CN111130943B - 快速环网切换的实现方法、交换机及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速环网切换的实现方法，包括：在检测到PHY层的通告时，确定当前网络端口的数据转发状态；若当前网络端口为转发状态，轮询交换机其他网络端口以确定阻塞状态的网络端口；将阻塞状态的网路端口切换为转发状态，发送ADVS报文通知网络中其他设备网络拓扑变更。本发明还公开了一种交换机及计算机可读存储介质。本发明设计并发明了一种10ms级快速环网切换的功能——Run Ring，Run Ring具备稳定的以太网环网保护功能，而当环网中出现链路故障时，交换机能快速检测到链路断开并(10ms级)切换到另一条备份通信链路，最大程度保障网络通信的正常，实现了提高网络切换效率的有益效果。

Description

快速环网切换的实现方法、交换机及计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及环网切换的技术领域，尤其涉及一种快速环网切换的实现方法、交换机及计算机可读存储介质。

背景技术

在以太网领域，由于其报文分发复制广播(泛洪)的机制，导致了当网络中存在环路时会产生“广播风暴”而使网络瘫痪，环路保护协议应运而生。

现有的标准环路保护协议中，生成树协议(STP/RSTP/MSTP)较好地解决了这个问题，但是当网络拓扑发生变更或网络设备与链路出现故障时，切换与稳定收敛时间是秒级，无法满足工业领域50ms快速切换的需求。

而以太环网保护倒换协议(ERPS)虽然具备了工业领域50ms快速切换的性能，但是其配置较为复杂，网络维护管理的工作量相对较大。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种快速环网切换的实现方法、交换机及计算机可读存储介质，旨在解决现有技术的环路保护协议在实现工业领域的环路网络切换时，切换速度无法达到10ms级，且其环路配置复杂造成的网络维护管理工作量大的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种快速环网切换的实现方法，包括以下内容：

在检测到PHY层的通告时，确定当前网络端口的数据转发状态；

若当前网络端口为转发状态，轮询交换机其他网络端口以确定阻塞状态的网络端口；

将阻塞状态的网路端口切换为转发状态，发送ADVS报文通知网络中其他设备网络拓扑变更。

可选地，所述在检测到PHY层的通告时，确定当前网络端口的数据转发状态的步骤之前，还包括：

在检测到当前交换机的设备端口物理连接断开时，发起PHY层的通告。可选地，所述快速环网切换的实现方法还包括：

检测当前交换机网络端口的接收报文；

在确认当前网络端口接收到环路检测报文时，将优先级低的网络端口设置为阻塞状态。

可选地，所述在确认所述网络端口接收到环路检测报文时，将优先级低的网络端口设置为阻塞状态的步骤包括：

确认所述环路检测报文的发出网络端口，并确认所述发出网络端口与当前网络端口的优先级等级；

根据确认结果将优先级低的网络端口设置为阻塞状态。

可选地，所述检测当前交换机网络端口的接收报文的步骤之前，还包括：

以预设周期从当前交换机应用网络端口发送环路监测报文。

可选地，所述快速环网切换的实现方法，还包括：

根据当前应用网络，确认所述应用网络中的交换机；

开启所述交换机的Run Ring功能。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种交换机，所述交换机包括：存储器、处理器，所述存储器上存储有能够被处理器调用的快速环网切换的实现程序，所述快速环网切换的实现程序被所述处理器执行时实现如上所述快速环网切换的实现方法的步骤。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有快速环网切换的实现程序，所述快速环网切换的实现程序被处理器执行时实现如上所述快速环网切换的实现方法的步骤。

本发明实施例提出的一种快速环网切换的实现方法，在检测到PHY层的通告时，确定当前网络端口的数据转发状态；若当前网络端口为转发状态，轮询交换机其他网络端口以确定阻塞状态的网络端口；将阻塞状态的网路端口切换为转发状态，发送ADVS报文通知网络中其他设备网络拓扑变更。本发明设计并发明了一种10ms级快速环网切换的功能——Run Ring，Run Ring具备稳定的以太网环网保护功能，而当环网中出现链路故障时，交换机能快速检测到链路断开并(10ms级)切换到另一条备份通信链路，最大程度保障网络通信的正常，实现了提高网络切换效率的有益效果。

附图说明

图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的终端\装置结构示意图；

图2为本发明快速环网切换的实现方法第一实施例的流程示意图；

图3为本发明快速环网切换的实现方法第二实施例的流程示意图；

图4为本发明快速环网切换的实现方法第三实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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。

本发明实施例的主要解决方案是：在检测到PHY层的通告时，确定当前网络端口的数据转发状态；若当前网络端口为转发状态，轮询交换机其他网络端口以确定阻塞状态的网络端口；将阻塞状态的网路端口切换为转发状态，发送ADVS报文通知网络中其他设备网络拓扑变更。

由于现有的标准环路保护协议中，生成树协议(STP/RSTP/MSTP)较好地解决了这个问题，但是当网络拓扑发生变更或网络设备与链路出现故障时，切换与稳定收敛时间是秒级，无法满足工业领域50ms快速切换的需求。而以太环网保护倒换协议(ERPS)虽然具备了工业领域50ms快速切换的性能，但是其配置较为复杂，网络维护管理的工作量相对较大。

本发明提供一种解决方案，设计并发明了一种10ms级快速环网切换的功能——Run Ring，Run Ring具备稳定的以太网环网保护功能，而当环网中出现链路故障时，交换机能快速检测到链路断开并(10ms级)切换到另一条备份通信链路，最大程度保障网络通信的正常，实现了提高网络切换效率的有益效果。

如图1所示，图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的终端\装置结构示意图。

本发明实施例终端可以是智能手机、平板电脑、电子书阅读器，便携计算机等可移动式/不可移动式终端设备。

如图1所示，该终端可以包括：处理器1001，例如CPU，网络接口1004，用户接口1003，存储器1005，通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatile memory)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的终端结构并不构成对终端的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及快速环网切换的实现程序。

在图1所示的终端中，网络接口1004主要用于连接后台服务器，与后台服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于连接客户端(用户端)，与客户端进行数据通信；而处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的快速环网切换的实现程序，并执行以下操作：

在检测到PHY层的通告时，确定当前网络端口的数据转发状态；

若当前网络端口为转发状态，轮询交换机其他网络端口以确定阻塞状态的网络端口；

将阻塞状态的网路端口切换为转发状态，发送ADVS报文通知网络中其他设备网络拓扑变更。

进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的快速环网切换的实现程序，还执行以下操作：

在检测到当前交换机的设备端口物理连接断开时，发起PHY层的通告。

进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的快速环网切换的实现程序，还执行以下操作：

检测当前交换机网络端口的接收报文；

在确认当前网络端口接收到环路检测报文时，将优先级低的网络端口设置为阻塞状态。

进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的快速环网切换的实现程序，还执行以下操作：

确认所述环路检测报文的发出网络端口，并确认所述发出网络端口与当前网络端口的优先级等级；

根据确认结果将优先级低的网络端口设置为阻塞状态。

进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的快速环网切换的实现程序，还执行以下操作：

以预设周期从当前交换机应用网络端口发送环路监测报文。

进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的快速环网切换的实现程序，还执行以下操作：

根据当前应用网络，确认所述应用网络中的交换机；

开启所述交换机的Run Ring功能。

参照图2，图2为本发明快速环网切换的实现方法第一实施例的流程示意图，所述快速环网切换的实现方法包括：

步骤S10，在检测到PHY层的通告时，确定当前网络端口的数据转发状态；

基于当前的网络环境，确认当前应用网络的网络情况，所述网络情况一般指代在确认当前的应用网络的网络环路情况，在现有技术定义中，所述网络环路也分为第二层环路和第三层环路，且所有环路的形成都是由于目的路径不明确导致混乱而造成的，例如第二层，一个广播信息经过两个交换机的时候会不断恶性循环的产生广播，造成环路，而第三层环路则是原路由意外不能工作，造成路由通告错误，形成一个恶性循环。因此，在基于当前网络应用确定当前应用网络的网络环境情况时，基于当前的网络环路继续进行数据传输操作，而基于当前应用网络的网络环路情况，在接收到PHY层的Link Down通告时，基于所述Link Down通告确认当前的网络应用的网络端口的数据转发状态，所述当前网络应用的网络端口定义为接收到所述PHY层通告的网络端口。

如上所述，在确认当前网络端口接收到PHY层的通告之前，所述在检测到PHY层的通告时，确定当前网络端口的数据转发状态的步骤之前，还包括：

在检测到当前交换机的设备端口物理连接断开时，发起PHY层的通告。

根据当前的交换机网络应用，已定义的所述PHY(Port Physical Layer)，称之为端口物理层，是一个对OSI模型物理层的共同简称。PHY连接一个数据链路层的设备(MAC)到一个物理媒介，如光纤或铜缆线。典型的PHY包括PCS(Physical Coding Sublayer，物理编码子层)和PMD(Physical Media Dependent，物理介质相关子层)。PCS对被发送和接受的信息加码和解码，目的是使接收器更容易恢复信号。如此，在基于当前交换机的设备端口的物理连接断开时，PHY层通过快速中断机制迅速发出通告，以通知所述交换机驱动层的RunRing协议，使得驱动层的Run Ring协议根据所述PHY层的通告切换网络端口。

步骤S20，若当前网络端口为转发状态，轮询交换机其他网络端口以确定阻塞状态的网络端口；

根据当前接收到的PHY层的Link Down通告，确认当前网络端口的连接状态，在实际应用中，当前网络端口可定义为网络端口，作为当前应用网络中进行数据转发功能的网络端口，且所述网络端口在实际应用中，所述网络端口的数据功能与当前网络端口的数据转发状态相关。而基于当前应用网络的网络环路，在即将处理PHY层的Link Down通告时，需确认当前所述Link Down通告的网络端口的连接状态，以确认当前可实现所述Link Down通告的执行操作，其确认方式可基于当前网络端口的数据传输情况确认所述连接链路端口的连接状态，所述连接状态即为所述网络端口的网络连接状态。再确认当前网络端口的数据转发状态为转发状态时，由于当前网络端口已接收到所述PHY层的通告，则定义当前网络端口为转发网络端口，由于当前应用网络的物理连接已断开，则确认当前转发网路端口以无法执行转发操作，为避免网络连接断开，当前需切换网络通信连接，因此轮询当前交换机应用网络中其他网络端口是否阻塞，即确认当前应用网络中处于阻塞状态的网络端口。

步骤S30，将阻塞状态的网路端口切换为转发状态，发送ADVS报文通知网络中其他设备网络拓扑变更。

根据当前确认操作，在确认当前网络端口为转发状态时，由于当前物理连接断开，当前网络端口若为转发状态时则无法实现网络通信转发操作需切换通信链路，如此，根据当前应用网络可能存在基于网络环路的网络瘫痪情况，检测当前网络环路的网络端口，以基于所述网络端口重新切换网络端口。根据当前网络环路中已确认的阻塞状态的网络端口，将所述网络端口的端口数据转发状态切换为转发状态以实现所述网络环路的备份通信链路的切换。其中，所述网络端口为基于当前网络环路情况下的环路端口，即在确认当前应用网络出现网络环路时，以应用网络的环路监测报文确定环路网络端口后，以所述环路网络端口作为备用通信链路。考虑到备用通信链路的备用性，在确认所述备用通信链路的网络端口时，将所述网络端口的数据转发状态切换为阻塞状态以免占用，因此，在确认当前网络环路的物理连接断开，即当前接收到PHY层通告的网络端口为转发状态时，为避免网络应用断开，根据接收到的PHY层的Link Down通告，以预先设置的备份通信链路即网络端口切换使用类型至转发状态实现网络应用。

在基于当前应用网络处于网络环路的情况下切换的备份通信链路，向当前应用网络中已连接的终端设备发送通告报文(ADVS PDU)，所述通告报文基于当前的Run Ring功能模块的Run Ring协议报文实现。根据当前已发送的通告报文，在当前应用网络中连接的终端设备接收到所述通告报文后，清除当前设备的MAC地址表以更新所述交换机设备的转发路径。

在本实施例中，设计并发明了一种10ms级快速环网切换的功能——Run Ring，RunRing具备稳定的以太网环网保护功能，而当环网中出现链路故障时，交换机能快速检测到链路断开并(10ms级)切换到另一条备份通信链路，最大程度保障网络通信的正常，实现了提高网络切换效率的有益效果。

参考图3，图3为本发明快速环网切换的实现方法第二实施例的流程示意图，基于上述图2所示的第一实施例，所述快速环网切换的实现方法，还包括：

步骤S40，检测当前交换机网络端口的接收报文；

步骤S50，在确认当前网络端口接收到环路检测报文时，将优先级低的网络端口设置为阻塞状态。

本实施例中，基于当前环境的应用网络，所述应用网络具备Run Ring网络协议数据处理单元即Run Ring PDU，其中，所述Run Ring可分为INFO PDU(信息数据处理单元，信息PDU)和ADVS PDU(通告数据处理单元，通告PDU)。在实际应用中INFO PDU用于检测环路的存在，ADVS PDU用于通告拓扑变更并清除MAC地址。基于所述INFO PDU的应用，即所述检测当前应用网络中各网络端口的接收报文的步骤之前，还包括：

以预设周期向当前应用网络发送环路监测报文。

根据当前环境的网络应用，向当前应用网络发送环路监测报文即基于信息PDU的信息报文，为提高监测效率，以预设时间周期向交换机应用网络发送所述环路监测报文，所述预设时间周期为基于当前应用网络的数据交互量对应设置，以保证网络环路的检测精确。

根据当前网络环路的检测操作，其环路监测报文为基于当前Run Ring的INFO PDU(信息数据处理单元)生成，因此，在当前检测设备向应用网络发送所述环路监测报文时，检测基于当前应用网络的网络端口的接收报文，在确认当前应用网络中有网络端口接收到所述环路监测报文时，确认当前应用网络出现了网络环路，基于此种情况，设置基于所述网络环路的备用通信链路。根据当前检测到的接收环路监测报文的网络端口，由于所述网络端口在接收到环路监测报文时形成了网络环路，因此以接收到所述环路监测报文的当前网络端口为基于网络环路的网络端口，基于所述当前网络端口确定备份通信链路，考虑到数据处理的优先级，以当前网络端口为基准确定发出所述环路检测报文的网络端口，确认当前网络端口与所述网络端口的端口数据处理优先级的等级，若当前网络端口的数据处理优先级小于所述网络端口时，以当前网络端口为备份通信链路，将当前网络端口的数据转发状态切换为阻塞状态以免占用。进一步的，根据当前网络应用的终端设备连接情况，还可确认当前应用网络中已连接的多个网络端口的端口编号，所述端口编号为基于当前应用网络中基于数据处理优先级设置的端口编号，根据当前已确认连接状态的网络端口，确认当前网络端口的数据处理优先级，即端口编号，以所述端口编号的下一编号确认下一网络端口，将已确认的所述下一网络端口的网络连接状态切换为阻塞状态以形成备份通信链路。

进一步的，参考图4，图4为本发明快速环网切换的实现方法第三实施例的流程示意图，基于上述图2、3所示的第一、二实施例，所述快速环网切换的实现方法，还包括：

步骤S60，根据当前应用网络，确认所述应用网络中的交换机；

步骤S70，开启所述交换机的Run Ring功能。

本实例中，基于当前应用网络的网络交换机设置Run Ring功能，所述Run Ring功能的表现形式可基于交换机的协议功能实现。在实际应用中，所述交换机的协议功能均在应用层中运行，为了使Run Ring具备10ms级的切换收敛时间，Run Ring将协议处理逻辑与接收发送报文都移植到内核驱动中，消除应用层协议处理的进程间调度时延。其内核驱动的处理步骤包括，内核驱动接收到Run Ring协议报文直接在内核中进行处理，内核驱动接收到PHY层的Link Down通告也直接在内核中处理，不再发送到应用层的Run Ring进程。在内核驱动中创建内核线程，用于周期性发送INFO PDU。应用层的Run Ring进程只是用作RunRing配置和端口环路状态显示，所有的协议逻辑均在底层内核驱动中。进一步的，基于当前的内核驱动处理，其光口是1000Base-X标准，Link Drop时间为20ms。电口是1000Base-T标准，Link Drop时间，Master为750ms，Slave为350ms。若拔掉端口网线，到PHY检测到并通知到内核驱动，存在几百毫秒的延时，为了使Run Ring的1000M电口的切换时延达到10ms级，选择具有快速中断(Fast Link Drop)特性的交换芯片，配置端口快速中断的寄存器，使PHY能够快速检测到链路中断并通告到内核驱动，Run Ring根据Link Down来进行快速切换。

进一步的，根据当前的Run Ring协议功能，其ADVS PDU的目的MAC使用组播MAC地址0101-C200-0000，INFO PDU的目的MAC使用本设备MAC地址组播化(第一个字节bit0置1)。ADVS PDU和INFO PDU的源MAC地址，都采用发送该报文的设备的端口的MAC(即设备的MAC地址加上端口号)。当设备使能了Run Ring功能时，会将ADVS PDU目的地址的报文上送CPU处理，并在收到该报文的VLAN内将原始报文广播一份。只有本设备才会将与本设备MAC地址组播化相同的目的地址的INFO PDU送上CPU处理，不是本设备发送的INFO PDU不会上CPU，而是直接转发。

此外，本发明实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有快速环网切换的实现程序，所述快速环网切换的实现程序被处理器执行时实现如下操作：

在检测到PHY层的通告时，确定当前网络端口的数据转发状态；

若当前网络端口为转发状态，轮询交换机其他网络端口以确定阻塞状态的网络端口；

将阻塞状态的网路端口切换为转发状态，发送ADVS报文通知网络中其他设备网络拓扑变更。

进一步地，所述快速环网切换的实现程序被处理器执行时还实现如下操作：

在检测到当前交换机的设备端口物理连接断开时，发起PHY层的通告。

进一步地，所述快速环网切换的实现程序被处理器执行时还实现如下操作：

检测当前交换机网络端口的接收报文；

在确认当前网络端口接收到环路检测报文时，将优先级低的网络端口设置为阻塞状态。

进一步地，所述快速环网切换的实现程序被处理器执行时还实现如下操作：

确认所述环路检测报文的发出网络端口，并确认所述发出网络端口与当前网络端口的优先级等级；

根据确认结果将优先级低的网络端口设置为阻塞状态。

进一步地，所述快速环网切换的实现程序被处理器执行时还实现如下操作：

以预设周期从当前交换机应用网络端口发送环路监测报文。

进一步地，所述快速环网切换的实现程序被处理器执行时还实现如下操作：

根据当前应用网络，确认所述应用网络中的交换机；

开启所述交换机的Run Ring功能。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、药品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、药品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、药品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种快速环网切换的实现方法，其特征在于，所述快速环网切换的实现方法包括以下步骤：

在检测到当前交换机的设备端口物理连接断开时，发起PHY层的通告；

根据接收到的所述PHY层的通告，确定当前网络端口的数据转发状态；

若当前网络端口为转发状态，轮询交换机其他网络端口以确定阻塞状态的网络端口，所述网络端口的数量为多个，以端口编号顺序确定轮询的下一网络端口；

将阻塞状态的网路端口切换为转发状态，发送ADVS报文通知网络中其他设备网络拓扑变更；

另外，所述快速环网切换的实现方法还包括：

检测当前交换机网络端口的接收报文；

在确认当前网络端口接收到环路检测报文时，将优先级低的网络端口设置为阻塞状态，以所述网络端口的端口编号确定优先级的级别。

2.如权利要求1所述的快速环网切换的实现方法，其特征在于，所述在确认当前网络端口接收到环路检测报文时，将优先级低的网络端口设置为阻塞状态的步骤包括：

确认所述环路检测报文的发出网络端口，并确认所述发出网络端口与当前网络端口的优先级等级；

根据确认结果将优先级低的网络端口设置为阻塞状态。

3.如权利要求1所述的快速环网切换的实现方法，其特征在于，所述检测当前交换机网络端口的接收报文的步骤之前，还包括：

以预设周期从当前交换机应用网络端口发送环路监测报文。

4.如权利要求1至3任一项所述的快速环网切换的实现方法，其特征在于，所述快速环网切换的实现方法，还包括：

根据当前应用网络，确认所述应用网络中的交换机；

开启所述交换机的Run Ring功能。

5.一种交换机，其特征在于，所述交换机包括：存储器、处理器，所述存储器上存储有能够被处理器调用的快速环网切换的实现程序，所述快速环网切换的实现程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的快速环网切换的实现方法的步骤。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有快速环网切换的实现程序，所述快速环网切换的实现程序被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的快速环网切换的实现方法的步骤。

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