一种电力专用工业以太网交换机环网快速收敛方法、系统和存储介质与流程

本发明属于通信技术领域，尤其一种电力专用工业以太网交换机环网快速收敛方法、系统和存储介质。

背景技术：

随着社会的发展，互联网技术得到了突飞猛进的发展，人们通过互联网对家中的电器进行远程控制，同样人们也可以利用互联网对人不能去的工作空间内的机器设备进远程控制，诸如高温、高压生产车间等危险系数较高的工作环境，这就要求在在工业生产或制造过程中进行远程控制，基于远程控制就要搭建互联网。

工业以太网交换机是以太网的核心联网设备，主要用于工业组网平台组，具有自诊断功能，能在很短的时间内诊断出故障，并能很快的进行自愈恢复。工业以太网交换机具有以太网信号间的冗余环型网络数据交换功能。现有的算法有：RSTP、现在各种算法实现起来复杂，PRP/HSR算法占用双倍带宽，难以满足电力行业安全可靠高效低延时的网络及工业级对时间的要求。

技术实现要素：

为了解决上述至少一个技术问题，本发明提出了一种电力专用工业以太网交换机环网快速收敛方法、系统和存储介质。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种电力专用工业以太网交换机环网快速收敛方法，包括：

S1:分别将环网中的各交换机的对应端口和环网标识设置为相同的状态，环网链路上电，各交换机均作为主机向与自身连接的交换机发送协议报文包；

S2:所述环网中各交换机分别将接收到的协议报文MAC地址与自身的MAC地址比较；

S3:当交换机接收到的协议报文MAC地址比自身的MAC地址小时，则当前交换机状态变更为从机，同时停止发送协议报文，当前交换机支持环网的两个端口均处于打开状态，并转发通信数据，所述环网中其他交换机接收到当前交换机的数据报文也将变更自身状态为从机，所述环网中除主机以外的各从机的端口均为打开状态，从而实现环网的快速收敛。

本方案中，将环网中的各交换机的端口设置为相同的状态，具体包括：将环网中的交换机按照MAC地址的大小排序，所述环网链路连接上电后设定环路中的各交换机均为主机，即各交换机均假定自身为所在环网中MAC地址最小的交换机，同时设定各交换机的均有一个端口阻塞，一个端口打开。

本方案中，所述环网中每一个交换机包括两个身份：主机或从机，所述主机为所述环网中MAC地址最小的交换机，且所述主机在所述环网中唯一。

本方案中，所述环网中交换机只有一个端口连接时，连接端口将处于打开状态，断开端口将处于阻塞状态，当接入环网的交换机的两个端口均断开时，端口号小的数据通信转发将阻塞。

本方案中，所述环网中的交换机处于从机状态时，交换机的端口均打开，所述从机只转发协议报文，从从机的一个端口接收到的协议报文包转发至从机的另一端口同时改变协议报文包的目的MAC地址，所述协议报文包的转发具体包括：从机的一个端口收到BPDU包则在另一个端口转发非BPDU包，从机在一个端口收到非BPDU包则在另一个端口转发BPDU包，且同一个序列号的包只转发一次。

本方案中，所述环网中交换机从机变成主机满足的条件包括：

A.从机在环网中的端口状态发生改变，具体包括：所述端口从单链路状态变为双链路状态或所述端口从从双链路状态变为单链路状态；

B.当端口状态处于单链路状态的从机接收到的协议报文包MAC地址比自身MAC地址大，所述从机立刻转换为主机；

C.MAC地址最小标志为1的从机接收到端口状态为双链路且两个端口均为连接状态的协议报文包，所述从机变成主机，且发送与接收到的协议报文状态标志相同的包。

本方案中，所述环网中的主机包含有同时发送一个处于阻塞状态的端口，所述主机同时发送非BPDU包和BPDU包，所述非BPDU包和BPDU包具有相同的包序列号，主机阻塞端口未发生变化，发包时把是否需要老化标志位置0，主机阻塞端口发生变化，发包时把是否需要老化标识位置1，从机老化地址转发表。

本方案第二方面还提供了一种电力专用工业以太网交换机实现环网快速收敛的系统，该系统包括：存储器、处理器，所述存储器中包括电力专用工业以太网交换机环网快速收敛方法程序，所述电力专用工业以太网交换机环网快速收敛方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：

S1:分别将环网中的各交换机的对应端口和环网标识设置为相同的状态，环网链路上电，各交换机均作为主机向与自身连接的交换机发送协议报文包；

S2:所述环网中各交换机分别将接收到的协议报文MAC地址与自身的MAC地址比较；

S3:当交换机接收到的协议报文MAC地址比自身的MAC地址小时，则当前交换机状态变更为从机，同时停止发送协议报文，当前交换机支持环网的两个端口均处于打开状态，并转发通信数据，所述环网中其他交换机接收到当前交换机的数据报文也将变更自身状态为从机，所述环网中除主机以外的各从机的端口均为打开状态，从而实现环网的快速收敛。

本方案中，将环网中的各交换机的端口设置为相同的状态，具体包括：将环网中的交换机按照MAC地址的大小排序，所述环网链路连接上电后设定环路中的各交换机均为主机，即各交换机均假定自身为所在环网中MAC地址最小的交换机，同时设定各交换机的均有一个端口阻塞，一个端口打开。

本方案第三方面还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中包括电力专用工业以太网交换机环网快速收敛方法程序，所述电力专用工业以太网交换机环网快速收敛方法程序被处理器执行时，实现如上述任一项所述的电力专用工业以太网交换机环网快速收敛方法的步骤。

有益效果：

本发明通过预设环网中的交换机进行MAC地址顺序，同时将各交换机的端口状态和环网标识预设为相同，通过比较接收到的协议报文MAC地址与自身的MAC地址大小进而来改变自身的状态，经过环网中交换机的比较操作，所述环网中除主机以外的各从机的端口均为打开状态，从而实现环网的快速收敛。

附图说明

图1示出了电力专用工业以太网交换机环网快速收敛方法流程图。

图2示出了电力专用工业以太网交换机实现环网快速收敛的系统的框图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

图1示出了本发明一种电力专用工业以太网交换机环网快速收敛方法，包括：

S1:分别将环网中的各交换机的对应端口和环网标识设置为相同的状态，环网链路上电，各交换机均作为主机向与自身连接的交换机发送协议报文包；

S2:所述环网中各交换机分别将接收到的协议报文MAC地址与自身的MAC地址比较；

S3:当交换机接收到的协议报文MAC地址比自身的MAC地址小时，则当前交换机状态变更为从机，同时停止发送协议报文，当前交换机支持环网的两个端口均处于打开状态，并转发通信数据，所述环网中其他交换机接收到当前交换机的数据报文也将变更自身状态为从机，所述环网中除主机以外的各从机的端口均为打开状态，从而实现环网的快速收敛。

需要说明的是，环网标识中1个字节的比较标识，和占有6个字节的MAC地址，其中比较标识的bit2位含义为：当单端口连接转到双端口连接时该位置1，其他时候为0，该标志只能保持40ms；其中比较标识的bit1位为1表示单端口，组环的交换机的两个端口只有一个在连接状态；比较标识的bit0位为1表示组环的交换机的两个端口都在连接状态。

本方案中，将环网中的各交换机的端口设置为相同的状态，具体包括：将环网中的交换机按照MAC地址的大小排序，所述环网链路连接上电后设定环路中的各交换机均为主机，即各交换机均假定自身为所在环网中MAC地址最小的交换机，同时设定各交换机的均有一个端口阻塞，一个端口打开。

例如，设定MAC地址大小如下：SW-X(X交换机的MAC地址)>SW-Y(Y交换机的MAC地址)>SW-Z(Z交换机的MAC地址)>SW-U(U交换机的MAC地址)。

环网链路连接上电后，X、Y、Z、U交换机都为主机，且都认为自己是环网中MAC地址最小的交换机；且均阻塞一个b端口，打开f端口。

本方案中，所述环网中每一个交换机包括两个身份：主机或从机，所述主机为所述环网中MAC地址最小的交换机，且所述主机在所述环网中唯一。

本方案中，所述环网中交换机只有一个端口连接时，连接端口将处于打开状态，断开端口将处于阻塞状态，当接入环网的交换机的两个端口均断开时，端口号小的数据通信转发将阻塞。

本方案中，所述环网中的交换机处于从机状态时，交换机的端口均打开，所述从机只转发协议报文，从从机的一个端口接收到的协议报文包转发至从机的另一端口同时改变协议报文包的目的MAC地址，所述协议报文包的转发具体包括：从机的一个端口收到BPDU包则在另一个端口转发非BPDU包，从机在一个端口收到非BPDU包则在另一个端口转发BPDU包，且同一个序列号的包只转发一次。

本方案中，所述环网中交换机从机变成主机满足的条件包括：

A.从机在环网中的端口状态发生改变，具体包括：所述端口从单链路状态变为双链路状态或所述端口从从双链路状态变为单链路状态；

B.当端口状态处于单链路状态的从机接收到的协议报文包MAC地址比自身MAC地址大，所述从机立刻转换为主机；

C.MAC地址最小标志为1的从机接收到端口状态为双链路且两个端口均为连接状态的协议报文包，所述从机变成主机，且发送与接收到的协议报文状态标志相同的包。

本方案中，所述环网中的主机包含有同时发送一个处于阻塞状态的端口，所述主机同时发送非BPDU包和BPDU包，所述非BPDU包和BPDU包具有相同的包序列号，主机阻塞端口未发生变化，发包时把是否需要老化标志位置0，主机阻塞端口发生变化，发包时把是否需要老化标识位置1，从机老化地址转发表。

需要说明的是，主机发送报文的帧格式如下：

需要说明的是，主机非BPDU和BPDU的包序列号是一样的。BPDU包目的MAC地址为0x01 c0 82 00 00 00,能穿透交换芯片阻塞端口,非BPDU包地址则不在MAC地址0x01 c0 82 00 00 00～0x01 c0 82 00 00ff范围之内。

如上所述，当交换机Y、Z之间的网线断开，Y、Z交换机同时成为主机，同时发状态标志bit1为1的包，X交换机收到后，立刻改变自身状态成为从机，但是X交换机的MAC地址最小标志依然为1，X交换机的b口打开。Z交换机收到Y交换机的包后，由于Z交换机比Y交换机的MAC地址(环网ID)小,成为从机。整个链路还是成为一体。

若交换机Y、Z的断开链路又恢复了，Z会再次成为主机，Y主机状态变化还会重新发包，这时状态bit2置1，这时U交换机由于MAC最小标志为1，因为收到Y交换机或Z交换机的包，也成为主机。发bit2为1的包，迅速使Y、Z成为从机，链路恢复。

如图2所示，本方案第二方面还提供了一种电力专用工业以太网交换机实现环网快速收敛的系统，该系统包括：存储器21、处理器22，所述存储器中包括电力专用工业以太网交换机环网快速收敛方法程序，所述电力专用工业以太网交换机环网快速收敛方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：

S1:分别将环网中的各交换机的对应端口和环网标识设置为相同的状态，环网链路上电，各交换机均作为主机向与自身连接的交换机发送协议报文包；

S2:所述环网中各交换机分别将接收到的协议报文MAC地址与自身的MAC地址比较；

S3:当交换机接收到的协议报文MAC地址比自身的MAC地址小时，则当前交换机状态变更为从机，同时停止发送协议报文，当前交换机支持环网的两个端口均处于打开状态，并转发通信数据，所述环网中其他交换机接收到当前交换机的数据报文也将变更自身状态为从机，所述环网中除主机以外的各从机的端口均为打开状态，从而实现环网的快速收敛。

需要说明的是，环网标识中1个字节的比较标识，和占有6个字节的MAC地址，其中比较标识的bit2位含义为：当单端口连接转到双端口连接时该位置1，其他时候为0，该标志只能保持40ms；其中比较标识的bit1位为1表示单端口，组环的交换机的两个端口只有一个在连接状态；比较标识的bit0位为1表示组环的交换机的两个端口都在连接状态。

本方案中，将环网中的各交换机的端口设置为相同的状态，具体包括：将环网中的交换机按照MAC地址的大小排序，所述环网链路连接上电后设定环路中的各交换机均为主机，即各交换机均假定自身为所在环网中MAC地址最小的交换机，同时设定各交换机的均有一个端口阻塞，一个端口打开。

例如，设定MAC地址大小如下：SW-X(X交换机的MAC地址)>SW-Y(Y交换机的MAC地址)>SW-Z(Z交换机的MAC地址)>SW-U(U交换机的MAC地址)。

环网链路连接上电后，X、Y、Z、U交换机都为主机，且都认为自己是环网中MAC地址最小的交换机；且均阻塞一个b端口，打开f端口。

本方案中，所述环网中每一个交换机包括两个身份：主机或从机，所述主机为所述环网中MAC地址最小的交换机，且所述主机在所述环网中唯一。

本方案中，所述环网中交换机只有一个端口连接时，连接端口将处于打开状态，断开端口将处于阻塞状态，当接入环网的交换机的两个端口均断开时，端口号小的数据通信转发将阻塞。

本方案中，所述环网中的交换机处于从机状态时，交换机的端口均打开，所述从机只转发协议报文，从从机的一个端口接收到的协议报文包转发至从机的另一端口同时改变协议报文包的目的MAC地址，所述协议报文包的转发具体包括：从机的一个端口收到BPDU包则在另一个端口转发非BPDU包，从机在一个端口收到非BPDU包则在另一个端口转发BPDU包，且同一个序列号的包只转发一次。

本方案中，所述环网中交换机从机变成主机满足的条件包括：

A.从机在环网中的端口状态发生改变，具体包括：所述端口从单链路状态变为双链路状态或所述端口从从双链路状态变为单链路状态；

B.当端口状态处于单链路状态的从机接收到的协议报文包MAC地址比自身MAC地址大，所述从机立刻转换为主机；

C.MAC地址最小标志为1的从机接收到端口状态为双链路且两个端口均为连接状态的协议报文包，所述从机变成主机，且发送与接收到的协议报文状态标志相同的包。

本方案中，所述环网中的主机包含有同时发送一个处于阻塞状态的端口，所述主机同时发送非BPDU包和BPDU包，所述非BPDU包和BPDU包具有相同的包序列号，主机阻塞端口未发生变化，发包时把是否需要老化标志位置0，主机阻塞端口发生变化，发包时把是否需要老化标识位置1，从机老化地址转发表。

需要说明的是，主机发送报文的帧格式如下：

需要说明的是，主机非BPDU和BPDU的包序列号是一样的。BPDU包目的MAC地址为0x01 c0 82 00 00 00,能穿透交换芯片阻塞端口,非BPDU包地址则不在MAC地址0x01 c0 82 00 00 00～0x01 c0 82 00 00 ff范围之内。

如上所述，当交换机Y、Z之间的网线断开，Y、Z交换机同时成为主机，同时发状态标志bit1为1的包，X交换机收到后，立刻改变自身状态成为从机，但是X交换机的MAC地址最小标志依然为1，X交换机的b口打开。Z交换机收到Y交换机的包后，由于Z交换机比Y交换机的MAC地址(环网ID)小,成为从机。整个链路还是成为一体。

若交换机Y、Z的断开链路又恢复了，Z会再次成为主机，Y主机状态变化还会重新发包，这时状态bit2置1，这时U交换机由于MAC最小标志为1，因为收到Y交换机或Z交换机的包，也成为主机。发bit2为1的包，迅速使Y、Z成为从机，链路恢复。

本方案第三方面还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中包括电力专用工业以太网交换机环网快速收敛方法程序，所述电力专用工业以太网交换机环网快速收敛方法程序被处理器执行时，实现如上述任一项所述的电力专用工业以太网交换机环网快速收敛方法的步骤。

本发明通过预设环网中的交换机进行MAC地址顺序，同时将各交换机的端口状态和环网标识预设为相同，通过比较接收到的协议报文MAC地址与自身的MAC地址大小进而来改变自身的状态，经过环网中交换机的比较操作，所述环网中除主机以外的各从机的端口均为打开状态，从而实现环网的快速收敛。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。