環網冗餘

環形網絡是使用一個連續的環將每台設備連接在一起。它能夠保證一台設備上發送的信號可以被環上其他所有的設備都看到。而環網冗餘是指交換機是否支持網絡出現線纜連接中斷的情況出現時，交換機接收到此信息，激活其後備端口，使網絡通信恢復正常運行。同時，網絡中7口和8口斷開連接的交換機，繼電器閉合，指示燈向用户發出錯誤警報。線纜修復正常後，繼電器和指示燈恢復正常狀態的功能。

通俗地講，以太網環冗餘技術能夠在通信鏈路發生故障的時候，啓用另外一條健全的通信鏈路，使網絡通信的可靠性大大提高。隨着以太網在工業控制領域的廣泛應用，國內外眾多研究機構在網絡冗餘、容錯方面做了大量的工作。各大自動化設備生產廠商也都紛紛提出了自己的網絡冗餘技術（SW-Ring）解決方案來提高工業以太網的可靠性。 ^[2] 

以太環網是最簡單的環網冗餘拓撲結構。在一個環網中，任何一個網絡節點都只有兩個相鄰的節點。在一個

典型的冗餘環網中，有一個主交換機。正常工作時，主交換機的其中一個連接端口會被置為阻塞狀態，阻止以太網數據幀轉發，僅允許轉發冗餘控制幀，保證了物理上是一個迴路，但是沒有邏輯迴路。這樣，在正常情況下，主交換機有一個轉發端口 ( 主端口 ) 和一個擁塞端口 ( 次端口 )，環上其他設備節點的兩個端口均為轉發端口。 ^[3] 

環網冗餘的故障檢測機制有兩種，分別是循環檢測和故障告警。冗餘環網通常使用其中一種或同時使用兩種

機制來檢測環網的連通性和故障。 ^[4] 

通過主設備節點的轉發端口週期性地發送檢測幀來檢測環網故障。如果環網工作正常，那麼檢測幀在環網一

周後，被主設備節點的次端口接收到。如果在固定時間內，阻塞端口沒有接收到檢測幀，認為出現網絡故障，主設備節點會迅速打開阻塞端口，這樣，環網在邏輯上仍然是隻有一個線性結構。主設備節點清空 FDB 表 ( 交換機中的 MAC 轉發表 )，併發送數據包指示網絡上其他節點清空FDB 表。然後，所有交換機學習新的拓撲結構。 ^[3] 

當環網中的某個交換機檢測到其兩個端口中的任意一個出現連接故障時，都會給主設備節點發送一個告警信

息。主設備節點接收到告警信息後，迅速打開其擁塞端口，清空 FDB 表。然後，主設備節點向環上所有節點多播數據包，指示節點清空 FDB 表，並學習新的拓撲結構。 ^[3] 

在處於環故障狀態下，主設備節點仍週期性地在主端口上發送檢測幀，一旦環故障恢復，下一個檢測幀將在

次端口上被接收到，這就會導致主節點回到正常狀態，從而次端口在邏輯上將阻塞非控制報文，刷新 FDB 表，發送控制報文到傳輸節點，指示傳輸節點刷新其 FDB 表，並重新學習新的網絡拓撲。 ^[5]