专利名称：网络信息交换方法
技术领域：
一种网络信息交换方法，特别用于一环形网络上各网络节点间的信息交 换方法，以简易信息交换达到备份与故障恢复的目的。
背景技术：
随着网络数据交换的需求渐渐增加，网络上各设备间还设定各种通信协
议(protocol)来达成更有效率的沟通，通常利用发送广播封包(broadcast packet )与响应该广播封包的方式使各网络设备能互相知道 (acknowledgement)彼此的存在，并且其中更交换了一些基本信息，包括网 络地址(IP地址)、媒体存取控制地址(Media Access Control, MAC)，用 以指定封包的目的与来源端。
如图1所示的环形网络架构示意图，其中显示一个环形网络上有四个网 络节点(node) 10，此例中每一个网络节点由三个单元组成，分别为链接接 口单元(Link Interface Unit) 11、网络接口单元(Network Interface Unit) 12 与终端接口单元(Terminal Interface Unit) 13，各网络节点10由连结接口单 元11相互连接，以缆线14，15相连形成一个双环形(dual ring)的网络架构， 两条缆线14，15各负责两个方向的传输，上述连接接口单元11控制各网络节 点10的数据传递，而终端设备(如计算机)连接至各节点10的终端接口单 元13，以进行封包交换(switch)，网络接口单元12则控制各封包在各网络 节点10上的传递，如封包的转送(forward)、分段、重组、封装(encapsulation) 与拆装(decapsulation)等。
各网络节点10通过缆线14，15与环状网络上邻接的网络节点10相连， 并通过连结接口单元11连接缆线之一 (如缆线14)传递数据与同步校准 (synchronization)信息至下一个邻近网络节点10，再由另一缆线(如缆线 15)传递回复的同步校准信息。
在封包传递过程，若遇到传递失败，或是网络线中断的问题，上述的通
信协议还可提供部分故障恢复(faikwer)的机制，故障恢复是一种系统备份 (backup)的方法，利用一备用系统作为救援或是替换原本失败的系统，如 图2所述用于一环形拓扑网络故障恢复的方案，其网络架构如同图1所示。
如图2所示，四个网络节点分别为10a, 10b， 10c与10d，若网络节点10a 与网络节点10d间传递的信号有错误，如缆线坏掉导致网络断线(如图中标 示为X的部分)，该网络上的网络节点则会重新设定连接，使数据能顺利传 递，如本来在节点10a与10d间传递的数据即需以图中框住部分20的连接 达成传递任务。
上述技术利用双环形的网络连接达成故障恢复的目的，以此技术产生更 稳定的网络交换的环境，提高容错(faulttolerance)能力。
美国专利第5,191,579号揭示一种环形网络切换控制装置(Ring network switching control device)，其中之一实施例如图3所示的环形网络架构示意 图，环形网络上有工作站A,B，C与D，相邻以两条网络线相连接，分别形成 两个网络系统31与32，该专利是在网络连接发生问题时提供切换机制来避 免数据传递错误。
开始时，系统31为正在使用的网络系统，图中工作站A,B，C与D以图 中实线部分相连，当工作站B与C之间的连接发生错误时，该专利可由其中 揭示的切换机制使工作站B与C间的连接先切换为系统32，此时，网络错 误的信息由工作站B传递到工作站A是使用系统31的连接，而工作站B至 工作站C的信号传递则是使用系统32的连接。当错误信号继续由工作站A 传递到工作站D，并由工作站D传递到工作站C后，整个连接即由系统31 切换为系统32。
发明内容
不同于公知技术所提供利用双环形网络架构形成的备份与故障恢复的 方法，或是公知网络连接发生问题时提供的切换机制，本发明提供一种网络 信息交换方法，在各网络节点间以简单的地址传递达到冗余备份的功效与提 高容错能力。
本发明所应用的环形网络中包括有多个串行相连的网络节点，在彼此建 立连接之初，各网络节点相互与相邻的网络节点传递网络信息，至少包括网
络地址(IP地址)、标识符(ID)与物理地址(MAC地址)等，当其中相 邻的网络节点间连接发生错误的问题时，该邻近网络节点会立即知悉此错误 发生，并发送控制信息帧至相邻的网络节点，至其它环形网络上的节点或设 备都接获此网络错误的信息，故可立即产生一备份的方式，网络会重新设定 网络封包路径，使封包路径不会经过网络错误位置，经由反方向传递，以此 手段能快速有效地进行备份与故障恢复的动作。
本发明网络信息交换方法的较佳实施例建立一环形拓扑的网络架构，其 中方法步骤包括先建立多个网络节点相连的实体网络，接着进行一交换程 序，并且各网络节点与其相邻的网络节点交换其唯一识别的网络信息，以建 立一环形网络，由此，当产生网络错误时，由该相邻的网络节点所发送的一 控制信息帧得知错误信息，能快速重组该环形网络的网络封包传递路径。
上述环形网络为一单环形拓扑的网络架构，而各网络节点的较佳实施例 为一有连接网络能力的网络设备，交换的网络信息可包括一网络地址(IP)、 一标识符(ID)与一物理地址(MAC)。
其中，上述的网络信息交换方法，所述的网络节点有两个对外连接的网 络端口。
其中，上述的网络信息交换方法，该网络节点为一网络交换器。 其中，上述的网络信息交换方法，所述的交换程序为一三向交换程序。 其中，上述的网络信息交换方法，所述的交换程序与该交换网络信息步 骤为同时进行。
另外，本发明网络信息交换方法的另一实施例中，所建立的环形拓扑的 网络架构可应用于发生网络错误时的备份与故障恢复机制，包括有先由多个 网络节点相连的环形架构经过一交换程序、相邻网络节点交换一网络信息的 步骤建立一环形网络，当检测环形网络产生的改变时，各网络节点向相邻的 该网络节点传递一控制信息帧，经各节点传递后，使该环形网络中的各网络 节点得知该环形网络拓扑改变的信息，接着重新设定环形网络的网络封包传 递路径，以恢复该环形网络的连接。
其中，上述的网络信息交换方法，所述的网络节点有两个对外连接的网 络端口。
其中，上述的网络信息交换方法，所述的环形网络为一单环形拓扑的网
络架构。
其中，上述的网络信息交换方法，所述的网络节点为一有连接网络能力 的网络设备。
其中，上述的网络信息交换方法，所述的网络节点为一网络交换器。
其中，上述的网络信息交换方法，所述的交换程序为一三向交换程序。
其中，上述的网络信息交换方法，所述的网络信息包括一网络地址、一 标识符与一物理地址。
其中，上述的网络信息交换方法，所述的网络信息为该多个网络节点在 该环形网络中唯一 的识别信息。
其中，上述的网络信息交换方法，所述的环形网络产生的改变包括该环 形网络中缆线中断而产生的改变。
其中，上述的网络信息交换方法，所述的环形网络产生的改变包括该网 络节点发生故障产生的改变。
其中，上述的网络信息交换方法，所述的环形网络产生的改变包括该交 换程序不成功产生的错误。
其中，上述的网络信息交换方法，所述的环形网络产生的改变包括该网 络节点所发送的广播封包由错误响应而产生的改变。
其中，上述的网络信息交换方法，所述的环形网络产生的改变包括该环 形网络拓扑架构产生的改变。
本发明网络信息交换方法所应用的通信协议仅针对相邻的网络节点 信息交换，可简化网络通信的过程，故因此可快速达到故障恢复的机制。
图1为现有技术环形网络架构示意图2为现有技术环形网络中发生错误时的示意图3为公知技术双环形网络架构示意图4所示为本发明的环形拓扑的网络架构示意图5所示为本发明控制信息帧的内容示意图6所示为本发明网络信息交换方法用于网络错误时的实施例的一示意
图7所示为本发明网络架构的实施例示意图8为本发明网络信息交换方法建立网络的较佳实施例流程图;
图9为本发明网络信息交换方法故障恢复的较佳实施例流程图。
其中，附图标记说明如下
10网络节点
11连结接口单元
12网络接口单元
13终端接口单元
14，15缆线
20框住部分
A,B,C,D工作站
31，32系统
41 ，43 ，45网络节点
40环形网络
44缆线
401,402，403，404网络终端设备
501起始位
503源地址
505目的地址
507控制标记
509识别位
511信息帧类型
513端口号
515结束位
60环形网络
61,62,63，64，65，66网络节点 601,603箭头 E，E'网络错误位置 610，620,630,640，650,660局域网络 1，2终端设备61'，62，，63'，64，,65',66'网络交换器
具体实施例方式
连接局域网络(LAN)的计算机系统需要在所处网络上进行一些信息的 交换，让各计算机系统能收集到其邻近的网络信息(networkinformation)， 一般来说，计算机系统间可由彼此发送广播封包(broadcast)来相互传递初 始信息，包括来源与目的地址、信息类型(message type)、传输端口 (port) 等，相互接收信息后形成一个局域网络。
本发明则揭示一种网络信息交换方法，提供一种简单达成局域网络上相 互信息交换(handshaking)的方法。如图4所示的环形(Ring)拓扑的网络 架构示意图，环形网络40由多个网络节点组成，各节点相互以一条缆线44 连接形成一环形网络，其中包括网络节点41,43,45，各节点41，43，45可为各 种可连接网络的设备，如计算机系统、网络交换器(switch)等，各节点41，43，45 可再连接多个网络终端设备401,402,403,404。
环形网络40上的多个网络节点41,43,45在启动后，在进行交换程序(如 三向交换，three-way handshaking)时，包括开始先传递SYN (synchronize) 封包，接收端再回传SYN-ACK (acknowledgement)封包，原本传送端接获 SYN-ACK封包后，再回传ACK封包以完成此交换程序。此交换程序可用于 检査信号相互传递是否出现问题，在传送网络封包时，ACK应答封包可作为 错误检査与确认传送成功信息，如果经检查后确认数据传送成功，则以此响 应，若传送端并无收到此应答帧，则会在一段时间后续传(retransmit)前次 传送的数据。
在迸行交换程序的同时，与邻接的网络节点交换网络信息，如网络节点 43仅与网络节点41与网络节点45交换网络信息，并不与其它非邻近的节点 上的设备进行信息交换。因为本发明所提供的网络信息交换方法仅与该节点 的邻近节点进行网络信息交换，不同于公知技术需要广播至网络上的所有设 备，故可简化许多信息传递的步骤。上述实施例以以太网络(Ethernet)为基 础的网络环境，所交换的信息至少包括该局域网络上唯一的网络地址 (Internet Protocol address, IP address)、物理地址(physical address)、各网 络节点的标识符(ID)等。
本发明因为使用简化的节点间交换的手段，故在之后网络出现问题时， 也能快速有效地进行备份与故障恢复的动作。
各网络节点在进行交换程序与信息交换后，形成一个环形网络，之后即
可在各网络节点间进行数据传送，其中数据帧(dataframe)为连续的位值(bit) 所组成，包括作为定界符(delimiter)的起始与结束标记(flag)位，在起始 与结束位之间， 一个数据帧除了有要传送的数据位外，通常包括有地址区、 控制区与检査用的位值等。
本发明在网络型态或拓扑(topology)改变时，还利用一或多个控制信 息帧(Control Frames)作为网络上各节点(node)间数据帧传递前的状态沟 通，其中内容如图5所示的实施例，包括有起始位(start bit) 501、网络地 址(IP地址)包括源地址(source address) 503与目的地址(destination address) 505、控制标记(flag) 507、标识符(identification, ID) 509、信息帧类型(frame type) 511、端口号(portnumber) 513与结束位(endbit) 515等。
上述网络型态或拓扑改变的状态大致包括有缆线损毁造成数据传递失 败，或是网络上节点故障造成数据传递失败，或是任何其它造成网络出现问 题的原因，此时，邻近数据传递错误发生的位置的网络节点会对其邻近节点 或网络设备发送上述控制信息帧，实施例如图6所示，在本发明网络信息交 换方法用于网络错误时的实施例之一的示意图。
图中的环形网络60中包括有多个串行相连的网络节点 61，62，63,64,65,66,在彼此建立连接之初，各网络节点会与相邻的网络节点相 互传递网络信息，至少包括网络地址、标识符与物理地址等，故各节点仅收 集相邻的网络节点的网络信息。另外，在此环形网络的运作下，各网络节点 先以演算方式，计算出一个数据传递的方向，举例来说，图中箭头601所指 的方向为原始数据传递的方向，若网络节点62要传数据至网络节点65，则 该数据的传递路径会经过网络节点63与64，若网络节点65要传数据至网络 节点61，则会经过网络节点66。
当网络节点66与网络节点61间原本连接的缆线或是其它连接方式发生 传递错误的问题，即如图的网络错误位置E发生错误，此时，网络节点61 与其邻近的网络节点66间的连接信息发生中断，比如交换(handshaking) 失败，或是广播封包回传错误信息，网络节点61会知悉此错误发生，立即
发送上述控制信息帧至相邻的网络节点62，网络节点66也会发送上述控制 信息帧至相邻的网络节点65，而网络节点62与65还会继续与相邻的节点或 设备传递控制信息帧，及至其它环形网络60上的节点或设备都接获此网络 错误的信息，故可立即产生一备份的方式，其中的一实施例改变上述数据传 递方向，如原本会经由网络节点66至网络节点61的封包会重新设定 (re-configure)网络封包路径，使封包路径不会经过网络错误位置E，经由 反方向传递，如图中箭头603的方向。以此手段能快速有效地进行备份与故 障恢复的动作。
若上述各网络节点的实施例为网络交换器61，，62，，63，，64，,65，,66，，环形 网络60上的各网络交换器可能各自有该网络交换器所属的局域网络，如图7 所示的实施例，连接一或多个如计算机系统等的终端设备形成的局域网络 610，620，630，640,650，660，当封包经由此网络交换器传递至其它局域网络，本 发明即提供一封包传递时的备份与故障恢复的机制。如图7所示的局域网络 630内的终端设备1要传递至另一局域网络650中的终端设备2，原本网络 封包预设由终端设备1经过网络交换器63'、 64，与65，到达终端设备2，但在 图中网络错误位置E'发生网络连接错误的问题，则因各网络交换器间的控制 信息帧的相互传递，而重新设定网络封包路径，该封包传递的路经则可依序 经过网络交换器63，、 62，、 61，、 66，与65'，最后到达目的端。 图8为本发明网络信息交换方法的较佳实施例流程图。 开始时，步骤S801至步骤S807形成一环形网络，包括先将多个网络节 点以网络相接，每个网络节点分别有两个网络端口对外连接，两两串行相接 形成一单环形(singleRing)拓扑的架构(步骤S801)，其中网络节点的较 佳实施例为各种有连接网络能力的网络设备，如网络交换器(switch)、计 算机系统等；
在实体网络相接之后，各网络节点发送广播封包与相邻的网络节点进行 交换程序，如三向交换程序，包括传送SYN封包、回应SYN-ACK封包与再 响应ACK封包，以建立网络连接(步骤S803);
接着，或是同时，各网络节点与相邻网络节点交换经简化的网络信息， 此网络信息为多个网络节点在环形网络中唯一的识别信息，包括各网络节点 唯一的网络地址(IP)、标识符(ID)与物理地址(MAC)等，此网络信息
图4是本发明实施例1中控制系统控制流程图。
具体实施例方式
实施例1
如图1所示， 一种大型天文望远镜无线局域网控制方法，控制系统包括 主控制系统、本地控制系统和无线局域网系统，主控制系统包括服务器、交 换机和PC,采用快速以太网网络结构；本地控制系统包括下位机(LCU) 和促动器，采用RS485总线网络结构；无线局域网系统采用802.Ua网路协 议，无线局域网和有线局域网构架采用无线接入点(AP)加网卡形式。
IEEE 802.1 la，共有12非重叠的信道，信道分别为5.15~5.25GHz 4 个信道；5.25 5.35GHz 4个信道；5.725 8.725GHz 4个信道。802.1 la采用 正交频分多路复用(OFDM)调制技术，具有较强的抗干扰能力及高速的传 输能力。本方法中选用5.725-5.825 4个信道，由于位移及力促动器控制系 统中被控单元数较多，其中二信道用于位移及力促动器控制，另二个用于其 他控制，每个信道对应于一个网络。设定每个LCU连接的SSID,在望远镜 控制系统中受控对象促动器位置固定，限制网络漫游。
如图4所示，大型天文望远镜无线局域网控制方法控制过程包括以下步
骤
1. 服务器接收通过检测系统得到的数据，处理运算得到每个促动器应 加的力的大小；
2. 服务器采用异步非阻塞I/O依次向每个LCU发送数据；
3. AP采用PCF方式与LCU之间通信；
4. LCU接收数据，根据命令格式，向所属的促动器发送执行指令；
5. 促动器将执行结果返回给LCU, LCU通过无线方式传回AP;
6. 服务器异步读取数据；
7. 本次通信过程结束。
权利要求
1.一种网络信息交换方法，其特征在于所述的方法是建立一环形拓扑的网络架构，包括有建立一多个网络节点相连的实体网络；进行一交换程序；交换网络信息，该网络节点仅传递本身网络信息到相邻的网络节点，该网络信息为所述多个网络节点在该环形网络中唯一的识别信息；以及建立一环形网络；由此，当产生网络错误时，由该相邻的网络节点所发送的一控制信息帧得知错误信息，能快速重组该环形网络的网络封包传递路径。
2. 如权利要求1所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的网络节点 有两个对外连接的网络端口。
3. 如权利要求1所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的环形网络 为一单环形拓扑的网络架构。
4. 如权利要求1所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的网络节点 为一有连接网络能力的网络设备。
5. 如权利要求1所述的网络信息交换方法，其中该网络节点为一网络交 换器。
6. 如权利要求1所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的交换程序 为一三向交换程序。
7. 如权利要求1所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的网络信息 包括一网络地址、 一标识符与一物理地址。
8. 如权利要求1所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的交换程序 与该交换网络信息步骤为同时进行。
9. 一种网络信息交换方法，其特征在于所述的方法是建立一环形拓扑的 网络架构，并应用于发生网络错误时的备份与故障恢复机制，包括有建立一环形网络，由多个网络节点相连的环形架构经过一交换程序、相 邻网络节点交换一网络信息的步骤建立； 检测该环形网络产生的改变； 向相邻的该网络节点传递一控制信息帧，经该相邻的网络节点传递后， 使该环形网络中的各网络节点得知该环形网络拓扑改变的信息； 重新设定该环形网络的网络封包传递路径；以及 恢复该环形网络的连接。
10. 如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的网络节点 有两个对外连接的网络端口。
11. 如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的环形网络 为一单环形拓扑的网络架构。
12. 如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的网络节点 为一有连接网络能力的网络设备。
13. 如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的网络节点 为一网络交换器。
14. 如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的交换程序 为一三向交换程序。
15. 如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的网络信息 包括一网络地址、 一标识符与一物理地址。
16. 如 权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的网络信息 为所述多个网络节点在该环形网络中唯一的识别信息。
17. 如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的环形网络 产生的改变包括该环形网络中缆线中断而产生的改变。
18. 如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的环形网络 产生的改变包括该网络节点发生故障产生的改变。
19. 如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的环形网络 产生的改变包括该交换程序不成功产生的错误。
20. 如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的环形网络 产生的改变包括该网络节点所发送的广播封包有错误响应而产生的改变。
21. 如权利要求9所述的网络信息交换方法，其特征在于所述的环形网络 产生的改变包括该环形网络拓扑架构产生的改变。
全文摘要
一种网络信息交换方法，是建立一环形网络上各网络节点间的通信协议，其中各网络节点先建立一实体连接的环形拓扑的网络架构，经一交换程序后，再仅与其相邻的网络节点进行其唯一的网络信息交换，当产生网络错误或该环形网络产生改变时，各网络节点向相邻的网络节点传递一控制信息帧，经传递后，使环形网络中的各网络节点得知环形网络拓扑改变的信息，再重新设定环形网络的网络封包传递路径，以恢复环形网络的连接，以达到备份与故障恢复的目的。
文档编号H04L12/437GK101106506SQ20061010148
公开日2008年1月16日 申请日期2006年7月10日 优先权日2006年7月10日
发明者王胜弘, 邓维扬 申请人:研华股份有限公司