TW201412058A - 環狀網路之備援系統與環狀網路之備援方法 - Google Patents

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Abstract

一種環狀網路之備援系統與環狀網路之備援方法，係關於一種環狀網路之備援系統。此環狀網路之備援系統包含複數個交換機，各交換機包含二主連接埠及二冗餘連接埠。各交換機以二主連接埠分別經由一主鏈結連接至相鄰之交換機之主連接埠的其中之一，並以二冗餘連接埠分別經由一冗餘鏈結連接至相鄰之交換機之冗餘連接埠的其中之一。藉此，交換機串接形成一主環狀網路及一冗餘環狀網路。主鏈結預設為工作狀態，冗餘鏈結預設為備援狀態。當主鏈結的其中之一失效時，對應失效之主鏈結之冗餘鏈結轉變為工作狀態。

Description

環狀網路之備援系統與環狀網路之備援方法
本發明係有關於一種環狀網路，特別是一種環狀網路之備援系統與環狀網路之備援方法。
網路以涵蓋範圍來區分，可以簡單分為區域網路(Local Area Network，LAN)、都會網路(Metropolitan Area Network，MAN)、廣域網路(Wide Area Network，WAN)等三種。其中區域網路是涵蓋範圍最小的網路，通常是以同一辦公室、同一棟建築、或同一個校園為範圍的網路。而乙太網路(Ethernet)就是目前最常見的區域網路架構之一。
網路架構不僅指網路的連結拓璞型式(Topology)，還包含網路的實體媒介與資料存取方式，OSI網路模型(Open System Interconnection Reference Model)是理想狀態下的網路架構，在現實世界中所看到的網路架構則包含乙太網路、記號環網路(Token ring)、ARCnet、AppleTalk及光纖分散式資料介面(Fiber Distributed Data Interface，FDDI)等許多種網路架構。
環狀網路(Ring network)是網路拓璞結構中的一種，網路中的各節點串連連接，構成閉合環狀，每個節點都可以與任何其他的節點通信。一般來說，目前環狀網路架構常應用在許多區域網路或工業自動化系統中，且在每個網路節點都設置了 交換機，並經由各交換機連結到相關設備，以提供網路資訊交換功能。
但，只透過單一廣大的環狀網路連結系統內的所有設備，容易造成整個環狀網路的可靠性以及穩定度降低，傳輸品質與效率也會受到影響。
鑒於以上的問題，本發明提供一種環狀網路之備援系統與環狀網路之備援方法，藉以解決先前技術所存在環狀網路可靠性與穩定度低等問題。
本發明之一實施例提供一種環狀網路之備援系統，包含複數個交換機，各交換機包含二主連接埠及二冗餘連接埠。各交換機以二主連接埠分別經由一主鏈結連接至相鄰之交換機之主連接埠的其中之一而串接形成一主環狀網路。各交換機以二冗餘連接埠分別經由一冗餘鏈結連接至相鄰之交換機之冗餘連接埠的其中之一而串接形成一冗餘環狀網路。其中主鏈結預設為工作狀態，冗餘鏈結預設為備援狀態。當主鏈結的其中之一失效時，對應失效之主鏈結之冗餘鏈結轉變為工作狀態。
本發明之另一實施例提供一種環狀網路之備援方法，包含：提供複數個主鏈結，以串接複數個交換機而形成一主環狀網路，其中各主鏈結使相鄰之交換機之二主連接埠的其中之一彼此連接；提供複數個冗餘鏈結，以串接複數個交換機而形成一冗餘環狀網路，其中各冗餘鏈結使相鄰之交換機之二冗餘連 接埠的其中之一彼此連接；設定主連接埠的其中之一為阻隔埠口，而其餘之主連接埠為轉送埠口，以使主鏈結預設為工作狀態；設定冗餘連接埠為阻隔埠口，以使冗餘鏈結預設為備援狀態；偵測主鏈結之連線狀態；及當偵測到主鏈結的其中之一失效時，使對應失效之主鏈結之冗餘鏈結所連接之冗餘連接埠成為轉送埠口。
根據本發明之環狀網路之備援系統與環狀網路之備援方法，只要不要超過二處之二交換機之間的主鏈結與冗餘鏈結均失效，即使有多處的主鏈結或/與冗餘鏈結失效，整體網路亦可繼續正常運作。因此，本發明之環狀網路之備援系統可解決習知之環狀網路的可靠性與穩定度低的問題。
第1圖為根據本發明一實施例之環狀網路之備援系統100示意圖。
如第1圖所示，環狀網路之備援系統100包含複數個交換機150(如第1圖所示之交換機150a、交換機150b、交換機150c及交換機150d)。各交換機150包含二主連接埠Pm及二冗餘連接埠Pr。各交換機150以二主連接埠Pm分別經由一主鏈結110連接至相鄰之交換機150之主連接埠Pm的其中之一，而串接形成主環狀網路Rm。各交換機150以二冗餘連接埠Pr分別經由一冗餘鏈結130連接至相鄰之交換機150之冗餘連接埠Pr的其中之一，而串接形成冗餘環狀網路Rr。也就 是說，環狀網路之備援系統100係為由主環狀網路Rm及冗餘環狀網路Rr所構成之雙環網路。
在此，於網路連線之初，主鏈結110預設為工作狀態，冗餘鏈結130預設為備援狀態。也就是說，原則上主連接埠Pm預設為轉送埠口，將轉送所接收到的封包；而冗餘連接埠Pr預設為阻隔埠口，不轉送所接收到的封包。然而，為避免環狀網路的主連接埠Pm不斷轉送封包而造成廣播風暴(broadcast storm)，於主環狀網路Rm上的其中之一主連接埠Pm預設為阻隔埠口，其餘的主連接埠Pm預設為轉送埠口。
第2圖為根據本發明一實施例之主鏈結110失效之示意圖。參照第2圖，當主鏈結110的其中之一(如第2圖所示之主鏈結110’)失效時，對應失效之主鏈結110’之冗餘鏈結130’轉變為工作狀態，藉以取代失效之主鏈結110’。也就是說，當交換機150a偵測到其輸出封包之主連接埠Pm所連接之主鏈結110’失效時，改以冗餘連接埠Pr轉送其在主連接埠Pm接收到的封包至下一個交換機150b。
在一般運作時，各交換機150會偵測自身連線狀態，藉以偵測網路鏈結(即某一主鏈結110或某一冗餘鏈結130)是否失效。
於此，鏈結失效可包含如連線失敗、裝置失效與連線修正等二交換機之間無法彼此傳遞封包之情形。主鏈結110為雙向通訊鏈結，冗餘鏈結130亦為雙向通訊鏈結。環狀網路之備援 系統100實質可為環狀乙太網路，包含如網路線或無線通訊媒介之網路鏈結(即主鏈結110或冗餘鏈結130)與經由網路鏈結所連結之複數個交換機150。
前述之網路線可為雙絞線(twisted pair cable)、同軸電纜線(coaxial cable)或光纖網路線(fiber optic cable)。
前述之交換機150可為工作於OSI網路模型之不同層級中。
第3圖為根據本發明一實施例之交換機150之內部示意圖。
如第3圖所示，交換機150中各連接埠(即主連接埠Pm及冗餘連接埠Pr)均包含一開關(SW1~SW4)。二主連接埠Pm分別包含開關SW1及開關SW2，且開關SW1及開關SW2彼此訊號連接。二冗餘連接埠Pr分別包含開關SW3及開關SW4，且開關SW3及開關SW4彼此訊號連接。開關SW1與開關SW2之間與開關SW3與開關SW4之間訊號連接，藉以於主環狀網路Rm與冗餘環狀網路Rr之間交替傳輸(即由主環狀網路Rm改為冗餘環狀網路Rr，或由冗餘環狀網路Rr改為主環狀網路Rm)。
當交換機150所連接的二主鏈結110均處於工作狀態時，開關SW1及開關SW2均開啟而使得二主連接埠Pm接收到的封包可彼此轉送。也就是說，主連接埠Pm的其中之一者所接收到的封包可轉送至主連接埠Pm之另一者。此時，開關SW3 及開關SW4均關閉，意即二冗餘連接埠Pr為阻隔埠口，不轉送所接收到的封包。
以第2圖所示之交換機150a為例，當主鏈結110’失效時，連接主鏈結110’的主連接埠Pm轉變為阻隔埠口，且開關SW2關閉，使得二主連接埠Pm間不再彼此轉送封包。同時，連接冗餘鏈結130’的冗餘連接埠Pr轉變為轉送埠口，且開關SW4開啟，使得主連接埠Pm所接收到來自交換機150d的封包可經由開關SW1、SW4而於冗餘連接埠Pr轉送至下一個交換機150b。另一方面，於連接冗餘鏈結130’的冗餘連接埠Pr接收到的封包，則經由開關SW4、SW1而於主連接埠Pm轉送至下一個交換機150d。
相似地，第2圖所示之交換機150b因偵測到主鏈結110’失效，而將連接主鏈結110’的主連接埠Pm轉變為阻隔埠口，且開關SW1關閉，使得交換機150b的二主連接埠Pm間不再彼此轉送封包。同時，交換機150b連接冗餘鏈結130’的冗餘連接埠Pr轉變為轉送埠口，且開關SW3開啟，使得該冗餘連接埠Pr所接收到的封包可依序經由開關SW3、SW2而於連接正常的主鏈結110的主連接埠Pm轉送至下一個交換機150c。另一方面，於連接正常的主鏈結110的主連接埠Pm接收到來自交換機150c的封包，則依序經由開關SW2、SW3而於冗餘連接埠Pr轉送至下一個交換機150a。
也就是說，當主鏈結110的其中之一(於此為主鏈結 110’)失效時，失效之主鏈結110’連接之二主連接埠Pm成為阻隔埠口，而對應失效之主鏈結110’之冗餘鏈結130’所連接之二冗餘連接埠Pr成為轉送埠口。
值得注意的是，在一些實施例中，當失效的主鏈結110’修復後，則停留在備援狀態，而仍由對應之冗餘鏈結130’(即連接於相同二交換機150之間的另一網路鏈結)處於工作狀態。失效的主鏈結110’待對應之冗餘鏈結130’失效時才轉變為工作狀態。
於此，經冗餘鏈結130’取代主鏈結110’後的環狀網路之備援系統100可繼續正常運作。若失效的主鏈結110’經修復後馬上由備援狀態轉變為工作狀態，其轉變期間將因無法接收到封包而造成封包遺失。因此，失效的主鏈結110’或失效的冗餘鏈結130’經修復後維持在備援狀態，可避免封包遺失而影響網路的安定性。
前述之開關SW1~SW4可包含於如現場可程式邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)中。
第4圖為根據本發明一實施例之對應之主鏈結110及冗餘鏈結130均失效之示意圖。
如第4圖所示，相較於第2圖，除環狀網路之備援系統100的其中之一主鏈結110’失效外，其對應的冗餘鏈結130’亦失效。也就是說，二相鄰之交換機150(於此為交換機150a 及150b)之間的主鏈結110’與冗餘鏈結130’均失效。
此時，失效之主鏈結110’所連接之二主連接埠Pm以及失效之冗餘鏈結130’所連接之二冗餘連接埠Pr將被設定為阻隔埠口。並且，預設為阻隔埠口之主連接埠Pm轉變為轉送埠口。冗餘環狀網路Rr上除前述的二冗餘連接埠Pr外，其餘的冗餘連接埠Pr維持原本狀態，即仍為阻隔埠口。
第5圖為根據本發明另一實施例之環狀網路之備援系統100示意圖。
如第5圖所示，交換機150除具有前述之主連接埠110及冗餘連接埠130外，還可包含終端連接埠170，以連接至使用者端。使用者端可為工業電腦設備、工作站、伺服器或個人電腦等。
再者，交換機150還可具有介接連接埠190，以連接至其他網路300，而與其他網路300共存。如第5圖所示，網路300可包含但不限於線形網路、環狀網路及本發明實施例之環狀網路之備援系統100等。
在一些實施例中，交換機150工作於OSI網路模型之第二層級(即資料鏈結層)。各交換機150儲存媒體存取控制位址列表，以記錄網路中各節點(如交換機150)之媒體存取控制(Media Access Control，MAC)位址。如第2圖所示，偵測到網路鏈結(即主鏈結110或冗餘鏈結130)失效之交換機150a或交換機150b將更新媒體存取控制位址列表，並廣播更新後 之媒體存取控制位址列表至其餘之交換機150。藉此，其餘的交換機150可藉由更新後的媒體存取控制位址列表更新網路連線狀態，而無需使各個交換機150均發送廣播。如此，可減少廣播封包的資料量。
第6圖為根據本發明一實施例之環狀網路之備援方法流程圖(一)。
如第6圖所示，首先，提供複數個主鏈結110，以串接複數個交換機150而形成主環狀網路Rm。其中各主鏈結110使相鄰之交換機150之二主連接埠Pm的其中之一彼此連接(步驟S601)。
接著，提供複數個冗餘鏈結130，以串接複數個交換機150而形成冗餘環狀網路Rr。其中各冗餘鏈結130使相鄰之交換機150之二冗餘連接埠Pr的其中之一彼此連接(步驟S602)。
於此，步驟S601與步驟S602之執行順序可彼此互換。
形成主環狀網路Rm及冗餘環狀網路Rr之後，設定主連接埠Pm的其中之一為阻隔埠口，而其餘之主連接埠Pm為轉送埠口，以使主鏈結110預設為工作狀態(步驟S603)。
並且，設定冗餘連接埠Pr為阻隔埠口，以使冗餘鏈結130預設為備援狀態(步驟S604)。
於此，步驟S603與步驟S604之執行順序可彼此互換。
最後，偵測主鏈結110之連線狀態(步驟S605)。當偵測到主鏈結110的其中之一(如前述之主鏈結110’)失效時， 使對應失效之主鏈結110’之冗餘鏈結130’所連接之冗餘連接埠Pr成為轉送埠口，藉以使該冗餘鏈結130’取代該主鏈結110’而傳遞封包(步驟S606)。
第7圖為根據本發明一實施例之環狀網路之備援方法流程圖(二)。
在一些實施例中，如第7圖所示，於步驟S606之後，環狀網路之備援方法更包含修復失效之主鏈結110’(步驟S607)；及使經修復之主鏈結110’所連接之主連接埠Pm仍維持為阻隔埠口，待對應之冗餘鏈結130失效時才轉變為轉送埠口(步驟S608)。
因此，可避免失效的主鏈結110’由備援狀態轉變為工作狀態的期間，因無法接收到封包而造成封包遺失，造成網路的安定性受到影響。
在一些實施例中，如第7圖所示，於步驟S606之後，環狀網路之備援方法更包含使失效之主鏈結110’連接之交換機150更新媒體存取控制位址列表(步驟S609)；及使失效之主鏈結110’連接之交換機150廣播媒體存取控制位址列表至其餘之交換機150(步驟S610)。
因此，無需使各個交換機150均發送廣播，而可減少廣播封包的資料量。
綜上所述，根據本發明之環狀網路之備援系統100，在二交換機之間分別以一主鏈結110及一冗餘鏈結130連接，藉以 形成一雙環網路，當二交換機150之間的主鏈結110與冗餘鏈結130中之一者失效時，可將另一者設定為其失效前的狀態，以替代傳遞封包，而可維持整體網路之運作。在環狀網路之備援系統100中，只要不要超過二處之二交換機150之間的主鏈結110與冗餘鏈結130均失效，即使有多處的主鏈結110或/與冗餘鏈結130失效，整體網路亦可繼續正常運作。因此，本發明之環狀網路之備援系統100可解決習知之環狀網路的可靠性與穩定度低的問題。
100‧‧‧環狀網路之備援系統
110、110’‧‧‧主鏈結
130、130’‧‧‧冗餘鏈結
150‧‧‧交換機
150a、150b、150c、150d‧‧‧交換機
170‧‧‧終端連接埠
190‧‧‧介接連接埠
200‧‧‧使用者端
300‧‧‧網路
Pm‧‧‧主連接埠
Pr‧‧‧冗餘連接埠
Rm‧‧‧主環狀網路
Rr‧‧‧冗餘環狀網路
SW1、SW2、SW3、SW4‧‧‧開關
第1圖為根據本發明一實施例之環狀網路之備援系統示意圖。
第2圖為根據本發明一實施例之主鏈結失效之示意圖。
第3圖為根據本發明一實施例之交換機之內部示意圖。
第4圖為根據本發明一實施例之對應之主鏈結及冗餘鏈結均失效之示意圖。
第5圖為根據本發明另一實施例之環狀網路之備援系統示意圖。
第6圖為根據本發明一實施例之環狀網路之備援方法流程圖(一)。
第7圖為根據本發明一實施例之環狀網路之備援方法流程圖(二)。
100‧‧‧環狀網路之備援系統
110‧‧‧主鏈結
130‧‧‧冗餘鏈結
150a、150b、150c、150d‧‧‧交換機
Pm‧‧‧主連接埠
Pr‧‧‧冗餘連接埠
Rm‧‧‧主環狀網路
Rr‧‧‧冗餘環狀網路

Claims (9)

  1. 一種環狀網路之備援系統，包含：複數個交換機，各該交換機包含二主連接埠及二冗餘連接埠，各該交換機以該二主連接埠分別經由一主鏈結連接至相鄰之該交換機之該些主連接埠的其中之一而串接形成一主環狀網路，各該交換機以該二冗餘連接埠分別經由一冗餘鏈結連接至相鄰之該交換機之該些冗餘連接埠的其中之一而串接形成一冗餘環狀網路，其中該些主鏈結預設為工作狀態，該些冗餘鏈結預設為備援狀態，當該些主鏈結的其中之一失效時，對應失效之該主鏈結之該冗餘鏈結轉變為工作狀態。
  2. 如請求項1所述之環狀網路之備援系統，其中失效之該主鏈結修復後為備援狀態，待對應之該冗餘鏈結失效時才轉變為工作狀態。
  3. 如請求項1所述之環狀網路之備援系統，其中該主鏈結與該冗餘鏈結皆為雙向通訊鏈結。
  4. 如請求項1所述之環狀網路之備援系統，其中失效之該主鏈結連接之該交換機更新一媒體存取控制位址列表，並廣播該媒體存取控制位址列表至其餘之該些交換機。
  5. 如請求項1所述之環狀網路之備援系統，其中該些主連接埠的其中之一預設為阻隔埠口，其餘之該些主連接埠預設為轉送埠口，且該些冗餘連接埠預設為阻隔埠口，當該些主鏈結的其中之一失效時，失效之該主鏈結連接之該些主連接埠成為阻隔埠 口，而對應失效之該主鏈結之該冗餘鏈結所連接之該些冗餘連接埠成為轉送埠口。
  6. 如請求項5所述之環狀網路之備援系統，其中當二相鄰之該交換機之間的該主鏈結與該冗餘鏈結均失效時，預設為阻隔埠口之該主連接埠轉變為轉送埠口。
  7. 如請求項1所述之環狀網路之備援系統，其中該些交換機的其中之一更包含一介接連接埠，以連接該備援系統至外部網路。
  8. 一種環狀網路之備援方法，包含：提供複數個主鏈結，以串接複數個交換機而形成一主環狀網路，其中各該主鏈結使相鄰之該交換機之二主連接埠的其中之一彼此連接；提供複數個冗餘鏈結，以串接複數個交換機而形成一冗餘環狀網路，其中各該冗餘鏈結使相鄰之該交換機之二冗餘連接埠的其中之一彼此連接；設定該些主連接埠的其中之一為阻隔埠口，而其餘之該些主連接埠為轉送埠口，以使該些主鏈結預設為工作狀態；設定該些冗餘連接埠為阻隔埠口，以使該些冗餘鏈結預設為備援狀態；偵測該些主鏈結之連線狀態；及當偵測到該些主鏈結的其中之一失效時，使對應失效之該主鏈結之該冗餘鏈結所連接之該些冗餘連接埠成為轉送埠口。
  9. 如請求項8所述之環狀網路之備援方法，更包含： 修復失效之該主鏈結；及使經修復之該主鏈結所連接之該些主連接埠仍維持為阻隔埠口，待對應之該冗餘鏈結失效時才轉變為轉送埠口。
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