CN111447078A - 一种基于组播协议的以太网热备热切换的冗余方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于组播协议的以太网热备热切换的冗余方法，其包括以下步骤：步骤1：构建计算机A与计算机B的网络拓扑结构，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，计算机B的2个以太网接口同时分别连接交换机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；步骤2：计算机A与计算机B之间进行网络报文的发送与接收。本发明完成了计算机A和计算机B之间热备热切换的冗余连接，使得在双冗余链路中在只有1个连接出现故障时，不存在通信中断时间。

Description

一种基于组播协议的以太网热备热切换的冗余方法
技术领域
本发明属于嵌入式软件开发技术领域，涉及一种基于组播协议的以太网热备热切换的冗余方法。
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常用的方法有负载均衡和多网切换的方法。这些常见的方法往往都有一个重要的设计指标——切换时间。也就是说，常见的以太网链路冗余设计，在其中一路链路出现故障时，往往存在一个时间段是通信中断的。这种情况会极大地影响以太网冗余链路的可靠性。
综上所述，设计一种热备热切换的、切换时不存在通信中断的以太网冗余方法，对于提高嵌入式软件***中以太网通信的可靠性是很有意义的。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：提供一种基于组播协议的以太网热备热切换的冗余方法，以实现在单广播域的以太网两路以上的冗余链路中有一路链路发生故障时，以太网通信不存在任何中断时间。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于组播协议的以太网热备热切换的冗余方法，其包括以下步骤：
步骤1：构建计算机A与计算机B的网络拓扑结构
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，计算机B的2个以太网接口同时分别连接交换机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；
步骤2：计算机A与计算机B之间进行网络报文的发送与接收
计算机A通过2个以太网接口向计算机B发送网络报文、计算机B通过2个以太网接口接收并汇总来自计算机A的网络报文的方法，和计算机B通过2个以太网接口向计算机A发送网络报文、计算机A通过2个以太网接口接收并汇总来自计算机B的网络报文的方法相同。
其中，所述计算机A的两个以太网接口和计算机B的两个以太网接口，共计4个以太网接口配置为相同的组播地址。
其中，所述计算机A向计算机B发送网络报文时，网络报文内容追加报文序号，即网络报文的主体包括报文序号和内容两部分。
其中，所述计算机A向计算机B发送一个网络报文，称为一次报文发送；每一次报文发送，有独立的报文序号。
其中，所述计算机A的两个以太网接口记为A1和A2，计算机B的两个以太网接口记为B1和B2；在一次报文发送中，需要发送的网络报文被复制为两个报文序号及内容完全相同的两个网络报文副本，一个报文副本由以太网接口A1通过组播，分发给以太网接口B1和B2；另一个报文副本由以太网接口A2同样通过组播，分发给以太网接口B1和B2。
其中，所述计算机A向计算机B发送一个网络报文，计算机B则由以太网接口B1和B2汇总接收到4个相同的报文副本；报文序号起始位0，由4个字节共16位二进制数组成；在连续N次的报文发送中，一次报文发送的报文序号，是上一次发送的序号加1，报文序号从0到N-1完成发送，即N次报文发送，生成序号从0到N-1的报文4N个。
其中，所述报文序号共16位，其中高3位称为槽号，低13位称为槽内号；计算机B中槽号可接收的槽称为活动的槽，每个槽的大小为2的13次方的大小，共有8192位二进制数字，每一位表示对应槽内的0到8191的槽内号是否接收到。
其中，所述计算机B接收到头槽号的下一个槽号时，则认为原报文接收窗口最末的槽不应该接收，而头槽号下一个槽号的报文开始接收。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的基于组播协议的以太网热备热切换的冗余方法，完成了计算机A和计算机B之间热备热切换的冗余连接，使得在双冗余链路中在只有1个连接出现故障时，不存在通信中断时间。
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；
图2为本发明实施例提供的计算机B融合两路报文方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的计算机B接收窗口滑动的示意图。
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。
本发明实施例提供一种基于组播协议的以太网热备热切换的冗余方法，包括以下步骤：
步骤1：构建计算机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，计算机B的2个以太网接口同时分别连接交换机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。
其中，计算机A的两个以太网接口和计算机B的两个以太网接口，共计4个以太网接口配置为相同的组播地址。本方法中的网络发送和接收都是通过这个组播地址实现的。
步骤2：计算机A与计算机B之间进行网络报文的发送与接收。
本实施例以从计算机A向计算机B发送网络报文为例。网络报文内容要追加报文序号，即网络报文的主体由序号和内容两部分组成。本实施例称由计算机A向计算机B发送一个网络报文，称为一次报文发送。而对于每一次报文发送，都要有独立的报文序号。我们称计算机A的两个以太网接口叫A1和A2，计算机B的两个以太网接口叫B1和B2。本实施例以UDP报文为例。在一次报文发送中，需要发送的网络报文被复制为两个报文序号及内容完全相同的两个网络报文副本。一个报文副本，由以太网接口A1，通过组播，分发给以太网接口B1和B2；另一个报文副本，由以太网接口A2，同样通过组播，分发给以太网接口B1和B2。
在一次报文发送中，计算机A想要向计算机B发送一个网络报文，那么计算机B就会由以太网接口B1和B2汇总接收到4个相同的报文副本。本实施例的报文序号起始位0，由4个字节共16位二进制数组成。那么在连续N次的报文发送中，一次报文发送的报文序号，是上一次发送的序号加一，因此报文序号从0到N-1完成了发送。也就是在N次报文发送，共生成了序号从0到N-1的报文4N个。而每次的报文发送实际上只需要1个报文，后面将会说明如何将4N个报文汇总为N个报文。
对于每一次报文发送，计算机B都要根据收到的报文序号进行报文的过滤。在本实施例中，报文序号共16位，其中高3位称为槽号，低13位称为槽内号。本实施例将计算机B中槽号可接受的槽称为活动的槽，每个槽的大小为2的13次方的大小，共有8192位二进制数字，每一位表示对应槽内的0到8191的槽内号是否接收到。如图3所示，槽号是由0到7顺序循环使用的。本方法活动的槽是多个槽号连续的槽，这些活动的槽称为报文接收窗口。本实施例中报文接收窗口的宽度3，也就是同时接收3个槽号的报文。本方法的初始的报文接收窗口的头槽号是0，在本实施例中报文接收窗口的其他两个活动槽的槽号是6和7，如图3左图的下划线的槽号所示。计算机B中要维护3个槽宽的报文接收窗口，记录窗口内每个槽内号是否接收到过。
对于每一次报文发送，计算机B的处理流程如图2所示。其中，当计算机B接收到了头槽号的下一个槽号，则认为原报文接收窗口最末的槽不应该接收了，而头槽号下一个槽号的报文应该开始接收了，本方法称这个动作为滑动报文接收窗口。
注意本方法中，报文序号的字节长度，报文序号中槽号和槽内号的大小，以及报文接收窗口的宽度，都是可以随着方法应用的实际情况而调整。本实施例只是为了方便说明本方法，而选取了一个使用方法。由计算机B发送给计算机A的方法只是把本实施例所阐释的发送方向调转而已，不再赘述。
综上内容，使用这样的计算机A和计算机B的以太网冗余方法，就能完成计算机A和计算机B之间热备热切换的冗余连接。
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。

Claims (8)

1.一种基于组播协议的以太网热备热切换的冗余方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：构建计算机A与计算机B的网络拓扑结构
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，计算机B的2个以太网接口同时分别连接交换机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；
步骤2：计算机A与计算机B之间进行网络报文的发送与接收
计算机A通过2个以太网接口向计算机B发送网络报文、计算机B通过2个以太网接口接收并汇总来自计算机A的网络报文的方法，和计算机B通过2个以太网接口向计算机A发送网络报文、计算机A通过2个以太网接口接收并汇总来自计算机B的网络报文的方法相同。
2.如权利要求1所述的基于组播协议的以太网热备热切换的冗余方法，其特征在于，所述计算机A的两个以太网接口和计算机B的两个以太网接口，共计4个以太网接口配置为相同的组播地址。
3.如权利要求2所述的基于组播协议的以太网热备热切换的冗余方法，其特征在于，所述计算机A向计算机B发送网络报文时，网络报文内容追加报文序号，即网络报文的主体包括报文序号和内容两部分。
4.如权利要求3所述的基于组播协议的以太网热备热切换的冗余方法，其特征在于，所述计算机A向计算机B发送一个网络报文，称为一次报文发送；每一次报文发送，有独立的报文序号。
5.如权利要求4所述的基于组播协议的以太网热备热切换的冗余方法，其特征在于，所述计算机A的两个以太网接口记为A1和A2，计算机B的两个以太网接口记为B1和B2；在一次报文发送中，需要发送的网络报文被复制为两个报文序号及内容完全相同的两个网络报文副本，一个报文副本由以太网接口A1通过组播，分发给以太网接口B1和B2；另一个报文副本由以太网接口A2同样通过组播，分发给以太网接口B1和B2。
6.如权利要求5所述的基于组播协议的以太网热备热切换的冗余方法，其特征在于，所述计算机A向计算机B发送一个网络报文，计算机B则由以太网接口B1和B2汇总接收到4个相同的报文副本；报文序号起始位0，由4个字节共16位二进制数组成；在连续N次的报文发送中，一次报文发送的报文序号，是上一次发送的序号加1，报文序号从0到N-1完成发送，即N次报文发送，生成序号从0到N-1的报文4N个。
7.如权利要求6所述的基于组播协议的以太网热备热切换的冗余方法，其特征在于，所述报文序号共16位，其中高3位称为槽号，低13位称为槽内号；计算机B中槽号可接收的槽称为活动的槽，每个槽的大小为2的13次方的大小，共有8192位二进制数字，每一位表示对应槽内的0到8191的槽内号是否接收到。
8.如权利要求7所述的基于组播协议的以太网热备热切换的冗余方法，其特征在于，所述计算机B接收到头槽号的下一个槽号时，则认为原报文接收窗口最末的槽不应该接收，而头槽号下一个槽号的报文开始接收。
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