СЕТЬ И БЛОК РАСШИРЕНИЯ, А ТАКЖЕ СПОСОБ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЕТИ Российский патент 2014 года по МПК H04L12/46 G06F11/07 

Изобретение относится к сети, в особенности сети Ethernet. Сеть содержит в качестве сетевых элементов по меньшей мере два сетевых компонента, которые соединены между собой посредством сетевой линии передачи. Кроме того, изобретение относится к блоку расширения для увеличения дальности действия сетевой линии передачи и к способу функционирования сети.

За счет возрастающего использования сетевых технологий, которые берут свое начало в области офисных коммуникаций, например Ethernet, Token Ring, ATM и других, также в области промышленной автоматизации, благоприятное по стоимости объединение в сеть оконечных приборов посредством подобных сетевых технологий приобретает все большее значение.

В сетевых технологиях офисной коммуникации объединение в сеть, как правило, осуществляется через узловые пункты (так называемые концентраторы, коммутаторы), от которых в форме звезды отходят двухточечные соединения к отдельным оконечным устройствам. Для применений в промышленной области, в которой линейные структуры часто расположены на дальностях более 100 м, это является неэффективным.

При различных применениях с дальностями более 100 м стекловолокно в качестве сетевой линии или линии передачи (в сетевой технологии также называется линией связи или трактом) не может использоваться. Причинами этого могут быть штекеры внутри сетевой линии передачи, возможно даже с опасностью загрязнения. Другая причина неприменения стекловолокна заключается в возрастающем использовании так называемых гибридных кабелей, то есть сетевая линия передачи вместе с другими линиями встраивается в общий кабель. Эти гибридные кабели между конечными точками Ethernet-передачи могут иметь отводы и прерывания. Стекловолоконные кабели имеют при этом недостаток, заключающийся в том, что соединение между двумя стекловолокнами является чувствительным, имеет тенденцию к ослаблению и с трудом может изготавливаться непосредственно на месте.

Одним применением, где использование стекловолокна также является непрактичным, является поездная Ethernet-шина. Она соединяет сетевые компоненты Ethernet-сети, охватывающей поезд. При этом сетевые компоненты размещены на удалении нескольких сотен метров. Сетевая линия передачи часто является составной частью гибридного кабеля и ведет через многие штекерные разъемы.

Применение так называемых линий на скрученной паре может решить проблему ослабления и потери сигнала за счет того, что самое дальнее после 100 м устанавливается Ethernet-повторитель или Ethernet-коммутатор, который заново генерирует передаваемый сигнал. Повторители за счет их простой структуры могут просто устанавливаться, являются дешевыми и не требуют никакой параметризации или конфигурирования.

Проблематичными становятся повторители в том случае, когда для Ethernet-среды передачи, сетевой линии передачи требуется избыточность. В этом случае применяются протоколы избыточности, такие как RSTP (Ускоренный протокол связующих деревьев) или MRP (Протокол избыточности среды передачи). Для всех протоколов общим является основной принцип, заключающийся в том, что они прежде всего активируют из всех имеющихся сетевых соединений лишь такое количество, чтобы все сетевые участники образовывали топологическое дерево, то есть между двумя любыми сетевыми пользователями в сети имеется точно один путь или тракт передачи. Все другие имеющиеся избыточные сетевые соединения находятся в неактивном или пассивном режиме, т.е. через них не осуществляется никакая передача данных. Осуществляется только обмен сообщениями протокола избыточности через эти пассивные порты.

Сетевые компоненты или элементы (такие как Ethernet-коммутаторы, сетевые повторители, сетевые линии передачи), которые используются при избыточной сети, должны поддерживать соответствующий протокол избыточности. Чтобы при выходе из строя активного сетевого соединения по возможности быстро переключиться на другие сетевые соединения, обнаруживается отказ сетевой линии передачи (также называемой Ethernet-соединением). После отказа сетевой линии передачи Ethernet-коммутаторы заново конфигурируют сеть, так что вновь создается топологическое дерево. Параллельно этому переконфигурированию сетевой линии передачи контролируется целостность сетевых соединений посредством передачи циклических телеграмм (сообщений). Однако так как они передаются лишь примерно через каждые 100 мс, то на основе этих сообщений невозможно достичь быстрого переключения, они служат только в качестве аварийного сетевого соединения, если передача данных несмотря на активное сетевое соединение невозможна (например, неисправности в специализированной интегральной схеме (ASIC) Ethernet-коммутатора).

При применении Ethernet-повторителей или Ethernet-коммутаторов существует проблема, состоящая в том, что при отказе сетевой линии передачи или соединения на порту одного из сетевых компонентов сетевая линия передачи на других портах сетевых компонентов остается активной, т.е. сетевое соединение вышедшей из строя сетевой линии передачи далее не маршрутизируется. Это препятствует быстрой сигнализации отказа сетевой линии передачи к следующим сетевым компонентам с функциональностью избыточности и, тем самым, препятствует быстрому времени переключения. Единственное решение состоит в том, чтобы для Ethernet-коммутатора применять сетевые компоненты с функциональностью избыточности. Это, однако, является дорогостоящим ввиду большого числа избыточных компонентов. К тому же затраты на параметризацию и конфигурирование высоки. Также количество сетевых компонентов в сети с функциональностью избыточности ограничивается нормами протокола избыточности.

В US 6870814 В1 описана сеть, которая для увеличения дальности действия содержит блок расширения, посредством которого в сети распознаются отказы соединений и могут передаваться сообщения о распознанных отказах в сеть.

Из US 7126908 В1 известен способ для защиты от неисправностей на пути передачи к коммуникационной сети. Сеть состоит из узлов и сетевых линий передачи. Узлы могут соединять между собой множество оптических соединительных линий.

В US 2009/0136233 А1 описана оптическая сеть, которая для увеличения дальности действия имеет по меньшей мере один блок расширения, который перенаправляет отказ сетевой линии передачи на своем внешнем порту в сеть контроля и управления.

В WO 99/62229 А1 описан терминал для беспроводного подключения в телекоммуникационной сети. Терминал содержит маршрутизирующее устройство для приема Ethernet-пакетов данных из компьютерной сети и для маршрутизации Ethernet-пакетов данных и связанное с маршрутизирующим устройством передающее устройство для приема Ethernet-пакетов данных от маршрутизирующего устройства и для передачи Ethernet-пакетов данных через беспроводное подключение.

В основе изобретения лежит задача усовершенствовать устройство и способ вышеуказанного типа для функционирования сети таким образом, что более простым и экономичным способом и при больших дальностях передачи обеспечивается возможность быстрого и надежного переключения при отказе одной из сетевых линий передачи. Кроме того, в основе изобретения лежит задача предложить блок расширения для сетевых линий передачи сети, который при выходе из строя сетевой линии передачи обеспечивает возможность быстрого переключения в сети.

В отношении сети указанная задача в соответствии с изобретением решается с помощью признаков п.1 формулы изобретения. В отношении блока расширения задача в соответствии с изобретением решается признаками пункта 8 формулы изобретения. В отношении способа функционирования сети задача в соответствии с изобретением решается признаками пункта 12 формулы изобретения.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов.

Сеть, в частности сеть Ethernet, содержит в качестве сетевых элементов по меньшей мере два сетевых компонента, которые соединены друг с другом посредством сетевой линии передачи. В соответствии с изобретением в сетевой линии передачи для увеличения ее дальности действия размещен по меньшей мере один блок расширения с двумя внешними портами, причем блок расширения определяет отказ сетевой линии передачи на одном из своих портов и перенаправляет его на порт последующего сетевого элемента, в частности последующего блока расширения или сетевого компонента

При этом перенаправление отказа сетевой линии передачи выполняется до тех пор, пока оно не будет принято на порту сетевого элемента с функцией избыточности. За счет такого перенаправления отказа сетевой линии передачи или соединения на порту блока расширения на порт последующего сетевого элемента, например повторителя, другого блока расширения, сетевого компонента, как оконечного устройства, до сетевого элемента с функцией избыточности обеспечивается быстрое переключение протоколов избыточности. При этом перенаправление отказа сетевой линии передачи осуществляется независимо от применяемого протокола избыточности внутри сети. Так как протоколы избыточности после отказа сетевой линии передачи автоматически вводят переключение, отсутствуют связанные с высокими затратами параметризация, конфигурирование или распознавание протокола избыточности.

Дополнительное преимущество состоит в том, что на основе простой структуры блока расширения (также называемого расширителем соединения) без функции избыточности и независимо от применяемого протокола избыточности количество сетевых элементов с функцией избыточности не повышается.

В последующем описании для лучшей наглядности отказ сетевой линии передачи или сетевого соединения будет упоминаться как отказ соединения.

Для простой реализации блока расширения и его интеграции в сеть внешние порты блока расширения посредством постоянно смонтированной схемы соединений соединены друг с другом. Это обеспечивает возможность использования блоков расширения в сети и при незначительном количестве экземпляров.

Для простой параметризации и особенно гибкого и универсального включения соединений портов, блок расширения содержит электронно-программируемую схему. Например, блок расширения содержит так называемую программируемую вентильную матрицу (FPGA) или логическое устройство с электрическим программированием (EPLD).

Возможная форма выполнения для перенаправления отказа соединения предусматривает, что при отказе сетевой линии передачи на одном из портов блока расширения другой порт блока расширения деактивируется. Тем самым отказ соединения продолжает распространяться от одного блока расширения к следующему блоку расширения, например, на дальностях в несколько километров к следующему сетевому компоненту или к следующему оконечному устройству. Такое простое перенаправление отказа соединения имеет преимущество, состоящее в том, что оно может выполняться независимо от применяемого протокола избыточности в сети с сетевыми компонентами с функцией избыточности и без таковой стандартным образом. При этом задержкой, обусловленной распознаванием отказа соединения, можно пренебречь.

Предпочтительным образом другой порт блока расширения является деактивируемым таким образом, что устройство физического уровня неисправного порта отключается или переключается в спящий (неактивный) режим, или сетевая линия передачи переключается посредством устройства физического уровня.

В качестве альтернативы блок расширения при отказе соединения на его порту формирует по меньшей мере одно предупредительное сообщение и посылает его на порт включенных последовательно или принимающих сетевых элементов. При этом все другие сетевые линии передачи или соединения могут продолжать сохраняться. То есть предупредительное сообщение посылается только через блок расширения или сетевой элемент, который распознал отказ соединения.

Предпочтительным образом блок расширения при распознанном отказе соединения на одном из его портов переключает другой порт в противоположном направлении в заданный режим неисправности и генерирует по меньшей мере одно предупредительное сообщение и посылает его на порты сетевых элементов, которые включены последовательно с этим портом в противоположном направлении. Тем самым отказ соединения перенаправляется и сообщается также на сетевые элементы в противоположном направлении.

Для распознавания места неисправности, то есть начала отказа соединения, сетевой элемент, принимающий предупредительное сообщение, предпочтительным образом формирует по меньшей мере одно предупредительное сообщение с кодом опознавания местоположения неисправности и посылает его на порты последовательно включенных или принимающих сетевых элементов. Код опознавания местоположения неисправности реализуется, например, простым способом с помощью счетчика расстояния. При этом предупредительное сообщение содержит счетчик. Начиная с сетевого элемента или блока расширения, который первым идентифицировал отказ соединения, счетчик от каждого следующего принимающего сетевого элемента получает приращение, например, на значение единицы. Тем самым сетевой элемент, принимающий предупредительное сообщение с кодом опознавания местоположения неисправности, быстро и надежно определяет место неисправности или позицию неисправности между блоками расширения.

Предпочтительным образом сеть конфигурируется таким образом, что выполняется либо деактивирование другого порта блока расширения, либо посылка предупредительного сообщения. При этом блок расширения выполнен таким образом, что посредством простой функции переключения может выбираться одна из обеих функций - деактивирование порта или отсылка предупредительного сообщения.

Для простой формы выполнения блока расширения последний может снабжаться через сетевую линию передачи электрической энергией. Альтернативно или дополнительно, блок расширения может снабжаться электрической энергией от самого оконечного устройства.

Соответствующий изобретению блок расширения для увеличения дальности действия сетевой линии передачи в сети имеет по меньшей мере два внешних порта, которые через постоянно смонтированную схему соединений могут таким образом соединяться друг с другом, что отказ сетевой линии передачи на одном из портов может определяться и выдаваться. Такой соответствующий изобретению блок расширения обеспечивает возможность простой реализации нескольких таких блоков расширения в будущей или уже существующей сети для увеличения дальности действия сетевых соединений от нескольких сотен метров до нескольких километров.

Для гальванической развязки блок расширения содержит на стороне входа и выхода на каждую линию передачи данных соответствующий элемент развязки, например трансформатор.

Для независимой от протокола или функции избыточности сети и простой реализации блока расширения последний содержит между элементами развязки два устройства физического уровня (PHY) с расположенной между ними электронно-программируемой схемой, например FPGA или EPLD.

Для реализации опции перенаправления отказа соединения посредством посылки предупредительного сообщения электронно-программируемая схема, например FPGA, содержит на каждую линию передачи данных генератор сообщений и контроллер. Посредством генератора сообщений при идентифицированном отказе соединения автоматически генерируются предупредительные сообщения с кодом опознавания местоположения неисправности или без него и посылаются по линии передачи данных. Контроллер служит для идентификации отказа соединения и управления генератором сообщений и отсылки сообщений, а также переключения сетевой линии передачи, в частности, ее линий передачи данных.

Альтернативная форма выполнения предусматривает, что блок расширения содержит элемент коммутации-связи (коммутаторную ASIC) с микроконтроллером. Это решение с управляемой коммутаторной ASIC для блока расширения выполняет, аналогично решению с FPGA-PHY для перенаправления отказа соединения на одном из портов, деактивирование другого порта блока расширения или генерацию и отсылку предупредительных сообщений.

Рациональным образом, для переключения сетевой линии передачи при отказе электропитания и/или неисправном компоненте блока расширения на входной и выходной стороне параллельно к каждой из линий передачи данных сетевой линии передачи предусмотрена шунтирующая линия. Переключение осуществляется путем управления переключающим элементом посредством контроллера. Для распознавания отказа одного из компонентов блока расширения последний включает в себя по меньшей мере одно средство распознавания неисправности. Переключающий элемент на стороне входа расположен перед элементом развязки в каждой из линий передачи данных, а на стороне выхода - после элемента развязки в каждой из линий передачи данных.

За счет этого повышается работоспособность сети, так как обеспечивается дальнейшая работа сети. Шунтирующая схема является опциональной и при линейной сетевой структуре является целесообразной.

Примеры выполнения изобретения далее описаны более подробно со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:

Фиг. 1 - схематичное представление в виде блок-схемы с частичным детальным представлением блока расширения для сетевой линии передачи для увеличения дальности действия в сети без отказа соединения,

Фиг. 2 - схематичное представление в виде блок-схемы с частичным детальным представлением блока расширения согласно фиг. 1 с отказом соединения на одном из портов,

Фиг. 3 - схематичное представление в виде блок-схемы с частичным детальным представлением блока расширения, включенного последовательно за блоком расширения по фиг. 1, при отказе соединения на блоке расширения по фиг. 1,

Фиг. 4 - схематичное представление в виде блок-схемы с частичным детальным представлением альтернативной формы выполнения для блока расширения с Ethernet-коммутатором без отказа соединения,

Фиг. 5 - схематичное представление в виде блок-схемы с частичным детальным представлением блока расширения согласно фиг. 4 с отказом соединения,

Фиг. 6 - схематичное представление в виде блок-схемы с частичным детальным представлением блока расширения, включенного последовательно за блоком расширения по фиг. 4, при отказе соединения на блоке расширения по фиг. 4.

Соответствующие друг другу части и данные, а также функции на всех чертежах снабжены одинаковыми ссылочными позициями.

На фиг. 1 показано схематичное представление в виде блок-схемы блока 1 расширения для сетевой линии 2 передачи. Блок 1 расширения служит для увеличения дальности действия в сети 3.

Сеть 3 может представлять собой сеть Ethernet или другую стандартную сеть. При этом в сети 3 через сетевую линию 2 передачи с линиями 2.1 и 2.2 передачи данных (также называемыми соединениями) сетевые компоненты 4А, 4В, например отдельные оконечные устройства связаны между собой. При этом сеть 3 может иметь линейную структуру или кольцевую структуру с множеством сетевых компонентов 4А, 4В, соединенных линиями 2.1 и 2.2 передачи данных.

Посредством блока 1 расширения сетевая линия 2 передачи без потерь передачи, ослабления и потерь сигнала индивидуально может быть удлинена, в частности, на максимальную дальность действия передачи сети, например в случае сети Ethernet на 100 м. В частности, за счет каскадного включения нескольких блоков 1 расширения в сетевой линии 2 передачи обеспечивается возможность получения любой дальности.

На основе описанной далее простой структуры блока 1 расширения, последний может дополнительно вводиться в сетевые линии 2 передачи существующих сетей 3.

Блок 1 расширения содержит два внешних порта А и В для подключения сетевой линии 2 передачи, которая соединяется посредством обычного штекера 5 с портами А и В. Дополнительно блок 1 расширения содержит детально не показанный внутренний порт.

При этом линии 2.1 и 2.2 передачи данных и сетевые компоненты 4А, 4В в данном примере выполнения конфигурированы таким образом, что их обмен данными происходит в противоположном направлении. То есть посредством линии 2.1 передачи данных осуществляется соединение передачи данных от подключенного к порту А сетевого компонента 4А к подключенному к порту В сетевому компоненту 4В. Посредством линии 2.2 передачи данных соединение передачи данных осуществляется обратно: от подключенного к порту В сетевого компонента 4В к подключенному к порту А сетевому компоненту 4А.

Для соединения с возможностью передачи данных портов А и В внутри блока 1 расширения предусмотрено постоянно смонтированная схема 6 соединений.

Блок 1 расширения, в особенности схема 6 соединений, включает в себя, для гальванической развязки со стороны портов, на каждую линию 2.1 и 2.2 передачи данных, в качестве элементов 7 развязки, например трансформаторы.

Для независимого от среды передачи интерфейса внешних портов А и В линии 2.1 и 2.2 передачи данных в первой форме выполнения через так называемые устройства 8 физического уровня (кратко обозначаемые PHY) подключены к внешним портам А и В посредством схемы 6 соединений. Устройства 8 физического уровня служат для передачи данных, чтобы активировать физические соединения передачи данных между сетевыми компонентами 4А, 4В, деактивировать их, поддерживать и передавать данные.

Между устройствами 8 физического уровня в схеме 6 соединений включена электронно-программируемая схема 9.

Электронно-программируемая схема 9, кроме того, показана на фиг. 1 в детальном представлении в пунктирной рамке.

Электронно-программируемая схема 9 может быть выполнена как так называемая программируемая вентильная матрица (FPGA) или логическое устройство с электрическим программированием (EPLD). В качестве альтернативы схема 9 может также быть выполнена как постоянно запрограммированная интегральная схема, в частности как ASIC с дополнительным микроконтроллером. Такая электронно-программируемая схема 9 предоставляет возможность простой параметризации, гибкого и универсального конфигурирования и управления обменом данными, а также простого контроля данных, порта и соединения.

Электронно-программируемая схема 9 выполнена таким образом, что она определяет отказ сетевой линии 2 передачи, также называемый отказом соединения, на одном из своих внешних портов А или В и перенаправляет его на внешний порт В или А последовательно включенного сетевого элемента, например сетевого компонента 4В или 4А.

Для этого электронно-программируемая схема 9 содержит, на каждый порт А и В, соответствующий контроллер 10А или 10В и генератор 11А или 11В сообщений для генерации сообщений D. Соответствующий контроллер 10А или 10В контролирует соединение передачи данных между портом А и портом В на основе активного или неактивного сигнала DSA или DSB данных по его состоянию.

В примере выполнения по фиг. 1 соединение передачи данных между портом А и портом В является активным, то есть сигналы DSA или DSB данных устройства 8 физического уровня имеют статус «А=1» или «В=1». Электронно-программируемая схема 9 передает сообщение D данных в линии 2.1 и 2.2 передачи данных с задержкой, так как электронно-программируемая схема 9 действует как буфер, чтобы выровнять незначительно отличающиеся тактовые частоты обоих устройств 8 физического уровня. Задержка составляет примерно несколько сотен нс.

В зависимости от передачи данных - по Уровню 1 или Уровню 2 опорной модели ISO/OSI - при каждой посылке сообщения D данных выполняется сообщение D данных с вновь генерированной преамбулой или перенаправление принятых байтов данных на Уровне 1. При этом ни сообщение D данных, ни перенаправляемые байты данных не проверяются. В частности, не выполняется никакая циклическая проверка избыточности (CRC).

В случае отказа электропитания блока 1 расширения или в случае распознавания неисправности одного из компонентов, например, схемы 9, блока 1 расширения, входящие линии 2.1 и 2.2 передачи данных сетевой линии 2 передачи переключаются. Для этого блок 1 расширения параллельно к схеме 6 соединений имеет две шунтирующие линии 12.1 и 12.2. Для переключения линий 2.1 и 2.2 передачи данных на шунтирующие линии 12.1 и 12.2 блок 1 расширения содержит два переключающих элемента 13, например контакты реле. При идентифицированной неисправности питания или идентифицированной неисправности компонентов ими соответствующим образом управляют, так что линии 2.1 и 2.2 передачи данных переключаются на шунтирующие линии 12.1 и 12.2.

Фиг. 2 схематично показывает в виде блок-схемы блок 1 расширения согласно фиг. 1 при отказе соединения на порте А. Сигнал DSA данных устройства 8 физического уровня порта А выдает состояние «А=0». Контроллер 10А включает блок 1 расширения в режим неисправности, так называемый аварийный режим.

В зависимости от реализации аварийного режима выполняется одна из следующих мер:

- деактивирование другого порта В блока 1 расширения, или

- активирование и/или управление генератором 11А сообщений для циклической генерации предупредительных сообщений W (также называемых аварийными сообщениями) вместо сообщений D данных.

На основе деактивированного порта В или приема предупредительных сообщений W отказ соединения распознается на портах А и В последовательно включенных сетевых компонентов 4А или 4В. Если несколько блоков 1 расширения встроены в сетевую линию 2 передачи, то распознавание и оповещение или перенаправление отказа соединения задерживается соответственно задержке соответствующего блока 1 расширения.

Более детально, для деактивирования порта В, например, соответствующее устройство 8 физического уровня порта А отказа соединения отключается или переводится в неактивный (спящий) режим.

Такое перенаправление отказа соединения, посредством деактивирования другого внешнего порта В, на порт А следующего сетевого компонента 4А не зависит от протокола данных и/или избыточности сети 3. Недостатком при этом является то, что место возникновения или место неисправности вышедшего из строя соединения не может быть определено.

Для того чтобы идентифицировать место возникновения отказа соединения, изобретение предусматривает, вместо деактивирования другого внешнего порта В, генерирование и отсылку предупредительных сообщений W.

Посредством сгенерированных предупредительных сообщений W, которые посылаются от порта А на порт В или от порта В на порт А А следующего сетевого компонента 4А или 4В, можно передать код опознавания местоположения для определения места возникновения. Для этого предупредительные сообщения W в качестве кода опознавания местоположения содержат, например, данные расстояния “Dist 0” для соответствующего расстояния, равные нулю. То есть отказ соединения на блоке 1 расширения возник первый раз. Для распознавания отказа предупредительное сообщение W включает в себя данные оповещения о неисправности “LF” для распознавания отказа соединения.

Для оповещения об отказе соединения также в противоположном направлении соединения передачи данных, то есть от порта В к порту А, контроллер 10В порта В переключается также в режим неисправности и генерирует предупредительное сообщение W с данными расстояния “Dist 0” и данными оповещения о неисправности “FEFI”.

При этом предупредительные сообщения W генерируются как контроллером 10А, так и контроллером 10В, например, как Ethernet-сообщения с IP-групповыми-Ethernet-адресами (например, 01-80-С2-хх.хх.хх) в качестве целевого адреса. При этом каждый блок 1 расширения имеет в сети 3 собственный Ethernet-адрес и адрес источника. Подобным образом сгенерированные IP-групповые сообщения при этом не перенаправляются выполненными как коммутаторы сетевыми элементами.

Фиг. 3 схематично показывает в виде блок-схемы блок 1' расширения, включенный последовательно за блоком 1 расширения по фиг. 1, при отказе соединения на блоке 1 расширения по фиг. 1.

Блок 1 расширения, включенный последовательно, принимает предупредительные сообщения W с данными расстояния “Dist 0” и данными оповещения о неисправности “LF” для отказа соединения. Оба сигнала соединения или сигнала DSA или DSB данных активны с “A=1” и “B=1”. Контроллер 10А, принимающий предупредительные сообщения W, переключает порт А в режим перенаправления неисправности («аварийный режим перенаправления»). Принятые данные расстояния “Dist 0” увеличиваются на значение «1», и предупредительные сообщения W с данными расстояния “Dist 1” и данными оповещения о неисправности “LF” перенаправляются на включенный последовательно сетевой элемент. Соединение передачи данных на порту В работает в нормальном режиме.

Если на порту А происходит распознавание действительного соединения или исправного соединения передачи данных посредством сигнала DSA данных со статусом “A=1”, то еще посылается заданное количество предупредительных сообщений W со статусом “LinkOK” (соединение исправно). Затем посредством контроллера 9 блок 1 расширения и, тем самым, генераторы 11А, 11В сообщений и контроллеры 10А, 10В переводятся в нормальный рабочий режим. То есть, принятые сообщения D данных или байты данных с некоторой задержкой перенаправляются с помощью блока 1 расширения. Блок 1 расширения переключается в нормальный рабочий режим, когда сигналы DSA или DSB данных активны и более не генерируются предупредительные сообщения W.

При этом отказ соединения с порта А блока 1 расширения в сети 3 до тех пор перенаправляется от сетевого элемента к включенному последовательно сетевому элементу, пока этот сетевой элемент не окажется сетевым элементом с функцией избыточности. Этот сетевой элемент с функцией избыточности автоматически переключает сетевое соединение на исправное соединение передачи данных.

Фиг. 4 показывает схематичное представление в виде блок-схемы альтернативной формы выполнения для блока 1” расширения с управляемым элементом 14 связи - коммутатором (также называемым Ethernet-коммутатором) без отказа соединения.

В отличие от блоков 1 и 1' расширения, вместо устройств 8 физического уровня и электронно-программируемой схемы 9 предусмотрен управляемый микроконтроллером 15 элемент 14 связи - коммутатор. Управление обменом данными между внешними портами А и В через линии 2.1 и 2.2 передачи данных осуществляется посредством элемента 14 связи - коммутатора, управляемого микроконтроллером 15 через внутренний порт С. При этом микроконтроллер 15 через внутренний порт I подключается к элементу 14 связи - коммутатору.

Элемент 14 связи - коммутатор представляет собой обычный Ethernet-коммутатор без функциональности избыточности.

В нормальном режиме сообщения D данных передаются от порта А к порту В. Микроконтроллер 15 непрерывно контролирует с помощью регистров 16А, 16В статуса, относящихся к портам, статус соединения, то есть соединение передачи данных сетевой линии 2 передачи и ее линии 2.1 и 2.2 передачи данных на внешних портах А и В.

Элемент 14 связи-коммутатор при этом выполнен таким образом, что передача данных между внешними портами А и В и внутренним портом С может индивидуально блокироваться.

Фиг. 5 схематично показывает в виде блок-схемы блок 1” расширения согласно фиг. 4 с отказом соединения на порту А.

Микроконтроллер 15 распознает отказ соединения на порту А и блокирует обмен данными или поперечный обмен от порта А к порту В и обратно. То есть все сообщения D данных обрабатываются через управляемый микроконтроллером 15 внутренний порт С. Порт В блока 1 расширения деактивирован.

Альтернативно деактивированию порта, микроконтроллер 15, аналогично примеру выполнения по фиг. 1-4, формирует предупредительные сообщения W как так называемые аварийные сообщения с данными расстояния “Dist 0” и данными оповещения о неисправности “LF” в тракте с отказом соединения или “FEFI” в тракте в противоположном направлении.

Фиг. 6 показывает схематичное представление в виде блок-схемы блока 1‴ расширения, включенного последовательно за блоком 1” расширения по фиг. 4, при отказе соединения на блоке 1” расширения по фиг. 4.

Аналогично примеру выполнения по фиг. 1-4, микроконтроллером 15 на порту А принимаются предупредительные сообщения W впереди включенного блока 1” расширения. Микроконтроллер блокирует прямой обмен данными от порта А к порту В и обратно. Сообщения D данных теперь обрабатываются только через внутренний порт с микроконтроллером 15.

Микроконтроллер 15 посылает предупредительные сообщения W с измененными данными расстояния “Dist 1” и теми же данными оповещения о неисправности “LF”, то есть на основе увеличенных на значение 1 данных расстояния “Dist 1” может идентифицироваться место возникновения отказа соединения.

На порту А больше не посылаются сообщения D данных, но соединение остается активным для перенаправления предупредительных сообщений W (А=1, В=1).

Альтернативно, предупредительные сообщения W не перенаправляются, так как они имеют IP-групповой адрес. В этом случае микроконтроллер 15 распознает отказ соединения и оповещает о нем далее.

В блоке с избыточностью одного из сетевых элементов функции оповещения при отказе соединения реализуются аналогичным образом, так что отказ соединения и его место возникновения автоматически распознаются.

Блок 1 расширения может проектироваться для передачи данных как на Уровне 1, так и на Уровне 2 опорной модели ISO/OSI. Описанные здесь возможности перенаправления отказа соединения осуществляются идентичным образом посредством деактивирования портов, генерирования предупредительных сообщений W.

Изобретение относится к сети, в особенности к сети Ethernet. Технический результат заключается в обеспечении возможности быстрого и надежного переключения при отказе одной из сетевых линий передачи за счет блока расширения для сетевых линий передачи сети, который при выходе из строя сетевой линии передачи обеспечивает возможность быстрого переключения в сети. Технический результат достигается за счет сети Ethernet, содержащей в качестве сетевых элементов по меньшей мере два сетевых компонента (4А, 4В), которые соединены между собой посредством сетевой линии (2) передачи. В соответствии с изобретением в сетевой линии (2) передачи для увеличения ее дальности действия размещен по меньшей мере один блок (1) расширения с двумя внешними портами (А, В), причем блок (1) расширения отказ сетевой линии (2) передачи на одном из своих портов (А, В) перенаправляет на порт (В или А) последующего сетевого элемента (сетевого компонента 4А или 4В). 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Сеть (3), в частности сеть Ethernet, содержащая в качестве сетевых элементов по меньшей мере два сетевых компонента (4А, 4В), которые соединены между собой посредством сетевой линии (2) передачи, причем в сетевой линии (2) передачи для увеличения ее дальности действия размещен по меньшей мере один блок (1) расширения с двумя внешними портами (А, В), и блок (1) расширения отказ сетевой линии (2) передачи на одном из своих портов (А или В) перенаправляет на порт (В или А) последующего сетевого элемента (сетевого компонента 4В или 4А), причем блок (1) расширения генерирует по меньшей мере одно предупредительное сообщение (W) и посылает на внешние порты (В или А) последовательно включенных сетевых элементов (сетевого компонента 4В или 4А),
отличающаяся тем, что сетевой элемент (сетевой компонент 4А или 4В), принимающий предупредительное сообщение (W), генерирует по меньшей мере одно предупредительное сообщение (W) с кодом опознавания местоположения неисправности и посылает на порты последовательно включенных сетевых элементов.

2. Сеть по п.1, отличающаяся тем, что внешние порты (А, В) блока (1) расширения соединены между собой посредством жестко смонтированной схемы (6) соединений.

3. Сеть по п.1, отличающаяся тем, что блок (1) расширения выполнен как электронно-программируемая схема (9).

4. Сеть по п.1, отличающаяся тем, что при отказе сетевой линии (2) передачи на одном из портов (А или В) блока (1) расширения другой порт (В или А) выполнен с возможностью деактивации.

5. Сеть по п.4, отличающаяся тем, что при отказе сетевой линии (2) передачи на одном из портов (А или В) блока (1) расширения другой порт (В или А) является деактивируемым таким образом, что устройство (8) физического уровня неисправного порта (А, В) отключается или переключается в спящий режим.

6. Сеть по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что при отказе сетевой линии (2) передачи на одном из портов (А или В) блока (1) расширения последний включает другой порт (В или А) в противоположном направлении в заданном режиме неисправности и генерирует по меньшей мере одно предупредительное сообщение (W) и посылает на порты сетевых элементов (сетевого компонента 4А или 4В), которые включены последовательно с этим портом (В или А) в противоположном направлении.

7. Сеть по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что блок (1) расширения снабжается электрической энергией через сетевую линию (2) передачи.

8. Блок (1) расширения для увеличения дальности действия сетевой линии (2) передачи в сети (3), имеющий по меньшей мере два порта (А, В), которые через жестко смонтированную схему (6) соединений соединяются таким образом друг с другом, что отказ сетевой линии (2) передачи на одном из портов (А или В) определяется и выдается, причем на стороне входа и выхода в линиях (2.1, 2.2) передачи данных сетевой линии (2) передачи расположен соответствующий элемент (7) развязки,
отличающийся тем, что на стороне входа и выхода параллельно каждой из линий (2.1, 2.2) передачи данных расположена шунтирующая линия (12.1, 12.2).

9. Блок расширения по п.8, отличающийся тем, что между элементами (7) развязки включены два устройства (8) физического уровня с расположенной между ними электронно-программируемой схемой (9).

10. Блок расширения по п.9, отличающийся тем, что электронно-программируемая схема (9) содержит, на каждую линию (2.1, 2.2) передачи данных, генератор (11А, 11В) сообщений и контроллер (10А, 10В).

11. Блок расширения по любому из пп.8-10, отличающийся тем, что на стороне входа и выхода между соответствующей линией (2.1, 2.2) передачи данных и относящейся к ней шунтирующей линией (12.1, 12.2) расположен переключающий элемент (13).

12. Способ функционирования сети (3), в частности сети Ethernet, содержащей в качестве сетевых элементов по меньшей мере два сетевых компонента (4А, 4В), которые соединены между собой посредством сетевой линии (2) передачи, причем по меньшей мере один размещенный в сетевой линии (2) передачи для увеличения ее дальности действия блок (1) расширения с двумя внешними портами (А, В) выполнен таким образом, что он отказ сетевой линии (2) передачи на одном из своих портов (А или В) перенаправляет на внешний порт (В или А) последующего сетевого элемента (сетевого компонента 4В или 4А), при этом блок (1) расширения генерирует по меньшей мере одно предупредительное сообщение (W) и посылает на внешние порты (В или А) последовательно включенных сетевых элементов (сетевого компонента 4В или 4А),
отличающийся тем, что сетевой элемент (сетевой компонент 4А или 4В), принимающий предупредительное сообщение (W), генерирует по меньшей мере одно предупредительное сообщение (W) с кодом опознавания местоположения неисправности и посылает на порты последовательно включенных сетевых элементов.