本發(fā)明涉及通訊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有故障保護功能的環(huán)網(wǎng)及用于環(huán)網(wǎng)的故障保護方法。

背景技術(shù)：
一般網(wǎng)絡采用星型拓撲結(jié)構(gòu)，每個設備和交換機使用一根網(wǎng)線連接，這樣的拓撲結(jié)構(gòu)不僅需要使用數(shù)量可觀的網(wǎng)線，而且任何一根網(wǎng)線故障都導致網(wǎng)絡功能異常?？勺杂沫h(huán)網(wǎng)可以在不利用更昂貴設備的情況下從光纖斷路中恢復，而且可以共享光纖的帶寬，同時減少同一鏈路上網(wǎng)線接口的數(shù)量。用環(huán)形結(jié)構(gòu)可以提高網(wǎng)絡的生存能力。采用環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡可以使用標準RSTP協(xié)議，標準RSTP協(xié)議具有冗余備份和鏈路切換功能，不過鏈路切換的時間在幾秒到幾十秒之間，自愈時間太長不能滿足工業(yè)要求。授權(quán)公告號為CN103701677A的發(fā)明提出了一種環(huán)網(wǎng)保護方法、網(wǎng)絡節(jié)點及環(huán)網(wǎng)絡。其中方法包括：當環(huán)網(wǎng)發(fā)生故障時，網(wǎng)絡節(jié)點接收檢測到故障的節(jié)點所發(fā)送的環(huán)網(wǎng)保護倒換請求消息，所述環(huán)網(wǎng)保護倒換請求消息中攜帶所述環(huán)網(wǎng)保護倒換請求消息的源、宿節(jié)點信息；根據(jù)所述源、宿節(jié)點信息，確定故障位置，根據(jù)所確定的故障位置，選擇保護隧道，將業(yè)務倒換到所選擇的保護隧道；所選擇的保護隧道是所述網(wǎng)絡節(jié)點與源節(jié)點間鏈路的鏈路保護隧道，或者所述網(wǎng)絡節(jié)點與源節(jié)點間短徑上的中間節(jié)點的節(jié)點保護隧道。該發(fā)明在流數(shù)據(jù)量大，設備分布距離遠，要求網(wǎng)線接口少以及快速自愈的要求高的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中還受到一定的限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種具有故障保護功能的環(huán)網(wǎng)及用于環(huán)網(wǎng)的故障保護方法。一種具有故障保護功能的環(huán)網(wǎng)，包括交換機和若干個節(jié)點，每個節(jié)點具有三個端口，分別為第一端口、第二端口和第三端口，其中第一端口與相應的CPU相連，相鄰節(jié)點通過各自的第二端口和第三端口相互連接，其特征在于，環(huán)網(wǎng)中第一個節(jié)點通過第三端口與交換機相連，以第一個節(jié)點作為主節(jié)點；所述的環(huán)網(wǎng)包括兩個工作狀態(tài)，分別為正常狀態(tài)和備用狀態(tài)，正常狀態(tài)下各個節(jié)點按照環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)流向通過交換機進行數(shù)據(jù)傳輸，備用狀態(tài)下各個節(jié)點按照任意方向通過交換機進行數(shù)據(jù)傳輸；所述的主節(jié)點用于檢測環(huán)網(wǎng)是否存在故障點，并根據(jù)故障點的位置更新各個節(jié)點的端口狀態(tài)和路由表使環(huán)網(wǎng)工作于備用狀態(tài)。環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)流向為環(huán)網(wǎng)的重要參數(shù)，通常為逆時針方向，正常狀態(tài)下環(huán)網(wǎng)中各個節(jié)點按照環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)流向通過交換機進行數(shù)據(jù)傳輸，當環(huán)網(wǎng)存在故障點時，按照環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)流向部分節(jié)點無法達到交換機，因此不能通過交換機進行數(shù)據(jù)傳輸，此時通過改變節(jié)點的路由表重新選擇路徑，使節(jié)點能夠繼續(xù)通過交換機進行數(shù)據(jù)傳輸(不需要考慮數(shù)據(jù)傳輸方向，順時針逆時針均可)。本發(fā)明的環(huán)網(wǎng)具有正常工作狀態(tài)和備用狀態(tài)，通過設置主節(jié)點和從節(jié)點，以主節(jié)點作為環(huán)網(wǎng)控制節(jié)點，通過主節(jié)點檢測環(huán)網(wǎng)是否存在故障，在故障時根據(jù)故障點位置將環(huán)網(wǎng)切換至備用狀態(tài)，從而使環(huán)網(wǎng)存在故障點時仍然能夠進行數(shù)據(jù)傳輸，防止數(shù)據(jù)丟失，提高了環(huán)網(wǎng)的可靠性。本發(fā)明中所指的節(jié)點的端口狀態(tài)是指各個節(jié)點內(nèi)部各個端口之間的導通狀態(tài)。環(huán)網(wǎng)發(fā)生故障時，通過查詢數(shù)據(jù)傳輸過程中所有節(jié)點(包括主節(jié)點和從節(jié)點)以及交換機的在進行數(shù)據(jù)交換使保留的日志或接收到的從節(jié)點的檢測結(jié)果，確定故障點的位置。本發(fā)明的環(huán)網(wǎng)中必須有且只有一個主節(jié)點，從節(jié)點數(shù)可以為零，具體數(shù)量根據(jù)需要確定。所述主節(jié)點具有三個狀態(tài)，分別為CS狀態(tài)、FS狀態(tài)和BS狀態(tài)，其中：CS狀態(tài)下，第一端口與第二端口雙向?qū)?，第三端口到第一端口單向?qū)?，第二端口與第三端口不導通；FS狀態(tài)下，第一端口與第二端口雙向?qū)?，第三端口到第一端口雙向?qū)?，第二端口與第三端口雙向?qū)ǎ籅S狀態(tài)下，第一端口與第二端口雙向?qū)ǎ谌丝诘降谝欢丝陔p向?qū)?，第二端口與第三端口不導通。所述從節(jié)點具有兩個狀態(tài)，分別為link-up狀態(tài)和link-down狀態(tài)，其中：link-up狀態(tài)下，第一端口與第二端口雙向?qū)ǎ谌丝诘降谝欢丝陔p向?qū)?，第二端口與第三端口雙向?qū)ǎ籰ink-down狀態(tài)下，第一端口與第二端口雙向?qū)?，第三端口到第一端口雙向?qū)ǎ诙丝谂c第三端口不導通。正常狀態(tài)下主節(jié)點處于CS狀態(tài)，從節(jié)點處于link-up狀態(tài)；備用狀態(tài)下主節(jié)點和從節(jié)點的狀態(tài)取決于故障點的位置：若故障點位于主節(jié)點和交換機之間，則主節(jié)點處于BS狀態(tài)，從節(jié)點處于link-up狀態(tài)；否則，主節(jié)點處于FS狀態(tài)，故障點對應的從節(jié)點處于link-down狀態(tài)，其余從節(jié)點處于link-up狀態(tài)。通過調(diào)控主節(jié)點和從節(jié)點的端口狀態(tài)，在不同情況下形成不同的數(shù)據(jù)傳輸通路，進一步根據(jù)各個節(jié)點的路由表的更新，在存在故障點時也能夠使節(jié)點具有數(shù)據(jù)傳輸通路，防止數(shù)據(jù)丟失，且在備用狀態(tài)下根據(jù)故障點的位置有針對性的設置各個節(jié)點的端口連接狀態(tài)，能夠有效防止環(huán)網(wǎng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)阻塞。所述的環(huán)網(wǎng)還設有中間狀態(tài)，中間狀態(tài)下主節(jié)點處于BS狀態(tài)，從節(jié)點按照任意方向通過交換機進行數(shù)據(jù)傳輸，從節(jié)點處于link-up狀態(tài)；當故障點不位于主節(jié)點與交換機之間時，故障點被修復后，主節(jié)點通過更新主節(jié)點和故障點對應的從節(jié)點的狀態(tài)使環(huán)網(wǎng)從備用狀態(tài)切換至中間狀態(tài)，待主節(jié)點確定環(huán)網(wǎng)不存在故障后，再更新各個節(jié)點的狀態(tài)和路由表，使環(huán)網(wǎng)從中間狀態(tài)切換至正常狀態(tài)。當故障點不在主節(jié)點和交換機之間時，在故障點被修復后，將環(huán)網(wǎng)的工作狀態(tài)由備用狀態(tài)切回至工作狀態(tài)時，為保證環(huán)網(wǎng)的可靠性，可進一步確定故障點是否修復成功，確定修復成功后才切換至正常狀態(tài)，由于備用狀態(tài)下第二端口和第三端口雙向?qū)?，若此時故障點確實已修復成功，若在檢測確定修復是否成功時繼續(xù)采用備用狀態(tài)，勢必會造成數(shù)據(jù)在環(huán)網(wǎng)鏈路上形成廣播風暴，因此先將環(huán)網(wǎng)從備用狀態(tài)切換至中間狀態(tài)，使第二端口和第三端口不導通，這樣有效避免了在等待確定故障點是否修復成功時，形成廣播風暴，當確定故障點修復成功后再切換至正常狀態(tài)。本發(fā)明還提供了一種用于環(huán)網(wǎng)的故障保護方法，所述的環(huán)網(wǎng)包括交換機和若干個節(jié)點，每個節(jié)點具有三個端口，分別為第一端口、第二端口和第三端口，其中第一端口與相應的CPU相連，相鄰節(jié)點通過各自的第二端口和第三端口相互連接，其特征在于，環(huán)網(wǎng)中第一個節(jié)點通過第三端口與交換機相連，以第一個節(jié)點作為主節(jié)點，其余節(jié)點作為從節(jié)點，包括：(1)檢測環(huán)網(wǎng)是否存在故障點，若存在故障點則進一步確定故障點的位置；(2)根據(jù)故障點的位置更新各個節(jié)點的端口狀態(tài)和路由表使環(huán)網(wǎng)工作于備用狀態(tài)：若故障點位于主節(jié)點和交換機之間，則將主節(jié)點由CS狀態(tài)切換至BS狀態(tài)；否則，將主節(jié)點由CS狀態(tài)切換至FS狀態(tài)，將故障點對應的從節(jié)點從link-up狀態(tài)切換至link-down狀態(tài)，并更新各個節(jié)點的路由表，使各個節(jié)點按照任意方向通過交換機進行數(shù)據(jù)傳輸。該方法的默認初始狀態(tài)下環(huán)網(wǎng)無故障點，工作于正常狀態(tài)。在實際應用中可能同時出現(xiàn)多個故障點，當出現(xiàn)多個故障點時，當不存在位于主節(jié)點和交換機之間的故障點時(即所有故障點均位于節(jié)點之間)，所有故障點同時處理，且處理過程與處理同一個故障點的過程相同，只不過處理過程中每一步針對所有故障點對應的從節(jié)點進行相同的操作。當存在位于主節(jié)點和交換機之間的故障點時，按照只有一個故障點且位于主節(jié)點和交換機之間的情況切換至備用狀態(tài)即可。當環(huán)網(wǎng)工作于備用狀態(tài)時，若故障點被修復，則將環(huán)網(wǎng)從備用狀態(tài)切換至正常狀態(tài)：若故障點位于主節(jié)點和交換機之間，將主節(jié)點由BS狀態(tài)切換至CS狀態(tài)；否則，進行如下操作：(2-1)將主節(jié)點由FS狀態(tài)切換至BS狀態(tài)，將故障點對應的從節(jié)點從link-down狀態(tài)切換至link-up狀態(tài)；(2-2)待檢測到環(huán)網(wǎng)不存在故障點后，更新各個節(jié)點的路由表使所有從節(jié)點按照環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)流向通過交換機進行數(shù)據(jù)傳輸。若步驟(2-2)中檢測到環(huán)網(wǎng)仍然存在故障，則返回執(zhí)行步驟(1)。對于多個的故障點的情況，設定位于主節(jié)點和交換機之間的故障點的優(yōu)先級高，其余的故障點優(yōu)先級相同。當同時存在位于主節(jié)點和交換機之間的故障點和不位于主節(jié)點和交換機之間的故障點時，先按照一個位于主節(jié)點和交換機之間的故障點的故障恢復過程進行處理，然后再逐個處理其他故障點，當所有故障點處理完畢后，環(huán)網(wǎng)切換至正常狀態(tài)。所述步驟(1)中通過以下方法檢測環(huán)網(wǎng)是否存在故障：主節(jié)點按照第一頻率通過第二端口廣播鏈路數(shù)據(jù)檢測包，若第三端口連續(xù)n次未接收到的鏈路數(shù)據(jù)檢測包，則認為環(huán)網(wǎng)發(fā)生故障，或者，從節(jié)點按照第二頻率檢測自身是否發(fā)生故障，一旦檢測到自身發(fā)生故障，則反饋給主節(jié)點，主節(jié)點接收到從節(jié)點的反饋則認為環(huán)網(wǎng)發(fā)生故障。所述的第一頻率為1s/次，第二頻率為200ms/次。通常第一頻率低于第二頻率，利用從節(jié)點自身檢測故障并反饋給主節(jié)點的目的是提高故障檢測的速率，相對于通過提高主節(jié)點發(fā)送鏈路數(shù)據(jù)檢測包來提高檢測效率的做法能夠降低環(huán)網(wǎng)的數(shù)據(jù)量，減小檢測的網(wǎng)絡消耗(時間和帶寬)。通過采用兩種故障檢測方法，能夠提高檢測結(jié)果的準確性。且主節(jié)點在連續(xù)3～5次未接收到鏈路數(shù)據(jù)檢測包才確定環(huán)網(wǎng)故障，進一步提高了檢測結(jié)果的準確性，同樣，也可以使從節(jié)點在連續(xù)3～5次檢測到自身故障后才將故障反饋給主節(jié)點。為進一步降低網(wǎng)絡消耗，當環(huán)網(wǎng)處于備用狀態(tài)時，主節(jié)點不再發(fā)送鏈路數(shù)據(jù)檢測包檢測環(huán)網(wǎng)是否存在節(jié)點，從節(jié)點不再將檢測到自身故障時，不再將檢測結(jié)果發(fā)送給主節(jié)點，直至故障點被修復后將被修復的信息反饋給主節(jié)點，當主節(jié)點接收到從節(jié)點發(fā)送的故障點被修復的信息時，主節(jié)點才開始重新發(fā)送鏈路數(shù)據(jù)檢測包。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：可以在環(huán)網(wǎng)發(fā)生單個或者多個鏈路故障時自動處理是環(huán)網(wǎng)工作于備用狀態(tài)，防止故障時數(shù)據(jù)丟失，并且在故障恢復時迅速將環(huán)網(wǎng)由備用狀態(tài)切換至正常狀態(tài)，且在環(huán)網(wǎng)由備用狀態(tài)切換至正常狀態(tài)時通過設置中間狀態(tài)，防止出現(xiàn)廣播風暴，最大限度地保證環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。具體實施方式下面將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。一種具有故障保護功能的環(huán)網(wǎng)，包括交換機和若干個節(jié)點，每個節(jié)點具有三個端口，分別為第一端口、第二端口和第三端口，其中第一端口與相應的CPU相連，相鄰節(jié)點通過各自的第二端口和第三端口相互連接，環(huán)網(wǎng)中第一個節(jié)點通過第三端口與交換機相連，以第一個節(jié)點作為主節(jié)點，其余節(jié)點作為從節(jié)點，該環(huán)網(wǎng)包括兩兩個工作狀態(tài)，分別為正常狀態(tài)和備用狀態(tài)，正常狀態(tài)下各個節(jié)點按照環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)流向通過交換機進行數(shù)據(jù)傳輸，備用狀態(tài)下各個節(jié)點按照任意方向通過交換機進行數(shù)據(jù)傳輸；主節(jié)點用于檢測環(huán)網(wǎng)是否存在故障點，并根據(jù)故障點的位置更新各個節(jié)點的端口狀態(tài)和路由表使環(huán)網(wǎng)的工作于備用狀態(tài)。主節(jié)點具有三個狀態(tài)，分別為CS狀態(tài)、FS狀態(tài)和BS狀態(tài)，其中：CS狀態(tài)下，第一端口與第二端口雙向?qū)?，第三端口到第一端口單向?qū)?，第二端口與第三端口不導通；FS狀態(tài)下，第一端口與第二端口雙向?qū)?，第三端口到第一端口雙向?qū)ǎ诙丝谂c第三端口雙向?qū)?；BS狀態(tài)下，第一端口與第二端口雙向?qū)?，第三端口到第一端口雙向?qū)ǎ诙丝谂c第三端口不導通。從節(jié)點具有兩個狀態(tài)，分別為link-up狀態(tài)和link-down狀態(tài)，其中：link-up狀態(tài)下，第一端口與第二端口雙向?qū)?，第三端口到第一端口雙向?qū)?，第二端口與第三端口雙向?qū)ǎ籰ink-down狀態(tài)下，第一端口與第二端口雙向?qū)ǎ谌丝诘降谝欢丝陔p向?qū)?，第二端口與第三端口不導通。環(huán)網(wǎng)包括兩三個工作狀態(tài)，分別為正常狀態(tài)、備用狀態(tài)和中間狀態(tài)：正常狀態(tài)下各個節(jié)點按照環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)流向通過交換機進行數(shù)據(jù)傳輸，備用狀態(tài)下各個節(jié)點按照任意方向通過交換機進行數(shù)據(jù)傳輸；本實施例中環(huán)網(wǎng)還設有中間狀態(tài)，中間狀態(tài)下主節(jié)點處于BS狀態(tài)，從節(jié)點按照任意方向通過交換機進行數(shù)據(jù)傳輸，從節(jié)點處于link-up狀態(tài)；當故障點不位于主節(jié)點與交換機之間時，故障點被修復后，主節(jié)點通過更新主節(jié)點和故障點對應的從節(jié)點的狀態(tài)使環(huán)網(wǎng)從備用狀態(tài)切換至中間狀態(tài)，待主節(jié)點確定環(huán)網(wǎng)不存在故障后，再更新各個節(jié)點的狀態(tài)和路由表，使環(huán)網(wǎng)從中間狀態(tài)切換至正常狀態(tài)。假設初始狀態(tài)初始情況下該環(huán)網(wǎng)無故障的，工作于正常狀態(tài)，本實施例中的環(huán)網(wǎng)進行故障保護的過程如下：(1)檢測環(huán)網(wǎng)是否存在故障點，若存在故障點則進一步確定故障點的位置。具體通過以下方法檢測環(huán)網(wǎng)是否存在故障：主節(jié)點按照第一頻率通過第二端口廣播鏈路數(shù)據(jù)檢測包，若第三端口連續(xù)3～5次(本實施例中為3次)未接收到鏈路數(shù)據(jù)檢測包，則認為環(huán)網(wǎng)發(fā)生故障，或者，從節(jié)點按照第二頻率檢測自身是否發(fā)生故障，一旦檢測到自身發(fā)生故障，則向主節(jié)點發(fā)送Link-Down報文(含有從節(jié)點的設備節(jié)點號)，將自身發(fā)生故障反饋給主節(jié)點，主節(jié)點接收到從節(jié)點的Link-Down報文，則認為環(huán)網(wǎng)發(fā)生故障。本實施例中第一頻率為1s/次，第二頻率為200ms/次。本實施例中故障點的位置分為2種，一種位于主節(jié)點和交換機之間，另一種不位于主節(jié)點和交換機之間。如果是主節(jié)點收到從節(jié)點的Link-Down報文，由于所有的Link-Down報文都含有從節(jié)點的設備節(jié)點號，因此可以根據(jù)Link-Down報文中包含的設備節(jié)點號確定發(fā)送Link-Down報文的設備，從而快速確定故障位置，且此時檢測到的故障點的不位于主節(jié)點和交換機之間。如果故障是由主節(jié)點連續(xù)3次無法收到自身的鏈路數(shù)據(jù)檢測包而確定的，此時還應需要通過查詢各個節(jié)點的日志文件確定故障點的位置。主節(jié)點在檢測到鏈路故障發(fā)生后會往日志文件寫入相應的警告信息。具體為：主節(jié)點從CS狀態(tài)切換至BS狀態(tài)后往日志里寫入這個狀態(tài)變化信息。從設備發(fā)送Link-Down報文后也往日志文件中寫入Link-Down報文的具體信息，因此根據(jù)節(jié)點日志內(nèi)容可以判斷故障位置。(2)根據(jù)故障點的位置更新各個節(jié)點的端口狀態(tài)和路由表使環(huán)網(wǎng)工作于備用狀態(tài)：若故障點位于主節(jié)點和交換機之間，則將主節(jié)點由CS狀態(tài)切換至BS狀態(tài)；否則，將主節(jié)點由CS狀態(tài)切換至FS狀態(tài)，將故障點對應的從節(jié)點從link-up狀態(tài)切換至link-down狀態(tài)，并更新各個節(jié)點的路由表，使各個節(jié)點按照任意方向通過交換機進行數(shù)據(jù)傳輸，進而使環(huán)網(wǎng)工作于備用狀態(tài)。更新路由表的通過以下方法實現(xiàn):主節(jié)點認為環(huán)網(wǎng)存在故障點后，修改自身的路由表并廣播NodeRouter報文(NR報文)，收到報文的從節(jié)點根據(jù)NR報文的攜帶的信息更新的路由表，從節(jié)點跟通過更新后的路由表的路徑能夠通過交換機進行數(shù)據(jù)傳輸。當環(huán)網(wǎng)工作于備用狀態(tài)時，若故障點被修復，則將環(huán)網(wǎng)從備用狀態(tài)切換至正常狀態(tài)：若故障點位于主節(jié)點和交換機之間，將主節(jié)點由BS狀態(tài)切換至CS狀態(tài)；否則，進行如下操作：(2-1)將主節(jié)點由FS狀態(tài)切換至BS狀態(tài)，將故障點對應的從節(jié)點從link-down狀態(tài)切換至link-up狀態(tài)，具體如下：從節(jié)點通過自動檢測自身狀態(tài)，檢測自身狀態(tài)無故障，則往主節(jié)點發(fā)送Link-Up報文，上報故障點被修復，主節(jié)點收到從節(jié)點的Link-Up報文后，向?qū)υ搹墓?jié)點發(fā)送Link-Up-REPLY報文，且將自身狀態(tài)由FS狀態(tài)切換至BS狀態(tài)，并通過第二端口重新發(fā)送鏈路數(shù)據(jù)檢測包，開始檢測環(huán)網(wǎng)是否存在故障點，當從節(jié)點接收到Link-Up-REPLY報文后由link-down狀態(tài)切換至link-up狀態(tài)，進而將環(huán)網(wǎng)由備用狀態(tài)切換至中間狀態(tài)。(2-2)待檢測到環(huán)網(wǎng)不存在故障點后，更新各個節(jié)點的路由表使所有從節(jié)點按照環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)流向通過交換機進行數(shù)據(jù)傳輸，具體如下：當主節(jié)點的第三端口連續(xù)3次收到鏈路數(shù)據(jù)檢測包，則確定故障點已經(jīng)被修復，則主節(jié)點更改自身的路由表，并再次廣播NR報文，接收到改NR報文的所有從節(jié)點根據(jù)該NR報文更新路由表，按照環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)流向通過交換機進行數(shù)據(jù)傳輸，從而將環(huán)網(wǎng)從備用狀態(tài)切換至正常狀態(tài)。以上公開的僅為本發(fā)明的具體實施例，但是本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，都應涵蓋在本實用發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。