英創(chuàng)信息技術(shù)Linux工控主板的一種環(huán)形菊花鏈網(wǎng)絡(luò)方案介紹

環(huán)形菊花鏈網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)常用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，每個(gè)交換節(jié)點(diǎn)可以方便的接入以太網(wǎng)設(shè)備，構(gòu)成星形結(jié)構(gòu)，而交換節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間相互連接，又構(gòu)成環(huán)形結(jié)構(gòu)。環(huán)形菊花鏈設(shè)備接入方便，減少了單純星形結(jié)構(gòu)冗長的布線。同時(shí)，又能通過交換節(jié)點(diǎn)之間的環(huán)形結(jié)構(gòu)達(dá)到鏈路冗余備份的功能，相對(duì)線性菊花鏈網(wǎng)絡(luò)成本更低。

通常需要采用具有環(huán)網(wǎng)功能的交換機(jī)作為環(huán)形菊花鏈網(wǎng)絡(luò)中的交換節(jié)點(diǎn)，運(yùn)行STP/RSTP/MSTP協(xié)議，以防止二層的廣播風(fēng)暴。英創(chuàng)公司結(jié)合自身產(chǎn)品特點(diǎn)，以EM9287工控主板為核心，提出了一種小型、低成本的環(huán)形菊花鏈組網(wǎng)方案。

英創(chuàng)公司采用Davicom公司的DM8606作為交換芯片（支持RSTP協(xié)議），開發(fā)了一個(gè)小型交換機(jī)環(huán)網(wǎng)擴(kuò)展模塊ETA713。如圖1所示，ETA713具有5個(gè)以太網(wǎng)口，其中P0、P1作為環(huán)網(wǎng)接口，P2、P3作為普通網(wǎng)口，P4作為CPU port，與EM9287的eth0傳輸數(shù)據(jù)。同時(shí)，EM9287通過DM8606的SMI接口對(duì)其進(jìn)行控制。將P0-P3在ETA713的評(píng)估底板上以RJ45的接口引出，可以組建如圖2所示的環(huán)形菊花鏈網(wǎng)絡(luò)。

圖1 EM9287 & ETA713

圖2 EM9287 & ETA713組建環(huán)形菊花鏈網(wǎng)絡(luò)

為防止環(huán)形網(wǎng)絡(luò)可能造成的二層網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，我們移植了RSTP協(xié)議，作為后臺(tái)程序運(yùn)行在EM9287上。RSTP為每個(gè)端口分配一個(gè)端口角色，包括：根端口（ROOT Port）、指定端口（DESIGNED Port）、替換端口（ALTERNATED Port）、備份端口（BACKUP Port）和禁用端口（DISABLED Port）。每個(gè)端口有3個(gè)狀態(tài)：轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)（Forwarding）、學(xué)習(xí)狀態(tài)（Learning）和丟棄狀態(tài)（Discarding）。

RSTP協(xié)議狀態(tài)機(jī)根據(jù)DM8606傳輸過來的BPDU幀，決定端口的角色和狀態(tài)，選擇既非ROOT又非DESIGNED的端口作為ALTERNATED端口，禁止其轉(zhuǎn)發(fā)功能，消除“環(huán)路”，如下圖所示。此時(shí)，如果中斷SW2交換節(jié)點(diǎn)的P1口，其P0口將迅速轉(zhuǎn)變?yōu)镽OOT PORT（P1變?yōu)镈ISABLED Port，不參與RSTP運(yùn)算），SW2的網(wǎng)絡(luò)幀將迅速從P0端口經(jīng)環(huán)路的另一邊傳輸?shù)侥康牡豏OOT BRIDGE。

圖3 網(wǎng)絡(luò)收斂原始狀態(tài)

圖4 中斷SW2 P1后的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)

此外，因?yàn)镽STP是作為后臺(tái)程序運(yùn)行在EM9287上，且CPU占用資源低于1%，EM9287仍然可以運(yùn)行用戶所需的其他應(yīng)用程序。而本質(zhì)上，我們也是用一個(gè)擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)了簡單的環(huán)網(wǎng)交換功能，取代了原來的環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。