CN111064593A - 网络拓扑冗余通信系统和网络拓扑冗余通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络拓扑冗余通信系统和网络拓扑冗余通信方法。该系统包括：第一终端接入交换设备，具有多个用于与第一终端连接的终端接入端口和多个用于与其他交换设备连接的互联端口；以及第二终端接入交换设备，具有多个用于与第二终端连接的终端接入端口和多个用于与其他交换设备连接的互联端口。其中，第一终端接入交换设备的互联端口与第二终端接入交换设备的互联端口之间形成至少一个环路，发送报文的设备被配置为：在通过环路接收到回传的报文后，检测本地是否存储有与该报文对应的信息，并在检测到本地存储有与该报文对应的信息的情况下丢弃该报文。因此，本发明可以有效解决广播风暴的问题，大大提高了通信效率和通信可靠性。

Description

网络拓扑冗余通信系统和网络拓扑冗余通信方法

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种网络拓扑冗余通信系统和网络拓扑冗余通信方法。

背景技术

在工业以太网应用中，环网是一种最常用的具有冗余功能的拓扑。在典型的环网拓扑中，构成网络的各交换设备依次首尾相连，在物理结构上形成一个环形的网络。具体请参考图1所示。

在图1中，A1-A5表示现有以太网交换设备，每个交换设备分别通过两个端口和与其相邻的交换设备首尾相连，从而构成一个环路，ED表示以太网终端设备。在进行网络通信时，ED发出的报文进入A3，A3通过端口7将该报文发送出去，由于存在环路，A3通过端口8将该报文收回；随后，A3再次从端口7将该报文发送出去，并从端口8将该报文收回。如此，该报文将在该环路中周而复始地发送和收回而永不消灭。同时，ED发出的报文进入A3，A3也会通过端口8将该报文发送出去，由于存在环路，A3会通过端口7将该报文收回；随后，A3再次从端口8将该报文发送出去，并从端口7将该报文收回。如此，该报文将在该环路中周而复始地发送和收回而永不消灭。由此可见，以太网终端设备发送的任何一条以太网报文都将会在该环路中周而复始地发送和收回而永不消灭，从而导致该环路中的报文数量不断增加，网络的带宽资源被逐渐耗尽，最终导致终端设备无法在该网络中进行正常的数据交互通信，这种现象被称为广播风暴。

目前，解决广播风暴的唯一方法是对该环形网络拓扑结构运行解环控制协议，该协议通过某些规则将该环形网络拓扑中的某个交换设备的某个端口设置为阻塞状态，从而使网络的逻辑结构变为线性，不存在可以进行数据转发的环形通路。具体请参考图2所示。

在图2中，A2的端口8和A3的端口7被设置为阻塞状态，A2的端口8与A3的端口7之间的链路被设置为备份链路。当网络出现故障时，例如，A4与A5之间的链路出现故障时，解环控制协议需要快速发现和响应，将处于阻塞状态的端口设置为转发状态，并告知网络中的所有交换机，以使整个网络按新的拓扑进行数据转发。

然而，当网络拓扑结构相对复杂(即网络中的环路较多)时，例如，图3所示的网络拓扑结构，需要运行的解环控制协议(其作用是消除网络拓扑中各交换设备之间的环路)也相对复杂，因此，两个终端设备之间的通信愈合时间(即从发现网络中的链路故障到启用备份链路所需的时间)可能会相对较长。

因此，为了解决上述问题，本发明提供了一种网络拓扑冗余通信系统和网络拓扑冗余通信方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：目前，在使用解环控制协议解决广播风暴时，当网络出现故障时，两个终端设备之间的通信愈合时间过长，致使通信中断时间过长，影响两个终端设备之间的正常通信。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种网络拓扑冗余通信系统，该系统包括：

第一终端接入交换设备，具有多个用于与第一终端连接的终端接入端口和多个用于与其他交换设备连接的互联端口；以及

第二终端接入交换设备，具有多个用于与第二终端连接的终端接入端口和多个用于与其他交换设备连接的互联端口；

所述第一终端接入交换设备的互联端口与所述第二终端接入交换设备的互联端口之间形成至少一个环路，该环路包括使同一报文在两个设备之间发送与回传的两个支路；

发送所述报文的设备被配置为：在通过所述环路接收到回传的报文后，检测本地是否存储有与该报文对应的信息，并在检测到本地存储有与该报文对应的信息的情况下丢弃该报文。

在本发明一优选实施例中，该系统还包括：

中间交换设备，仅具有多个用于与其他交换设备连接的互联端口；

所述第一终端接入交换设备和所述第二终端接入交换设备通过所述中间交换设备连接，且所述中间交换设备的互联端口与所述第一终端接入交换设备的互联端口之间形成至少一个环路，该环路包括使同一报文在两个设备之间发送与回传的两个支路；和/或

所述中间交换设备的互联端口与所述第二终端接入交换设备的互联端口之间形成至少一个环路，该环路包括使同一报文在两个设备之间发送与回传的两个支路。

在本发明一优选实施例中，该系统还包括：

中间交换设备，具有多个用于与第一终端或第二终端连接的终端接入端口和多个用于与其他交换设备连接的互联端口；

所述第一终端接入交换设备和所述第二终端接入交换设备通过所述中间交换设备连接，且所述中间交换设备的互联端口与所述第一终端接入交换设备的互联端口之间形成至少一个环路，该环路包括使同一报文在两个设备之间发送与回传的两个支路；和/或

所述中间交换设备的互联端口与所述第二终端接入交换设备的互联端口之间形成至少一个环路，该环路包括使同一报文在两个设备之间发送与回传的两个支路。

在本发明一优选实施例中，所述中间交换设备包括多个中间交换子设备，所述多个中间交换子设备的每个具有多个用于与其他交换设备连接的互联端口，每个中间交换子设备通过其互联端口和与其相邻的中间交换子设备连接。

在本发明一优选实施例中，所述终端接入端口和所述互联端口位于所述交换设备的不同侧。

根据本发明的另一个方面，提供了一种基于上述网络拓扑冗余通信系统的网络拓扑冗余通信方法，该方法包括：

第一终端接入交换设备在接收到第一终端发送的第一报文后，执行以下操作：

将所述第一报文转换为第二报文，并在本地存储与所述第二报文对应的信息；

将所述第二报文发送给第二终端接入交换设备；

所述第二终端接入交换设备在接收到所述第二报文后，执行以下操作：

检测本地是否存储有与所述第二报文对应的信息，在检测到本地未存储有与所述第二报文对应的信息的情况下，于本地存储与所述第二报文对应的信息，并在从所述第二报文提取出所述第一报文后，将所述第一报文发送给第二终端；否则，丢弃所述第二报文；

通过所述环路将所述第二报文回传给所述第一终端接入交换设备，并在所述第一终端接入交换设备检测到本地存储有与所述第二报文对应的信息的情况下，丢弃所述第二报文。

在本发明一优选实施例中，第一终端接入交换设备在接收到第一终端发送的第一报文后，还包括：将所述第一报文发送给本地的其他终端接入端口。

在本发明一优选实施例中，所述第二报文包括所述第一报文和报文头部，所述报文头部包括：

用于记录所述第一报文进入第一终端接入交换设备的时间信息的时间序列；

用于记录所述第一报文进入的第一终端接入交换设备信息的报文入设备标识ID；

用于记录所述第一报文进入的第一终端接入交换设备的终端接入端口信息的报文入端口ID；以及

根据所述时间序列、报文入设备标识ID和报文入端口ID得到的报文头校验信息。

在本发明一优选实施例中，所述第二终端接入交换设备在接收到所述第二报文后、且在检测本地是否存储有与所述第二报文对应的信息之前，还包括：

从所述第二报文中提取报文头部信息；

将所述报文头部信息与所述报文头校验信息进行比较，若所述报文头部信息与所述报文头校验信息相同，则保留该报文；否则，丢弃该报文。

在本发明一优选实施例中，在所述第二终端接入交换设备从所述第二报文提取出所述第一报文之前，还包括：

检测本地是否具有与所述第二报文对应的终端接入端口；

在检测到本地具有与所述第二报文对应的终端接入端口的情况下，从所述第二报文提取出所述第一报文，并将所述第一报文经由该终端接入端口发送给第二终端；否则，从所述第二报文提取出所述第一报文，并将所述第一报文经由本地的所有终端接入端口发送出去。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

应用本实施例提供的网络拓扑冗余通信系统，通过将网络拓扑中的各交换设备配置为在接收到报文后，检测本地是否存储有与该报文对应的信息，并在检测到本地存储有与该报文对应的信息的情况下丢弃该报文，从而能够有效保证同一报文在同一交换设备中仅被转发一次。因此，本发明可以有效解决广播风暴的问题。并且，由于本发明无需对网络拓扑结构运行解环控制协议即可解决广播风暴的问题，有效避免了在网络出现故障时采用的路径切换措施导致的两个终端设备之间的通信愈合时间过长的问题，大大提高了通信效率和通信可靠性，特别适用于可靠性要求非常高的工业控制领域。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为一种环形网络拓扑结构示意图；

图2为对图1中的环形网络拓扑结构运行解环控制协议后的示意图；

图3为一种复杂环形网络拓扑结构示意图；

图4为本发明的网络拓扑冗余通信系统的结构示意图；

图5为本发明的另一种网络拓扑冗余通信系统的结构示意图；

图6为本发明的又一种网络拓扑冗余通信系统的结构示意图；

图7为本发明的网络拓扑冗余通信方法的流程示意图；

图8为本发明的第二报文的结构示意图；

图9为应用示例1和2的网络拓扑结构示意图；

图10为应用示例3的网络拓扑结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

现有技术中存在的技术问题是：目前，在使用解环控制协议解决广播风暴时，当网络出现故障时，两个终端设备之间的通信愈合时间过长，致使通信中断时间过长，影响两个终端设备之间的正常通信。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种网络拓扑冗余通信系统和网络拓扑冗余通信方法。

实施例一

本实施例主要描述一种网络拓扑冗余通信系统。

图4为本实施例的网络拓扑冗余通信系统的结构示意图。

如图4所示，本实施例的网络拓扑冗余通信系统主要包括第一终端接入交换设备101和第二终端接入交换设备102。

第一终端接入交换设备101具有多个用于与第一终端连接的终端接入端口(EP1-EPn)和多个用于与其他交换设备连接的互联端口(SP1-SPn)，其中，第一终端为以太网设备。

由于第一终端为以太网设备，不仅可以使网络的可靠性大幅增加，而且可以保证网络的对外开放性。

第二终端接入交换设备102具有多个用于与第二终端连接的终端接入端口(EP1-EPn)和多个用于与其他交换设备连接的互联端口(SP1-SPn)，其中，第二终端为以太网设备。

第一终端接入交换设备101的互联端口与第二终端接入交换设备102的互联端口之间形成至少一个环路，该环路包括使同一报文在两个设备之间发送与回传的两个支路；

发送报文的设备被配置为：在通过环路接收到回传的报文后，检测本地是否存储有与该报文对应的信息，并在检测到本地存储有与该报文对应的信息的情况下丢弃该报文。

优选地，终端接入端口(EP1-EPn)和互联端口(SP1-SPn)位于第一终端接入交换设备101或第二终端接入交换设备102的不同侧。

需要说明的是，第一终端接入交换设备101和第二终端接入交换设备102的终端接入端口和互联端口的数量都需要根据实际需求来确定，在此不做具体限定。

为了便于描述，在本实施例中，第一终端接入交换设备101具有三个终端接入端口(EP1-EP3)和两个互联端口(SP1和SP2)，第一终端(ED1)经由终端接入端口(EP3)与第一终端接入交换设备101连接。第二终端接入交换设备102也具有三个终端接入端口(EP1-EP3)和两个互联端口(SP1和SP2)，第二终端(ED2)经由终端接入端口(EP1)与第二终端接入交换设备102连接。

第一终端接入交换设备101的互联端口(SP1和SP2)与第二终端接入交换设备102的互联端口(SP1和SP2)之间形成一个环路(即交换设备101.SP1-交换设备102.SP1-交换设备102.SP2-交换设备101.SP2)，该环路包括使同一报文在两个设备之间发送与回传的两个支路，其中，支路1为：交换设备101.SP1-交换设备102.SP1(或者为交换设备102.SP1-交换设备101.SP1)；支路2为：交换设备101.SP2-交换设备102.SP2(或者为交换设备102.SP2-交换设备101.SP2)。

其中，发送报文的设备(交换设备101或102)被配置为：在通过上述环路接收到回传的报文后，检测本地是否存储有与该报文对应的信息，并在检测到本地存储有与该报文对应的信息的情况下丢弃该报文。

在本发明一优选实施例中，该系统还包括：中间交换设备103，仅具有多个用于与其他交换设备连接的互联端口(SP1-SPn)。

第一终端接入交换设备101和第二终端接入交换设备102通过中间交换设备103连接，且中间交换设备103的互联端口与第一终端接入交换设备101的互联端口之间形成至少一个环路，该环路包括使同一报文在两个设备之间发送与回传的两个支路；和/或中间交换设备103的互联端口与第二终端接入交换设备102的互联端口之间形成至少一个环路，该环路包括使同一报文在两个设备之间发送与回传的两个支路。

需要说明的是，中间交换设备103的互联端口的数量需要根据实际需求来确定，在此不做具体限定。

图5显示了此种情况下的一种第一终端接入交换设备101、第二终端接入交换设备102和中间交换设备103的网络拓扑结构示意图，但本发明不局限于此。

在本发明一优选实施例中，该系统还包括：中间交换设备103，具有多个用于与第一终端或第二终端连接的终端接入端口(EP1-EPn)和多个用于与其他交换设备连接的互联端口(SP1-SPn)。

第一终端接入交换设备101和第二终端接入交换设备102通过中间交换设备103连接，且中间交换设备103的互联端口与第一终端接入交换设备101的互联端口之间形成至少一个环路，该环路包括使同一报文在两个设备之间发送与回传的两个支路；和/或中间交换设备103的互联端口与第二终端接入交换设备102的互联端口之间形成至少一个环路，该环路包括使同一报文在两个设备之间发送与回传的两个支路。

优选地，终端接入端口(EP1-EPn)和互联端口(SP1-SPn)位于中间交换设备103的不同侧。

需要说明的是，中间交换设备103的终端接入端口和互联端口的数量需要根据实际需求来确定，在此不做具体限定。

图6显示了此种情况下的一种第一终端接入交换设备101、第二终端接入交换设备102和中间交换设备103的网络拓扑结构示意图，但本发明不局限于此。

优选地，中间交换设备103包括多个中间交换子设备，多个中间交换子设备的每个具有多个用于与其他交换设备连接的互联端口，每个中间交换子设备通过其互联端口和与其相邻的中间交换子设备连接。

需要说明的是，在本发明中，第一终端接入交换设备101、第二终端接入交换设备102、中间交换设备103、以及多个中间交换子设备可以组成任意形式的网络拓扑结构，并不局限于上述三种网络拓扑结构。

应用本实施例提供的网络拓扑冗余通信系统，通过将网络拓扑中的各交换设备配置为在接收到报文后，检测本地是否存储有与该报文对应的信息，并在检测到本地存储有与该报文对应的信息的情况下丢弃该报文，从而能够有效保证同一报文在同一交换设备中仅被转发一次。因此，本发明可以有效解决广播风暴的问题。并且，由于本发明无需对网络拓扑结构运行解环控制协议即可解决广播风暴的问题，有效避免了在网络出现故障时采用的路径切换措施导致的两个终端设备之间的通信愈合时间过长的问题，大大提高了通信效率和通信可靠性，特别适用于可靠性要求非常高的工业控制领域。

实施例二

本实施例主要描述基于图4所示的网络拓扑冗余通信系统的网络拓扑冗余通信方法。

图7为本实施例的网络拓扑冗余通信方法的流程示意图。

如图7所示，本实施例的网络拓扑冗余通信方法主要包括以下步骤S201至步骤S206。

在步骤S201中，第一终端接入交换设备101经由终端接入端口(EP3)接收第一终端(ED1)发送的第一报文，该第一报文为标准的以太网报文(简称为EP报文)。

由于第一终端接入交换设备101接收的报文为标准的以太网报文，不仅可以使网络的可靠性大幅增加，而且可以保证网络的对外开放性。

在步骤S202中，第一终端接入交换设备101将第一报文转换为第二报文，并在本地存储与该第二报文对应的信息。其中，该第二报文为交换设备间报文(简称为SP报文)，该信息为与该第二报文的报文头部一一对应的信息，其主要用于检测同一报文是否在同一交换设备中被多次转发。

优选地，该第二报文包括第一报文和报文头部，该报文头部包括：用于记录第一报文进入第一终端接入交换设备的时间信息的时间序列；用于记录第一报文进入的第一终端接入交换设备信息的报文入设备标识ID；用于记录第一报文进入的第一终端接入交换设备的终端接入端口信息的报文入端口ID；以及根据上述时间序列、报文入设备标识ID和报文入端口ID得到的报文头校验信息。其具体格式请参考图8所示。

需要说明的是，该时间序列的精度必须足够高，以能够区分从同一个终端接入端口进入的不同以太网报文，该时间序列的源头可以是绝对时间，例如，GPS、北斗时钟等，也可以是交换设备本地的晶振脉冲时间，但时间序列的源头不能发生改变。并且，不同交换设备的ID不同，同一交换设备中不同终端接入端口的ID也不同。

在步骤S203中，第一终端接入交换设备101经由互联端口(SP1和SP2)将第二报文发送给第二终端接入交换设备102。

需要说明的是，第一终端接入交换设备101可以先通过互联端口(SP1)发送该第二报文，然后再通过互联端口(SP2)发送该第二报文；或者，第一终端接入交换设备101可以先通过互联端口(SP2)发送该第二报文，然后再通过互联端口(SP1)发送该第二报文；或者，第一终端接入交换设备101可以通过互联端口(SP1和SP2)同时发送该第二报文。

在步骤S204中，第二终端接入交换设备102经由互联端口(SP1和SP2)接收该第二报文。

需要说明的是，当第一终端接入交换设备101先通过互联端口(SP1)发送该第二报文，然后再通过互联端口(SP2)发送该第二报文时，第二终端接入交换设备102先通过互联端口(SP1)接收到该第二报文，然后再通过互联端口(SP2)接收到该第二报文。当第一终端接入交换设备101先通过互联端口(SP2)发送该第二报文，然后再通过互联端口(SP1)发送该第二报文时，第二终端接入交换设备102先通过互联端口(SP2)接收到该第二报文，然后再通过互联端口(SP1)接收到该第二报文。当第一终端接入交换设备101通过互联端口(SP1和SP2)同时发送该第二报文时，第二终端接入交换设备102通过互联端口(SP1和SP2)同时接收到该第二报文。

在步骤S205中，第二终端接入交换设备102检测本地是否存储有与该第二报文对应的信息。

若检测到本地未存储有与该第二报文对应的信息，则表明第二终端接入交换设备102第一次接收到第二报文，此时，第二终端接入交换设备102于本地存储与该第二报文对应的信息，并在从第二报文提取出第一报文后，将第一报文发送给第二终端(ED2)。

若检测到本地存储有与该第二报文对应的信息，则表明第二终端接入交换设备102已接收过该第二报文，此时，第二终端接入交换设备102将丢弃该第二报文。

在步骤S206中，第二终端接入交换设备102通过环路将该第二报文回传给第一终端接入交换设备101，此时，第一终端接入交换设备101将会检测到本地存储有与该第二报文对应的信息，并丢弃该第二报文。

在本发明一优选实施例中，在步骤S201之后，还包括：将第一报文发送给本地的其他终端接入端口。

在本发明一优选实施例中，在步骤S204与步骤S205之间，还包括报文校验步骤，其具体过程如下：

从第二报文中提取报文头部信息；

将该报文头部信息与报文头校验信息进行比较，若该报文头部信息与报文头校验信息相同，则保留该报文；否则，丢弃该报文。

本发明通过利用报文头校验信息对接收到的报文进行校验，能够有效保证两个交换设备之间传输的报文的正确性，从而能够有效提高两个终端设备之间的通信效率和通信可靠性。

在本发明一优选实施例中，在第二终端接入交换设备102从第二报文提取出第一报文之前，还包括：

检测本地是否具有与该第二报文对应的终端接入端口；

在检测到本地具有与该第二报文对应的终端接入端口的情况下(例如，检测到本地具有与该第二报文对应的终端接入端口EP1)，从该第二报文提取出第一报文，并将第一报文经由该终端接入端口(EP1)发送给第二终端(ED2)；否则，从该第二报文提取出第一报文，并将第一报文经由本地的所有终端接入端口(EP1-EP3)发送出去。

由于第二终端接入交换设备在发送第一报文之前还需检测本地是否具有与第二报文对应的终端接入端口，并根据检测结果来发送第一报文，能够有效保证第一报文准确地发送至规定的第二终端，大大提高了两个终端设备之间通信的准确度。

应用本实施例提供的网络拓扑冗余通信方法，由于网络拓扑中的各交换设备在接收到报文后，需要检测本地是否存储有与该报文对应的信息，并在检测到本地存储有与该报文对应的信息的情况下丢弃该报文，从而能够有效保证同一报文在同一交换设备中仅被转发一次。因此，本发明可以有效解决广播风暴的问题。并且，由于本发明无需对网络拓扑结构运行解环控制协议即可解决广播风暴的问题，有效避免了在网络出现故障时采用的路径切换措施导致的两个终端设备之间的通信愈合时间过长的问题，大大提高了通信效率和通信可靠性，特别适用于可靠性要求非常高的工业控制领域。

下面通过对比应用示例1至3来说明本发明与现有技术的差异。

应用示例1

图9为本示例的网络拓扑结构示意图。

在本示例中，未对网络拓扑结构运行解环控制协议。

如图9所示，该网络拓扑结构中存在多个环路，例如，环路1(#1.P4-#2.P1-#2.P2-#1.P5)与环路2(#1.P5-#2.P2-#2.P4-#3.P2-#3.P3-#4.P3-#4.P1-#1.P6)即是其中的两个环路。由以太网的基本转发规则可知，环路1和环路2将会造成广播风暴，使得网络的带宽资源被全部耗尽，最终导致第一终端(ED1)与第二终端(ED2)之间无法进行正常通信。

应用示例2

在本示例中，对网络拓扑结构运行解环控制协议。

仍然参考图9，在该网络拓扑结构中，第一终端(ED1)与第二终端(ED2)之间具有多条通信路径，例如，路径1(ED1-#1.P3-#1.P4-#2.P1-#2.P3-#3.P1-#3.P4-ED2)和路径2(ED1-#1.P3-#1.P6-#4.P1-#4.P3-#3.P3-#3.P4-ED2)即是其中的两条路径。在对网络拓扑结构运行解环控制协议后，第一终端(ED1)与第二终端(ED2)在逻辑上仅存在一条通信路径。假设该通信路径为路径1，则当路径1由于出现故障而导致通信失效后，第一终端(ED1)与第二终端(ED2)之间的通信则会切换到其他路径(例如路径2)。由于解环控制协议从发现路径1失效到将通信链路切换到路径2的过程需要一定的时间(即通信愈合时间)，因此，在此期间，第一终端(ED1)与第二终端(ED2)之间的通信处于中断状态，并且，网络拓扑结构中的环路越多，该网络拓扑结构越复杂，所需的通信愈合时间就会越长。

应用示例3

图10为本示例的网络拓扑结构示意图。

需要说明的是，图9与图10在本质上属于相同的物理拓扑，其区别仅在于图10中的各交换设备是采用本发明的交换设备，因此对其端口做了适应性修改，而图9中的各交换设备是现有以太网交换设备。

如图10所示，第一终端接入交换设备101在接收到第一终端(ED1)发送的第一报文后，将该第一报文转换为第二报文，并在本地存储与该第二报文对应的信息；随后，该第一终端接入交换设备101经由第一互联端口(SP1)和第二互联端口(SP2)将该第二报文发送给中间交换设备103，经由第三互联端口(SP3)将该第二报文发送给中间交换设备104。

假设第一终端接入交换设备101先经由第一互联端口(SP1)发送该第二报文，则中间交换设备103的第一互联端口(SP1)相对于第二互联端口(SP2)先接收到该第二报文。此时，中间交换设备103检测本地是否存储有与该第二报文对应的信息，并在检测到本地未存储有与该第二报文对应的信息的情况下，于本地存储与该第二报文对应的信息，并经由第三互联端口(SP3)和第四互联端口(SP4)将该第二报文发送给第二终端接入交换设备102。同时，中间交换设备103通过环路(交换设备101.SP1-交换设备103.SP1-交换设备103.SP2-交换设备101.SP2)将该第二报文回传给第一终端接入交换设备101，第一终端接入交换设备101在检测到本地存储有与该第二报文对应的信息的情况下，丢弃该第二报文。当中间交换设备103的第二互联端口(SP2)接收到经由第一终端接入交换设备101的第二互联端口(SP2)发送的第二报文后，中间交换设备103会检测到本地存储有与该第二报文对应的信息，因此，中间交换设备103将会丢弃该第二报文。

由于中间交换设备103的第二互联端口(SP2)相对于第一互联端口(SP1)先接收到该第二报文的情况与上述情况类似，因此，不再对其进行详细赘述。

假设第一终端接入交换设备101通过第一互联端口(SP1)和第二互联端口(SP2)同时发送该第二报文，则中间交换设备103的第一互联端口(SP1)和第二互联端口(SP2)同时接收到该第二报文。此时，中间交换设备103检测本地是否存储有与该第二报文对应的信息，并在检测到本地未存储有与该第二报文对应的信息的情况下，于本地存储与该第二报文对应的信息，并经由第三互联端口(SP3)和第四互联端口(SP4)将该第二报文发送给第二终端接入交换设备102。同时，中间交换设备103通过环路(交换设备101.SP1-交换设备103.SP1-交换设备103.SP2-交换设备101.SP2)将该第二报文回传给第一终端接入交换设备101，第一终端接入交换设备101在检测到本地存储有与该第二报文对应的信息的情况下，丢弃该第二报文。

中间交换设备104的第一互联端口(SP1)在接收到经由第一终端接入交换设备101的第三互联端口(SP3)发送的第二报文后，中间交换设备104检测本地是否存储有与该第二报文对应的信息，并在检测到本地未存储有与该第二报文对应的信息的情况下，于本地存储与该第二报文对应的信息，并经由第三互联端口(SP3)将该第二报文发送给第二终端接入交换设备102。

假设中间交换设备103先经由第三互联端口(SP3)发送该第二报文，则第二终端接入交换设备102的第一互联端口(SP1)相对于第二互联端口(SP2)和第三互联端口(SP3)先接收到该第二报文。此时，第二终端接入交换设备102检测本地是否存储有与该第二报文对应的信息，并在检测到本地未存储有与该第二报文对应的信息的情况下，于本地存储与该第二报文对应的信息，并在从该第二报文提取出第一报文后，将该第一报文发送给第二终端(ED2)。同时，第二终端接入交换设备102通过环路(交换设备103.SP3-交换设备102.SP1-交换设备102.SP2-交换设备103.SP4)将该第二报文回传给中间交换设备103，中间交换设备103在检测到本地存储有与该第二报文对应的信息的情况下，丢弃该第二报文。当第二终端接入交换设备102的第二互联端口(SP2)接收到经由中间交换设备103的第四互联端口(SP4)发送的第二报文后、以及当第二终端接入交换设备102的第三互联端口(SP3)接收到经由中间交换设备104的第三互联端口(SP3)发送的第二报文后，第二终端接入交换设备102会检测到本地存储有与该第二报文对应的信息，因此，第二终端接入交换设备102将会丢弃该第二报文。

由于第二终端接入交换设备102的第二互联端口(SP2)相对于第一互联端口(SP1)和第三互联端口(SP3)先接收到该第二报文的情况以及第二终端接入交换设备102的第三互联端口(SP3)相对于第一互联端口(SP1)和第二互联端口(SP2)先接收到该第二报文的情况与上述情况类似，因此，不再对其进行详细赘述。

假设中间交换设备103的第三互联端口(SP3)和第四互联端口(SP4)、以及中间交换设备104的第三互联端口(SP3)同时发送该第二报文，则第二终端接入交换设备102的第一互联端口(SP1)、第二互联端口(SP2)和第三互联端口(SP3)同时接收到该第二报文。此时，第二终端接入交换设备102检测本地是否存储有与该第二报文对应的信息，并在检测到本地未存储有与该第二报文对应的信息的情况下，于本地存储与该第二报文对应的信息，并在从该第二报文提取出第一报文后，将该第一报文发送给第二终端(ED2)。同时，第二终端接入交换设备102通过环路(交换设备103.SP3-交换设备102.SP1-交换设备102.SP2-交换设备103.SP4)将该第二报文回传给中间交换设备103，中间交换设备103在检测到本地存储有与该第二报文对应的信息的情况下，丢弃该第二报文。

由此可见，应用本发明的网络拓扑冗余通信方法，由于网络拓扑中的各交换设备在接收到报文后，需要检测本地是否存储有与该报文对应的信息，并在检测到本地存储有与该报文对应的信息的情况下丢弃该报文，从而能够有效保证同一报文在同一交换设备中仅被转发一次。因此，本发明可以有效解决广播风暴的问题。并且，由于本发明无需对网络拓扑结构运行解环控制协议即可解决广播风暴的问题，有效避免了在网络出现故障时采用的路径切换措施导致的两个终端设备之间的通信愈合时间过长的问题，大大提高了通信效率和通信可靠性，特别适用于可靠性要求非常高的工业控制领域。

本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种网络拓扑冗余通信系统，其特征在于，包括：

第一终端接入交换设备，具有多个用于与第一终端连接的终端接入端口和多个用于与其他交换设备连接的互联端口；以及

第二终端接入交换设备，具有多个用于与第二终端连接的终端接入端口和多个用于与其他交换设备连接的互联端口；

所述第一终端接入交换设备的互联端口与所述第二终端接入交换设备的互联端口之间形成至少一个环路，该环路包括使同一报文在两个设备之间发送与回传的两个支路；

发送所述报文的设备被配置为：在通过所述环路接收到回传的报文后，检测本地是否存储有与该报文对应的信息，并在检测到本地存储有与该报文对应的信息的情况下丢弃该报文。

2.根据权利要求1所述的网络拓扑冗余通信系统，其特征在于，还包括：

中间交换设备，仅具有多个用于与其他交换设备连接的互联端口；

所述第一终端接入交换设备和所述第二终端接入交换设备通过所述中间交换设备连接，且所述中间交换设备的互联端口与所述第一终端接入交换设备的互联端口之间形成至少一个环路，该环路包括使同一报文在两个设备之间发送与回传的两个支路；和/或

所述中间交换设备的互联端口与所述第二终端接入交换设备的互联端口之间形成至少一个环路，该环路包括使同一报文在两个设备之间发送与回传的两个支路。

3.根据权利要求1所述的网络拓扑冗余通信系统，其特征在于，还包括：

中间交换设备，具有多个用于与第一终端或第二终端连接的终端接入端口和多个用于与其他交换设备连接的互联端口；

所述第一终端接入交换设备和所述第二终端接入交换设备通过所述中间交换设备连接，且所述中间交换设备的互联端口与所述第一终端接入交换设备的互联端口之间形成至少一个环路，该环路包括使同一报文在两个设备之间发送与回传的两个支路；和/或

所述中间交换设备的互联端口与所述第二终端接入交换设备的互联端口之间形成至少一个环路，该环路包括使同一报文在两个设备之间发送与回传的两个支路。

4.根据权利要求2或3所述的网络拓扑冗余通信系统，其特征在于，所述中间交换设备包括多个中间交换子设备，所述多个中间交换子设备的每个具有多个用于与其他交换设备连接的互联端口，每个中间交换子设备通过其互联端口和与其相邻的中间交换子设备连接。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的网络拓扑冗余通信系统，其特征在于，所述终端接入端口和所述互联端口位于所述交换设备的不同侧。

6.一种基于权利要求1所述的网络拓扑冗余通信系统的网络拓扑冗余通信方法，其特征在于，包括：

第一终端接入交换设备在接收到第一终端发送的第一报文后，执行以下操作：

将所述第一报文转换为第二报文，并在本地存储与所述第二报文对应的信息；

将所述第二报文发送给第二终端接入交换设备；

所述第二终端接入交换设备在接收到所述第二报文后，执行以下操作：

检测本地是否存储有与所述第二报文对应的信息，在检测到本地未存储有与所述第二报文对应的信息的情况下，于本地存储与所述第二报文对应的信息，并在从所述第二报文提取出所述第一报文后，将所述第一报文发送给第二终端；否则，丢弃所述第二报文；

通过所述环路将所述第二报文回传给所述第一终端接入交换设备，并在所述第一终端接入交换设备检测到本地存储有与所述第二报文对应的信息的情况下，丢弃所述第二报文。

7.根据权利要求6所述的网络拓扑冗余通信方法，其特征在于，第一终端接入交换设备在接收到第一终端发送的第一报文后，还包括：将所述第一报文发送给本地的其他终端接入端口。

8.根据权利要求6所述的网络拓扑冗余通信方法，其特征在于，所述第二报文包括所述第一报文和报文头部，所述报文头部包括：

用于记录所述第一报文进入第一终端接入交换设备的时间信息的时间序列；

用于记录所述第一报文进入的第一终端接入交换设备信息的报文入设备标识ID；

用于记录所述第一报文进入的第一终端接入交换设备的终端接入端口信息的报文入端口ID；以及

根据所述时间序列、报文入设备标识ID和报文入端口ID得到的报文头校验信息。

9.根据权利要求8所述的网络拓扑冗余通信方法，其特征在于，所述第二终端接入交换设备在接收到所述第二报文后、且在检测本地是否存储有与所述第二报文对应的信息之前，还包括：

从所述第二报文中提取报文头部信息；

将所述报文头部信息与所述报文头校验信息进行比较，若所述报文头部信息与所述报文头校验信息相同，则保留该报文；否则，丢弃该报文。

10.根据权利要求9所述的网络拓扑冗余通信方法，其特征在于，在所述第二终端接入交换设备从所述第二报文提取出所述第一报文之前，还包括：

检测本地是否具有与所述第二报文对应的终端接入端口；

在检测到本地具有与所述第二报文对应的终端接入端口的情况下，从所述第二报文提取出所述第一报文，并将所述第一报文经由该终端接入端口发送给第二终端；否则，从所述第二报文提取出所述第一报文，并将所述第一报文经由本地的所有终端接入端口发送出去。

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