阅读说明：本技术 一种基于广播协议的冗余以太网的链路状态监控系统 (Redundant Ethernet link state monitoring system based on broadcast protocol ) 是由 赵继伟 于 2019-11-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于广播协议的冗余以太网的链路状态监控系统,其包括：在单广播域下的带有两个以太网接口的计算机A与两个以太网接口的计算机B,计算机A和计算机B通过两个以太网接口数大于四个的交换机实现两路冗余以太网的物理连接；计算机A周期性通过两个以太网接口发送广播报文,计算机B通过两个网口接收计算机A的广播报文并根据不同网口接收到的报文数量来评价链路状态。本发明作为以太网主备链路切换的切换依据,既能够感知phy芯片以上的网络层级的故障,又能够与上层软件解耦,保证上层应用的可移植性。(The invention discloses a link state monitoring system of redundant Ethernet based on broadcast protocol, which comprises: under the single broadcast domain, a computer A with two Ethernet interfaces and a computer B with two Ethernet interfaces are arranged, and the computer A and the computer B realize the physical connection of two paths of redundant Ethernet through a switch with the number of the two Ethernet interfaces being more than four; the computer A periodically sends broadcast messages through two Ethernet interfaces, and the computer B receives the broadcast messages of the computer A through two network interfaces and evaluates the link state according to the number of the messages received by different network interfaces. The method is used as a switching basis for switching the Ethernet master link and the Ethernet slave link, can sense the fault of the network level above the phy chip, can be decoupled with upper software, and ensures the transportability of upper application.)

一种基于广播协议的冗余以太网的链路状态监控系统

技术领域

本发明属于嵌入式软件开发技术领域，涉及一种基于广播协议的冗余以太网的链路状态监控系统。

背景技术

在嵌入式开发领域，以太网的应用越来越多。尽管以太网有传输带宽大的优势，但是由于本身不具备错误处理能力，因此在需要传输可靠性的应用场景下需要额外的设计来保证。

以太网最常见的可靠性设计方法就是链路冗余设计。以太网链路冗余设计中常见的方法是主备链路切换——当主链路故障时切换到备用链路。主备链路切换方法中链路状态监控的方法主要有两种。其一是监控以太网链路的物理连接状态，该方法存在的问题是当电缆、对端设备的phy芯片与变压器工作正常，交换或者转发等功能故障时，无法感知错误导致冗余失效；其二是采用网络应用层是否能够正常收到信息来作为切换判据，该方法存在的问题是网络切换功能与上层业务紧密耦合，十分不利于应用程序的可移植性。

综上所述，设计一种能够感知phy芯片以上的网络层级的故障，又不与上层业务相耦合的链路状态监控方法，对于提高嵌入式软件系统中以太网通信的可靠性与可移植性是很有意义的。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种基于广播协议的冗余以太网的链路状态监控系统，实现能够感知phy芯片以上的网络层级的故障，且又不与上层业务相耦合。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供基于广播协议的冗余以太网的链路状态监控系统，其包括：在单广播域下的带有两个以太网接口的计算机A与两个以太网接口的计算机B，计算机A和计算机B通过两个以太网接口数大于四个的交换机实现两路冗余以太网的物理连接；计算机A周期性通过两个以太网接口发送广播报文，计算机B通过两个网口接收计算机A的广播报文并根据不同网口接收到的报文数量来评价链路状态。

其中，所述交换机包括交换机A和交换机B，计算机A的两个以太网接口分别连接交换机A和交换机B，计算机B的两个以太网接口分别连接交换机A和交换机B；交换机A与交换机B之间用两路配置为端口聚合的链路相连接。

本发明还提供一种基于广播协议的冗余以太网的链路状态监控方法，该方法基于权利要求2所述的链路状态监控系统进行，计算机A或计算机B监控两路以太网链路状态的方法，计算机A和计算机B的监控方法相同。

其中，所述计算机B接收来自计算机A的信息的情况下，计算机B的链路状态监控过程为：计算机A的两个网口以n毫秒为周期，分别向交换机A和交换机B发送以太网广播报文，报文内容中包括全广播域唯一的表示计算机A的ID信息，ID信息宽度为x比特；计算机B通过两路以太网网口接收广播域内的广播信息，通过计算机A的ID信息筛选出用于监控与计算机A链路状态的报文，并对每个网口接受到的广播报文进行计数；若某个网口连续m毫秒没有接收到新的链路状态广播报文，则判定该网口所在链路出现故障，m大于2n；若某个网口的接收链路状态广播报文的在一段时间内的平均间隔为N毫秒，N大于n/2，则某个网口在该时间段内存在丢包，丢包率为n/2N。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的基于广播协议的冗余以太网的链路状态监控系统，作为以太网主备链路切换的切换依据，既能够感知phy芯片以上的网络层级的故障，又能够与上层软件解耦，保证上层应用的可移植性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的计算机A与计算机B的网络物理连接示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明提供一种基于广播协议的冗余以太网的链路状态监控系统，参照图1所示，该系统包括在单广播域下的带有两个以太网接口的计算机A与两个以太网接口的计算机B，计算机A和计算机B通过两个以太网接口数大于四个的交换机实现两路冗余以太网的物理连接；计算机A周期性通过两个以太网接口发送广播报文，计算机B通过两个网口接收计算机A的广播报文并根据不同网口接收到的报文数量来评价链路状态。

交换机包括交换机A和交换机B，计算机A的两个以太网接口分别连接交换机A和交换机B，计算机B的两个以太网接口分别连接交换机A和交换机B；交换机A与交换机B之间用两路配置为端口聚合的链路相连接。

本发明还提供一种基于组播协议的以太网热备热切换的冗余方法，包括计算机A与计算机B的网络拓扑结构和网络报文的发送与接收的方法。

第一部分：计算机A与计算机B的网络拓扑结构。

如图1所示，计算机A的2个以太网接口分别连接交换机A和交换机B，同理计算机B；交换机A与交换机B之间用两路配置为端口聚合的链路相连接。

第二部分：计算机A或计算机B监控两路以太网链路状态的方法，计算机A和计算机B的监控方法相同。

本实施例以计算机B希望接收来自计算机A的信息的情况下，计算机B的链路状态监控方法为例，阐述本方法如何监控以太网链路状态。计算机A的两个网口以n毫秒为周期，分别向交换机A和交换机B发送以太网广播报文，报文内容中包括全广播域唯一的表示计算机A的ID信息，ID信息宽度为x比特。

计算机B通过两路以太网网口接收广播域内的广播信息，通过计算机A的ID信息筛选出用于监控与计算机A链路状态的报文，并对每个网口接受到的广播报文进行计数。

若某个网口连续m毫秒没有接收到新的链路状态广播报文，则判定该网口所在链路出现故障，一般m大于2n。某个网口的接收链路状态广播报文的在一段时间内的平均间隔为N毫秒，若N大于n/2，则某个网口在该时间段内存在丢包，丢包率为n/2N。

本方法在同一个广播域中拥有c个网络设备的时候，将会额外占用c×1000÷n×(x+18×8)×4bps的网络带宽，其中18*8表示以太网帧中实际有效的帧格式的其他数据。取一般值，n为10，x为8，则额外占用带宽为0.058c Mbps。在目前普遍的百兆和千兆以太网中，耗费的的带宽可以说是无影响的。

本实施例仅给出一个发送端和一个接收端的情况，本实施例的网络拓扑结构可以扩展为多个设备，并采用相同的监控方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。