环状网络的备援系统与环状网络的备援方法
【专利摘要】本发明公开了一种环状网络的备援系统与环状网络的备援方法，系关于一种环状网络的备援系统。此环状网络的备援系统包含多个交换机，各交换机包含二主连接端口及二冗余连接端口。各交换机以二主连接端口分别经由一主链结连接至相邻的交换机的主连接端口的其中之一，并以二冗余连接端口分别经由一冗余链结连接至相邻的交换机的冗余连接端口的其中之一。藉此，交换机串接形成一主环状网络及一冗余环状网络。主链结预设为工作状态，冗余链结预设为备援状态。当主链结的其中之一失效时，对应失效的主链结的冗余链结转变为工作状态。
【专利说明】环状网络的备援系统与环状网络的备援方法
【技术领域】
[0001]本发明有关于一种环状网络，特别是一种环状网络的备援系统与环状网络的备援方法。
【背景技术】
[0002]网络以涵盖范围来区分,可以简单分为区域网络(Local Area Network, LAN)、都会网络(Metropolitan Area Network, MAN)、广域网络(Wide Area Network, WAN)等三种。其中区域网络是涵盖范围最小的网络，通常是以同一办公室、同一栋建筑、或同一个校园为范围的网络。而乙太网络(Ethernet)就是目前最常见的区域网络架构之一。
[0003]网络架构不仅指网络的连结拓扑型式(Topology)，还包含网络的实体媒介与数据存取方式，OSI 网络模型(Open System Interconnection Reference Model)是理想状态下的网络架构，在现实世界中所看到的网络架构则包含乙太网络、记号环网络(Token ring),ARCnet、AppleTalk及光纤分散式数据介面(Fiber Distributed Data Interface,FDDI)等许多种网络架构。
[0004]环状网络(Ring network)是网络拓扑结构中的一种，网络中的各节点串连连接，构成闭合环状，每个节点都可以与任何其他的节点通信。一般来说，目前环状网络架构常应用在许多区域网络或工业自动化系统中，且在每个网络节点都设置了交换机，并经由各交换机连结到相关设备，以提供网络资讯交换功能。
[0005]但，只通过单一广大的环状网络连结系统内的所有设备，容易造成整个环状网络的可靠性以及稳定度降低，传输品质与效率也会受到影响。
【发明内容】
[0006]鉴于以上的问题，本发明提供一种环状网络的备援系统与环状网络的备援方法，藉以解决现有技术所存在环状网络可靠性与稳定度低等问题。
[0007]本发明的一实施例提供一种环状网络的备援系统，包含多个交换机，各交换机包含二主连接端口及二冗余连接端口。各交换机以二主连接端口分别经由一主链结连接至相邻的交换机的主连接端口的其中之一而串接形成一主环状网络。各交换机以二冗余连接端口分别经由一冗余链结连接至相邻的交换机的冗余连接端口的其中之一而串接形成一冗余环状网络。其中主链结预设为工作状态，冗余链结预设为备援状态。当主链结的其中之一失效时，对应失效的主链结的冗余链结转变为工作状态。
[0008]本发明的另一实施例提供一种环状网络的备援方法，包含:提供多个主链结，以串接多个交换机而形成一主环状网络，其中各主链结使相邻的交换机的二主连接端口的其中之一彼此连接；提供多个冗余链结，以串接多个交换机而形成一冗余环状网络，其中各冗余链结使相邻的交换机的二冗余连接端口的其中之一彼此连接；设定主连接端口的其中之一为阻隔端口，而其余的主连接端口为转送端口，以使主链结预设为工作状态；设定冗余连接端口为阻隔端口，以使冗余链结预设为备援状态；检测主链结的连接状态；及当检测到主链结的其中之一失效时，使对应失效的主链结的冗余链结所连接的冗余连接端口成为转送端口。
[0009]根据本发明的环状网络的备援系统与环状网络的备援方法，只要不要超过二处的二交换机之间的主链结与冗余链结均失效，即使有多处的主链结或/与冗余链结失效，整体网络亦可继续正常运作。因此，本发明的环状网络的备援系统可解决习知的环状网络的可靠性与稳定度低的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为根据本发明一实施例的环状网络的备援系统示意图。
[0011]图2为根据本发明一实施例的主链结失效的示意图。
[0012]图3为根据本发明一实施例的交换机的内部示意图。
[0013]图4为根据本发明一实施例的对应的主链结及冗余链结均失效的示意图。
[0014]图5为根据本发明另一实施例的环状网络的备援系统示意图。
[0015]图6为根据本发明一实施例的环状网络的备援方法流程图(一)。
[0016]图7为根据本发明一实施例的环状网络的备援方法流程图(二)。
[0017]其中，附图标记:
[0018]100环状网络的备援系统 110、110’主链结
[0019]130、130’冗余链结150交换机
[0020]150a、150b、150c、150d 交换机 170终端连接端口
[0021]190介接连接端口
[0022]200使用者端
[0023]300网络
[0024]Pm主连接端口
[0025]Pr冗余连接端口
[0026]Rm主环状网络
[0027]Rr冗余环状网络
[0028]SWl、SW2、SW3, SW4 开关
【具体实施方式】
[0029]图1为根据本发明一实施例的环状网络的备援系统100示意图。
[0030]如图1所示，环状网络的备援系统100包含多个交换机150(如图1所示的交换机150a、交换机150b、交换机150c及交换机150d)。各交换机150包含二主连接端口 Pm及二冗余连接端口 Pr。各交换机150以二主连接端口 Pm分别经由一主链结110连接至相邻的交换机150的主连接端口 Pm的其中之一，而串接形成主环状网络Rm。各交换机150以二冗余连接端口 Pr分别经由一冗余链结130连接至相邻的交换机150的冗余连接端口 Pr的其中之一，而串接形成冗余环状网络Rr。也就是说，环状网络的备援系统100为由主环状网络Rm及冗余环状网络Rr所构成的双环网络。
[0031]在此，于网络连接之初，主链结110预设为工作状态，冗余链结130预设为备援状态。也就是说，原则上主连接端口 Pm预设为转送端口，将转送所接收到的封包；而冗余连接端口 Pr预设为阻隔端口，不转送所接收到的封包。然而，为避免环状网络的主连接端口 Pm不断转送封包而造成广播风暴(broadcast storm),于主环状网络Rm上的其中之一主连接端口 Pm预设为阻隔端口，其余的主连接端口 Pm预设为转送端口。
[0032]图2为根据本发明一实施例的主链结110失效的示意图。参照图2，当主链结110的其中之一(如图2所示的主链结110’)失效时，对应失效的主链结110’的冗余链结130’转变为工作状态，藉以取代失效的主链结110’。也就是说，当交换机150a检测到其输出封包的主连接端口 Pm所连接的主链结110’失效时，改以冗余连接端口 Pr转送其在主连接端口 Pm接收到的封包至下一个交换机150b。
[0033]在一般运作时，各交换机150会检测自身连接状态，藉以检测网络链结(即某一主链结110或某一冗余链结130)是否失效。
[0034]于此，链结失效可包含如连接失败、装置失效与连接修正等二交换机之间无法彼此传递封包的情形。主链结Iio为双向通讯链结，冗余链结130亦为双向通讯链结。环状网络的备援系统100实质可为环状乙太网络，包含如网络线或无线通讯媒介的网络链结(即主链结110或冗余链结130)与经由网络链结所连结的多个交换机150。
[0035]前述的网络线可为双绞线(twisted pair cable)、同轴电缆线(coaxial cable)或光纤网络线(fiber optic cable)。
[0036]前述的交换机150可为工作于OSI网络模型的不同层级中。
[0037]图3为根据本发明一实施例的交换机150的内部示意图。
[0038]如图3所示，交换机150中各连接端口(即主连接端口 Pm及冗余连接端口 Pr)均包含一开关(SWl?SW4)。二主连接端口 Pm分别包含开关SWl及开关SW2，且开关SWl及开关SW2彼此信号连接。二冗余连接端口 Pr分别包含开关SW3及开关SW4，且开关SW3及开关SW4彼此信号连接。开关SWl与开关SW2之间与开关SW3与开关SW4之间信号连接，藉以于主环状网络Rm与冗余环状网络Rr之间交替传输(即由主环状网络Rm改为冗余环状网络Rr,或由冗余环状网络Rr改为主环状网络Rm)。
[0039]当交换机150所连接的二主链结110均处于工作状态时，开关SWl及开关SW2均开启而使得二主连接端口 Pm接收到的封包可彼此转送。也就是说，主连接端口 Pm的其中之一所接收到的封包可转送至主连接端口 Pm的另一。此时，开关SW3及开关SW4均关闭，意即二冗余连接端口 Pr为阻隔端口，不转送所接收到的封包。
[0040]以图2所示的交换机150a为例，当主链结110’失效时，连接主链结110’的主连接端口 Pm转变为阻隔端口，且开关SW2关闭，使得二主连接端口 Pm间不再彼此转送封包。同时，连接冗余链结130’的冗余连接端口 Pr转变为转送端口，且开关SW4开启，使得主连接端口 Pm所接收到来自交换机150d的封包可经由开关SW1、SW4而于冗余连接端口 Pr转送至下一个交换机150b。另一方面,于连接冗余链结130’的冗余连接端口 Pr接收到的封包，则经由开关SW4、SWl而于主连接端口 Pm转送至下一个交换机150d。
[0041]相似地，图2所示的交换机150b因检测到主链结110’失效，而将连接主链结110’的主连接端口 Pm转变为阻隔端口，且开关SWl关闭，使得交换机150b的二主连接端口 Pm间不再彼此转送封包。同时，交换机150b连接冗余链结130’的冗余连接端口 Pr转变为转送端口，且开关SW3开启，使得该冗余连接端口 Pr所接收到的封包可依序经由开关SW3、SW2而于连接正常的主链结110的主连接端口 Pm转送至下一个交换机150c。另一方面，于连接正常的主链结110的主连接端口 Pm接收到来自交换机150c的封包，则依序经由开关SW2、SW3而于冗余连接端口 Pr转送至下一个交换机150a。
[0042]也就是说，当主链结110的其中之一(于此为主链结110’)失效时，失效的主链结110’连接的二主连接端口 Pm成为阻隔端口，而对应失效的主链结110’的冗余链结130’所连接的二冗余连接端口 Pr成为转送端口。
[0043]值得注意的是，在一些实施例中，当失效的主链结110’修复后，则停留在备援状态，而仍由对应的冗余链结130’(即连接于相同二交换机150之间的另一网络链结)处于工作状态。失效的主链结110’待对应的冗余链结130’失效时才转变为工作状态。
[0044]于此，经冗余链结130’取代主链结110’后的环状网络的备援系统100可继续正常运作。若失效的主链结110’经修复后马上由备援状态转变为工作状态，其转变期间将因无法接收到封包而造成封包遗失。因此，失效的主链结110’或失效的冗余链结130’经修复后维持在备援状态，可避免封包遗失而影响网络的安定性。
[0045]前述的开关SWl?SW4可包含于如现场可编程逻辑门阵列(Field ProgrammableGate Array, FPGA)等可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller, PLC)中。
[0046]图4为根据本发明一实施例的对应的主链结110及冗余链结130均失效的示意图。
[0047]如图4所示，相较于图2，除环状网络的备援系统100的其中之一主链结110’失效夕卜，其对应的冗余链结130’亦失效。也就是说，二相邻的交换机150 (于此为交换机150a及150b)之间的主链结110’与冗余链结130’均失效。
[0048]此时，失效的主链结110’所连接的二主连接端口 Pm以及失效的冗余链结130’所连接的二冗余连接端口 Pr将被设定为阻隔端口。并且，预设为阻隔端口的主连接端口 Pm转变为转送端口。冗余环状网络Rr上除前述的二冗余连接端口 Pr外，其余的冗余连接端口 Pr维持原本状态，即仍为阻隔端口。
[0049]图5为根据本发明另一实施例的环状网络的备援系统100示意图。
[0050]如图5所示，交换机150除具有前述的主连接端口 110及冗余连接端口 130外，还可包含终端连接端口 170，以连接至使用者端。使用者端可为工业电脑设备、工作站、服务器或个人电脑等。
[0051]再者，交换机150还可具有介接连接端口 190，以连接至其他网络300，而与其他网络300共存。如图5所示，网络300可包含但不限于线形网络、环状网络及本发明实施例的环状网络的备援系统100等。
[0052]在一些实施例中，交换机150工作于OSI网络模型的第二层级(即数据链结层)。各交换机150储存媒体存取控制地址列表，以记录网络中各节点(如交换机150)的媒体存取控制(Media Access Control，MAC)地址。如图2所示，检测到网络链结(即主链结110或冗余链结130)失效的交换机150a或交换机150b将更新媒体存取控制地址列表，并广播更新后的媒体存取控制地址列表至其余的交换机150。藉此，其余的交换机150可藉由更新后的媒体存取控制地址列表更新网络连接状态，而无需使各个交换机150均发送广播。如此，可减少广播封包的数据量。
[0053]图6为根据本发明一实施例的环状网络的备援方法流程图(一)。
[0054]如图6所示，首先，提供多个主链结110，以串接多个交换机150而形成主环状网络Rm。其中各主链结110使相邻的交换机150的二主连接端口 Pm的其中之一彼此连接(步骤
5601)。
[0055]接着，提供多个冗余链结130，以串接多个交换机150而形成冗余环状网络Rr。其中各冗余链结130使相邻的交换机150的二冗余连接端口 Pr的其中之一彼此连接(步骤
5602)。
[0056]于此，步骤S601与步骤S602的执行顺序可彼此互换。
[0057]形成主环状网络Rm及冗余环状网络Rr之后，设定主连接端口 Pm的其中之一为阻隔端口，而其余的主连接端口 Pm为转送端口，以使主链结110预设为工作状态(步骤S603)。
[0058]并且，设定冗余连接端口 Pr为阻隔端口，以使冗余链结130预设为备援状态(步骤S604)。
[0059]于此，步骤S603与步骤S604的执行顺序可彼此互换。
[0060]最后，检测主链结110的连接状态(步骤S605)。当检测到主链结110的其中之一(如前述的主链结110’)失效时，使对应失效的主链结110’的冗余链结130’所连接的冗余连接端口 Pr成为转送端口，藉以使该冗余链结130’取代该主链结110’而传递封包(步骤S606)。
[0061]图7为根据本发明一实施例的环状网络的备援方法流程图(二)。
[0062]在一些实施例中，如图7所示，于步骤S606之后，环状网络的备援方法更包含修复失效的主链结110’(步骤S607);及使经修复的主链结110’所连接的主连接端口 Pm仍维持为阻隔端口，待对应的冗余链结130失效时才转变为转送端口(步骤S608)。
[0063]因此，可避免失效的主链结110’由备援状态转变为工作状态的期间，因无法接收到封包而造成封包遗失，造成网络的安定性受到影响。
[0064]在一些实施例中，如图7所示，于步骤S606之后，环状网络的备援方法更包含使失效的主链结110’连接的交换机150更新媒体存取控制地址列表(步骤S609);及使失效的主链结110’连接的交换机150广播媒体存取控制地址列表至其余的交换机150(步骤S610)。
[0065]因此，无需使各个交换机150均发送广播，而可减少广播封包的数据量。
[0066]综上所述，根据本发明的环状网络的备援系统100，在二交换机之间分别以一主链结Iio及一冗余链结130连接，藉以形成一双环网络，当二交换机150之间的主链结110与冗余链结130中之一失效时，可将另一者设定为其失效前的状态，以替代传递封包，而可维持整体网络的运作。在环状网络的备援系统100中，只要不要超过二处的二交换机150之间的主链结110与冗余链结130均失效，即使有多处的主链结110或/与冗余链结130失效，整体网络亦可继续正常运作。因此，本发明的环状网络的备援系统100可解决现有的环状网络的可靠性与稳定度低的问题。
【权利要求】
1.一种环状网络的备援系统，其特征在于，包含: 多个交换机，各该交换机包含二主连接端口及二冗余连接端口，各该交换机以该二主连接端口分别经由一主链结连接至相邻的该交换机的该些主连接端口的其中之一而串接形成一主环状网络，各该交换机以该二冗余连接端口分别经由一冗余链结连接至相邻的该交换机的该些冗余连接端口的其中之一而串接形成一冗余环状网络，其中该些主链结预设为工作状态，该些冗余链结预设为备援状态，当该些主链结的其中之一失效时，对应失效的该主链结的该冗余链结转变为工作状态。
2.如权利要求1所述的环状网络的备援系统，其特征在于，失效的该主链结修复后为备援状态，待对应的该冗余链结失效时才转变为工作状态。
3.如权利要求1所述的环状网络的备援系统，其特征在于，该主链结与该冗余链结皆为双向通讯链结。
4.如权利要求1所述的环状网络的备援系统，其特征在于，失效的该主链结连接的该交换机更新一媒体存取控制地址列表，并广播该媒体存取控制地址列表至其余的该些交换机。
5.如权利要求1所述的环状网络的备援系统，其特征在于，该些主连接端口的其中之一预设为阻隔端口，其余的该些主连接端口预设为转送端口，且该些冗余连接端口预设为阻隔端口，当该些主链结的其中之一失效时，失效的该主链结连接的该些主连接端口成为阻隔端口，而对应失效的该主链结的该冗余链结所连接的该些冗余连接端口成为转送端□。
6.如权利要求5所述的环状网络的备援系统，其特征在于，当二相邻的该交换机之间的该主链结与该冗余链结均失效时，预设为阻隔端口的该主连接端口转变为转送端口。
7.如权利要求1所述的环状网络的备援系统，其特征在于，该些交换机的其中之一更包含一介接连接端口，以连接该备援系统至外部网络。
8.—种环状网络的备援方法，其特征在于，包含: 提供多个主链结，以串接多个交换机而形成一主环状网络，其中各该主链结使相邻的该交换机的二主连接端口的其中之一彼此连接； 提供多个冗余链结，以串接多个交换机而形成一冗余环状网络，其中各该冗余链结使相邻的该交换机的二冗余连接端口的其中之一彼此连接； 设定该些主连接端口的其中之一为阻隔端口，而其余的该些主连接端口为转送端口，以使该些主链结预设为工作状态； 设定该些冗余连接端口为阻隔端口，以使该些冗余链结预设为备援状态； 检测该些主链结的连接状态；及 当检测到该些主链结的其中之一失效时，使对应失效的该主链结的该冗余链结所连接的该些冗余连接端口成为转送端口。
9.如权利要求8所述的环状网络的备援方法，其特征在于，还包含: 修复失效的该主链结 '及 使经修复的该主链结所连接的该些主连接端口仍维持为阻隔端口，待对应的该冗余链结失效时才转变为转送端口。
【文档编号】H04L12/707GK103684952SQ201210330380
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月7日 优先权日:2012年9月7日
【发明者】鲍志雄, 魏良泰 申请人:益网科技股份有限公司