专利名称：一种以太网冗余环网快速倒换方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种以太网冗余环网快速倒换方法。
技术背景
在工业以太网通信中，通常采用环形网络冗余技术。然而该技术通常采用标准的 STP或RSTP协议来实现，采用该协议使得环网冗余倒换时间一般为几秒甚至几十秒，如此 漫长的收敛时间已不能满足现代通信的要求。
另外，环网中节点端口链路故障的检测机制也直接影响到环网的收敛时间。工业 以太网交换机在组建环网时，交换机所使用的端口的物理层(PHY)芯片在性能和成本方 面差别都比较大，性能的差异直接影响到环网的收敛时间。目前业界通常的做法是通过 PHY芯片来检测外部端口链路的物理状态，CPU芯片定期读取PHY的端口状态，有些低成本 的PHY芯片对检测端口故障的反应比较慢，从而严重影响到环网的收敛时间，而且，不同的 PHY芯片对外部链路状态的感应敏感度也不尽相同，感应慢的会导致link-down事件产生 滞后，从而影响到环网的收敛时间。发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种以太网冗余环网快速倒换方法，该方法能 够减少环网的收敛时间。
为了达到上述目的，本发明提供了一种以太网冗余环网快速倒换方法，应用于包 括一个管理节点和多个辅助节点的以太网冗余环网中，所述的管理节点包括管理端口和辅 助端口，所述的辅助节点包括分别用于接收和转发的环端口 ；该方法预先设置探测报文最 小接收次数N;包括
所述管理节点，周期性从管理端口发送探测报文，所述辅助节点接收并转发该探 测报文，管理节点在辅助端口接收到该探测报文时，将辅助端口设置为阻塞状态；
检测到环端口链路故障的辅助节点将发生链路故障的环端口设置为阻塞状态，从 转发的环端口向管理节点发送链路故障报文，接收到链路故障报文的管理节点将辅助端口 设置为转发状态；
检测到环端口链路恢复的辅助节点先将链路恢复的环端口设置为阻塞状态，从转 发的环端口向管理节点发送链路恢复报文，接收到链路恢复报文的管理节点从管理端口和 辅助端口发送刷新报文，接收到刷新报文的辅助节点转发该刷新报文；当管理节点连续N 次接收到从管理端口发出的探测报文时，将辅助端口设置为阻塞状态，从管理端口发送拓 扑改变报文，接收到管理节点发来的拓扑改变报文的辅助节点再解除阻塞的环端口。
所述检测到环端口链路恢复的辅助节点将链路恢复的环端口设置为阻塞状态之 后，从转发的环端口向管理节点发送链路恢复报文之前，进一步包括启动阻塞定时器；
所述辅助节点在阻塞定时器超时时，解除阻塞的环端口，并刷新本地环端口 FDB ；
所述辅助节点在接收到管理节点发来的拓扑改变报文后进一步包括转发该拓扑改变报文，并刷新本地环端口 FDB。
所述管理节点从管理端口发送探测报文时，进一步包括启动探测报文接收定时 器；
管理节点在检测到管理端口链路故障或辅助端口链路故障，或探测报文接收定时 器已超时还未接收到探测报文时，将辅助端口设置为转发状态。
所述管理节点，在检测到管理端口链路故障时，进一步包括从辅助端口发送刷新 报文，并刷新本地环端口 FDB;
所述管理节点在检测到辅助端口链路故障时，进一步包括从管理端口发送刷新 报文，并刷新本地环端口 FDB;
所述管理节点在接收到辅助节点发来的链路故障报文或探测报文接收定时器已 超时还未接收到探测报文时，进一步包括从管理端口和辅助端口两个端口发送刷新报文， 并刷新本地环端口 FDB ；
所述辅助节点在接收到管理节点发来的刷新报文后，转发该刷新报文时，还刷新 本地环端口 FDB。
所述管理节点，在管理端口正常转发，检测到辅助端口链路恢复时，将辅助端口设 置为转发状态；
所述管理节点在接收到辅助节点发来的链路恢复报文后进一步包括刷新本地环 端口 FDB ；所述辅助节点在接收到管理节点发来的刷新报文后，转发该刷新报文时，还刷新 本地环端口 FDB。
还包括所述的辅助节点的接收和转发的环端口中的一个环端口链路故障且另一 个环端口正常转发，当正常转发的端口链路故障时，将该由正常转发转变为链路故障的端 口设置为阻塞状态；所述的辅助节点的接收和转发的环端口都发生链路故障，当其中一个 环端口链路恢复时，将链路恢复的端口设置为转发状态。
所述辅助节点进一步用于如果接收到其它环网协议报文，则转发该报文。
所述检测端口链路故障或端口链路恢复的方法为将管理节点和辅助节点中与物 理层PHY芯片相连的外部光模块的衰减信号直接连接到中央处理单元CPU的通用输入输出 GPIO管脚，CPU定期扫描GPIO管脚获取当前光模块衰减LOSS信号的状态，将LOSS信号的 状态与从PHY寄存器中获得的链路的状态进行运算处理，得到链路的实际状态，并根据得 到的链路的实际状态确定端口链路故障或端口链路恢复。
由上述技术方案可知，本发明的这种以太网冗余环网快速倒换方法，将环网中的 一个节点设置为管理节点，其他节点设置为辅助节点，管理节点周期性从管理端口发送探 测报文，在管理节点的辅助端口接收该探测报文，在环网故障时，将辅助端口设置为阻塞状 态，在环网恢复时，将辅助端口设置为阻塞状态，而辅助节点则用于接收并转发管理端口的 探测报文。该方法能够减少环网的收敛时间。
图1是单环网络结构图2是环网故障示意图3是环网故障恢复示意图；5
图4是链路故障检测示意图5是管理节点工作状态变化的协议状态机示意图6是辅助节点工作状态变化的协议状态机示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图并举实施例， 对本发明进行详细说明。
本发明的主要思想是将环网中的一个节点设置为管理节点，其他节点设置为辅 助节点，管理节点周期性从管理端口发送探测报文，在辅助端口接收该探测报文，以此来检 测环网是否发生故障，并根据环网故障与否来设置辅助端口的阻塞或转发状态，而辅助节 点则用于接收并转发管理端口的探测报文。这种方法可以减少环网的收敛时间。
参见图1，图1是单环网络结构图，预先设置环中的一个节点为管理节点，其它节 点设置为辅助节点，将管理节点的两个端口分别设置为管理端口和辅助端口 ；管理节点周 期性的从管理端口发送探测报文并启动探测报文接收定时器，各辅助节点依次接收并转发 该探测报文使其在环上传播；如果管理节点在所述探测报文接收定时器时间内在辅助端口 接收到自己从管理端口发送的探测报文，则说明环路处于闭环状态，环网完整；如果管理节 点在所述定时器时间内没有收到自己从管理端口发送的探测报文，则认为环路处于开环状 态，环网发生链路故障。以此来检测环路的状态。
如果管理节点检测到环路处于闭环状态，则将辅助端口设置成阻塞状态，避免形 成环路风暴；如果管理节点检测到环路处于开环状态，则将辅助端口解除阻塞，恢复成转发 状态。
图2是环网故障示意图，当环网中的一条链路发生故障断开时，如图2中的辅助节 点1和辅助节点2之间的链路断开，辅助节点1和辅助节点2检测到其环端口链路出现故 障，分别向管理节点发送链路故障(link-down)报文，管理节点收到link-down报文后，立 即将辅助端口解除阻塞，恢复为转发状态，从管理端口和辅助端口两个端口发送刷新报文， 通知所有辅助节点刷新转发数据库(FDB)；刷新本地环端口 FDB转发表。各个辅助节点接 收到刷新报文后，转发该刷新报文，并刷新本地环端口 FDB。
图3是环网故障恢复示意图，当环网中的某一条链路从故障中恢复时，如图3中的 辅助节点1和辅助节点2之间的链路故障恢复，辅助节点1和辅助节点2检测到其环端口 链路从故障中恢复，分别向管理节点发送链路恢复(link-up)报文，管理节点收到link-up 报文后，从管理端口和辅助端口两个端口发送刷新报文，通知所有辅助节点刷新转发数据 库(FDB)，同时刷新本地环端口 FDB ；各个辅助节点接收到刷新报文后，转发该刷新报文，并 刷新本地环端口 FDB。
当环网中的发生故障的链路全部从故障中恢复时，管理节点能够从辅助端口接收 到自己从管理端口发送过来的探测报文，此时环网重新恢复为闭环状态，需要将辅助端口 设置为阻塞状态。但是，环网刚恢复为闭环状态时，环网并不稳定，例如在光纤插头插入的 瞬间，因接触不良等原因会使链路故障恢复的链路两侧的端口反复检测到链路恢复/故 障，导致链路两侧的端口所在的节点不停的发送链路故障报文和链路恢复报文，从而导致 环网反复的切换，为了防止因链路抖动导致环网频繁切换，这里采用一种检测机制，预先设置探测报文最小连续接收次数N，如果辅助端口连续N次接收到探测报文，则说明环路处于 稳定状态，此时需要将辅助端口设置成阻塞状态，同时从管理端口发送拓扑改变报文，通知 所有辅助节点刷新FDB ；如果不能连续接收到探测报文，则说明链路还不稳定，此时不需要 进行切换，仍然保持当前的状态，即管理端口和辅助端口都处于转发状态。这里的N是自然 数，由管理人员根据实际需要设置。
此外，当链路断开时，有些物理层(PHY)芯片对链路的状态变化反应相对要慢一 些，这会导致环路倒换时间变长。本发明的技术方案，将管理节点和辅助节点中与PHY相连 的外部光模块的衰减(L0SQ信号直接连接到CPU的通用输入输出(GPIO)管脚，如图4所 示的链路故障检测示意图，CPU定期，例如每隔16ms，扫描GPIO管脚获取当前光模块LOSS 信号的状态。将LOSS信号的状态与从PHY寄存器中获得的链路的状态进行运算处理，最终 获得链路的实际状态。通过该方式，当链路断开时，CPU即可迅速得知链路的状态，及时上 报link-down事件，充分保证了环网倒换时间。具体处理如下
用Loss代表光模块的Loss信号，高电平表示没有光信号，低电平表示有光信号。 用物理层状态(Wiy_StatuS)表示通过PHY芯片检测到的链路状态，1表示链路Up，0表示链 路Down。用新链路状态(NeW_link_StatuS)表示最终的链路状态，则具体算法如下New_ link_status = Loss&Phy_status。也就是 Loss 先执 亍取反操作，然后再禾口 Phy_status 进行与操作，最后得到的结果就是最终的链路状态，1表示Up，0表示Down。
本发明的技术方案中，将管理节点的工作状态分为三种初始状态、开环状态、闭 环状态，其中，初始状态为环网启动时管理节点的状态；开环状态为环网中有链路故障时管 理节点的状态；闭环状态为环网中没有链路故障时管理节点的状态。针对管理节点的三种 工作状态，本发明给出了三种工作状态变化的协议状态机。参见图5及表一、表二、表三，其 中，图5是管理节点工作状态变化的协议状态机示意图；表一、表二、表三给出了管理节点 从其中一种工作状态转变到另一种工作状态的变化情况。下面各表中的空(Null)表示无 任何前提条件或不作任何动作。
图5中的501表示管理节点的工作状态从初始状态到闭环状态的变化，包括一种 情况初始状态下，如果管理节点在辅助端口接收到从管理端口发出的探测报文，则将辅助 端口设置为阻塞状态，管理节点的工作状态转变为闭环状态。对应于表一的编号1。
权利要求
1.一种以太网冗余环网快速倒换方法，应用于包括一个管理节点和多个辅助节点的以 太网冗余环网中，所述的管理节点包括管理端口和辅助端口，所述的辅助节点包括分别用 于接收和转发的环端口 ；其特征在于，预先设置探测报文最小接收次数N;该方法包括所述管理节点，周期性从管理端口发送探测报文，所述辅助节点接收并转发该探测报 文，管理节点在辅助端口接收到该探测报文时，将辅助端口设置为阻塞状态；检测到环端口链路故障的辅助节点将发生链路故障的环端口设置为阻塞状态，从转发 的环端口向管理节点发送链路故障报文，接收到链路故障报文的管理节点将辅助端口设置 为转发状态；检测到环端口链路恢复的辅助节点先将链路恢复的环端口设置为阻塞状态，从转发的 环端口向管理节点发送链路恢复报文，接收到链路恢复报文的管理节点从管理端口和辅助 端口发送刷新报文，接收到刷新报文的辅助节点转发该刷新报文；当管理节点连续N次接 收到从管理端口发出的探测报文时，将辅助端口恢复为阻塞状态，从管理端口发送拓扑改 变报文，接收到管理节点发来的拓扑改变报文的辅助节点再解除阻塞的环端口。
2.如权利要求1所述的以太网冗余环网快速倒换方法，其特征在于，所述检测到环端 口链路恢复的辅助节点将链路恢复的环端口设置为阻塞状态之后，从转发的环端口向管理 节点发送链路恢复报文之前，进一步包括启动阻塞定时器；所述辅助节点在阻塞定时器超时时，解除阻塞的环端口，并刷新本地环端口 FDB ；所述辅助节点在接收到管理节点发来的拓扑改变报文后进一步包括转发该拓扑改变 报文，并刷新本地环端口 FDB。
3.如权利要求2所述的以太网冗余环网快速倒换方法，其特征在于，所述管理节点从 管理端口发送探测报文时，进一步包括启动探测报文接收定时器；管理节点在检测到管理端口链路故障或辅助端口链路故障，或探测报文接收定时器已 超时还未接收到探测报文时，将辅助端口设置为转发状态。
4.如权利要求3所述的以太网冗余环网快速倒换方法，其特征在于，所述管理节点， 在检测到管理端口链路故障时，进一步包括从辅助端口发送刷新报文，并刷新本地环端口 FDB ；所述管理节点在检测到辅助端口链路故障时，进一步包括从管理端口发送刷新报文， 并刷新本地环端口 FDB ；所述管理节点在接收到辅助节点发来的链路故障报文或探测报文接收定时器已超时 还未接收到探测报文时，进一步包括从管理端口和辅助端口两个端口发送刷新报文，并刷 新本地环端口 FDB ；所述辅助节点在接收到管理节点发来的刷新报文后，转发该刷新报文时，还刷新本地 环端口 FDB。
5.如权利要求4所述的以太网冗余环网快速倒换方法，其特征在于，所述管理节点，在 管理端口正常转发，检测到辅助端口链路恢复时，将辅助端口设置为转发状态；所述管理节点在接收到辅助节点发来的链路恢复报文后进一步包括刷新本地环端口FDB ；所述辅助节点在接收到管理节点发来的刷新报文后，转发该刷新报文时，还刷新本地 环端口 FDB。
6.如权利要求5所述的以太网冗余环网快速倒换方法，其特征在于，还包括所述的辅 助节点的接收和转发的环端口中的一个环端口链路故障且另一个环端口正常转发，当正常 转发的端口链路故障时，将该由正常转发转变为链路故障的端口设置为阻塞状态；所述的 辅助节点的接收和转发的环端口都发生链路故障，当其中一个环端口链路恢复时，将链路 恢复的端口设置为转发状态。
7.如权利要求6所述的以太网冗余环网快速倒换方法，其特征在于，所述辅助节点进 一步用于如果接收到其它环网协议报文，则转发该报文。
8.如权利要求1至7的任一权项所述以太网冗余环网快速倒换方法，其特征在于，所 述检测端口链路故障或端口链路恢复的方法为将管理节点和辅助节点中与物理层PHY芯 片相连的外部光模块的衰减信号直接连接到中央处理单元CPU的通用输入输出GPIO管脚， CPU定期扫描GPIO管脚获取当前光模块衰减LOSS信号的状态，将LOSS信号的状态与从PHY 寄存器中获得的链路的状态进行运算处理，得到链路的实际状态，并根据得到的链路的实 际状态确定端口链路故障或端口链路恢复。
全文摘要
本发明提供了一种以太网冗余环网快速倒换方法，应用于包括一个管理节点和多个辅助节点的以太网冗余环网中，所述的管理节点包括管理端口和辅助端口，所述的辅助节点包括分别用于接收和转发的环端口；该方法包括管理节点周期性从管理端口发送探测报文，在管理节点的辅助端口接收该探测报文，在环网故障时，将辅助端口设置为阻塞状态，在环网恢复时，将辅助端口设置为阻塞状态，而辅助节点则用于接收并转发管理端口的探测报文。该方法能够减少环网的收敛时间。
文档编号H04L12/24GK102045231SQ20101062444
公开日2011年5月4日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者康洪信 申请人:北京华源格林科技有限公司