[发明专利]MS-ring以太网冗余接入算法

说明书

技术领域

本发明涉及工业以太网中对现有网络进行扩充，同时在已有的网络和新加入的网络之间保持冗余链路备份的一种技术。该技术主要运用在二层以太网交换机上，使两个以太网之间有两个物理连接，一个是主连接，一个是备份连接，当主连接故障的时候，备份连接可以马上执行主连接的功能，从而保证两个网络之间连接的可靠性。

背景技术

以太网的建设很大情况下是分步骤分阶段进行的，通常是首先建立一个基础骨干网络，然后在基础网络上进行扩充，从而逐步构建一个大的以太网络。新的网络和基础网络之间一般情况下只有一条链路，当这条链路出现故障，造成两个网络失去连接，无法保证通信的可靠性。对与这种情况的处理业内一般会在两个网络之间有两条链路，其中一条是冗余链路，只有当另外一条出现连接故障，该冗余连接接替主连接的工作。

上述解决方案需要在新网络和基础网络之间同时执行RSTP协议，如果基础网络中设备不支持RSTP协议则上述方案失效。同时即使两个网络都支持RSTP协议，发送故障的时候RSTP的自愈时间大约是20秒左右，该自愈时间不能满足对时间要求很高工业通信领域。对此提出MS-ring以太网冗余接入算法，它可以保证两个网络有两条链路相连，该算法只在新接入的网络端执行该算法，对基础网络没有任何要求，同时在主链路和备份链路的转换在毫秒时间完成。

发明内容

       以太网交换机的每个端口有两种不同类型的状态：连接状态，端口状态。其中连接状态是交换机端口的物理状态，表明该端口的连线是否正常，该状态是只读状态有两种：UP状态和DOWN状态。端口状态是交换机的端口逻辑状态，它决定了交换机的端口可以收发处理那些特定种类的报文，同时也决定该端口是否具有地址学习功能。端口状态的取值有多种，但是一般都包含这样四种：转发状态，阻塞状态，学习状态，禁用状态。它们的说明如图1所示。

       MS-ring算法的执行需要用到BPDU帧实现的。BPDU数据帧是运行在数据链路层非常特殊的报文，该BPDU帧可以在阻塞端口进行收发，普通数据帧不基本这种能力。同时通过BPDU帧指定报文的发出端口，也可以在接收到BPDU时得到报文的进入端口。

       按照新网络和基础网络的接入方式和新接入网络的拓扑结构可以划分三种情况进行讨论：实际的应用可以等效成该三种情况中的一种。

       第一种情况：连接基础网络的两个连线都在同一台交换机上。设置一条连线为主线路，一条线路为备份线路，在初始情况下主线路的连接状态是转发状态，备份线路是禁用状态，这样两个网络的通信都通过主线路进行，然后交换机在很短的时间内循环定时扫描主线路的连接状态，如果发现主线路端口连接DOWN，那么把主线路端口的端口状态设置为禁用状态，同时把备份线路的端口状态设置转发状态，然后清空交换机的地址表。在这种情况下以前从主线路流动的数据将从备份线路流动。然后再后面的端口状态扫描中如果发现主端口的线路UP变化，把备份线路的端口状态设置为禁用状态，然后把主线路的端口状态设置为转发状态，最后清空地址表。上面的这些操作放在一个后台的精灵进程中一直运行，就可以保证在这种简单的链接下面通信的可靠性。

       第二种情况：连接基础网络的两个连线在不同的交换机上。这种情况下需要用到BPDU数据帧，该数据帧的格式如图2所示。这种情况有进一步细分两种情况：新接入网络是非环形拓扑结构，新接入网络的拓扑上是非环形拓扑结构，。下面分情况讨论新接入网络的两种拓扑结构。