2012.3·信息安全与通信保密59通信技术CommunicationsTechnologies肖贺a,管海兵b,宦飞a(上海交通大学a.信息安全工程学院;b.电子信息与电气工程学院,上海200240[摘要]为了满足工业以太网对网络的可靠性要求,减少因网络故障造成的损失,网络冗余容错技术的提出增加了网络的可靠性和稳定性。文中介绍了网络冗余技术国内外研究的总体情况,讨论了多种网络冗余解决方案,包括生成树协议、快速生成树协议、环网冗余协议和分布式冗余网络协议,以及其他的网络冗余技术,着重讨论了分布式冗余网络协议,最后对多种网络冗余解决方案进行了比较,特别指出了它们的局限性。[关键词]工业以太网;生成树协议;环网冗余;分布式冗余网络协议[中图分类号]TP273[文献标识码]A[文章编号]1009-8054(201203-059-05AnalysisofRedundancyTechnologyforIndustrialEthernetXIAOHea,GUANHai-bingb,HUANFeia(a.SchoolofInformationSecurity;b.SchoolofElectronicInformationandElectricalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200240,China[Abstract]InordertomeetthereliabilityrequirementsofindustrialEthernetnetworkandreducelossesresultedfromnetworkfailure,redundancyandfault-toleranttechnologyisproposedtoincreasethereliabilityandstabilityofthenetwork.Theauthorsgiveanoverviewonthecurrentstateofnetworkredundancytechnology,presentseveralnetworkredundancysolutions,includingSTP,ringredundancysolutions,distributedredundancyprotocol,andotherredundancysolutions,includingtheircomparisonandlimitation.[Keywords]industrialEthernet;STP;ringredundancy;DRPprotocol收稿日期:2011-11-07作者简介:肖贺,1985年生,男,硕士,研究方向:计算机网络与安全;管海兵,1970年生,男,博士生导师,教授,研究方向:虚拟化、绿色节能系统、计算机视觉、多核与并行计算;宦飞,1962年生,男,硕士生导师,研究方向:云计算、计算机应用技术。工业以太网冗余技术分析0引言工业以太网以其特有的低成本、高实效、高扩展性及高智能的魅力,吸引着越来越多的制造业厂商[1],控制系统和工厂自动化系统常常采用工业以太网技术完成工业控制任务。在核电、电力以及交通等很多工业控制领域的实际应用场合下,设备所处的环境相当复杂,用户对以太网的可靠性要求也越来越高[2]。为了保证不会因通信服务器失效、网络断线或交换机故障而导致整个通信系统瘫痪,现在普遍通过以太网冗余技术来提高网络容错的能力。文中首先从整个以太网冗余技术的发展现状出发,分析多种网络冗余技术解决方案,重点讨论了分布式网络冗余协议。最后比较了现有的网络冗余技术,给出了每种冗余技术的特点及不足。1网络冗余技术国内外研究现状随着以太网在工业控制领域的广泛应用,国内外众多研究机构在网络冗余、容错方面做了大量的工作。各大自动化设备生产厂商也都纷纷提出了自己的网络冗余技术解决方案来提高工业以太网的可靠性[3]。由IEEE制定的生成树协议,实现网络中只有一条数据传输路径,消除了网络回路[4]。快速生成树协议对生成树协议进行了改进,缩短了网络故障恢复时间[5]。弹性分组环协议(ResilientPacketRing,RPR是一种新型的MAC协议,采用逆向双环结构,分别是0环(外环和1环(内环,数据沿0环或1环在节点之间进行转发[6]。RPR的一个优点是故障切换时间短(低于50ms,另一个优点是空间重用(沿着环以不同方向路由客户流量的能力[7]。RPR协议存在的一个问题,就是如果要求包按序传输,并不总是能够保证50ms的恢复时间,因为,RPR有相当长的拓扑稳定期时间(默认40ms用以避免对包重排序。文献[8]提出了对RPR的改进方法,不需要等到拓扑结构稳定,从而保证少于50ms的恢复时间,并且相比较标准RPR协议,减少了丢包量。RPR虽然支持以太网,但需要硬件支持,由于成本较高,且它的发展过程有自己的一套体系,各设备商对其支持力度不大。由ExtremeNetworks公司提出通信技术CommunicationsTechnologies的以太网自动保护切换协议(EthernetAutomaticProtectionSwitching,EAPS是一个专门用于解决二层环路问题的以太网自愈保护方案[9]。EAPS(RFC3619协议目前支持RPR关键的特性...