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1、本文格式为Word版，下载可任意编辑工业以太网冗余原理分析 1、引言 在一个桥接的局域网里，为了增加牢靠性，必定要建立一个冗余的路径，网段会用冗余的网桥连接。但是，在一个透亮桥桥接的网络里，存在冗余的路径就能建立一个桥回路，桥回路对于一个局域网是致命的。它会带来如下问题：A.广播风暴B.同一帧的多份拷贝C.不稳定的MAC地址表因此，在交换网络中必需有一个机制来阻挡回路。2、生成树协议生成树协议就是IT界中常用的机制.生成树协议是一种桥嵌套协议，在IEEE802.1d规范里定义，可以用来消退桥回路。它的工作原理是这样的：生成树协议定义了一个数据包，叫做桥协议数据单元BPDU（BridgeProt
2、ocolDataUnit）。网桥用BPDU来相互通信，并用BPDU的相关机能来动态选择根桥和备份桥。但是由于从中心桥到任何网段只有一个路径存在，所以桥回路被消退。在一个生成树环境里，桥不会马上开头转发功能，它们必需首先选择一个桥为根桥，然后建立一个指定路径。在一个网络里边拥有最低桥ID的将变成一个根桥，全部的生成树网络里面只有一个根桥。根桥的主要职责是定期发送配置信息，然后这种配置信息将会被全部的指定桥发送。这在生成树网络里面是一种机制，一旦网络结构发生变化，网络状态将会重新配置。当选定根桥之后，在转发数据包之前，它们必需打算每一个网段的指定桥，运用生成树的这种算法，根桥每隔2秒钟从它全部的端
3、口发送BPDU包，BPDU包被全部的桥从它们的根端口复制过来，根端口是接根桥的那些桥端口。BPDU包括的信息叫做端口的COST，网络管理员安排端口的COST到全部的桥端口，当根桥发送BPDU的时候，根桥设置它的端口值为零。然后沿着这条路径，下一个桥增加它的配置端口COST为一个值，这个值是它接收和转发数据包到下一个网段的值。这样每一个桥都增加它的端口的COST值为它所接收的BPDU的包的COST值，全部的桥都检测它们的端口的COST值，拥有最低端口的COST值的桥就变为了指定的桥。拥有比较高端口COST值的桥置它的端口进入堵塞状态，变为了备份桥。在堵塞状态，一个桥停止了转发，但是它会连续接收和
4、处理BPDU数据包。IEEE802.1D规范包括了生成树算法（SpanningTreeAlgorithm，STA），这是一种确保转发循环永久不会发生的机制。STA使用网桥协议数据单元（BridgeProtocolDataUnits，BPDU），自动配置网桥上处于转发或堵塞状态的独立端口。BPDU是网桥发送到一个已保存的多播MAC地址（对于以太网，这个地址是01-80-C2-00-00-00）的消息，全部透亮网桥都会侦听该地址。在堵塞状态下，端口不会获悉或转发已接收到的帧。STA的最终结果是一个无循环的桥接环境，不管局域网网段拓扑结构是否转变，这个环境总是始终存在。生成树算法,打算了网络链路故障
5、恢复时间,最少不低于15秒。生成树的状态:运行生成树协议的交换机上的端口，总是处于下面五个状态中的一个：堵塞：全部端口以堵塞状态启动以防止回路，由生成树确定哪个端口切换为转发状态，处于堵塞状态的端口不转发数据帧但可接受BPDU。监听：不转发数据帧，但检测BPDU（临时状态）。学习：不转发数据帧，但学习MAC地址表（临时状态）。转发：可以传送和接受数据数据帧。禁用：通常由于端口故障或交换机配置错误引起.3、Supreme-Ring协议Supreme-Ring协议是在工业以太网使用的冗余机制。Supreme-Ring协议和生成树协议有点相像，Supreme-Ring协议也定义了一种数据包，称为HE
6、LLO包，又称为WD包（WatchDogPackets)。交换机之间用HELLO包通信，在主交换机上动态选择主链路和备份链路。但是由于从中心桥到任何网段只有一个路径存在，所以桥回路被消退。在工业冗余环网网络环境里,交换机不会马上开头转发功能,主交换机(Local)由手动指定,选择主链路和备份链路建立一个指定路径,由Supreme-Ring协议自动指定。一个工业冗余环网网络里面只能有一个主交换机(Local)。主交换机(Local)会定期发送配置信息，这种配置信息将会被全部的从交换机（Remote）发送。一旦网络结构发生变化，网络状态将会重新配置。当指定主交换机(Local)之后，在转发数据包之
7、前，全部端口都以堵塞方式启动。运用Supreme-Ring算法，主交换机(Local)选择最低COST值的端口作为主链路，另一条COST值高的端口作为备份链路。备份链路不转发数据，只接收和处理HELLO包，处于热备（HotStandby）状态。从交换机（Remote）没有主链路和备份链路的区分。Supreme-Ring协议是一种简洁高效的冗余协议，能够保证环网在链路故障时，在300ms之内恢复网络通信。Supreme-Ring的状态：运行Supreme-Ring协议的交换机上的端口，总是处于下面四个状态中的一个：堵塞：全部端口以堵塞状态启动以防止回路，处于堵塞状态的端口不转发数据帧但可接受HELLO包。热备：不转发数据帧，但学习MAC地址表，在主链路故障时，在300ms之内，立即进入转发状态。转发：可以传送和接受数据数据帧。禁用：通常由于端口故障或交换机配置错误引起。4、结束语工业网络环境需要快速反应冗余机制，生成树协议的15秒恢复时间，不能满意工业环境要求。只有采纳Supreme-Ring协议才是工业网络环境的最佳冗余机制。 第 1 页 共 1 页
