CN110247835B - 一种具有双重冗余保护功能的工业交换机环形网络 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有双重冗余保护功能的工业交换机环形网络。所述具有双重冗余保护功能的工业交换机环形网络包括：多个工业交换机；相邻的两个所述工业交换机之间设有两组链路聚合的端口，按照遐域私有环X‑Ring协议规则的指引，根据所述端口组建出两条链路聚合的链路，形成单环+链路聚合的自愈环；所述端口包括环形端口以及聚合端口。采用本发明所提供的具有双重冗余保护功能的工业交换机环形网络提高工业交换机环形网络的可靠系数。

Description

一种具有双重冗余保护功能的工业交换机环形网络
技术领域
本发明涉及工业交换机环形网络组建领域，特别是涉及一种具有双重冗余保护功能的工业交换机环形网络。
背景技术
工业网络交换机，也称作工业以太网交换机。即应用于工业控制领域的以太网交换机设备，由于采用的网络标准其开放性好、应用广泛；能适应低温高温，抗电磁干扰强，防盐雾，抗震性强，使用的是透明而统一的TCP/IP协议，以太网已经成为工业控制领域的主要通信标准，工业交换机具有电信级性能特征，可耐受严苛的工作环境；产品系列丰富，端口配置灵活，可满足各种工业领域的使用需求。普通的工业交换机环网在一侧只能用一条链路进行组环，其环网上的链路是带有单环或相交环等自愈环的业务保护功能，但这种业务保护仅是一重自愈保护功能，当某一侧发生故障是必须将数据切换到另一侧，如果此时又有一条链路发生故障，必定会有一台或多台设备脱离环网，从而失去和其他设备的通讯，这种环网结构的可靠系数就不够高。
发明内容
本发明的目的是提供一种种具有双重冗余保护功能的工业交换机环形网络，以解决传统的工业交换机环网可靠系数低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种具有双重冗余保护功能的工业交换机环形网络，包括：多个工业交换机；
相邻的两个所述工业交换机之间设有两组链路聚合的端口，按照遐域私有环X-Ring协议规则的指引，根据所述端口组建出两条链路聚合的链路，形成单环+链路聚合的自愈环；所述端口包括环形端口以及聚合端口。
可选的，所述相邻的两个所述工业交换机之间设有两组链路聚合的端口，按照遐域私有环X-Ring协议规则的指引，根据所述端口组建出两条链路聚合的链路，形成单环+链路聚合的自愈环，具体包括：
以单环冗余的方式配置所述工业交换机的端口，确定单环端口以及聚合端口；所述环形端口以及所述聚合端口相匹配，且所述工业交换机的每一次分别配置有一对相匹配的所述环形端口以及所述聚合端口；
在遐域私有环X-Ring协议规则下，通过MAC地址确定堵塞端口；
根据所述堵塞端口对所述交换机的一个所述单环端口和对应的所述链路聚合端口，同时配置为阻塞状态。
可选的，在一个所述单环+链路聚合的自愈环中仅有一个堵塞端口。
可选的，若所述单环端口所在链路发生故障，通讯数据会自动备份到聚合端口。
可选的，若所述聚合端口所在链路发生故障，通讯数据会自动备份到单环端口。
可选的，若所述单环端口所在链路以及所述聚合端口所在链路同时发生故障，开通所述堵塞端口，恢复数据链路，完成自愈。
可选的，所述单环+链路聚合的自愈环的自愈时间小于5毫秒。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种具有双重冗余保护功能的工业交换机环形网络，相邻的两个所述工业交换机之间设有两组链路聚合的端口，按照遐域私有环X-Ring协议规则的指引，根据所述端口组建出两条链路聚合的链路，形成单环+链路聚合的自愈环，从而形成单环+链路聚合的双重冗余保护，一条链路断开，业务通信不受影响，业务正常通信；当两台交换机之间的单环端口所在链路以及聚合端口所在链路同时断开，会产生通信链路切换，提高工业交换机环形网络的可靠系数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的链路聚合示意图；
图2为本发明所提供的单环自愈环示意图；
图3为本发明所提供的单环+链路聚合的双重冗余保护自愈环示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种具有双重冗余保护功能的工业交换机环形网络，能够提高工业交换机环形网络的可靠系数。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
链路聚合：在计算机网络，用两条或多条网线把两个交换机两个或多个端口并行的连接起来，用来提升带宽和产生链路冗余，这样的方式被称作链路聚合Trunking。Trunking在组建网络时，是一个非常有用的功能。
工业交换机提供Trunking功能，允许两个或多个端口作为单个逻辑链路作为一组Trunking，用来提升带宽和链路冗余，当一个物理连接不能通讯或出现故障时，Trunking组中的其他成员端口立刻接管并维持通讯，这样可以提供一个通讯中断后快速恢复机制，具有业务保护作用；图1为本发明所提供的链路聚合示意图，使用Trunking功能，如图1所示：
单环自愈环：在私有环网协议X-Ring规则指引下，多台工业交换机的两个端口分别被定义和设置为单环自愈环，每一台交换机分别将含有自己的本地MAC地址的单环协议数据包，往环的两端进行发送；与其相连的一台交换机接收到该协议数据包后，经拆分解析该数据包，然后把其本地的MAC地址、链信息等信息再进行组装，再往链路上的下一台交换机发送；以此类推，直至单环的最后一台交换机。
图2为本发明所提供的单环自愈环示意图，如图2所示，当一个单环上所有交换机计算出同一单环信息时，说明环路已存在，随即按单环协议算法将单环的一个端口配置为阻塞状态，破坏环路结构，同时可以防止产生广播风暴，但环网的协议报文仍然能通过被阻塞的端口。
在单环上的每台交换机不停地轮巡检测单环协议数据包，若环上状态没有变化，则维持对单环上某个端口配置为阻塞状态。
若环上某个连接端口断开或某台交换机掉电之后，就无法往下一级交换机传递单环协议数据包；当原阻塞端口交换机收不到单环协议数据包时，就对原阻塞端口进行开通配置，即刻恢复数据链路，这就是链路切换和业务保护。
若环上交换机重新检测发现单环存在时，单环协议算法又会对单环的一个端口配置为阻塞状态，防止产生广播风暴。
单环+链路聚合的自愈环：按照遐域私有环X-Ring协议规则的指引，首先要定义各交换机之间两组链路聚合的端口，并组建出两条链路聚合的链路；然后工业交换机以单环冗余的方式做配置，环网ID可以自定义，环网端口则选择已做链路聚合的其中一个端口，整个单环设置搭建好之后，在遐域私有环X-Ring协议规则下通过MAC地址选举出堵塞端口，随即对该交换机的一个单环端口和对应的链路聚合端口，同时配置为阻塞状态(堵塞端口，如图3所示)，以避免产生广播风暴，使得多台工业交换机就能工作在这种新的双重冗余保护的自愈环网络上。
与普通的工业环网交换机不同的是，本发明的工业交换机之间可以提供双重冗余保护，也就是说当自愈环上的一条链路发生故障时，因为已经配置了链路聚合，所以当这条链路出问题的时候，数据通讯会自动切换到聚合端口的另一个备份端口上，整个网络通讯依然正常，不会受到任何影响；只有当两台相邻的交换机之间的两条链路都发生故障时，才会导致环网拓扑结构断裂，这时才会产生链路切换，即当原阻塞端口收不到X-Ring协议数据包时，就对原阻塞端口进行开通配置，即刻恢复数据链路，链路切换后通信恢复正常，该环网自愈时间在10ms以内，是业内领先的时长。
因为有链路聚合的存在，不论环网中发生多少次链路故障，只要不是集中在两台交换机之间，就不会中断数据通讯，也就是说，每两台交换机之间如果只断掉一条链路，都能维持正常数据通讯，即便有两台交换机之间的链路都断了，本发明还有X-Ring协议来保证数据通讯，这就是本发明有别于其他单冗余环网的地方，能提供更健壮的冗余保护。
本发明在私有的环网协议X-Ring的单环基础上，在每段单环链路上再增加链路聚合，以实现双重冗余保护功能。
按照遐域私有环X-Ring协议规则的指引，首先要定义各交换机之间两组链路聚合的端口，并组建出两条链路聚合的链路；然后工业交换机以单环冗余的方式做配置，环网ID可以自定义，环网端口则选择已配置为链路聚合的其中一个端口，整个单环设置搭建好之后，在遐域私有环X-Ring协议规则下通过MAC地址选举出堵塞端口，随即对该交换机的一个单环端口和对应的链路聚合端口，同时配置为阻塞状态，以避免产生广播风暴。这样多台工业交换机就能工作在这种新的双重冗余保护的自愈环网络上。
正常情况下，每台交换机都会实时检测自己的环网端口的链路状态是处于LinkUp还是Link Down的状态，如果链路状态从Link Up变为Link Down，就说明链路发生了故障，CPU会根据实际状况判断是否需要将数据切换到新的链路上。
与普通的工业环网交换机不同的是，本发明的工业交换机之间可以提供双重冗余保护，当自愈环上的一条链路发生故障时，因为已经配置了链路聚合，所以当这条链路出问题的时候，数据通讯会自动切换到聚合端口的另一个备份端口上，整个网络通讯依然正常，不会受到任何影响；只有当两台相邻的交换机之间的两条链路都发生故障时，才会导致环网拓扑结构断裂，这时才会产生链路切换，即当原阻塞端口收不到X-Ring协议数据包时，就对原阻塞端口进行开通配置，即刻恢复数据链路，链路切换后通信恢复正常，该环网自愈时间在5ms以内，是业内领先的时长，在网络发生故障是产生的丢包数量很少，更为直观的表现为在传视频信号的时候不会感受到掉帧或卡顿现象。
本发明所提供的自愈环，其环网上的链路具有双重业务保护作用，可靠系数比普通的工业环网交换机提高一倍，带有本发明所提供的工业交换机环形网络的产品能够为中国高铁专门定制的一款具有双重冗余保护功能的工业交换机。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种具有双重冗余保护功能的工业交换机环形网络，其特征在于，包括：多个工业交换机；
相邻的两个所述工业交换机之间设有两组链路聚合的端口，按照遐域私有环X-Ring协议规则的指引，根据所述端口组建出两条链路聚合的链路，形成单环+链路聚合的自愈环；所述端口包括环形端口以及聚合端口；
按照遐域私有环X-Ring协议规则的指引，首先要定义各交换机之间两组链路聚合的端口，并组建出两条链路聚合的链路；然后工业交换机以单环冗余的方式做配置，环网ID可以自定义，环网端口则选择已配置为链路聚合的其中一个端口，整个单环设置搭建好之后，在遐域私有环X-Ring协议规则下通过MAC地址选举出堵塞端口，随即对该交换机的一个单环端口和对应的链路聚合端口，同时配置为阻塞状态；
当自愈环上的一条链路发生故障时，因为已经配置了链路聚合，所以当这条链路出问题的时候，数据通讯会自动切换到聚合端口的另一个备份端口上，整个网络通讯依然正常；只有当两台相邻的交换机之间的两条链路都发生故障时，才会导致环网拓扑结构断裂，这时才会产生链路切换，即当原阻塞端口收不到X-Ring协议数据包时，就对原阻塞端口进行开通配置，即刻恢复数据链路，链路切换后通信恢复正常，该自愈环自愈时间在5ms以内。
2.根据权利要求1所述的具有双重冗余保护功能的工业交换机环形网络，其特征在于，所述相邻的两个所述工业交换机之间设有两组链路聚合的端口，按照遐域私有环X-Ring协议规则的指引，根据所述端口组建出两条链路聚合的链路，形成单环+链路聚合的自愈环，具体包括：
以单环冗余的方式配置所述工业交换机的端口，确定单环端口以及聚合端口；所述环形端口以及所述聚合端口相匹配，且所述工业交换机的每一次分别配置有一对相匹配的所述环形端口以及所述聚合端口；
在遐域私有环X-Ring协议规则下，通过MAC地址确定堵塞端口；
根据所述堵塞端口对所述交换机的一个所述单环端口和对应的所述链路聚合端口，同时配置为阻塞状态。
3.根据权利要求2所述的具有双重冗余保护功能的工业交换机环形网络，其特征在于，在一个所述单环+链路聚合的自愈环中仅有一个堵塞端口。
4.根据权利要求3所述的具有双重冗余保护功能的工业交换机环形网络，其特征在于，若所述单环端口所在链路发生故障，通讯数据会自动备份到聚合端口。
5.根据权利要求3所述的具有双重冗余保护功能的工业交换机环形网络，其特征在于，若所述聚合端口所在链路发生故障，通讯数据会自动备份到单环端口。
6.根据权利要求3所述的具有双重冗余保护功能的工业交换机环形网络，其特征在于，若所述单环端口所在链路以及所述聚合端口所在链路同时发生故障，开通所述堵塞端口，恢复数据链路，完成自愈。
7.根据权利要求4、5或6任一项所述的具有双重冗余保护功能的工业交换机环形网络，其特征在于，所述单环+链路聚合的自愈环的自愈时间小于5毫秒。
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