WRAP    RO＝开关状态图4C（绕回RO）

WRAP    RI＝开关状态图4B（绕回RI）

UNWRAP    RI/RO＝开关状态从图4D改变到4A（解开RI/RO）

UNWRAP    RI＝开关状态从图4B改变到4A或从4D到4C（解开RI）

UNWRAP    RO＝开关状态从图4C改变到图4A或从4D到4B（解开RO）

LM＝LAN    MANAGER（诸如IBM网络局域网管理程序这样的一种程序产品，它收集有关网络操作的信息并向网络上的设备发布命令）

MRO＝合并环出标志（当环出不可操作时该标志设置为“0”）

MRI＝合并环入标志（当环入不可操作时该标志设置为“0”）

AMP＝现用监视器就位（IEEE802.5标准中规定的一个信息）

RF＝复原标志

RC＝复原计数器

NRE＝不能复原的错误标志

NAUP＝紧接着的现用上游端口

AM＝连接组件（一个段开关及连接的端口）

AMT＝测试中的连接组件

在图5-17的说明中假定网络是如图1所示配置的并且至少包括三个RCU。如果在RCU间出现了一个故障，一个RCU将在主环P上的故障的紧接着的上游，另一个将在主环P上的故障的紧接着的下游，而所有其它的RCU将介于上述定义的RCU之间。如果故障发生在PI与PO适配器之间，检测这一故障的RCU将呈现图4D中所示的重新配置开关状态而所有其它的RCU将介于该故障之间。

程序开始于图5中的加电。如在开始框中所示，适配器PI、PO与S的标志比特DIS-TX、MBF与TBF设置为OFF（断开）。这时，开关11在图4D所示的状态中并且程序转移到图8B中（G）处的主程序的一个子程序上。假定没有故障，在801，S适配器将已接收到一个AMP帧，在802，定时器T6将被复位并且程序转移到6。由于RI在803被绕回，所以在805，MRI＝1，并且在804RI已接收到一个AMP，在806RI被解开。

程序返回到6。此时RI是不绕回的。如果PO在807正在接收或808正在发送一个BNN，如果T6在809′不活跃则在809装入定时器T6并开始计时。如果定时器T6是活跃的则进至810;然而，RO是假定为可操作的并且程序直接降至810，在那里S如前面所设想的已经接收到一个AMP帧。在811，RO是可操作的并且MRO＝1。在812，RO被解开并且定时器T_1A与T_1B被复位。程序返回到图5中A，在502′TBF（PO与S）被设置为接通（on），在RI、RO中没有故障或内部（PI与PO之间）故障时程序在框502-505之间循环。这时RCU开关状态示出在图4A中。

网络可以作为一个双环网络或者作为一个单环重新配置的网络操作。只有当所有RCU加电并且没有故障时它才作为一个双环网络操作。如果存在单一的故障或者如果一个单一的RCU或多个邻接的RCU下电时，包括一部分辅助环的一个单环是可操作的。如果存在着一个以上的故障或者两个或两个以上不相邻的RCU下电，则两个或两个以上独立的单环是可以操作的。下面的说明不受这些条件的影响并将适用于同一情况中的所有RCU。

如果在主环上发生了一个故障或断开，一个RCU将在该断开的紧接着的下游而另一个则将位于该断开的紧接着的上游。其它任何RCU位于上下游RCU之间。

我们首先考虑故障下游的RCU。PI适配器检测到这一故障并发送一个BNN并且这一状态将通知程序。PO适配器将不转发这一BNN而在主环的下游发送一个BNR并将此报告给程序使它进入状态RR1;从而图5中的程序将从框502进入框507。在图5中利用了两种恢复要求条件RR1与RR2。当PO适配器或者发送BNR帧或者接收BNN帧时RR1存在，而当PO适配器正在接收并转发BNR帧时RR2存在。这一信息由PO适配器提供给程序。此时，定时器T1A不活跃而在508装入并启动定时器T1A与T1B，程序在509等待定时器T1A到时再前进。一旦定时器T1A到时，程序在510将S适配器中的DIS-TX比特设置为接通（on）并将TBF比特设置为断开（off），使S适配器发送BNN帧而PO适配器将发送BNR帧，因为它的TBF比特在前面已经设置为接通（on）并且它已经接收到PI适配器发送的BNN帧。如果在511PO接收到它自己的BNR帧，则在512定时器T1A与T1B被复位而DIS-TX（S）被设置为断开（OFF）并且程序返回至1。由于PO接收到它自己的BNR，主环是无故障的而导致故障指示的事件已消失。

如果PO在513正在接收来自另一个适配器的一个BNR，则在516装入并启动定时器T3，断开DIS、TX（S），并接通TBF（S），然后程序转移到图6中的B;然而，在当前的例子中这将不会发生，而在框513′程序判定S适配器是否已经接收到PO的BNR。如果已经接收到则在514复位计时器T5、将DIS-TX（S）断开（OFF），并且将重新配置开关11从图4A中所示的状态改变到图4D中所示的状态来绕回环入（RI）与环出（RO）。然后，程序转移到图7上的C。此时，在701它执行一个内部恢复模块并在701′将TBF（PO与S）设置为断开（OFF）。该内部恢复倒程详细示出在图9中。在假定的条件下这一模块的功能是检测被隔离的环的完整性，该环包括S适配器及的有受这一RCU控制的现用端口，见图4D。如果，如假设的，在被隔离的环上不存在故障，S适配器将在702接收一个AMP帧，环出（RO）是可操作的并且MRO等于1（703）。在704解开环出（RO）并在705将重新配置开关从图4D中所示的状态改变到图4B中的示的状态，复位定时器T1A-T1B，然后程序返回图5中A。

我们现在来考虑在断开或故障的紧接着的上游的RCU，由于它所采取的行动导致下游RCU的PO的BNR返回到S并且接着形成上述单操作环。参见图5，上游RCU将通过以上对下游RCU所描述的同样的加电自检，并且说明将从图5中A开始。

在假定的条件下，程序从框502、503与504的否定方向上出口。由于PO适配器正在接收与转发BNR帧，RR2得到满足而在是（Y）方向从505出口。在框515检验定时器T1B并且是不活跃的。在516装入并启动定时器T3，并改变S适配器的标志比特，然后，程序转移到图6上B。

在图6中，框60/检验S适配器是否接收到一个BNR。如果已接收到，则在612复位定时器T1A与T1B，然后程序转移回图5上A。框602、603或604的一个“是”（yes）答复导致在605装入与启动定时器T4并将S适配器中的MSF标志比特设置为接通（ON）。如果的有的答复是否定的，并且S适配器在606检测到一个故障，则在607复位定时器T6并且程序绕回RO及转移到图8上D。如果框602-604中的指定的条件中任何一个得到满足并且定时器T4被启动，对于紧接着的上游RCU框608将是否定的并且如果定时器T4在610到时或者S适配器在611检测到一个故障，则程序将在609绕回RO，复位定时器T6，将MBF（S）设置为断开（OFF）并转移到图8上D。

转移到D以后，PO与S中的TBF标志比特在803′设置成断开（OFF），并且在假定的条件下，程序将从框803的否定方出口，当它在Wrap    RO（图4C）状态中时将在框807、808、810与813-815间循环。在这一循环中，程序将监视来自S适配器的输入（框810）。当S接收到一个AMP帧时，表示上游RCU的S适配器与下游RCU的PI适配顺之间的辅助环与主环通路是可操作的，MRO将为1并且它将通过框811与812（在这里解开RO）从循环中出口。它返回图5上A，在那里它将在框502-505之间循环，并且在没有任何新故障的情况下，程序继续在框502-505之间循环。

下游RCU，如前所述在解开RO（图7框704）之后返回图5中A。这将RI留在绕回中。当在框502-505间循环时，它在504等待PI接收一个AMP帧504。当发生这一事件时，它指示在其RI与上游的RCU的RO之间的主环与辅助环中的故障已消失，并在506′如果MRI＝1则在框506解开RI。由于上游RCU在同样条件下解开其RO，所以S接收到AMP，现在双环已复原。

介乎上游与下游RCU之间的RCU执行上游RCU图5中相同的路径。然而在图6中，S适配接收BNR将导致在那个RCU中的程序在框612或613（这取决于它是在定时器T3还是T4到时以前接收到BNR）复位T1A与T1B后返回图5的A。这些RCU不改变开关状态而中停留在图4A所示的状态中。

当一个PO适配器在503检测到一个故障，则在517装入并启动定时器T2，并且程序进入510、511、513′与518的循环中。如果在PO接收一个BNR帧或者S接收PO的BNR帧之前定时器T2到时，则在519绕回RI/RO并将DIS-TX（S）断开（OFF）而程序转移到图8上的E。这时，在817调用内部恢复模块（图9）。这一模块是用于定位与/或绕过隔离的环（图4D）中的故障部件的。如果绕过了该部件，S适配器将在801接收一个AMP帧并在802复位定时器T6再去往图8中的6，如前所述。

如果，反之，不可能完成在功的绕过，则程序将在框818与801之间循环直到两个PO之一适配器在818接收一个AMP帧，这一情况下定时器T5在820被复位而程序转移到图7上5。

当程序从图8上的820移到图7上的5，则绕回RI/RO并且在隔离的环上存在着一个不能恢复的错误。在这一事件中，S将在702不接收一个AMP帧而程序将在框707-711与702之间循环挂起故障排除，或者在709如果定时器T5到时，在这一情况中，程序转移到图8上的E。如果程序以答复“是”从框707或708出口，则在713′检测定时器T5是否活跃。如果它不是活跃的，则在713被装入与启动并返回到5。如果定时器T5是活跃的，程序下降到框709而象上面所述地进行。如果PO接收到一个BNR帧，定时器T5将在框714复位。如果PO适配器在710检测到一个故障，程序转移到图8上的E。在框703MRO不等于1（即RO不能操作）将复位定时T6并转移到图8上的D。

在图8中，如果定时器T6在813到时，或者PO适配器在814检测到一人故障，则在812绕回RI而程序转移到框817去执行一个图9中所示的内部恢复例程并从那里前进如前所述。

只有当RI/RO是绕回时（图4D）才进入图9中所示的内部恢复模块。在框901中将恢复标志设置为1。如果在902，RAT定时器是活跃的，则在框903将它复位并在框904中将NRE设置为伪（false）。如果在905，内部环被恢复（即S接收到一个AMP帧）则在框906检验恢复计数器的值。如果它不等于3，这将在隔离的环上不存在故障的情况，在907装入并启动RAT定时器并且在908将任何坏的部件报告给一个LAN管理程序（如果在908它是驻留在环上的）并在908′将RF标志设置为零。只有当故障或错误没有找着或定位时，恢复计数器RC才成为3，在这一情况中，在909将环错误没有找到报告给LAN管理程序并在910启动恢复再试计数器。此时，程序返回到它转移来的点上。

如果在隔离环上存在故障或错误，程序将通过框911与912下降由于NRE为伪并且这时RC是设定为零的。当RAT定时器到时，恢复计数器RC复位到零，见图15中框1501。这一计数器是用于防止来回摆支的，这便是当环被隔离时没有找到故障而重新连接时立即出现故障。这一计数器将这一情况限制为3次再试。这时，程序在913调用寻找故障（Find    Fault）。

寻找故障，图10在1001以等待18秒开始。如果在1002内部环被恢复，则程序返回到图9上的框914。由于没有找到故障，在915中将RC增加1。如果任何环部件已被停用（绕过）则这一信息将在框916中被保存。在这些情况中，程序将通过框905、906、907与908返回。

如果在框1002内部环没有恢复，这是较典型的情况，则在1003去掉紧接着的现用的上游端口（NAUP）。该NAUP是信标发送器上游的第一个现用端口并且通常是该NAUN所连接的端口。该NAUN的身份由信标设备所提供并且程序将这一身份与该端口相关联，如下面要详细描述的。如果内部环在1004恢复，程序在1005调用图12的测试端口（Test    Port）。

测试端口（图12）在1201恢复该端口，在这一情况中是NAUP的端口。如果内部环在1202故障，在1203将该端口去掉，在1204标志为BAD（坏）并且返回到它以答复“是”出口的914，并如前述继续执行。

如果在图10中，环并可恢复（1004）则在1006将信标发送器所连接在的端口去掉。如果内部环在1007恢复，则在1005调用测试端口。如果恢复失败，则在1008将所有连接的组件去掉。如果在1009内部环未能恢复，则在1010将NRE设置为真并且程序返回到914，并在“是”支路上从914出口，这是由于已经标识了一个故障（即该S适配器或它上方）。

当内部环在1009中恢复时，在1011发送一个测试帧，如果在1012帧测试失败，则在1013将NRE设置为真，这蛙程序返回914并从那里继续进行如前所述。

如果测试帧不失败，则在1014将AMT设置为该NAUP的AM并且在1015恢复AMT。在1016执行AMT的帧测试。如果在1017帧测试失败，则在1018将该AMT标志为坏的并且恢复除此AMT以外的所有AM，并在1018′将RC标志设置为零。程序返回914并如前述继续进行。当1017的帧测试并不失败，则在1019去掉该AMT，在1020    AMT加1模4（或n，这里n等于AM的个数）并且对该新的AMT在1021进行检验判定它是否是该NAUP的AMT。如果不是，程序通过1015、1016等循环。

如果在1021    AMT是该NAUP的AMT，则说明所有的AM都已经通过了该循环没有一个帧测试失败在1017检测到，程序转移到图11中F，在那里进行其它测试。

在图11中，在1101恢复所有的AM，在1102将AMT设置成等于该NAUP的AM并在1103去掉该AMT。如果内部环在1104未能恢复，在1105该AMT加1模4并在1106检验该AMT是否是该NAUP的AMT。如果不是，则程序在1103-1106间循环。如果所有AM都去掉后内部环仍不恢复，则在1107将NRE设置为真，在1108公告错误状态而程序返回914。

如果内部环在1104恢复，程序在1109调用测试模块（图13）。在测试模块中（图13）在1301将该AMT上所有的端口去掉并在1302恢复该AMT，在1303恢复端口20（或n，这里n是最高号码的端口）。在1304如果该端口是现用的，则在1305调用并执行上面说明过的测试端口模块（图12）。如果在1306该端口是标志为坏的则程序返回图11上的1110，在那里恢复所有的好端口与组件然后返回到914。如果反之，该端口在1304既不现用也不坏则在1307将端口号减1，如果在1308端口号不为零，程序循环回1304。当端口号为零时程序返回图11上1110。

图14的恢复再试定时器到时模块调整恢复尝试的次数与频度。如前所述，该定时器当找不到环故障时在图9的框910被启动。因而另一次恢复尝试必须等待该定时器到时。一旦该定时器到时，在1401将RC设置为2（图14）并在1402将RF设置为0。如果内部环在1403故障，则如前述在1404执行图9的内部恢复。如果它并无故障，则在1405清除环错误未找到（标志）并在1406将RC设置为0。

图16与17中所示的流程图定义将端口关联到该端口所连接的波瓣（lobe）或线上所连接的特定终端或设备的程序模块，从而在没有任何附加设备或所连接的设备的特殊报告的情况下，程序能够建表标识各终端或设备所连接的特定端口或波瓣。

程序维护下列与图16与17所示的模块相关的4张表：

1.波瓣或端口表

2.建站表

3.好站表

4.连接组件或段表

波瓣或端口表包括各端口的状态（插入/脱开）并且是以监视由要求访问网络的站或终端提供的直流或幻象（phaufom）电流来进行维护。在没有特殊要求的情况下，程序将启动所有的端口，并且来自一个站的直流电流的出现将该站插入串联电路中。此外，程序从总线18上得知该端口是现用的并将对应于该端口表的表项标记为插入的。以相似的方式，如果该直流电流被去掉，则绕过该端口并将表中对应于该端口的表项标记为不插入。此外，如前所述，在一个端口被绕过或插入时更新该表以指示该端口的状态。连接组件（AM）或段表是相似的并包括前面所述的在处理器控制下的四个段或连接组件中每一个的状态（插入/脱开）。

此外，该程序维护一张建站表与一张好站表。这两张表中的每一张包括连接到各波瓣或端口上的站的地址或身份。当程序首次识别一个连接到一个端口的一个站时，将该站的身份插入建站表而在随后的识别中，该站的身份进入好站表。在好表中的信息被认为是可靠的并被用于网络管理。

图16示出用于维护AM及它们的端口的插入状态的一个中断例行程序并且在1601每64毫秒执行一次。时间到时，在1602将当前AM设置为1，在1603如果当前AM小于或等于4（图为有4个AM），则在1604程序从AM表中取出当前AM的插入状态。如果在1605当前的AM刚才脱开。则程序在1606清除波瓣与建站表并改变好表中所有连接到该AM的端口的插入状态。

如果当前AM没有脱开，则在1607检验AM表判定是否是插入的。如果它没有插入，则在1608将当前AM值加1而程序循环回到2，对下一个AM重复上述步骤。在当前AM是插入的时，在1609将当前波瓣或端口设置为1并且程序进入一个循环来维护连接到该当前AM的20个端口或波瓣的插入状态。

在框1610程序检测当前波瓣是否小于等于20。如果不小于等于20，这表明当前AM中所有的端口都已被维护而在框1611中将当前AM增加1并且程序返回到2去处理下一个AM（假定在框1603中下一个AM是等于小于4的）。在当前波瓣小于等于20时，程序在1612从波瓣/端口表中取出当前波瓣插入状态并在1613检测是否它刚才脱开。为了作出这一判定，表中包括最近三次状态改变的过去历史或状态（例如，110或100，其中1＝插入而0＝脱开）。如果该波瓣刚才脱开，程序在1614清波瓣表与建站表并改变当前波瓣在好表中的端口插入状态，并且在1615将当前波瓣增加1，然后返回到3去处理下一个波瓣的表。

如果该凸子不是刚才脱开的，则在1616检验波瓣表定判定它是否是插入的。如果是，则在1617更新当前波瓣的波瓣表状态并在1615将当前波瓣增加1。

图17是处理环轮询帧或信息的程序模块的流程图。如前的述，环轮询帧包括源地址或身份及紧接着的现用上游邻接站（NAUN）的地址或身份，然而，它并不包括任何有关这两个站连接到哪一个端口或波瓣的信息。这一模块生成将顺序地址或身份与插入的或现用的端口或波瓣相关联的建站表与好站表。

适配顺10、15与16中每一个向处理器17提供它所生成的环轮询帧的一份复制品，此外，适配器16还向处理器17提供不论哪一个源的所有轮询帧的一分复制品。程序模块在1开始，检验从总线19接收的环轮询帧的复制品。如果帧源是适配器10/16中的环（取决于开关11的当前配置，见图4A-C）则程序从框1701的“是”支路出口;否则它将循环。在下面的说明中，按照本技术的流行的实践，这些适配器将称作环入或环出介质访问控制（MAC）。当接收到来自MAC中的环的一个环轮询帧时，程序在1702将一个变量O.S.A.（老的源地址）设置为等于MAC中的该环的源地址。程序在1703等待一个接收到的帧，当接收到一个时，在1704比较NAUN地址。当它们比较时，该帧是一个恰当地排序的环轮询帧，则在1705将源地址与环出MAC地址进行比较。

在1705当源地址不等于环出MAC地址时，在1706将O.S.A.设置为等于该帧的源地址并对下一个插入的端口进行搜索。如果在1707一个也没有找到，则在1708清除建站表，然后程序返回到1，因为这是一个清楚的错误状态而在当前环轮询周期中任何新的信息都是不可靠的。如果找到了一个，则在1709在好表中检验源地址，如果不需要其它操作则程序返回到2。

当在好站表中没有找到源/站地址时，程序在1710检验建站表，如果源地址在建站表中，则在1711将该地址复制到好站表中，而程序返回到2去处理下一个接收到的帧。当在1710没有在建站表中找到该站地址时，则在1712将它复制进建站表中而程序返回到2。

如果在1705源地址等于环出MAC地址，则程序在1713搜索下一个物理地插入的端口。如果在1714找到一个，则指示一个错误状态并在1715将建站表清零，然后程序返回到1去等待另一个环轮询周期的开始。当在1714没有找到其它插入端口时，这表明成功地完成了当前的环轮询周期而程序返回到1去等待另一个周期。框1707与1714分别检测插入的端口的数目与环入MAC及环出MAC地址之间接收到的环轮询帧的数目之间的不够与过多失配。

图18-20是适配器10、15与16（分别为PI、PO与S）中所需的附加代码的流程图，以响应增加在IBM令牌环适配器中当前所使用的那些附加标志比特。这些标志比特是由处理器17在总线19上发送的并且如以前在图5-8中所描述的那样被设置为“接通”与“断开”。

当在图18中1801    DIS-TX是设置为“接通”时，适配器在1802发送（XMT）一个信标正常（BNN）帧。如果在1803，DIS-TX被关断（farned-off）则适配器在1804停止发送（XMTG）BNN帧并返回开始处。如果DIS-TX没有关断，则它继续发送BNN帧。

在图19中，如果适配器在1901正在发送一个BNN并且在1902    TBF标志是接通的，则在1903它将发送一个BNR帧。如果在1904    TBF标志不是“断开”的并且在1905信标条件仍然存在，它将循环并发送BNR。如果在1904TBF是“断开”的，则适配器将在1906停止发送BNR而发送标准的IEEE802.5要求令牌帧（claim    foken    frame）并返回到开始处。

在图20中，如果在2001标志比特MBF是接通的，适配顺将在2002发送一个BNR帧并继续这样做直到MBF被关断;然而，当MBF在2003被关断时，适配器将在2004停止发送BNR帧并返回到开始处。

对于通信领域中的技术人员，本发明的上述的以及其它的特征与优点将是显而易见的。

Claims (8)

1、一种多端口连接单元，用于将多个端口连接到一个串行通信网络及生成网络拓扑信息，其特征在于：

多个通信端口；

至少两个通信适配器，各有一个唯一的标识符并且各包括用于将所述适配器连接到所述网络的装置，借此各适配器能从网络接收及向网络发送包含所述唯一标识符的信息信号；

开关装置，用于有选择地将所述端口串连在所述至少两个适配器之间；以及

一个连接到所述至少两个适配顺中至少一个上的控制装置，用于从那里接收一个预定的控制信息，所述控制信息包含该控制信息的源的标识符并且是由连接到该网络上的所有现用设备按序提供的和用于将在所述至少两个适配器的标识符之间接收到的顺序设备身份关联到由所述开关装置选择的端口的装置，借此生成一个网络拓扑。

2、一种多端口连接单元，用于将多个端口连接到单向串行通信网络及生成网络拓扑信息，其特征在于：

多个通信端口;

至少两个通信适配器，各有一个唯一的标识符及各包括用于将所述适配器连接到一个单向串行通信网络的装置，借此各适配器能从该网络接收及向该网络发送包含所述唯一标识符的信息信号;

开关装置，用于有选择地将所述端口串连在所述至少两个适配器之间;

响应在所述端口接收到的表示一个个附着的设备要求连网的信号的第一装置，用于操作所述开关装置将该端口插入所述至少两个适配器之间的串联电路上并用于建立连接在该网络中的现用端口的一个记录;以及

连接到所述至少两个适配器的至少一个的第一控制装置，用于从那里接收一个预定的控制信息，该控制信息包含控制信息的源的标识符并且是由网络中所连接的所有现用设备按顺序提供的;以及

响应于该第一控制装置与第一装置的第二控制装置，用于将所述至少两个适配器的标识符之间接收到的顺序设备身份关联到该第一装置所建立的现用端口记录借此生成一个网络拓扑。

3、权利要求2所述的一种多端口连接单元，其特征在于所第二控制装置建立一张第一表，该表将所述至少两个通信适配器的唯一标识符所归类的顺序源地址与所述第一装置所建立的记录中的串联连接的端口相匹配。

4、权利要求3所述的一种多端口连接单元，其特征在的述第二控制装置只在现用端口的数目等于被所述至少两个通信适配器的唯一标识符所归类的顺序源地址的数目时才确认这种关联。

5、一种用于生成一个串行数据传输网络中的网络拓扑信息的方法，该网络包括多个串连访问端口，各端口适于附着一个具有对于该串行网络唯一的网络身份的现用数据传输站，一对专用的通信适配器各具有一个将串行网络中的所述访问端口归类的唯一网络身份，并且在一个给定的时间其中每一个现用的数据站与专用适配器以它们在串行网络中的连接次序在网络上发送一个第一信息，该信息包括它们的网络身份，以及响应由一个现用数据站提供插入信号将该站连接到网络上的装置，其特征在于下述步骤：

对该插入信号作出响应生成一张包括各端口的现用/待用状态的第一端口表;

以及

对来自该对专用适配器的第一信息之间接收到的那些第一信息作出响应生成至少一张第一表，在该表中将所述第一信息中包括的身份与该端口表中的现用端口关联。

6、权利要求5所述的方法，其特征在于下述附加步骤：

将从该对专用适配器之间的数据站接收到的第一信息的数目与现用端口的数目进行比较并当它们相等时认可这种关联是合法的。

7、权利要求5所述的方法，其特征在于下述附加步骤：

将所述第二表分成一个第一建（站）部分与一个第二好（站）部分;以及

只有当一个关联的数据站身份以前已经输入了第一建（站）部分时才将它输入第二好（站）部分中。

8、权利要求7所述的方法，其特征在于下述附加步骤

将从该对专用适配器之间的数据站接收到的第一信息的数目与现用端口的数目进行比较;以及

当来自该对专用适配器的第一信息之间所接收到的第一信息的数目不等于现用端口的数目时，清除第二表的第一建立部分。

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