專利名稱：：環狀網絡冗余檢查的處理方法
技術領域：
：本發明為一種環狀網絡冗余檢查的處理方法，尤指通過多個環網成員發送控制封包的方式，來增加環狀網絡在冗余檢查時的可靠度，并可使環狀網絡快速恢復正常運作。
背景技術：
：信息科技的日新月異及網際網絡技術的蓬勃發展，人與人之間的溝通更顯便利，通過網絡的技術，可使雙方不受區域范圍的限制而可達成溝通的效果，如此，網絡科技的進步對民眾而言不僅增加了更多便利，對企業來說也具有更經濟及效率的生產方式，目前網絡主要可區分為廣域網絡(WideAreaNetwork，WAN)與區域網絡(LocalAreaNetwork)兩大部份，其中區域網絡為單一公司、廠區、辦公室或校園等較小區域范圍內所使用的網絡系統，而以太網絡(Ethernet)則為目前業界廣范使用的區域網絡技術，且基于以太網絡的傳輸特性，其網絡拓樸(Topology)為星狀或樹狀架構，其中樹狀架構的缺點為當網絡的節點或線路故障時，將造成原本連接一體的網絡被分隔成兩個子網絡，且二者將無法相互通訊。因此，為解決上述以太網絡斷線的問題，便需要在以太網絡上建立冗余(Redundancy)的技術，目前IEEE便制定了802.ID-生成樹協定(SpanningTreeProtocol，STP)，若將生成樹協定運用于多臺以太網絡交換器所建構更大型的網絡架構，如網狀(Mesh)，該網絡架構上的部分連線便會暫時停止收送數據，藉以作為備援路徑，讓網狀連線運作如同樹狀連線一般，當網絡上的節點或路線故障時，生成樹協定會重新計算后，再將部分先前暫時停止收送數據的備援路徑重新恢復成可收送數據的狀態，如此整個網絡便可重新連成一體，此生成樹協定便使以太網絡交換器具備了網絡冗余的功能。然而，目前工業控制設備在實際運作上，并不需要建立較為復雜的網狀以太網絡架構，而簡化成環狀網絡架構，而因考量網絡拓樸為網狀架構而建立的生成樹協定，因網絡斷線到恢復的時間需要較長的時間，便不符所需，之后IEEE便新增了802.1W-快速生成樹協定(R即idSpanningTreeProtocol,RSTP)，此可通過減少連接端口狀態(PortState)的轉換時間及新增替代端口(AlternatePort)或備援端口(BackupPort)來減少收斂時間。然而，因工業控制修復時間分秒必爭的情況下，原本的生成樹協定及快速生成樹協定并無法滿足工業環境下更快速的網絡斷線恢復能力的要求，目前解決的方式為將環狀網絡上的一段連線作為備援的線路，此備援線路只會讓特定的控制封包通過，一般的數據封包會被阻斷而無法通過，使網絡不會形成無限回圈，造成數據風暴，而使用者為可設定其中一臺為冗余管理者，并通過其定期發送控制封包至環狀網絡，當冗余管理者再度接收到此封包時，則表示目前線路正常，如無，則會啟動備援線路，然而，此檢查方式卻容易受到網絡流量的滿載及網絡設備過多，而造成測試封包遺失致使判斷錯誤的情況，此檢查方式，會使冗余管理者驅使備援線路不正常的啟動，此時，環狀網絡將形成回路(Looping)而產生廣播風暴，其表示封包被目標裝置接收后，仍會永無止境地被循環傳送，使環狀網絡形成忙碌狀態，而無法繼續發送下一個封包，上述，則表示此種測試方式可靠度較低，若此種冗余機制運用于企業進行生產、制造的環狀網絡時，便具有發生無法傳輸，機器無法持續工作的風險，如此對企業的利潤及長期利益都將受到極大影響。另一方面，在環狀網絡的架構下控制封包的傳遞通常需要靠每一臺交換器上的處理器收到前一臺交換器送來的控制封包后再轉送到下一臺，然而，通過交換器上的處理器轉送過程會造成一定時間的延遲，當環狀網絡上的交換器越多，累計的延遲時間將影響到網絡斷線時恢復的快速與否。因此，要如何解決上述習用的問題與缺失，即為從事此行業的相關廠商所亟欲研究改善的方向所在。
發明內容發明人有鑒于上述的問題與缺失，乃搜集相關數據，經由多方評估及考量，并以從事于此行業累積的多年研發經驗，設計出此種環狀網絡冗余檢查的處理方法的發明專利。本發明的主要目的乃在于降低環狀網路執行冗余檢查時所可能發生的錯誤機率，而令企業在使用環狀網路傳輸資料或信號時，得以順利執行。本發明所采用的方案在于，提供一種環狀網絡冗余檢查的處理方法，所述環狀網絡中包括有第一交換器和多個第二交換器，且該第一交換器設有二個以上的連接端口，第二交換器也設有二個以上的連接端口，當第一交換器和第二交換器通過競爭選擇后，定義該第一交換器為冗余管理者，而第二交換器則為環網成員，并設定第一交換器其中一個連接端口的連線狀態為阻斷，其余連接端口則為導通。其為利用多個環網成員定期偵測連接端口的連接狀態，并在發生異常時傳輸第五控制封包至冗余管理者，當冗余管理者接收到該第五控制封包時，則會將阻斷的連接端口轉變為導通狀態，藉以啟動備援線路，此種利用多個環網成員傳輸第五控制封包至冗余管理者的方式可有效增加冗余檢查的可靠度，藉以使環狀網絡在執行傳輸時，達到順暢傳輸及降低錯誤機率的功效，且環網成員直接通過實體層偵測連接端口的連接狀態是否發生異常的方式，可使冗余管理者即時得知目前環網成員連接端口的連接狀態，進而快速使環狀網絡恢復正常運作。第一交換器和第二交換器還包括有交換模塊及微處理器，當第一交換器或第二交換器的交換模塊通過連接端口接收到控制封包時，除了傳輸至本身的微處理器做處理外，并同時會直接傳送至下一臺第一交換器或第二交換器，此方式可在具有多臺交換器的環狀網絡架構下，仍有較短的冗余機制處理時間，藉以達到快速啟動備援的效能。本發明的有益效果在于，可增加環狀網絡在冗余檢查時的可靠度，并可使環狀網絡快速恢復正常運作。圖1為本發明環狀網絡冗余檢查的處理方法較佳實施例的示意圖；圖2為本發明環狀網絡冗余檢查的處理方法的競爭選舉流程圖；圖3為本發明環狀網絡冗余檢查的處理方法的回圈檢查流程圖；圖4為本發明環狀網絡冗余檢查的處理方法的連接端口斷線示意圖；圖5為本發明環狀網絡冗余檢查的處理方法的冗余機制處理流程圖6為本發明環狀網絡冗余檢查的處理方法的控制封包傳遞的方塊圖。附圖標記說明l-第一交換器；ll-連接端口；13-交換模塊；12-連接端口；14-微處理器；2-第二交換器；21-連接端口；23-交換模塊；22-連接端口；24-微處理器。具體實施例方式為達成上述目的及功效，本發明所采用的技術手段及其構造，現繪圖就本發明的較佳實施例詳加說明其特征與功能如下，以利于完全了解。請參閱圖l所示，本發明系為一環狀網絡架構，包括有第一交換器l和多個第二交換器2，其中該第一交換器1為設有二個以上的連接端口11、12。多個第二交換器2和第一交換器1為通過有線或無線方式相連，此有線方式包括雙絞線(twistedpaircable)、光纖(fiberopticcable)等，無線方式則為IEEE802.11或802.16等，而第二交換器2至少設有二個以上的連接端口21、22。該第一交換器和第二交換器與電腦裝置、工作站或伺服器等相連接。請參閱圖1、圖2，可由圖中清楚地看出，在穩定狀態下，每個環狀網絡僅會存在有一個冗余管理者(Master)，而可同時具有多個環網成員(Member)，因此便需通過競爭選舉(RingMasterElecting)定義第一交換器1和第二交換器2的冗余管理者和環網成員的角色，該競爭選舉處理流程如下(100)預設環狀網絡上的第一交換器1和第二交換器2皆為冗余管理者。(101)定義第一交換器1的連接端口12的連線狀態為阻斷(Blocking)，且定義該第一交換器l的連接端口11、第二交換器2的連接端口21和連接端口22為導通(Forwarding)。(102)第一交換器1和第二交換器2通過連接端口11、連接端口12、連接端口21或連接端口22發送第一控制封包(CF1)至環狀網絡。(103)第一交換器1和第二交換器2在預設時間內判斷是否通過連接端口11、連接端口12、連接端口21或連接端口22接收到第一控制封包，若否，則進行步驟(102)，若是，則進行步驟(104)。(104)第一交換器1和第二交換器2分別利用第一控制封包與本身的預設值相比較，藉以定義第一交換器1或第二交換器2為冗余管理者或環網成員。(105)若判斷第一交換器1為冗余管理者時，第二交換器2則轉換為環網成員，此時，第二交換器2停止發送第一控制封包至環狀網絡。(106)第一交換器1定期在預設時間內通過連接端口11或連接端口12發送第一控制封包至環狀網絡。(107)第二交換器2判斷第一交換器1是否仍為冗余管理者，若是，則進行步驟(105)，若否，則進行步驟(108)。(108)多個第二交換器2是否轉換為冗余管理者并通過連接端口21或連接端口22傳輸第一控制封包至環狀網絡，若否，則進行步驟(107)，若是，則進行步驟(109)。(109)根據第一控制封包及預設值設定其中的一第二交換器2為冗余管理者，并6定期在預設時間內通過連接端口21或連接端口22傳送第一控制封包至環狀網絡，其它第二交換器2和第一交換器1則轉換為環網成員，并停止發送第一控制封包。上述，當第二交換器2判斷第一交換器1非冗余管理者的方式，如預設時間內并未收到第一交換器傳輸的第一控制封包，或使用者定義的優先條件改變等情況，此時，各第二交換器2會轉換為冗余管理者，而第一控制封包為包括有優先條件(Priority)和網絡實體地址(MacAddress)，預設值則包括有交換器本身的優先條件和網絡實體地址，當交換器收到第一控制封包時則會與本身的預設值相比較，藉以決定該交換器為冗余管理者或環網成員，另，阻斷(Blocking)的連接狀態為備援線路(Backuppath)，而導通(Forwarding)的連接狀態則為正常線路，且阻斷的定義為允許預設封包通過的狀態，而導通的定義則為允許任意封包通過，另步驟(103)、(106)及(109)的預設時間為設計者自行設定，該預設時間的設定值并非用以限定本發明的申請專利范圍。再請參閱圖1、圖3，當競爭選舉結束后，若設定其中一臺第二交換器2為冗余管理者，其余交換器則為環網成員，且維持環狀網絡的連線狀態不變，此時將進行回圈檢查，其程序如下(200)開始。(201)環網成員的連接端口11、連接端口12、連接端口21和連接端口22為正常狀態。(202)環網成員定期通過連接端口11、連接端口12、連接端口21和連接端口22傳輸第二控制封包(CF2)至冗余管理者。(203)冗余管理者判斷是否從連接端口21和連接端口22收到同一臺環網成員傳輸的第二控制封包，若否，則進行步驟(201)，若是，則進行步驟(204)。(204)冗余管理者判定環狀網絡形成回圈，將連接端口21設定為導通，連接端口22設定為阻斷，并通過連接端口21和連接端口22傳輸第三控制封包(CF3)至環狀網絡。(205)環網成員通過多個連接端口收到第三控制封包，便將阻斷狀態的連接端口轉為導通。(206)結束。上述，當第二控制封包為包括有環網成員本身的網絡實體地址(Macaddress)和發送的連接端口(port)編號。另請參閱圖1、圖4和圖5，當競爭選舉結束后，若設定第一交換器1為冗余管理者，第二交換器2為環網成員，且該第一交換器1的連接端口11的連線狀態為導通，連接端口12則為阻斷，其冗余檢查的處理流程如下(300)開始。(301)第二交換器2通過實體層定期檢查連接端口21或連接端口22是否發生異常，若否，則進行步驟(300)，若是，則進行步驟(302)。(302)第二交換器2將發生異常的連接端口設定為阻斷，通過正常的連接端口傳輸第五控制封包(CF5)至第一交換器。(303)第一交換器l通過連接端口ll或連接端口12收到第五控制封包，便將連接端口12轉為導通狀態，再從連接端口ll和連接端口12傳輸第四控制封包至環狀網絡。(304)第二交換器2通過連接端口21或連接端口22接收到第四控制封包后，便更新網絡實體地址表(Macaddresstable)。(;305)結束。上述，當第一交換器l接收到第五控制封包時，便會發送第四控制封包至至環狀網絡上，通知第二交換器2變更路徑，并更新其網絡實體地址表，且當第二交換器2的連接端口21或連接端口22發生異常時，第二交換器2仍會在異常期間定期檢查連接端口的連接狀態，當連接端口21或連接端口22恢復正常時，仍會持續使連接端口21或連接端口22維持在阻斷的連接狀態，此時，第二交換器2便會定期通過連接端口21和連接端口22傳輸第二控制封包至第一交換器l，若第一交換器l通過連接端口ll或連接端口12收到同一臺第二交換器2的第二控制封包時，便會將其中一個連接端口設定為阻斷，并通過連接端口ll或連接端口12發送第四控制封包，藉以更新第二交換器2的網絡實體地址表。另，請參閱圖6，該第一交換器1或第二交換器2可傳送第一控制封包、第二控制封包、第三控制封包、第四控制封包和第五控制封包，當上述的控制封包被第一交換器1或第二交換器2的連接端口11、12、21、22接收時，連接端口11、12、21、22便會將控制封包送至第一交換器1或第二交換器2的交換模塊13、23，之后交換模塊13、23便會通過連接端口傳輸至下一臺第一交換器1或第二交換器2，同時會復制控制封包，并將此復制的控制封包傳輸至第一交換器1或第二交換器2的微處理器14、24，根據本發明較佳實施例的環狀網絡架構中，所設的交換器可為200300臺，然而，冗余機制的執行為可小于20毫秒(millisecond,ms)，如此便可達到快速啟動備援機制，然而上述的較佳實施例并不因此而局限本發明的權利要求范圍，其交換器也可具有1100、100150、300500等情況，而冗余機制的執行時間，也可隨環狀網絡架構所設的交換器多寡而增減。綜上所述，本發明上述環狀網絡冗余檢查的處理方法在使用時，具有下列的優點(—)本發明利用多個環網成員發送控制封包的方式，可增加冗余檢查的可靠度，當環狀網絡過大或網絡流量滿載時，冗余管理者可通過多臺環網成員所傳輸的控制封包來判斷是否啟動備援線路，此方式可降低控制封包遺失的風險，而有效達到環狀網絡順利傳輸的功效。(二)本發明利用環網成員直接通過實體層偵測連接端口的連接狀態，當連接端口11、12、21、22的連接狀態發生異常，便可直接通過傳輸第五控制封包予冗余管理者，使冗余管理者可以較快速度得知目前環網成員連接端口的連接狀態，進而加快環狀網絡回復正常運作的速度。(三)本發明通過第一交換器1或第二交換器2的交換模塊13、23通過連接端口直接傳送下一臺第一交換器1或第二交換器2的方式，可在具有多臺交換器的環狀網絡架構下，仍可以較短的冗余機制處理時間，藉以達到快速啟動備援的效能。以上對本發明的描述是說明性的，而非限制性的，本專業技術人員理解，在權利要求限定的精神與范圍之內可對其進行許多修改、變化或等效，但是它們都將落入本發明的保護范圍內。權利要求一種環狀網絡冗余檢查的處理方法，所述環狀網絡中包括有第一交換器和多個第二交換器，且該第一交換器設有二個以上的連接端口，第二交換器也設有二個以上的連接端口，其特征在于，當第一交換器和第二交換器通過競爭選擇后，定義該第一交換器為冗余管理者，而第二交換器則為環網成員，并設定第一交換器其中一個連接端口的連線狀態為阻斷，其余連接端口則為導通，其冗余檢查機制的處理流程如下(A)開始；(B)第二交換器通過實體層定期檢查連接端口是否發生異常，若否，則進行步驟(A)，若是，則進行步驟(C)；(C)第二交換器將發生異常的連接端口設定為阻斷，通過正常的連接端口傳輸第五控制封包至第一交換器；(D)第一交換器通過連接端口收到第五控制封包后，便將連接端口轉為導通狀態，并從連接端口傳輸第四控制封包至環狀網絡；(E)第二交換器通過連接端口接收到第四控制封包后，便更新網絡實體地址表；(F)結束。2.如權利要求1所述的環狀網絡冗余檢查的處理方法，其特征在于，該冗余管理者的競爭選舉方式如下(Al)預設環狀網絡上的第一交換器及第二交換器皆為冗余管理者；(A2)定義第一交換器的一連接端口的連線狀態為阻斷，且定義其余連接端口為導通；(A3)第一交換器和第二交換器通過連接端口發送第一控制封包至環狀網絡；(A4)第一交換器和第二交換器在預設時間內判斷是否通過連接端口接收到第一控制封包，若否，則進行步驟(A3)，若是，則進行步驟(A5);(A5)第一交換器和第二交換器分別利用第一控制封包與本身的預設值相比較，藉以定義第一交換器和第二交換器為冗余管理者或環網成員；(A6)環網成員停止發送第一控制封包至環狀網絡；(A7)冗余管理者定期發送第一控制封包至環狀網絡；(A8)環網成員判斷冗余管理者是否存在，若是，則進行步驟(A6)，若否，則進行步驟(A9);(A9)多個第二交換器是否轉換為冗余管理者并通過連接端口傳輸第一控制封包至環狀網絡，若否，則進行步驟(A8)，若是，則進行步驟(A10);(A10)根據第一控制封包及預設值設定冗余管理者，并定期傳送第一控制封包至環狀網絡，設定其余交換器為環網成員，而其停止發送第一控制封包。3.如權利要求2所述的環狀網絡冗余檢查的處理方法，其特征在于，步驟(A10)中該第一控制封包及預設值則分別包括有優先條件和網絡實體地址。4.如權利要求2所述的環狀網絡冗余檢查的處理方法，其特征在于，步驟(A8)中該環網成員判斷冗余管理者是否存在的方式，包括有在預設時間內并未收到第一交換器所發送的第一控制封包，或使用者定義的優先條件改變。5.如權利要求2所述的環狀網絡冗余檢查的處理方法，其特征在于，當競爭選舉結束后，若設定其中一臺的第二交換器為冗余管理者，其余交換器則為環網成員，且維持環狀網絡的連線狀態不變，此時將進行回圈檢查，其程序如下(a)環網成員的多個連接端口為正常狀態；(b)環網成員定期通過多個連接端口傳輸第二控制封包至冗余管理者；(c)冗余管理者判斷是否從多個連接端口收到同一臺環網成員所傳輸的第二控制封包，若否，則進行步驟(a)，若是，則進行步驟(d);(d)冗余管理者判定環狀網絡形成回圈，將其中之一的連接端口設定為阻斷，其余連接端口則設定為導通，并通過連接端口傳輸第三控制封包至環狀網絡；(e)環網成員通過多個連接端口收到第三控制封包，便將阻斷狀態的連接端口轉為導通。6.如權利要求1所述的環狀網絡冗余檢查的處理方法，其特征在于，該第一交換器和第二交換器為與電腦裝置、工作站或伺服器相連接。7.如權利要求1所述的環狀網絡冗余檢查的處理方法，其特征在于，該當第二交換器的連接端口發生異常時，第二交換器仍會在異常期間定期檢查連接端口的連接狀態，若異常連接端口恢復正常時，仍會維持該連接端口的阻斷連接狀態，此時，第二交換器便會定期通過連接端口傳輸第二控制封包至第一交換器，若第一交換器通過連接端口收到同一臺第二交換器的第二控制封包時，便會將其中一個連接端口設定為阻斷，并通過連接端口發送第四控制封包，藉以更新第二交換器的網絡實體地址表。8.如權利要求1所述的環狀網絡冗余檢查的處理方法，其特征在于，該第一交換器和第二交換器為包括有交換模塊及微處理器，且第一交換器和第二交換器為通過連接端口相互傳輸第一控制封包、第二控制封包、第三控制封包、第四控制封包及第五控制封包，當第一交換器或第二交換器接收到上述控制封包時，將上述的控制封包傳輸至交換模塊，且交換模塊通過連接端口直接傳送至下一臺第一交換器或第二交換器，同時復制該控制封包并傳輸至微處理器處理。全文摘要本發明有關一種環狀網絡冗余檢查的處理方法，包括有第一交換器和第二交換器，當第一交換器設定為冗余管理者時，多個第二交換器則為環網成員，且第一交換器會將其中的一連接端口設定為阻斷，其余連接端口則設定為導通，該多個第二交換器會定期偵測多個連接端口的連接狀態是否發生異常，當異常發生時，則會傳輸第五控制封包至第一交換器，此時第一交換器便會將連接端口轉為導通狀態，并傳輸第四控制封包至多個第二交換器，藉以更新其網絡實體地址表，此種通過多個環網成員發送控制封包的方式，可降低因網絡流量的滿載及單一網絡設備過多，造成控制封包遺失的情況，如此便可增加環狀網絡在冗余檢查時的可靠度。文檔編號H04L1/22GK101771580SQ20091000190公開日2010年7月7日申請日期2009年1月7日優先權日2009年1月7日發明者凌明煌,陳明泉申請人:四零四科技股份有限公司