CN102984057A - 一种多业务一体化双冗余网络*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多业务一体化双冗余网络***，由网络核心层、网络接入层和网络用户层通过以太网连接而成；其中网络核心层包括多对核心层交换机，网络接入层包括按业务类型划分的4种接入层交换机，每种接入层交换机成对配置后与一对核心层交换机连接，并提供4种网络业务接口；网络用户层，按业务类型与对应的接入层交换机成对双冗余连接。对所有网络交换传输归纳为四种网络业务，实现多个***的多业务一体化集成设计，按业务设置网络节点；减小了彼此业务间的相互影响，易于分别管理，并按照每种业务的传输特征确定有关网络特性，采用服务区分策略，满足了一体化网络信息承载需求，实现了以业务通信性能优先的目的。

Description

一种多业务一体化双冗余网络***

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，尤其涉及一种多业务一体化双冗余网络***。

背景技术

随着科学技术领域的快速发展，现代工业网络对网络设备的可靠性和有效性的要求越来越高，而目前网络应用一般多是采用总线型结构或星型等结构的单网络连通方式，其中大部分的网络设备都处于同一个机房内。这些网络***相对比较简单，但存在以下缺陷：（1）网络***承载单点故障，无法抗拒灾难性故障，如机房断电、设备瘫痪等。（2）网络设备和网络链路存在着单点故障，其中网络失效的环节/部件有：交换机或其端口、网卡、电缆和连接器等，网络设备故障包括硬件故障和软件故障（如操作***崩溃，内存溢出，路由协议不收敛等）。因此当局部线路或网络节点出现故障时，网络将无法正常通信，这对于一些对实时性、可靠性要求较高的行业（如金融/证券、航空/航天、造船、铁路、国防装备等），这种情况是不可接受的。

为解决上述问题，目前工业领域中常用的冗余技术是双冗余以太网技术，其原理如图1所示，交换机A和交换机B互连构成一交换机组，客户端主机采用双卡a、b分别与交换机A和交换机B相连，形成双连接通道。网络在运行时，一个通道工作，另外一个作为备用通道在网络出现故障时进行切换。该方法能够有效实现网络冗余，保证整个网络的正常通信。但同时存在着一定的缺陷，在该方法中客户端主机负责着所有的综合网络业务传输，包括数据信息传输、视频信息传输、语音信息传输等，由于所有业务数据按统一标准传输，而每种网络业务所要求的传输性能不一（如实时性、可靠性等），例如在传输视频语音的同时，数据传输常常出现“发卡、停顿”现象。这将导致网络的可靠性、实时性受到不利影响，且随着网络应用中通信节点数目以及网络业务的增加，网络的故障率相应较高。因此，急需一种各种网络传输业务分开保障、实时性强、可靠性高的综合一体化网络***。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种多业务一体化双冗余网络***，提高网络可靠性和实时性。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种多业务一体化双冗余网络***，其特征在于：它由网络核心层、网络接入层和网络用户层通过以太网连接而成；其中网络核心层包括多对核心层交换机，网络接入层包括按业务类型划分的4种接入层交换机，每种接入层交换机成对配置后与一对核心层交换机连接，并提供4种网络业务接口；网络用户层，按业务类型与对应的接入层交换机成对双冗余连接。

按上述方案，所述的网络核心层由若干个核心层交换机柜全网状互连而成，每个核心层交换机柜由核心层交换机级联组成。

按上述方案，所述的网络用户层由节点计算机和***业务设备组成，节点计算机与接入层交换机成对双冗余连接，***业务设备按业务类型与节点计算机相连接。

按上述方案，所述的4种接入层交换机为数据业务交换机、传感器视频业务交换机、电视视频业务交换机和语音业务交换机。

本发明的有益效果为：

1、本发明对所有网络交换传输归纳为四种网络业务，用于实现多个***的多业务一体化集成设计，按业务设置网络节点；减小了彼此业务间的相互影响，易于分别管理，并按照每种业务的传输特征确定有关数据流量/数据带宽/数据延时/故障恢复时间等网络特性，采用服务区分策略，满足了一体化网络信息承载需求，实现了以业务通信性能优先的目的。

2、本发明的网络接入层和网络用户层采用双冗余以太网连接，当局部线路或网络节点出现故障时，自动切换到冗余网络，保证整个网络的正常通信；同时网络核心层和网络接入层使用机房备份、设备冗余、物理链路冗余、虚拟链路捆绑等方式进一步提高了网络的可靠性。

3、本发明根据网络传输功能划分的四大业务包容了所有的网络业务应用，不再关注这些业务具体针对哪个***，实时性好，可靠性高，可应用于多种行业领域。

附图说明

图1为传统双冗余以太网***结构示意图。

图2为本发明的网络***层次构成示意图。

图3为网络核心层与接入层的连接示意图。

图4为数据业务交换机与网络用户层的连接示意图。

图5为传感器视频业务交换机与网络用户层的连接示意图。

图6为电视视频业务交换机与网络用户层的连接示意图。

图7为语音业务交换机与网络用户层的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步阐述和说明：

如图2所示，本发明采用电信级以太网网络构建技术，主要包括：网络核心层1，用于支持高速交换网络通信、连接多对网络接入层业务交换机；网络接入层2，用于为网络用户层提供四种网络业务接口，实现网络按功能业务划分而进行传输；网络用户层3，与接入层业务交换机成对双冗余连接，实现网络冗余备份，并负责业务数据信息的处理和传输。

本实施例中，网络核心层由四个全网状互连的10G核心层交换机柜组成。所述的核心层交换机柜由核心层交换机（或核心层网元）级联组成，四个10G的核心交换机柜可根据位置分散的安全抗毁策略安装在不同的机房内。核心层交换机柜之间通过千兆多模光缆全网状连接，可使用诸如Trunk技术和链路捆绑技术来充分利用网络带宽资源。

本实施例中，网络接入层由具体应用所需的多对1G接入层交换机（或网元）组成，根据网络传输业务划分为四种业务接入交换机，并分组成对配置，通过双绞线或光缆与一对核心层交换机柜互连。同时，负责同种网络传输业务的一对接入层交换机之间通过通信电缆相互连接。

为了防止核心层交换机故障（如断电、引擎失效、端口损坏等）影响网络高速交换通信，在核心层交换机和接入层交换机上采用双电源冗余、UPS电源、引擎冗余和模块冗余技术，由芯片控制电源进行负载均衡，当一个电源出现故障时，另一个电源马上可以接管其工作，在更换电源后，又是两个电源同时工作。  

网络用户层由节点计算机和***业务设备组成，节点计算机与接入层业务交换机成对双冗余连接，构成双冗余以太网；***业务设备（数据处理机、雷达视频、红外视频、电视视频、麦克风、电话等）与节点计算机相连接，根据业务划分，将采集到的信息数据传输到对应节点计算机进行数据处理、网络传输等，可为不同的业务制定不同的QoS策略。网络用户层的节点计算机可根据业务需要酌情（非必须）划分成不同的虚拟网VLAN，并可酌情（非必须）采用MPLS/VPN等技术实现应用隔离，方便网络***的管理与维护。所述的网络用户层可为应用服务器、数据库服务器、WEB服务器提供网络接口。

网络交换传输业务根据功能划分为四种网络业务：数据业务、传感器视频业务、电视视频业务和语音业务，因而接入层交换机分类为：数据业务交换机、传感器视频业务交换机、电视视频业务交换机和语音业务交换机。数据信息业务负责传输的数据信息主要包括传感器数据、软件交互数据、控制数据、状态反馈数据、测量定位数据、管理数据等；传感器视频信息业务负责传输的传感器视频信息主要包括雷达视频、红外视频、气象视频等；电视视频信息业务负责传输的电视视频信息主要包括现场监控视频、会议视频等；语音信息业务负责传输的语音信息主要包括用户通信语音、软件合成语音、监控语音等。

网络用户层的节点计算机使用双网络接口（例如共用单IP地址的双网卡单口或单网卡双口）与接入层交换机实现双冗余互连，其中的一条通道运行，另外一条作为热备份。网络运行时，节点计算机的主网络接口监视网络链路是否正常，运行在网络接口上的专用驱动软件监视网络接口的状态是否正常。节点计算机在IP层通过ICMP协议对接入层交换机进行可达性测试，以判断当前使用的网络链路是否正常，若不正常则自动切换到另一链路。根据实际应用的需要，也可酌情指定某一节点临时作为测试发起节点，由该节点采用广播方式周期发送心跳测试消息报。网络节点若能正常接收到心跳测试消息报，则认为当前链路正常；若连续几个周期未收到心跳测试消息报，则认为当前链路故障，并自动切换到另一链路。

若由于交换机、通信线缆或网络接口出现故障而导致链路失效，节点计算机可自动把MAC地址和所有的连接从主网络接口转移到备用网络接口，并把这个备用网络接口输出信流广播出去，通过另一台接入层交换机重建链路，使得通信继续进行下去。

所述的网络节点计算机可采用动态联编的方式指定网络接口的IP地址，使正在运行的网络接口使用一个IP地址，通过地址解析协议（ARP）动态的使网络接口的MAC地址与固定的IP地址联编。通过使用以上方式可使节点计算机都处于同等地位，避免了关联故障，易于***开发和维护。

本***信息安全有保障，在网络端，网络交换设备可接插防火墙硬件卡或安装网络安全硬件模块，可以进行基于协议、基于Mac地址、基于IP地址的包过滤控制功能，实现信息过滤；在用户端，支持自主访问控制策略，可使用诸如以入侵检测分级访问机制安全数据传输为基础的信息安全防护机制，拒绝非法访问。

本发明所涉及到的网络设备、网络技术体制、网络协议和组网、服务策略等根据实际应用的需要，均可酌情采用市场上成熟的商用标准技术和现成货架设备，使用层次化设计，支持国际标准网络接口和协议。

下面结合图3、图4、图5、图6、图7对本发明的各层次之间的网络连接做进一步详细解释。

如图3所示，网络核心层由四个10G核心层交换机柜C构成，核心层交换机柜C之间通过千兆光缆线路全网状互连。所述的核心层交换机柜由核心层交换机（或核心层网元）级联组成，四个10G的核心交换机柜可根据位置分散的安全抗毁策略安装在不同的机房内。核心层交换机之间可使用诸如Trunk技术和链路捆绑技术来充分利用网络带宽资源。核心层交换机上可运行诸如VRRP协议形成热备份为网络接入层提供冗余。网络接入层由多对1G接入层交换机（或网元）组成，根据网络传输业务划分可分为数据业务交换机D、传感器视频业务交换机S、电视视频业务交换机T和语音业务交换机V，每种接入层交换机分组成对配置，通过双绞线或光缆与一对核心层交换机柜互连，其中负责同种网络传输业务的一对接入层交换机之间通过通信电缆相互连接，形成环状网络。整个网络拓扑成对称结构，实现了网络通信的设备冗余和链路冗余。此外，可在接入层交换机上配置HSRP协议，为虚拟网VLAN提供网关备份。

核心层交换机和接入层交换机均采用双电源冗余、UPS电源、引擎冗余和模块冗余技术以提供更多冗余保护。

图4、图5、图6、图7为网络用户层和各个业务接入交换机之间的具体连接示意图。如图中所示，网络用户层由节点计算机e和***业务设备组成，节点计算机e与接入层交换机成对双冗余连接，构成双冗余以太网；***业务设备（传感器视频业务设备s、电视视频业务设备t和语音业务设备v）与节点计算机e相连接，根据业务划分，将采集到的信息数据传输到业务节点计算机进行数据处理、网络传输等，并为不同的业务制定不同的QoS策略，从而提供不同的服务质量。节点计算机可根据业务需要酌情（非必须）划分成不同的虚拟网VLAN，并可酌情（非必须）采用MPLS/VPN等技术实现应用隔离，方便网络***的管理与维护。

网络接入层与网络用户层使用的双冗余连接技术方案具体为：每对业务接入交换机通过通信电缆互连，节点计算机使用双网络接口（例如共用单IP地址的双网卡单口或单网卡双口）与接入层交换机实现双冗余连接，其中的一条通道运行，另外一条作为热备份。在核心设备和网关启用动态路由协议，网络在运行时，节点计算机的主网络接口监视网络链路是否正常，运行在网络接口上的专用驱动软件监视网络接口的状态是否正常。节点计算机在IP层通过ICMP协议对接入层交换机进行可达性测试，以判断当前使用的网络链路是否正常，若不正常则自动切换到另一链路。根据实际应用的需要，也可酌情指定某一节点临时作为测试发起节点，由该节点采用广播方式周期发送心跳测试消息报。网络节点若能正常接收到心跳测试消息报，则认为当前链路正常；若连续几个周期未收到心跳测试消息报，则认为当前链路故障，并自动切换到另一链路。如果由于交换机、通信线缆或网络接口出现故障而导致链路失效，节点计算机自动把MAC地址和所有的连接从主网络接口转移到备用网络接口，并把这个备用网络接口输出信流广播出去，通过另一台接入层交换机重建链路，使得通信继续进行下去。

所述的网络节点计算机可采用动态联编的方式指定网络接口的IP地址，使正在运行的网络接口使用一个IP地址，通过地址解析协议（ARP）动态的使网络接口的MAC地址与固定的IP地址联编。通过使用以上方式可使网络用户层计算机都处于同等地位，避免了关联故障，易于***开发和维护。

Claims (4)

1.一种多业务一体化双冗余网络***，其特征在于：它由网络核心层、网络接入层和网络用户层通过以太网连接而成；其中网络核心层包括多对核心层交换机，网络接入层包括按业务类型划分的4种接入层交换机，每种接入层交换机成对配置后与一对核心层交换机连接，并提供4种网络业务接口；网络用户层，按业务类型与对应的接入层交换机成对双冗余连接。

2.根据权利要求1所述的多业务一体化双冗余网络***，其特征在于：所述的网络核心层由若干个核心层交换机柜全网状互连而成，每个核心层交换机柜由核心层交换机级联组成。

3.根据权利要求1所述的多业务一体化双冗余网络***，其特征在于：所述的网络用户层由节点计算机和***业务设备组成，节点计算机与接入层交换机成对双冗余连接，***业务设备按业务类型与节点计算机相连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的多业务一体化双冗余网络***，其特征在于：所述的4种接入层交换机为数据业务交换机、传感器视频业务交换机、电视视频业务交换机和语音业务交换机。

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