環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)與環(huán)狀網絡的備援方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)與環(huán)狀網絡的備援方法，系關于一種環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)。此環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)包含多個交換機，各交換機包含二主連接端口及二冗余連接端口。各交換機以二主連接端口分別經由一主鏈結連接至相鄰的交換機的主連接端口的其中之一，并以二冗余連接端口分別經由一冗余鏈結連接至相鄰的交換機的冗余連接端口的其中之一。藉此，交換機串接形成一主環(huán)狀網絡及一冗余環(huán)狀網絡。主鏈結預設為工作狀態(tài)，冗余鏈結預設為備援狀態(tài)。當主鏈結的其中之一失效時，對應失效的主鏈結的冗余鏈結轉變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)。
【專利說明】環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)與環(huán)狀網絡的備援方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明有關于一種環(huán)狀網絡，特別是一種環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)與環(huán)狀網絡的備援方法。
【背景技術】
[0002]網絡以涵蓋范圍來區(qū)分,可以簡單分為區(qū)域網絡(Local Area Network, LAN)、都會網絡(Metropolitan Area Network, MAN)、廣域網絡(Wide Area Network, WAN)等三種。其中區(qū)域網絡是涵蓋范圍最小的網絡，通常是以同一辦公室、同一棟建筑、或同一個校園為范圍的網絡。而乙太網絡(Ethernet)就是目前最常見的區(qū)域網絡架構之一。
[0003]網絡架構不僅指網絡的連結拓撲型式(Topology)，還包含網絡的實體媒介與數(shù)據(jù)存取方式，OSI 網絡模型(Open System Interconnection Reference Model)是理想狀態(tài)下的網絡架構，在現(xiàn)實世界中所看到的網絡架構則包含乙太網絡、記號環(huán)網絡(Token ring),ARCnet、AppleTalk及光纖分散式數(shù)據(jù)介面(Fiber Distributed Data Interface,FDDI)等許多種網絡架構。
[0004]環(huán)狀網絡(Ring network)是網絡拓撲結構中的一種，網絡中的各節(jié)點串連連接，構成閉合環(huán)狀，每個節(jié)點都可以與任何其他的節(jié)點通信。一般來說，目前環(huán)狀網絡架構常應用在許多區(qū)域網絡或工業(yè)自動化系統(tǒng)中，且在每個網絡節(jié)點都設置了交換機，并經由各交換機連結到相關設備，以提供網絡資訊交換功能。
[0005]但，只通過單一廣大的環(huán)狀網絡連結系統(tǒng)內的所有設備，容易造成整個環(huán)狀網絡的可靠性以及穩(wěn)定度降低，傳輸品質與效率也會受到影響。

【發(fā)明內容】

[0006]鑒于以上的問題，本發(fā)明提供一種環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)與環(huán)狀網絡的備援方法，藉以解決現(xiàn)有技術所存在環(huán)狀網絡可靠性與穩(wěn)定度低等問題。
[0007]本發(fā)明的一實施例提供一種環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)，包含多個交換機，各交換機包含二主連接端口及二冗余連接端口。各交換機以二主連接端口分別經由一主鏈結連接至相鄰的交換機的主連接端口的其中之一而串接形成一主環(huán)狀網絡。各交換機以二冗余連接端口分別經由一冗余鏈結連接至相鄰的交換機的冗余連接端口的其中之一而串接形成一冗余環(huán)狀網絡。其中主鏈結預設為工作狀態(tài)，冗余鏈結預設為備援狀態(tài)。當主鏈結的其中之一失效時，對應失效的主鏈結的冗余鏈結轉變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)。
[0008]本發(fā)明的另一實施例提供一種環(huán)狀網絡的備援方法，包含:提供多個主鏈結，以串接多個交換機而形成一主環(huán)狀網絡，其中各主鏈結使相鄰的交換機的二主連接端口的其中之一彼此連接；提供多個冗余鏈結，以串接多個交換機而形成一冗余環(huán)狀網絡，其中各冗余鏈結使相鄰的交換機的二冗余連接端口的其中之一彼此連接；設定主連接端口的其中之一為阻隔端口，而其余的主連接端口為轉送端口，以使主鏈結預設為工作狀態(tài)；設定冗余連接端口為阻隔端口，以使冗余鏈結預設為備援狀態(tài)；檢測主鏈結的連接狀態(tài)；及當檢測到主鏈結的其中之一失效時，使對應失效的主鏈結的冗余鏈結所連接的冗余連接端口成為轉送端口。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)與環(huán)狀網絡的備援方法，只要不要超過二處的二交換機之間的主鏈結與冗余鏈結均失效，即使有多處的主鏈結或/與冗余鏈結失效，整體網絡亦可繼續(xù)正常運作。因此，本發(fā)明的環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)可解決習知的環(huán)狀網絡的可靠性與穩(wěn)定度低的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施例的環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)示意圖。
[0011]圖2為根據(jù)本發(fā)明一實施例的主鏈結失效的示意圖。
[0012]圖3為根據(jù)本發(fā)明一實施例的交換機的內部示意圖。
[0013]圖4為根據(jù)本發(fā)明一實施例的對應的主鏈結及冗余鏈結均失效的示意圖。
[0014]圖5為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)示意圖。
[0015]圖6為根據(jù)本發(fā)明一實施例的環(huán)狀網絡的備援方法流程圖(一)。
[0016]圖7為根據(jù)本發(fā)明一實施例的環(huán)狀網絡的備援方法流程圖(二)。
[0017]其中，附圖標記:
[0018]100環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng) 110、110’主鏈結
[0019]130、130’冗余鏈結150交換機
[0020]150a、150b、150c、150d 交換機 170終端連接端口
[0021]190介接連接端口
[0022]200使用者端
[0023]300網絡
[0024]Pm主連接端口
[0025]Pr冗余連接端口
[0026]Rm主環(huán)狀網絡
[0027]Rr冗余環(huán)狀網絡
[0028]SWl、SW2、SW3, SW4 開關
【具體實施方式】
[0029]圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施例的環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)100示意圖。
[0030]如圖1所示，環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)100包含多個交換機150(如圖1所示的交換機150a、交換機150b、交換機150c及交換機150d)。各交換機150包含二主連接端口 Pm及二冗余連接端口 Pr。各交換機150以二主連接端口 Pm分別經由一主鏈結110連接至相鄰的交換機150的主連接端口 Pm的其中之一，而串接形成主環(huán)狀網絡Rm。各交換機150以二冗余連接端口 Pr分別經由一冗余鏈結130連接至相鄰的交換機150的冗余連接端口 Pr的其中之一，而串接形成冗余環(huán)狀網絡Rr。也就是說，環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)100為由主環(huán)狀網絡Rm及冗余環(huán)狀網絡Rr所構成的雙環(huán)網絡。
[0031]在此，于網絡連接之初，主鏈結110預設為工作狀態(tài)，冗余鏈結130預設為備援狀態(tài)。也就是說，原則上主連接端口 Pm預設為轉送端口，將轉送所接收到的封包；而冗余連接端口 Pr預設為阻隔端口，不轉送所接收到的封包。然而，為避免環(huán)狀網絡的主連接端口 Pm不斷轉送封包而造成廣播風暴(broadcast storm),于主環(huán)狀網絡Rm上的其中之一主連接端口 Pm預設為阻隔端口，其余的主連接端口 Pm預設為轉送端口。
[0032]圖2為根據(jù)本發(fā)明一實施例的主鏈結110失效的示意圖。參照圖2，當主鏈結110的其中之一(如圖2所示的主鏈結110’)失效時，對應失效的主鏈結110’的冗余鏈結130’轉變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)，藉以取代失效的主鏈結110’。也就是說，當交換機150a檢測到其輸出封包的主連接端口 Pm所連接的主鏈結110’失效時，改以冗余連接端口 Pr轉送其在主連接端口 Pm接收到的封包至下一個交換機150b。
[0033]在一般運作時，各交換機150會檢測自身連接狀態(tài)，藉以檢測網絡鏈結(即某一主鏈結110或某一冗余鏈結130)是否失效。
[0034]于此，鏈結失效可包含如連接失敗、裝置失效與連接修正等二交換機之間無法彼此傳遞封包的情形。主鏈結Iio為雙向通訊鏈結，冗余鏈結130亦為雙向通訊鏈結。環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)100實質可為環(huán)狀乙太網絡，包含如網絡線或無線通訊媒介的網絡鏈結(即主鏈結110或冗余鏈結130)與經由網絡鏈結所連結的多個交換機150。
[0035]前述的網絡線可為雙絞線(twisted pair cable)、同軸電纜線(coaxial cable)或光纖網絡線(fiber optic cable)。
[0036]前述的交換機150可為工作于OSI網絡模型的不同層級中。
[0037]圖3為根據(jù)本發(fā)明一實施例的交換機150的內部示意圖。
[0038]如圖3所示，交換機150中各連接端口(即主連接端口 Pm及冗余連接端口 Pr)均包含一開關(SWl?SW4)。二主連接端口 Pm分別包含開關SWl及開關SW2，且開關SWl及開關SW2彼此信號連接。二冗余連接端口 Pr分別包含開關SW3及開關SW4，且開關SW3及開關SW4彼此信號連接。開關SWl與開關SW2之間與開關SW3與開關SW4之間信號連接，藉以于主環(huán)狀網絡Rm與冗余環(huán)狀網絡Rr之間交替?zhèn)鬏?即由主環(huán)狀網絡Rm改為冗余環(huán)狀網絡Rr,或由冗余環(huán)狀網絡Rr改為主環(huán)狀網絡Rm)。
[0039]當交換機150所連接的二主鏈結110均處于工作狀態(tài)時，開關SWl及開關SW2均開啟而使得二主連接端口 Pm接收到的封包可彼此轉送。也就是說，主連接端口 Pm的其中之一所接收到的封包可轉送至主連接端口 Pm的另一。此時，開關SW3及開關SW4均關閉，意即二冗余連接端口 Pr為阻隔端口，不轉送所接收到的封包。
[0040]以圖2所示的交換機150a為例，當主鏈結110’失效時，連接主鏈結110’的主連接端口 Pm轉變?yōu)樽韪舳丝?，且開關SW2關閉，使得二主連接端口 Pm間不再彼此轉送封包。同時，連接冗余鏈結130’的冗余連接端口 Pr轉變?yōu)檗D送端口，且開關SW4開啟，使得主連接端口 Pm所接收到來自交換機150d的封包可經由開關SW1、SW4而于冗余連接端口 Pr轉送至下一個交換機150b。另一方面,于連接冗余鏈結130’的冗余連接端口 Pr接收到的封包，則經由開關SW4、SWl而于主連接端口 Pm轉送至下一個交換機150d。
[0041]相似地，圖2所示的交換機150b因檢測到主鏈結110’失效，而將連接主鏈結110’的主連接端口 Pm轉變?yōu)樽韪舳丝?，且開關SWl關閉，使得交換機150b的二主連接端口 Pm間不再彼此轉送封包。同時，交換機150b連接冗余鏈結130’的冗余連接端口 Pr轉變?yōu)檗D送端口，且開關SW3開啟，使得該冗余連接端口 Pr所接收到的封包可依序經由開關SW3、SW2而于連接正常的主鏈結110的主連接端口 Pm轉送至下一個交換機150c。另一方面，于連接正常的主鏈結110的主連接端口 Pm接收到來自交換機150c的封包，則依序經由開關SW2、SW3而于冗余連接端口 Pr轉送至下一個交換機150a。
[0042]也就是說，當主鏈結110的其中之一(于此為主鏈結110’)失效時，失效的主鏈結110’連接的二主連接端口 Pm成為阻隔端口，而對應失效的主鏈結110’的冗余鏈結130’所連接的二冗余連接端口 Pr成為轉送端口。
[0043]值得注意的是，在一些實施例中，當失效的主鏈結110’修復后，則停留在備援狀態(tài)，而仍由對應的冗余鏈結130’(即連接于相同二交換機150之間的另一網絡鏈結)處于工作狀態(tài)。失效的主鏈結110’待對應的冗余鏈結130’失效時才轉變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)。
[0044]于此，經冗余鏈結130’取代主鏈結110’后的環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)100可繼續(xù)正常運作。若失效的主鏈結110’經修復后馬上由備援狀態(tài)轉變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)，其轉變期間將因無法接收到封包而造成封包遺失。因此，失效的主鏈結110’或失效的冗余鏈結130’經修復后維持在備援狀態(tài)，可避免封包遺失而影響網絡的安定性。
[0045]前述的開關SWl?SW4可包含于如現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(Field ProgrammableGate Array, FPGA)等可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller, PLC)中。
[0046]圖4為根據(jù)本發(fā)明一實施例的對應的主鏈結110及冗余鏈結130均失效的示意圖。
[0047]如圖4所示，相較于圖2，除環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)100的其中之一主鏈結110’失效夕卜，其對應的冗余鏈結130’亦失效。也就是說，二相鄰的交換機150 (于此為交換機150a及150b)之間的主鏈結110’與冗余鏈結130’均失效。
[0048]此時，失效的主鏈結110’所連接的二主連接端口 Pm以及失效的冗余鏈結130’所連接的二冗余連接端口 Pr將被設定為阻隔端口。并且，預設為阻隔端口的主連接端口 Pm轉變?yōu)檗D送端口。冗余環(huán)狀網絡Rr上除前述的二冗余連接端口 Pr外，其余的冗余連接端口 Pr維持原本狀態(tài)，即仍為阻隔端口。
[0049]圖5為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)100示意圖。
[0050]如圖5所示，交換機150除具有前述的主連接端口 110及冗余連接端口 130外，還可包含終端連接端口 170，以連接至使用者端。使用者端可為工業(yè)電腦設備、工作站、服務器或個人電腦等。
[0051]再者，交換機150還可具有介接連接端口 190，以連接至其他網絡300，而與其他網絡300共存。如圖5所示，網絡300可包含但不限于線形網絡、環(huán)狀網絡及本發(fā)明實施例的環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)100等。
[0052]在一些實施例中，交換機150工作于OSI網絡模型的第二層級(即數(shù)據(jù)鏈結層)。各交換機150儲存媒體存取控制地址列表，以記錄網絡中各節(jié)點(如交換機150)的媒體存取控制(Media Access Control，MAC)地址。如圖2所示，檢測到網絡鏈結(即主鏈結110或冗余鏈結130)失效的交換機150a或交換機150b將更新媒體存取控制地址列表，并廣播更新后的媒體存取控制地址列表至其余的交換機150。藉此，其余的交換機150可藉由更新后的媒體存取控制地址列表更新網絡連接狀態(tài)，而無需使各個交換機150均發(fā)送廣播。如此，可減少廣播封包的數(shù)據(jù)量。
[0053]圖6為根據(jù)本發(fā)明一實施例的環(huán)狀網絡的備援方法流程圖(一)。
[0054]如圖6所示，首先，提供多個主鏈結110，以串接多個交換機150而形成主環(huán)狀網絡Rm。其中各主鏈結110使相鄰的交換機150的二主連接端口 Pm的其中之一彼此連接(步驟
5601)。
[0055]接著，提供多個冗余鏈結130，以串接多個交換機150而形成冗余環(huán)狀網絡Rr。其中各冗余鏈結130使相鄰的交換機150的二冗余連接端口 Pr的其中之一彼此連接(步驟
5602)。
[0056]于此，步驟S601與步驟S602的執(zhí)行順序可彼此互換。
[0057]形成主環(huán)狀網絡Rm及冗余環(huán)狀網絡Rr之后，設定主連接端口 Pm的其中之一為阻隔端口，而其余的主連接端口 Pm為轉送端口，以使主鏈結110預設為工作狀態(tài)(步驟S603)。
[0058]并且，設定冗余連接端口 Pr為阻隔端口，以使冗余鏈結130預設為備援狀態(tài)(步驟S604)。
[0059]于此，步驟S603與步驟S604的執(zhí)行順序可彼此互換。
[0060]最后，檢測主鏈結110的連接狀態(tài)(步驟S605)。當檢測到主鏈結110的其中之一(如前述的主鏈結110’)失效時，使對應失效的主鏈結110’的冗余鏈結130’所連接的冗余連接端口 Pr成為轉送端口，藉以使該冗余鏈結130’取代該主鏈結110’而傳遞封包(步驟S606)。
[0061]圖7為根據(jù)本發(fā)明一實施例的環(huán)狀網絡的備援方法流程圖(二)。
[0062]在一些實施例中，如圖7所示，于步驟S606之后，環(huán)狀網絡的備援方法更包含修復失效的主鏈結110’(步驟S607);及使經修復的主鏈結110’所連接的主連接端口 Pm仍維持為阻隔端口，待對應的冗余鏈結130失效時才轉變?yōu)檗D送端口(步驟S608)。
[0063]因此，可避免失效的主鏈結110’由備援狀態(tài)轉變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)的期間，因無法接收到封包而造成封包遺失，造成網絡的安定性受到影響。
[0064]在一些實施例中，如圖7所示，于步驟S606之后，環(huán)狀網絡的備援方法更包含使失效的主鏈結110’連接的交換機150更新媒體存取控制地址列表(步驟S609);及使失效的主鏈結110’連接的交換機150廣播媒體存取控制地址列表至其余的交換機150(步驟S610)。
[0065]因此，無需使各個交換機150均發(fā)送廣播，而可減少廣播封包的數(shù)據(jù)量。
[0066]綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)100，在二交換機之間分別以一主鏈結Iio及一冗余鏈結130連接，藉以形成一雙環(huán)網絡，當二交換機150之間的主鏈結110與冗余鏈結130中之一失效時，可將另一者設定為其失效前的狀態(tài)，以替代傳遞封包，而可維持整體網絡的運作。在環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)100中，只要不要超過二處的二交換機150之間的主鏈結110與冗余鏈結130均失效，即使有多處的主鏈結110或/與冗余鏈結130失效，整體網絡亦可繼續(xù)正常運作。因此，本發(fā)明的環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)100可解決現(xiàn)有的環(huán)狀網絡的可靠性與穩(wěn)定度低的問題。
【權利要求】
1.一種環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)，其特征在于，包含: 多個交換機，各該交換機包含二主連接端口及二冗余連接端口，各該交換機以該二主連接端口分別經由一主鏈結連接至相鄰的該交換機的該些主連接端口的其中之一而串接形成一主環(huán)狀網絡，各該交換機以該二冗余連接端口分別經由一冗余鏈結連接至相鄰的該交換機的該些冗余連接端口的其中之一而串接形成一冗余環(huán)狀網絡，其中該些主鏈結預設為工作狀態(tài)，該些冗余鏈結預設為備援狀態(tài)，當該些主鏈結的其中之一失效時，對應失效的該主鏈結的該冗余鏈結轉變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)。
2.如權利要求1所述的環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)，其特征在于，失效的該主鏈結修復后為備援狀態(tài)，待對應的該冗余鏈結失效時才轉變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)。
3.如權利要求1所述的環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)，其特征在于，該主鏈結與該冗余鏈結皆為雙向通訊鏈結。
4.如權利要求1所述的環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)，其特征在于，失效的該主鏈結連接的該交換機更新一媒體存取控制地址列表，并廣播該媒體存取控制地址列表至其余的該些交換機。
5.如權利要求1所述的環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)，其特征在于，該些主連接端口的其中之一預設為阻隔端口，其余的該些主連接端口預設為轉送端口，且該些冗余連接端口預設為阻隔端口，當該些主鏈結的其中之一失效時，失效的該主鏈結連接的該些主連接端口成為阻隔端口，而對應失效的該主鏈結的該冗余鏈結所連接的該些冗余連接端口成為轉送端□。
6.如權利要求5所述的環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)，其特征在于，當二相鄰的該交換機之間的該主鏈結與該冗余鏈結均失效時，預設為阻隔端口的該主連接端口轉變?yōu)檗D送端口。
7.如權利要求1所述的環(huán)狀網絡的備援系統(tǒng)，其特征在于，該些交換機的其中之一更包含一介接連接端口，以連接該備援系統(tǒng)至外部網絡。
8.—種環(huán)狀網絡的備援方法，其特征在于，包含: 提供多個主鏈結，以串接多個交換機而形成一主環(huán)狀網絡，其中各該主鏈結使相鄰的該交換機的二主連接端口的其中之一彼此連接； 提供多個冗余鏈結，以串接多個交換機而形成一冗余環(huán)狀網絡，其中各該冗余鏈結使相鄰的該交換機的二冗余連接端口的其中之一彼此連接； 設定該些主連接端口的其中之一為阻隔端口，而其余的該些主連接端口為轉送端口，以使該些主鏈結預設為工作狀態(tài)； 設定該些冗余連接端口為阻隔端口，以使該些冗余鏈結預設為備援狀態(tài)； 檢測該些主鏈結的連接狀態(tài)；及 當檢測到該些主鏈結的其中之一失效時，使對應失效的該主鏈結的該冗余鏈結所連接的該些冗余連接端口成為轉送端口。
9.如權利要求8所述的環(huán)狀網絡的備援方法，其特征在于，還包含: 修復失效的該主鏈結 '及 使經修復的該主鏈結所連接的該些主連接端口仍維持為阻隔端口，待對應的該冗余鏈結失效時才轉變?yōu)檗D送端口。
【文檔編號】H04L12/707GK103684952SQ201210330380
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月7日 優(yōu)先權日:2012年9月7日
【發(fā)明者】鮑志雄, 魏良泰 申請人:益網科技股份有限公司