专利名称：一种工业以太网快速冗余的实现方法
技术领域：
本发明涉及工业以太网冗余环快速倒换技术领域，特别是指一种单环和相切环的冗余备份设计的实现方法。
背景技术：
工业现场通信以前采用了各种现场总线的通信模式；但由于各个厂商的通信协议各不相同，各个厂商的设备进行互联成为工业行业的最大难题，直到将成熟的以太网技术成功的应用到工业行业，各个厂商设备的互联才成为现实；然而以太网技术组成冗余网络采用的已有的STP、RSTP几秒到几十秒倒换的技术，不能满足工业现场网络重构的时间需求，开发一种快速冗余的技术来完善以太网的缺陷成为需要解决的另外一个难题。
DT-ring快速冗余技术在成熟的ieee802.1d的技术基础上进行改进而形成的，采用标准的报文格式，快捷的通信判据，使组成环网时网络的倒换速度由原来的几十秒提高到100ms。这一实现冗余环网的方法完全满足了工业现场组网对网络安全性、可靠性的需求。这是一种简便快捷的实现冗余环网的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种以太网冗余环网的快速倒换方法。为达到上述目的本发明的技术方案是这样实现的1.本发明采用预先设置主站、从站的方式，在一个环中只能设置一个主站，多个从站。
2.本发明采用预先设置换端口的模式，每个交换机可以设置2的倍数个环端口，组成同一个环的两个端口被设置在同一个域中，DT-ring协议最多规定了32个域。组成同一个环的主从站装置的所有环端口，必须在同一个域中，即域ID号相同；所以支持DT-ring协议的工业交换机可以组成单环、相切环等网络拓扑结构。
3.本发明在报文格式上采用了IEEE802.1d的标准报文格式，来对环网进行控制。
4.采用本发明的工业交换机组成冗余环网时，由主站装置维护网络的拓扑改变；主站装置的两个环端口默认一个端口处于Forward状态、一个端口处于Block状态；处于Forward状态的端口，可以收发业务报文和TEST报文，处于Block状态的端口只接收TEST报文。主站装置每隔1秒，发送一个TEST报文，当环网正常时，处于Block状态的端口在间隔1秒钟会收到一个TEST报文。此时将物理的环形网络在主站节点处，逻辑断开，使业务报文不能在网络中形成环，消解除网络风暴的发生。
5.采用本发明的装置，每个装置的cpu在10ms内轮询一次环端口的状态；当环形网络中的节点之间的通信介质断掉，如图2，从站A、B两个装置环端口发生改变，环端口由LINK-UP转换成LINK-Down，从站A、B立即将Link_Down事件，从另外一个环端口转发到网上，同时刷新一次环端口MAC地址。并且将处于LINK-Down的端口设置为BLOCK状态。其他从设备接收到Link_Down的控制报文，先转发报文，刷新一次环端口MAC地址表。
6.主站装置收到Link_Down的控制报文后，首先打开原来处于Block状态的从端口，但并不阻塞主端口，主站装置向网络中的节点发送网络拓扑改变的报文，主站装置刷新自己的环端口MAC地址表；7.网络中的从站装置收到主站装置发出的拓扑改变的报文，刷新从站装置环端口的MAC地址。
8.主站装置会持续定期从主端口发送TEST报文。
9.域中从站装置A、B发现环路链路恢复后，立刻向处于Forward状态的环端口发送Link Up的控制报文；相临的从站装置在接收到Link Up的控制报文，后立即转发；域中主站装置接收到Link Up的控制报文后，同时向主站装置的主、从端口发送拓扑改变报文，然后将主站装置从端口设置为Block状态，同时刷新自己环端口的MAC地址表。
10.从站装置收到拓扑改变的报文后，打开原来处于Block状态的环端口，使该端口处于Forward状态，同时刷新自己环端口的MAC地址。
11.网络恢复到初使状态，主站装置恢复到一个环端口处于Forward的状态，一个环端口处于Block状态；所有的从站装置的两个环端口处于Forward的状态。
12.域内主设备收到TEST报文，在从端口上阻塞数据报文。主设备刷新自己环端口的MAC地址表，并发送MAC地址表更新报文，使从设备刷新其环端口的MAC地址表。
13.此外，协议还能提供超时机制对从设备环路完整性进行检测。
14.采用本发明可以组成相切环网，网络拓扑构成如图3。
图1单环状态图2环网断开状态图3相切环拓扑图4主站状态机图5从站状态机具体实施方式
为使本发明更加清楚明白，以上协议可以分为主、从站状态来分别描述；以下分别对其状态机作详细描述。
主站协议主站有3种状态，分别为起始状态、环-开状态和环-关状态；由协议报文和本站环端口状态控制协议状态迁移。无论处于何种状态，主站都会向主环端口发送TEST报文，用于检测环路状态。
起始状态当环端口只有一个为LINK-UP时的状态，不需要协议对协议报文进行任何处理，只检测环端口LINK-UP事件，当次环端口LINK-UP后，将状态转到环-关状态，同时设置次环端口为BLOCK状态。
环-关状态DT-RING环在物理上的连接状态；环上的每个端口状态都为LINK-UP状态，此时物理上已经成环。
环-开状态DT-RING环在物理上的连接状态；环上的端口至少有一个是LINK-DOWN状态；主环此时不能接收到自己从主环端口发送的TEST报文。
从站协议从站有3种状态，分别为起始状态、站-转发状态和站-阻塞状态；由协议报文和本站环端口状态控制协议状态迁移。
起始状态当环端口只有一个为LINK-UP时的状态，不需要协议对协议报文进行任何处理，只检测环端口LINK-UP/DOWN事件，当两个环端口LINK-UP后，协议状态直接跳到站-阻塞状态。
站-转发状态当从站环端口都为Link-up后的稳定状态，端口都处于稳定状态。
站-阻塞状态这只是一个临时状态，当从站处于起始状态，检查到端口Link-up事件，设置此端口为BLOCK后，等待主站将次环端口关闭后，将状态转到站-转发状态。
权利要求
1.一种工业环境下的以太网快速、可靠冗余环网的倒换设计方法，其特征是指定环网中的主站/从站节点；指定每个交换节点的环端口及环端口的Forward、Block状态；主站节点通过Forward状态端口发送TEST报文，Block状态的端口检测TEST报文；主从站节点快速检测被指定的环端口的LINK-UP、LINK-DOWN状态，转发并刷新MAC地址；从站收到主站发出的拓扑改变的报文后刷新MAC地址。整个拓扑改变到重新构成达到稳态时间小于100ms。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，主站节点的两个环端口分别被设置成Forward状态、Block状态，通过Forward状态的环端口发送TEST报文，1秒钟发送一次。通过Block状态的环端口接收TEST报文。Block状态的环端口只接收TEST报文，不接收其他报文。
3.根据权力要求1所述的方法，其特征在于，所有从站的两个环端口都处于Forward状态。
4.根据权力要求1所述的方法，其特征在于，所有从站的设备都在监测两个环端口的LINK-UP、LINK-DOWN的状态，当网络中有LINK-UP、LINK-DOWN事件发生时，该装置先转发发生的事件，然后刷新本装置的MAC地址；当相临装置通过环端口接收到转发的事件，同样先转发事件，然后刷新本装置的MAC地址。
5.根据权力要求1所述的方法，其特征在于，主站装置从环端口收到相临装置转发的事件，首先打开处于Block状态的环端口，使该端口处于Forward状态，发布网络拓扑改变的信息；全网刷新MAC地址。
6.根据权力要求1所述的方法，其特征在于，网络中所有节点都每隔10ms，轮询一次环端口状态，检测到环端口状态发生改变时，立即发送LINK-UP、LINK-DOWN。
全文摘要
本发明提供了一种工业以太网冗余环网的快速倒换设计实现方法。在多台交换机形成环网时，该方法预先设定网络中一个主站、多个从站，在网络正常状态下，主站设备定期发送TEST报文，并检测报文，维护整个网络的拓扑在主站形成逻辑的断点。当网络上的节点发生中断时，断点的相邻节点的环端口的状态被检测到，并转发到主站以及网络上的其它节点，主战设备打开原来被阻塞的端口，网络上的所有节点同时刷新MAC地址表，改变网络中的数据路由，并达到稳态，此过程在100ms内完成。
文档编号H04L1/22GK101079781SQ20071000304
公开日2007年11月28日 申请日期2007年2月1日 优先权日2007年2月1日
发明者马化一, 陈凡民, 薛百华 申请人:北京东土科技股份有限公司