一种以太环网链路中断快速恢复的方法及相应的以太环网

摘要

本发明提出了一种以太环网链路中断快速恢复的方法及相应的以太环网。所述以太环网包括一个主单元设备及若干子集单元设备；主单元设备周期性发送侦测报文；根据侦测报文的传输状态判断以太环网上所有链路是否处于连通状态；在以太环网上存在传输链路中断时，使所述以太环网进入保护切换状态；当传输链路中断恢复时，基于主单元设备发送的通知消息恢复中断之前的传输链路。本发明针对单点单向中断和多点中断提出相应的中断恢复方案。本发明能够针对以太环网链路中断实现快速恢复，使环网各单元设备之间迅速恢复通信，防止出现数据环路形成广播风暴。

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体地，涉及一种以太环网链路中断快速恢复的方 法及相应的以太环网。

背景技术

随着工业环境对工业控制网络的可靠性、实时性和保护能力要求越来越 高，工业以太网广泛采用环形组网以提高网络可靠性。适用于环网中断和恢复 的常用环网保护协议有STP、RSTP、RPR等。STP和RSTP的收敛时间过长，随 着网络中节点的增加和拓扑的复杂化，特别是如果遇到多点中断的情形，收敛 时间进一步增大，在收敛时间上无法达到电信级设备的收敛速度要求；RPR需要 硬件支持，成本较高。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明提出了一种应用于链路层的以太环网链 路中断快速恢复的方法及相应的以太环网，本发明能够针对以太环网链路中断， 迅速切换到备份链路，使环网各单元设备之间迅速恢复通信业务，本发明利用 环网内一条专用的控制通道传递环网控制信息，同时结合环网本身的拓扑特点， 在网络发生故障时实现故障的快速发现和恢复，对于以太环网的单点中断、单 点单向中断以及多点中断均可以实现高效、快速的响应和恢复。

本发明所述的以太环网链路中断快速恢复的方法，其特征在于，所述以太 环网包括一个主单元设备及若干个子集单元设备，所述主单元设备及子集单元 设备分别具有第一环网端口和第二环网端口，所述方法包括以下步骤：

将所述主单元设备的第一环网端口设置为转发模式，第二环网端口设置为 监听模式；将各子集单元设备的第一和第二环网端口均设为转发模式；

在主单元设备及子集单元设备分别配置地址与端口映射表；

在主单元设备及子集单元设备之间建立专用逻辑通道；

所述主单元设备周期性地通过所述第一环网端口在所述专用逻辑通道上发 送侦测报文，并通过所述第二环网端口监听所述侦测报文；

根据所述侦测报文的传输状态，判断以太环网上所有链路是否处于连通状 态；

在以太环网上所有链路处于连通状态下，所述主单元设备保持第二环网端 口的监听模式；

在以太环网上存在传输链路中断时，与中断的传输链路相邻的子集单元设 备通过所述专用逻辑通道发送故障报文，并且将与中断的传输链路对应的第一 或第二环网端口切换为监听模式；所述主单元设备根据故障报文将所述第二环 网端口切换至转发模式；

当传输链路中断恢复时，与恢复的传输链路相邻的子集单元设备通过所述 专用逻辑通道发送故障恢复报文，所述主单元设备根据所述故障恢复报文重新 将所述第二环网端口切换至监听状态，并且通过所述专用逻辑通道发送通知报 文；所述子集单元设备根据所述通知报文将处于监听模式的第一或第二环网端 口切换为转发模式。

优选的是，当子集单元设备之间的传输链路中断导致所述侦测报文的传输 被阻断时，与中断的传输链路相邻的子集单元设备立即切换至中断工作模式， 在中断工作模式下该子集单元设备中断正在进行的工作从而通过所述专用逻辑 通道发送故障报文。

进一步优选的是，所述与中断的传输链路相邻的子集单元设备先快速连续 发送预定数量的所述故障报文，再周期性慢速发送所述故障报文。

进一步优选的是，所述主单元设备和子集单元设备在已经针对所述故障报 文做出响应后，对后续收到的故障报文不再响应。

进一步优选的是，所述主单元设备的第二环网端口在规定时间内没有收到 由该主单元设备的第一环网端口发出的侦测报文时，所述主单元设备判断以太 环网上存在传输链路中断，并将所述第二环网端口切换至转发模式。

进一步优选的是，当传输链路中断在预定时长内均保持恢复时，与中断的 传输链路相邻的子集单元设备发送所述故障恢复报文。

进一步优选的是，所述主单元设备在接收到所述故障恢复消息之后，在经 过预定时长之后，重新将所述第二环网端口切换至监听状态，并且通过所述专 用逻辑通道发送通知报文。

优选的是，所述子集单元设备及主单元设备在收到所述故障报文后执行刷 新地址与端口映射表的操作；并且所述子集单元设备在收到所述通知报文后执 行刷新地址与端口映射表的操作。

优选的是，以太环网上的传输链路发生从第一子集单元设备至相邻的第二 子集单元设备的单向传输中断时，所述第二子集单元设备将与该单向传输中断 的传输链路对应的第一或第二环网端口切换为监听模式；并且当该单向传输中 断恢复时，所述第二子集单元设备通过所述专用逻辑通道发送故障恢复报文， 并且所述第二子集单元设备在收到主单元设备的通知报文的情况下，将处于监 听模式的第一或第二环网端口切换为转发模式。

优选的是，以太环网上的多个传输链路发生中断时，与中断的传输链路相 邻的子集单元设备通过所述专用逻辑通道发送故障报文，并且将与中断的传输 链路对应的第一或第二环网端口切换为监听模式；当所述多个传输链路中的至 少一个恢复后，所述与恢复的传输链路相邻的子集单元设备通过所述专用逻辑 通道发送故障恢复报文；与所述中断的传输链路相邻的子集单元设备收到其它 子集单元设备发送的所述故障恢复报文后不改变其第一或第二环网端口的模 式，并且继续发送所述故障报文；与恢复的传输链路相邻的子集单元设备收到 其它子集单元设备发送的故障报文后，将处于监听模式的第一或第二环网端口 切换为转发模式，并且不再发送任何报文。

本发明进一步提供了一种实现链路中断快速恢复的以太环网，其特征在于， 所述以太环网包括一个主单元设备及若干个子集单元设备，所述主单元设备及 若干个子集单元设备通过传输链路连接为环网，所述主单元设备及子集单元设 备分别具有第一环网端口和第二环网端口，主单元设备及子集单元设备分别配 置地址与端口映射表；主单元设备及子集单元设备之间建立专用逻辑通道；

并且，正常状态下所述主单元设备的第一环网端口设置为转发模式，第二 环网端口设置为监听模式；各子集单元设备的第一和第二环网端口均设为转发 模式；

所述主单元设备用于周期性地通过所述第一环网端口在所述专用逻辑通道 上发送侦测报文，并通过所述第二环网端口监听所述侦测报文；以及在根据所 述侦测报文的传输状态判断以太环网上所有链路是否处于连通状态；

所述主单元设备用于在以太环网上所有链路处于连通状态下保持第二环网 端口的监听模式；在收到子集单元设备的故障报文时，根据故障报文将所述第 二环网端口切换至转发模式；在收到子集单元设备发送的故障恢复报文时，根 据所述故障恢复报文重新将所述第二环网端口切换至监听状态，并且通过所述 专用逻辑通道发送通知报文；

所述子集单元设备用于在相邻的传输链路中断时通过所述专用逻辑通道发 送故障报文，并且将与中断的传输链路对应的第一或第二环网端口切换为监听 模式；在相邻的传输链路中断恢复时通过所述专用逻辑通道发送故障恢复报文； 根据所述通知报文将处于监听模式的第一或第二环网端口切换为转发模式。

优选的是，当子集单元设备之间的传输链路中断导致所述侦测报文的传输 被阻断时，与中断的传输链路相邻的子集单元设备用于立即切换至中断工作模 式，在中断工作模式下该子集单元设备中断正在进行的工作从而通过所述专用 逻辑通道发送故障报文。

进一步优选的是，所述与中断的传输链路相邻的子集单元设备先快速连续 发送预定数量的所述故障报文，再周期性慢速发送所述故障报文。

进一步优选的是，所述主单元设备和子集单元设备在已经针对所述故障报 文做出响应后，对后续收到的故障报文不再响应。

进一步优选的是，所述主单元设备的第二环网端口在规定时间内没有收到 由该主单元设备的第一环网端口发出的侦测报文时，所述主单元设备判断以太 环网上存在传输链路中断，并将所述第二环网端口切换至转发模式。

优选的是，当传输链路中断在预定时长内均保持恢复时，与中断的传输链 路相邻的子集单元设备发送所述故障恢复报文。

进一步优选的是，所述主单元设备在接收到所述故障恢复消息之后，在经 过预定时长之后，重新将所述第二环网端口切换至监听状态，并且通过所述专 用逻辑通道发送通知报文。

所述子集单元设备及主单元设备在收到所述故障报文后执行刷新地址与端 口映射表的操作；并且所述子集单元设备在收到所述通知报文后执行刷新地址 与端口映射表的操作。

优选的是，以太环网上的传输链路发生从第一子集单元设备至相邻的第二 子集单元设备的单向传输中断时，所述第二子集单元设备将与该单向传输中断 的传输链路对应的第一或第二环网端口切换为监听模式；并且当该单向传输中 断恢复时，所述第二子集单元设备通过所述专用逻辑通道发送故障恢复报文， 并且所述第二子集单元设备在收到主单元设备的通知报文的情况下，将处于监 听模式的第一或第二环网端口切换为转发模式。

优选的是，以太环网上的多个传输链路发生中断时，与中断的传输链路相 邻的子集单元设备通过所述专用逻辑通道发送故障报文，并且将与中断的传输 链路对应的第一或第二环网端口切换为监听模式；当所述多个传输链路中的至 少一个恢复后，所述与恢复的传输链路相邻的子集单元设备通过所述专用逻辑 通道发送故障恢复报文；与所述中断的传输链路相邻的子集单元设备收到其它 子集单元设备发送的所述故障恢复报文后不改变其第一或第二环网端口的模 式，并且继续发送所述故障报文；与恢复的传输链路相邻的子集单元设备收到 其它子集单元设备发送的故障报文后，将处于监听模式的第一或第二环网端口 切换为转发模式，并且不再发送任何报文。

可见，本发明是一种专门应用于以太网环的链路层的方法，当以太网环上 链路或设备发生故障时，能迅速切换到备份链路，保证业务的快速恢复。本发 明利用环网内一条专用的控制通道传递环网控制信息，同时结合环网本身的拓 扑特点，在网络发生故障时能快速发现，并启用备份链路从而做到快速恢复， 对于以太环网的单点中断、单点单向中断以及多点中断均可以实现高效、快速 的响应和恢复。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明实施例的以太环网在正常状态下的示意图；

图2是本发明实施例的以太环网在某处传输链路发生中断时保护切换状态 下的示意图；

图3是本发明实施例的以太环网在传输链路中断恢复状态下的示意图；

图4是本发明实施例的以太环网在单点单向中断状态下的示意图；

图5是本发明实施例的以太环网在单点单向中断恢复状态下的示意图；

图6是本发明实施例的以太环网在多点中断恢复状态下的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述 目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例及实施例附图对本发明 作进一步详细的说明。

本发明构建了由多个单元设备组成的以太环网，并设定其中一个单元设备 作为主单元设备，其余单元设备作为子集单元设备。如图1所示，单元设备A 作为所述主单元设备，其余单元设备B、C、D、E和F作为所述子集单元设备。 所述主单元设备A及子集单元设备B-F通过传输链路连接为环网。在环网连接 当中，每个单元设备具有第一环网端口和第二环网端口共两个端口，分别连接 与各单元设备相邻的传输链路。环网端口的工作状态包括转发模式和监听模式， 在转发模式下，单元设备将第一环网端口(或第二环网端口)收到的消息转发 到第二环网端口(或第一环网端口)，即实现消息在与单元设备相邻的传输链路 上的转发；当环网端口处在监听模式下时，单元设备阻塞该环网端口的消息发 送，但是可以通过该环网端口接收消息。为了实现消息的收发，在主单元设备 及子集单元设备分别配置地址与端口映射表；并且，在主单元设备及子集单元 设备之间建立专用逻辑通道，该专用逻辑通道专门用于实现以太环网中断恢复 相关消息的收发。

在图1所示的正常状态下，所述主单元设备A与相邻的子集单元设备F之 间的传输链路作为备用链路RPL。为了防止以太环网上的数据报文形成广播环 路，主单元设备A将该备用链路RPL相邻的第二环网端口设置为监听模式，而 主单元设备A另一侧的第一环网端口设置为转发状态。而子集单元设备B-F的 第一和第二环网端口均被设置为转发模式。主单元设备A会周期性地通过所述 第一环网端口在专用逻辑通道上发送侦测报文CCM，由于在正常状态下所有链路 均是连通的，从主单元设备A出发的CCM会依次经过各子集单元设备，最后由 主单元设备A的第二环网端口回到主单元设备A；由于第二环网端口处于监听状 态，可以监听到该侦测报文CCM。从而，主单元设备A可以根据该CCM的上述传 输状态，判断以太环网上的所有链路均处于正常的连通状态。

图2是本发明实施例的以太环网在某处传输链路发生中断时保护切换状态 下的示意图。如图2所示，子集单元设备C、D之间的传输链路发生中断，导致 所述CCM的传输被阻断，这时与中断的传输链路相邻的子集单元设备C、D立即 切换至中断工作状态，中断正在进行的工作，并且分别向环网的各单元设备通 过所述专用逻辑通道发送故障报文SF。在该传输链路保持中断状态的情况下， 子集单元设备C和D持续地发送该故障报文。子集单元设备C和D发送故障报 文的具体方法是：先快速连续发送两个故障报文，然后再周期性慢速发送故障 报文，前两个故障报文确保各单元设备都能够收到故障报文，从而保证链路故 障时正常切换；之后连续发送周期性的故障报文，目的是持续通知主单元设备 链路故障信息，使得环网进入保护切换状态。与此同时，子集单元设备C和D 还分别将与中断的传输链路相邻的环网端口切换为监听模式，并刷新其自身的 地址与端口映射表。所述故障报文SF沿着正常的链路传送至其它子集单元设备 及主单元设备。收到该报文SF的其它子集单元设备进行地址与端口映射表刷新。 主单元设备A收到该报文SF后，立即将第二环网端口切换为转发模式，解除备 用链路RPL的阻塞状态，然后刷新地址与端口映射表。然后，以太环网进入保 护切换状态，该以太环网上连续周期性地发送故障报文，而在主单元设备和子 集单元设备在已经针对所述故障报文做出响应后，收到新的故障报文不再触发 这些单元设备作出新的行为。在上述步骤中，刷新地址与端口映射表是为了避 免定向错误，由于以太环网链路故障，导致网络拓扑结构发生变化，因此需要 根据报文消息刷新地址与端口映射表，来避免报文定向错误。

所述主单元设备A还具有自身的环网状态检测机制，当主单元设备A的第 二环网端口在规定时间(可通过一定时器设置该规定时间)内没有收到主单元 设备的第一环网端口发出的侦测报文CCM时，也认为环网发生中断。此时以太 环网对这一中断故障的处理过程与上述子集单元设备主动上报中断故障时的处 理过程相同。

图3是本发明实施例的以太环网在传输链路中断恢复状态下的示意图。当 子集单元设备C和D之间的链路中断恢复时，与中断的传输链路相邻的子集单 元设备C和D监测到中断恢复，则启动相应的保护定时器。在所述保护定时器 设定的预定时长内，传输链路保持恢复状态，则所述子集单元设备C和D周期 性地发送故障恢复报文SF，以便通知主单元设备A。主单元设备A收到故障恢 复报文SF后，启动相应的定时器，经过预定时长使该定时器超时后，主单元设 备A重新将所述第二环网端口切换至监听状态，并通过所述专用逻辑信道发送 通知报文，通知所有子集单元设备刷新地址与端口映射表，并且主单元设备A 刷新自身的地址与端口映射表。所述子集单元设备在收到主单元设备A所发送 的通知报文之后，均再次刷新地址与端口映射表，以便恢复中断之前的传输链 路。与中断的传输链路相邻的子集单元设备C和D收到主单元设备A发送的通 知报文之后，将处于监听模式的环网端口切换为转发模式，并且重新刷新自身 的地址与端口映射表。从而，完成对中断之前的传输链路的恢复。

上面介绍了以太环网传输链路中断情况下的快速恢复过程。以太环网的传 输链路中断还包括单向传输中断及多点中断情况。下面对这两种情况下的中断 恢复进行介绍。

图4是本发明实施例的以太环网在单点单向中断状态下的示意图。在单点 单向中断的状态下，由子集单元设备D至子集单元设备C的传输链路中断，而 由子集单元设备C至子集单元设备D的传输链路正常。这时，子集单元设备C 检测到了其与子集单元设备D之间的传输链路异常，则子集单元设备C把与该 传输链路相邻的环网端口切换为监听模式；按照与上面介绍的相类似的步骤， 子集单元设备C向其它单元设备周期性地发出故障报文。环网内的其它子集单 元设备收到该故障报文之后，刷新地址与端口映射表。主单元设备A收到该故 障报文之后，把第二环网端口的状态切换为转发模式。

图5是本发明实施例的以太环网在单点单向中断恢复状态下的示意图。在 子集单元设备D至子集单元设备C的传输链路恢复之后，子集单元设备C在预 定时长内检测到本地链路保持恢复，则向其它单元设备发送故障恢复报文。所 述主单元设备A收到该故障恢复报文后，利用定时器经过预定时长之后，将第 二环网端口切换至监听状态，并且向环网的子集单元设备发送通知报文；各子 集单元设备根据通知报文刷新地址与端口映射表；子集单元设备C根据通知报 文把之前切换为监听模式的环网端口切换回转发模式。

图6是本发明实施例的以太环网在多点中断恢复状态下的示意图。图6中 单元设备C和D以及E和F之间的传输链路均发生中断，中断后各子集单元设 备及主单元设备A的处理过程与之前介绍的步骤相同，与中断的传输链路相邻 的子集单元设备通过所述专用逻辑通道发送故障报文，并且将与中断的传输链 路对应的第一或第二环网端口切换为监听模式。之后，E和F之间的传输链路恢 复，但C和D之间传输链路仍然中断。与恢复的传输链路相邻的子集单元设备E 和F通过所述专用逻辑通道发送故障恢复报文，而子集单元设备C和D则仍然 周期性地发送故障报文。子集单元设备C和D收到其它子集单元设备E和F发 送的所述故障恢复报文后，由于自身相邻的传输链路仍然中断，因此不改变其 第一或第二环网端口的模式，并且继续发送所述故障报文。子集单元设备E和F 收到子集单元设备C和D发送的故障报文后，立即将处于监听模式的第一或第 二环网端口切换为转发模式，并且不再发送任何其它报文。直至子集单元设备C 和D之间的传输链路在预定时长内保持恢复之后，子集单元设备C和D也发送 故障恢复报文，主单元设备A收到故障恢复报文后，通过定时器经过预定时间 长度，然后发送通知报文。子集单元设备C和D根据所述通知报文，将处于监 听模式的第一或第二环网端口切换为转发模式。各单元设备同样按照上面介绍 的方式，执行刷新地址与端口映射表操作。

通过上述方法，本方法在检测链路状态时，反应迅速，能够经历极短的检 测时间而准确定位所有链路中断点。能够使环网各单元设备之间迅速恢复通 信，具备较短的回复时间，实现电信级的高可靠冗余系统。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明还可以应用在其它设备中； 以上描述中的尺寸和数量均仅为参考性的，本领域技术人员可根据实际需要选 择适当的应用尺寸，而不脱离本发明的范围。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，可轻易想到的变 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该 以权利要求所界定的保护范围为准。