CN111526078A - 一种应用于多元化网络拓扑的子环网冗余拓展协议 - Google Patents

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陈晓伟
徐晓磊
江万春
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Abstract

本发明涉及一种应用于多元化网络拓扑的环网冗余拓展协议，具有高可靠、低成本、算法简单、广适用的特点，是一种专门应用于以太网环的链路层协议，它在以太网环中能够防止数据环路引起的广播风暴，当以太网环上链路或设备故障时，能迅速切换到备份链路，保证业务快速恢复。具有算法简单、拓扑收敛速度快和收敛时间与环网上节点数无关等显著优势。通常的应用场景共同特点：光纤资源紧缺，核心设备端口资源紧张，要求成本控制，要求高可靠性。本发明针对这部分市场，提出高性价比的、简约的以太环网解决方案，在不增加任何硬件成本的基础上提供网络的高可靠性。

Description

一种应用于多元化网络拓扑的子环网冗余拓展协议
技术领域
本发明涉及系统集成领域，尤其涉及网络通信领域，主要是一种专门应用于链路层的协议，具体是指一种应用于多元化网络拓扑的子环网冗余拓展协议。
背景技术
在数据通信的二层网络中，一般采用生成树(STP)协议来对网络的拓扑进行保护。STP协议族是由IEEE实现了标准化，主要包括STP、RSTP和MSTP等几种协议。STP最初发明的目的是为了避免网络中形成环路，出现广播风暴而导致网络不可用，并没有对网络出现拓扑变化时候的业务收敛时间做出很高的要求。实践经验表明，采用STP协议作为拓扑保护的网络，业务收敛时间在几十秒的数量级；后来的RSTP对STP机制进行了改进，业务收敛时间在理想情况下可以控制在秒级左右；MSTP主要是RSTP的多实例化，网络收敛时间与RSTP基本相同。
近几年，随着以太网技术在企业LAN网络里面得到广泛应用的同时，以太网技术开始在运营商城域网络发展；特别是在数据，语音，视频等业务向IP融合的趋势下，增强以太网本身的可靠性，缩短网络的故障收敛时间，对语音业务，视频等业务提供满意的用户体验，无论对运营商客户，还是对于广大的企业用户，都是一个根本的需求。
发明内容
本发明的目的是克服了上述生成树协议的缺点，是一种专门应用于以太网环的链路层协议，它在以太网环中能够防止数据环路引起的广播风暴，当以太网环上链路或设备故障时，能迅速切换到备份链路，保证业务快速恢复。与生成树协议相比，本协议具有算法简单、拓扑收敛速度快和收敛时间与环网上节点数无关等显著优势。基于此协议的以太环网解决方案可对数据，语音，视频等业务做出快速的保护倒换，协同高中低端通信设备推出整体的网络解决方案，为不同的应用场景提供不同的解决方案。
环形网络是使用一个连续的环将每台设备连接在一起。它能够保证一台设备上发送的信号可以被环上其他所有的设备都看到。而环网冗余是指交换机是否支持网络出现线缆连接中断的情况出现时，通信设备接收到此信息，激活其后备端口，使网络通信恢复正常运行。同时，网络环网端口断开连接的通信设备，继电器闭合，指示灯向用户发出错误警报。线缆修复正常后，继电器和指示灯恢复正常状态。
通俗地讲，本发明能够在通信链路发生故障的时候，能够快速启用另外一条健全的通信链路，使网络通信的可靠性大大提高，同时会有指示灯发出告警信息。
本发明由以下方面构成：
①多元化
能够实现更复杂，数量更多的环形网络以相交或相切的形式交互通信，达到目前市场上应用的环形网络不能实现的拓扑要求，满足用户对网络拓扑的多元化设计；
②高可靠
任一链路或节点的发生故障时，本发明能保证链路倒换时间为20ms以内，业务倒换时间在20-200ms之间，并且提供对各种业务的快速保护倒换，提高网络的可用性；
③低成本
本发明并没有改变传统以太网的硬件，所有正在网络中运行的中高端通信设备都可以通过软件升级支持本发明，并且会不断丰富支持的端口类型，扩展这种低成本保护技术的使用范围；
④算法简单
以太环网的主节点负责整个环的收敛计算，其他节点只是传输和响应更新报文，简化了软件处理过程，保障软件的健壮性；
⑤广适用
本发明业务保护时间与环网节点数目、设备负荷、网络所承载业务、网络流量等因素无关；
环网节点数目无关：在组建大规模环网时，依然能够保证20一200ms的倒换时间；
设备负载无关：即设备运行复杂协议时，如配置多种ACL规则、作MPLS PE等情况下，也不影响网络的收敛时间；
网络承载业务无关：不管上层运行什么样的业务，如语音、视频等，都能够保证极短的切换时间；
网络流量无关：在大流量的情况下也可以保证毫秒级的自愈保护时间，在业务不断增长、数据量不断加大的情况下，依然可以保证业务的快速倒换。
附图说明
图1为本发明的一种多元化网络拓扑的实现方式。
图2为本发明的系统结构流程图。
图3为本发明的网管配置界面。
具体实施方式
本发明的具体体现在于：用户根据实际需要通过网管进行配置，然后接通连接即可。
为了能够更清楚的描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
如图3所示，本发明通过网管进行相关配置。首先打开使能开关，然后选择主机角色、选择需要配置的交换机端口，最后点击设置即可。如有错误配置，会弹出相关提示。
如图1所示，可根据需要，进行按需组网方式，进行组网的数个通信设备逐一配置后，再逐一接通数据连接即可。各个节点在配置之初，阻塞所有端口的业务数据通讯。在周期检测环网端口link状态后，如果发现有环网端口link up，则发送LINK-UP报文，通知其他节点，对端节点收到此报文后，比较标志位后，判断出自己的当前的主、从角色，并转发LINK-UP报文给其他节点。主交换机自行判断将其中的一个端口阻塞而阻断环路，另一端口设置成转发；从交换机将环网端口设置成转发。主交换机发送COMPLETE报文，通知其他从交换机，环网阻断已经完成，之后将清除MAC地址。
当环网阻断完成并稳定之后，出现物理环路消失，则相关交换机发现环网端口link down，则向其他环网交换机发送LINK-DOWN报文，通知主交换机。主交换机则会将之前阻断的环网端口再次开放，设置为转发态，链路恢复，允许业务报文通过；所有环网交换机此时立即老化端口MAC表项。至此，环网保护协议在环路消失后的收敛过程结束。

Claims (8)

1.一种应用于多元化网络拓扑的子环网冗余拓展协议，其特征在于，所述包括：
数台工业通信设备，按照预定设计的拓扑将每台设备连接在一起；
子环网冗余拓展协议，能够实现更复杂，数量更多的环形网络以相交或相切的形式交互通信，为网络内冗余提供多种应对措施，保障网络内正常通信；
子环网冗余拓展协议，它能够保证九宫格型网络中的所有的设备间能正常通信，而不引起广播风暴。当某一通信链路断开时，依旧使所有设备间正常通信；
通信链路断开时，通过继电器、指示灯发出警报，一旦出现链路断开的情况，激活继电器，指示灯将会在断开连接的交换机上发出警报。
2.根据权利要求1所述的应用于多元化网络拓扑的子环网冗余拓展协议，其特征在于，可应对需求复杂的网络拓扑，以及实现通信链路冗余，当某一通信链路产生故障时，快速收敛，收敛时间小于20ms，维持正常通信。
3.根据权利要求1所述的应用于多元化网络拓扑的子环网冗余拓展协议，其特征在于，当物理链路为环路拓扑时，可使得逻辑链路避免环路引起的广播风暴。
4.根据权利要求1所述的应用于多元化网络拓扑的子环网冗余拓展协议，其特征在于，通信设备间使用扩散法传播拓扑变化信息。
5.根据权利要求1所述的应用于多元化网络拓扑的子环网冗余拓展协议，其特征在于，网络拓扑稳定后控制MAC地址表快速老化。
6.根据权利要求1所述的应用于多元化网络拓扑的子环网冗余拓展协议，其特征在于，在所有VLAN中均能生效。
7.根据权利要求1所述的应用于多元化网络拓扑的子环网冗余拓展协议，其特征在于，支持将一台设备配置为多个节点。
8.根据权利要求1所述的应用于多元化网络拓扑的子环网冗余拓展协议，其特征在于，所述的继电器、指示灯，与所对应的硬件平台的内部存储器相连接。
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