[科普中國]-環(huán)網(wǎng)冗余

環(huán)網(wǎng)冗余是一種以太網(wǎng)高速冗余技術(shù)。此項技術(shù)不僅能夠保證網(wǎng)絡(luò)在遇到故障時，通訊能在300毫秒內(nèi)恢復(fù)(運用于20個以上交換機(jī)時)，還可以在環(huán)網(wǎng)鏈接斷開時通過出錯繼電器、指示燈或SNMP發(fā)出警報。一旦出現(xiàn)環(huán)網(wǎng)斷開的情況，指示燈將會在斷開連接交換機(jī)上發(fā)出警報，激活其狀態(tài)繼電器，將出錯信息通過SNMP反饋給用戶。1

簡介環(huán)形網(wǎng)絡(luò)是使用一個連續(xù)的環(huán)將每臺設(shè)備連接在一起。它能夠保證一臺設(shè)備上發(fā)送的信號可以被環(huán)上其他所有的設(shè)備都看到。而環(huán)網(wǎng)冗余是指交換機(jī)是否支持網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)線纜連接中斷的情況出現(xiàn)時，交換機(jī)接收到此信息，激活其后備端口，使網(wǎng)絡(luò)通信恢復(fù)正常運行。同時，網(wǎng)絡(luò)中7口和8口斷開連接的交換機(jī)，繼電器閉合，指示燈向用戶發(fā)出錯誤警報。線纜修復(fù)正常后，繼電器和指示燈恢復(fù)正常狀態(tài)的功能。

通俗地講，以太網(wǎng)環(huán)冗余技術(shù)能夠在通信鏈路發(fā)生故障的時候，啟用另外一條健全的通信鏈路，使網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性大大提高。隨著以太網(wǎng)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)冗余、容錯方面做了大量的工作。各大自動化設(shè)備生產(chǎn)廠商也都紛紛提出了自己的網(wǎng)絡(luò)冗余技術(shù)（SW-Ring）解決方案來提高工業(yè)以太網(wǎng)的可靠性。2

解決方案以太環(huán)網(wǎng)是最簡單的環(huán)網(wǎng)冗余拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在一個環(huán)網(wǎng)中，任何一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都只有兩個相鄰的節(jié)點。在一個
典型的冗余環(huán)網(wǎng)中，有一個主交換機(jī)。正常工作時，主交換機(jī)的其中一個連接端口會被置為阻塞狀態(tài)，阻止以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)，僅允許轉(zhuǎn)發(fā)冗余控制幀，保證了物理上是一個回路，但是沒有邏輯回路。這樣，在正常情況下，主交換機(jī)有一個轉(zhuǎn)發(fā)端口 ( 主端口 ) 和一個擁塞端口 ( 次端口 )，環(huán)上其他設(shè)備節(jié)點的兩個端口均為轉(zhuǎn)發(fā)端口。3

故障檢測機(jī)制環(huán)網(wǎng)冗余的故障檢測機(jī)制有兩種，分別是循環(huán)檢測和故障告警。冗余環(huán)網(wǎng)通常使用其中一種或同時使用兩種
機(jī)制來檢測環(huán)網(wǎng)的連通性和故障。4

循環(huán)檢測通過主設(shè)備節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)端口周期性地發(fā)送檢測幀來檢測環(huán)網(wǎng)故障。如果環(huán)網(wǎng)工作正常，那么檢測幀在環(huán)網(wǎng)一
周后，被主設(shè)備節(jié)點的次端口接收到。如果在固定時間內(nèi)，阻塞端口沒有接收到檢測幀，認(rèn)為出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，主設(shè)備節(jié)點會迅速打開阻塞端口，這樣，環(huán)網(wǎng)在邏輯上仍然是只有一個線性結(jié)構(gòu)。主設(shè)備節(jié)點清空 FDB 表 ( 交換機(jī)中的 MAC 轉(zhuǎn)發(fā)表 )，并發(fā)送數(shù)據(jù)包指示網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點清空FDB 表。然后，所有交換機(jī)學(xué)習(xí)新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。3

故障告警當(dāng)環(huán)網(wǎng)中的某個交換機(jī)檢測到其兩個端口中的任意一個出現(xiàn)連接故障時，都會給主設(shè)備節(jié)點發(fā)送一個告警信
息。主設(shè)備節(jié)點接收到告警信息后，迅速打開其擁塞端口，清空 FDB 表。然后，主設(shè)備節(jié)點向環(huán)上所有節(jié)點多播數(shù)據(jù)包，指示節(jié)點清空 FDB 表，并學(xué)習(xí)新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。3

故障恢復(fù)機(jī)制在處于環(huán)故障狀態(tài)下，主設(shè)備節(jié)點仍周期性地在主端口上發(fā)送檢測幀，一旦環(huán)故障恢復(fù)，下一個檢測幀將在
次端口上被接收到，這就會導(dǎo)致主節(jié)點回到正常狀態(tài)，從而次端口在邏輯上將阻塞非控制報文，刷新 FDB 表，發(fā)送控制報文到傳輸節(jié)點，指示傳輸節(jié)點刷新其 FDB 表，并重新學(xué)習(xí)新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)