环网冗余

环网冗余是一种以太网高速冗余技术。此项技术不仅能够保证网络在遇到故障时，通讯能在300毫秒内恢复(运用于20个以上交换机时)，还可以在环网链接断开时通过出错继电器、指示灯或SNMP发出警报。一旦出现环网断开的情况，指示灯将会在断开连接交换机上发出警报，激活其状态继电器，将出错信息通过SNMP反馈给用户。1

简介环形网络是使用一个连续的环将每台设备连接在一起。它能够保证一台设备上发送的信号可以被环上其他所有的设备都看到。而环网冗余是指交换机是否支持网络出现线缆连接中断的情况出现时，交换机接收到此信息，激活其后备端口，使网络通信恢复正常运行。同时，网络中7口和8口断开连接的交换机，继电器闭合，指示灯向用户发出错误警报。线缆修复正常后，继电器和指示灯恢复正常状态的功能。

通俗地讲，以太网环冗余技术能够在通信链路发生故障的时候，启用另外一条健全的通信链路，使网络通信的可靠性大大提高。随着以太网在工业控制领域的广泛应用，国内外众多研究机构在网络冗余、容错方面做了大量的工作。各大自动化设备生产厂商也都纷纷提出了自己的网络冗余技术（SW-Ring）解决方案来提高工业以太网的可靠性。2

解决方案以太环网是最简单的环网冗余拓扑结构。在一个环网中，任何一个网络节点都只有两个相邻的节点。在一个
典型的冗余环网中，有一个主交换机。正常工作时，主交换机的其中一个连接端口会被置为阻塞状态，阻止以太网数据帧转发，仅允许转发冗余控制帧，保证了物理上是一个回路，但是没有逻辑回路。这样，在正常情况下，主交换机有一个转发端口 ( 主端口 ) 和一个拥塞端口 ( 次端口 )，环上其他设备节点的两个端口均为转发端口。3

故障检测机制环网冗余的故障检测机制有两种，分别是循环检测和故障告警。冗余环网通常使用其中一种或同时使用两种
机制来检测环网的连通性和故障。4

循环检测通过主设备节点的转发端口周期性地发送检测帧来检测环网故障。如果环网工作正常，那么检测帧在环网一
周后，被主设备节点的次端口接收到。如果在固定时间内，阻塞端口没有接收到检测帧，认为出现网络故障，主设备节点会迅速打开阻塞端口，这样，环网在逻辑上仍然是只有一个线性结构。主设备节点清空 FDB 表 ( 交换机中的 MAC 转发表 )，并发送数据包指示网络上其他节点清空FDB 表。然后，所有交换机学习新的拓扑结构。3

故障告警当环网中的某个交换机检测到其两个端口中的任意一个出现连接故障时，都会给主设备节点发送一个告警信
息。主设备节点接收到告警信息后，迅速打开其拥塞端口，清空 FDB 表。然后，主设备节点向环上所有节点多播数据包，指示节点清空 FDB 表，并学习新的拓扑结构。3

故障恢复机制在处于环故障状态下，主设备节点仍周期性地在主端口上发送检测帧，一旦环故障恢复，下一个检测帧将在
次端口上被接收到，这就会导致主节点回到正常状态，从而次端口在逻辑上将阻塞非控制报文，刷新 FDB 表，发送控制报文到传输节点，指示传输节点刷新其 FDB 表，并重新学习新的网络拓扑。5

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学