专利名称：一种用于环状拓扑以太网的通信分组处理设备以及方法
技术领域：
本发明涉及一种通信分组处理设备和方法，其能够防止在完全双 向通信类型环状拓扑以太网中的通信分组的永久循环，更具体地，涉 及--种用于环状拓扑以太网的通信分组处理设备和方法，其通过防l卜. 不具有特定目标地址的通信分组或具有用于在网络上不存在的通信结 点的目标地址的通信分组通过永久循环来降低网络的性能，以及通过 使用两个以太网端口以及用于在该以太网端口之间提供通信分组传输 功能的通信模块来减少在环状拓扑以太网中的通信结点的不必要负 载，能够改善网络的性能。
背景技术：
最近，在主要用于工业场合例如工厂和发电站中的分布式控制系 统中，主控制器和子控制器通过具有髙可靠性的网络连接。因此大尺寸高可靠性的通信网络的需求和意义增加。以太网通信 技术巳经被广泛运用在商业网络中。以太网通信技术经常被应用于工业场合。然而，以太网通信技术 依然依赖于网络集线器或开关。为了减少对于网络集线器或开关的依赖，提出了一种通过使用两 个以太网端口来建立环状拓扑以太网的方法。当通信分组在工业场合中的环状拓扑以太网上进行传输时，分组 在表示为目标地址的通信结点中消耗(终止)。消耗在该通信结点中
的通信分组不再存在于该环状拓扑以太网上。然而，不具有特定tl标地址的通信分组例如广播分组，或具有在 环状拓扑以太网上不存在的目标地址的通信分组，它们在环状拓扑以 太网上执行永久循环。通信分组的永久循环损坏了环状拓扑以太网的性能，并在最差情 况下导致所通信瘫痪。在工业场合例如工厂和发电站中，通信速度减 少或通信瘫痪导致物质和人力的损失。发明内容因此，本发明的目的是提供一种能够防止永久分组循环的用于环 状拓扑以太网的通信分组处理设备和方法，其可以通过防止在环状拓 扑以太网中的永久循环的产生来维持该网络的性能。为了达到这些和其他优点以及根据本发明的目的，如这里具体实 施的和广泛描述的，提供一种能够防止永久分组循环的用于环状拓扑 以太网的通信分组处理设备，其包括快速以太网传输/接收装置，其 安装在以太网的一个通信结点上，用于传输通信分组到以太网的通信 介质或接收来自以太网的通信介质的通信分组；中央处理器(下文中 简称为CPU)，其安装在通信结点上，用于产生或处理和消耗该通信 分组；介质访问控制器(在下文中简称为MAC)，其连接在通信结点 上的CPU和快速以太网传输/接收装置上，用于将由快速以太网传输/ 接收装置接收和提供的通信分组的目标MAC地址与其MAC地址做比 较，根据比较结果确定是否将通信分组传输到CPU,将由快速以太网 传输/接收装置接收和提供的通信分组的源MAC地址与其MAC地址做 比较，并根据比较结果确定是终止该通信分组还是将该通信分组传输 到另一通信结点。 还提供一种能够防止永久分组循环的用于环状拓扑以太网的通信 分组处理方法，其使用通信结点，其包括以太网传输/接收装置，用 于传输通信分组到该以太网的通信介质，或接收来自该以太网的通信 介质的通信分组；CPU,用于产生或处理和消耗通信分组；MAC，其 连接在CPU和以太网传输/接收装置之间，用于控制通信介质的访问。 该通信分组处理方法包括第--比较步骤，用于将通信分组的目标1^八0 地址与接收该通信分组的通信结点的MAC地址做比较；当在第一比较 歩骤中两个地址相同时，将通信分组传输到CPU以进行处理和消耗的 步骤；当在第一比较步骤中两个地址不同时，第二比较步骤，用于将通信分组的源MAC地址与接收该通信分组的通信结点的MAC地址做比较；当在第二比较步骤中两个地址相同时，用于终止该通信分组的 步骤；以及当在第二比较步骤中两个地址不同时，用于将通信分组传 输到另一通信结点的步骤。本发明的前述和其他目标、特征、方面和优点，当结合附图时从 本发明的以下描述中将显而易见。
附图，被包括以提供对于本发明的进一步理解，其包括在此说明 书中并构成本说明书的部分，描述了本发明的实施例，并和描述一起 用于解释本发明的原理。在附图中图1为描述环状拓扑以太网的一个结构例子的网络结构图，其中 该环状拓扑以太网连接有内置在控制系统中的通信分组处理设备和通 信介质电缆；图2为描述根据本发明的一个优选实施例的能够防止永久分组循 环的用于环状拓扑以太网的通信分组处理设备的框图3为描述在根据本发明的通信分组处理设备和方法中的通信分 组的帧结构的通信分组结构图；图4为显示根据本发明的一个优选实施例的能够防止永久分组循 环的用于环状拓扑以太网的通信分组处理方法的流程图；图5为显示在根据本发明的另一优选实施例的能够防止永久分组 循环的用于环状拓扑以太网的通信分组处理方法中设置作为管理结点 的通信结点的通信分组处理方法的流程图；以及图6为显示在根据本发明的另一优选实施例的能够防止永久分组 循环的用于环状拓扑以太网的通信分组处理方法中的普通通信结点的 通信分组处理方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的优选实施例，这些优选实施例的例子在 附图中进行描述。根据本发明的优选实施例的通信分组处理设备和方法现在将参考 附图进行详细描述。图1为描述环状拓扑以太网的一个结构例子的网络结构图，该环 状拓扑以太网连接有内置在控制系统中的通信分组处理设备和通信介 质电缆。参考图1，根据本发明的能够防止永久分组循环的用于环状拓扑 以太网的通信分组处理设备IO(在下文中表示为"通信分组处理设备") 以模块形状形成，并内置在多个控制系统中，例如可编程逻辑控制器 (PLC)。也就处，通信分组处理设各的每一个10形成--个通信结点并内置在每个控制系统中作为模块。在每个通信分组处理设备10的前面上形成有两个上部和下部以太网通信端口。用于传输和接收的两个线通信介质电缆连接到每个以 太网通信端口。形成分布式控制系统的多个控制系统包括通信分组处理设备10 的模块。通信分组处理设备IO的以太网通信端口通过两个线通信介质电缆彼此连接，从而形成完全双向类型环状拓扑以太网。根据本发明的能够防止永久分组循环的用于环状拓扑以太网的通信分组处理设备的详细结构将在将参考图2描述。能够防止永久分组循环的用于环状拓扑以太网的通信分组处理设 备包括快速以太网传输/接收装置3，其安装在以太网的一个通信结点 上，用于接收来自以太网的通信介质的通信分组或传输通信分组到以 太网的通信介质。此外，该通信分组处理设备包括中央处理器(CPU) 1，其安装在 通信结点上，用于产生或处理和消耗通信分组。通信分组处理设备的介质访问控制器(MAC) 2连接在通信结点 上的CPU 1和快速以太网传输/接收装置3之间。MAC2将由快速以太网传输/接收装置3接收并提供的通信分组的 目标MAC地址与其MAC地址做比较，并根据比较结果来确定是否将 该通信分组传输到CPU1。MAC2还将由快速以太网传输/接收装置3接收并提供的通信分组
的源MAC地址丄j其MAC地址做比较，并根据比较结果来确定是终止 该通信分组还是将该通信分组传输到另一通信结点。该快速以太网传输/接收装置3可以被称为介质接口。在该实施例 中，安装有两个快速以太网传输/接收装置3。该快速以太网传输/接收 装置3包括端口端口 0和端口 1，这两个端口可以分别地连接到一对用 于传输和接收的通信介质电缆，例如， 一对光缆。CPU 1处理和消耗来自另一通信结点的通信分组，或产生用于另 -通信结点的通信分组。在传输中，MAC2将来自CPU 1的通信分组传输到快速以太网传 输/接收装置3。在接收中，MAC2基于预存程序和预设及预存的MAC 地址如下操作。MAC 2将包括在接收到的通信分组中的目标MAC地址也就是意 图接收该通信分组的通信结点的地址与其预设及预存的MAC地址做 比较。作为比较结果，如果两个地址相同，意味着传输通信结点已经指 定当前通信结点作为接收通信结点，并将通信分组传输到当前通信结 点。因此，MAC2将接收到的通信分组传输到CPU1。作为比较结构，如果两个地址不同，MAC2将接收到的通信分组 的源MAC地址也就是产生和传输该通信分组的通信结点的地址(下文 中被称为"源地址")与其预设及预存MAC地址(接收该通信分组的 通信结点的MAC地址)做比较。如果源地址与预设MAC地址相同，意味着由当前通信结点传输 的通信分组已经通过网络循环返回。因此，MAC2终止该通信分组。 如果源地址不同于预设MAC地址，意味着另一个通信结点己经通过指定又一个通信结点作为目标通信结点来产生和传输该接收到的 通信分组。因此，MAC 2通过不同于接收端口的端口将通信分组传输 到对应通信结点。根据本发明，通信分组处理设备还包括存储器4,其用于暂时地 存储通信分组。当MAC 2和CPU 1意图同时将通信分组传输到相同的 快速以太网传输/接收装置3时，存储器4用于防止冲突。存储器4被 称为队列。图3为描述在根据本发明的通信分组处理设备和方法中的通信分 组的帧结构的通信分组结构图。如在图3中所示，目标MAC地址表示目标通信结点的地址，源 MAC地址表示产生和传输通信分组的通信结点的地址，类型表示分组 的类型，而FCS (帧査询队列)包括用于确定分组的损害的信息。在每个通信结点中，MAC 2可以通过使用预存程序基于FCS的信 息，来确定通信分组是否已经被损坏。如果通信分组已经被损害，MAC 2可以终止该通信分组。根据本发明的通信分组处理设备和通信分组处理方法的操作现在 将参考图4到6进行描述。通信分组处理方法分为两类。第一种方法给予全部通信结点终止 通信分组的权限。第二种方法设置特定通信结点作为管理结点，并给予该管理结点 终止执行永久循环的通信分组的权限。当通信分组的目标地址不同于
普通通信结点的地址时，普通通信结点将通信分组传输到另外通信结 点。第一通信分组处理方法现在将参考图4描述。当MAC 2在步骤Sl中接收到通信分组时，MAC 2进入步骤S2 并将该通信分组的帧的目标MAC地址与接收通信设备也就是其通信 结点的MAC地址做比较。作为步骤S2的比较结果，如果两个地址相同，意味着传输通信结 点已经传输通信分组到当前通信结点。因此，MAC2进入步骤S3并将 该通信分组传输到CPU1。作为步骤S2的比较结果，如果两个地址不同，MAC进入步骤S4， 并将接收到的通信分组的源MAC地址与接收通信设备也就是其通信 结点的MAC地址做比较。作为步骤S4的比较结果，如果两个地址相同，意味着由当前通信 结点传输的通信分组已经通过循环返回。因此，MAC2进入步骤S5并 终止该通信分组。作为步骤S4的比较结果，如果两个地址不同，MAC2进入步骤 S6并通过不同于接收端口的端口将接收到的通信分组传输(转送)到 另一通信结点。现在将参考图5和图6来描述第二通信分组处理方法。图5为显示根据本发明的另一优选实施例的设置作为管理结点的 通信结点的通信分组处理方法的流程图。 图6为显示根据本发明的另一优选实施例的普通通信结点的通信 分组处理方法的流程图。如在图5中描述的，设置作为管理结点的通信结点的MAC 2利用 通信处理程序从存储器装置例如ROM (未显示)读取信息，该信息通 知该通信结点已经被设置作为管理结点，并如下处理接收到的通信结 点。当设置作为管理结点的通信结点的MAC2在步骤S10中接收到通 信分组时，MAC2进入步骤S11，并将接收到的通信分组的帧的目标 MAC地址与接收通信设备也就是其通信结点的MAC地址做比较。作为步骤Sll的比较结果，如果两个地址相同，意味着传输通信 结点已经传输通信分组到当前通信结点。因此，MAC2进入步骤S12 并将该通信分组传输到CPU 1。作为步骤Sll的比较结果，如果两个地址不同，MAC2进入步骤 S13并终止该通信分组。如在图6中所示，普通通信结点的MAC 2利用通信处理程序从存 储器装置例如ROM (未显示)读取信息，该信息通知该通信结点没有 被设置作为管理结点，并且普通通信结点的MAC 2如下处理接收到的 通信分组。当没有被设置作为管理结点的普通通信结点的MAC 2在步骤S20 中接收到通信分组时，MAC 2进入步骤S21并将接收到的通信分组的 帧的目标MAC地址与接收通信设备也就是其通信结点的MAC地址做 比较。作为步骤S21的结果，如果两个地址相同，意味着传输通信结点 已经传送该通信分组到当前通信结点。因此，MAC2进入步骤S22并 将该通信分组传输到CPU1。作为步骤S21的比较结果，如果两个地址不同，MAC2进入步骤 S23并通过不同于接收端口的端口将该通信分组传输也就是转送给另 一通信结点。通过不同于接收端口的端口传输接收到的通信分组，MAC2在环 状拓扑通信网络中从顺时针方向到逆时针方向以及相反地传输通信分 组，从而提高数据的传输成功率。如早些时候讨论的，根据本发明，能够防止永久分组循环的用于 环状拓扑以太网的通信分组处理设备和方法，可以防止由接收通信结 点产生的通信分组、不具有特定目标地址的通信分组、具有在网络上循环来严重降低网络的性能。此外，用于环状拓扑以太网的通信分组处理设备和方法可以减少 接收执行永久循环的通信分组的通信结点的不必要处理负载，并通过 传输通信分组到两个方向来提高数据的传输成功率。因为本发明可以以多种形式来实现而不偏离本发明的精神或本质 特征，还应该知道上述实施例不被前述描述的任何细节限制，除非特 别指出，而是应该如在附加权利要求中限定的其精神和范围中广泛地 解释，因此所有落在权利要求的边界和范围中的变化和修改或这些边 界和范围的等效意图包括在附加权利要求中。
权利要求
1.一种能够防止永久分组循环的用于环状拓扑以太网的通信分组处理设备，其包括快速以太网传输/接收装置，其安装在以太网的一个通信结点上，用于传输通信分组到以太网的通信介质，或接收来自以太网的通信介质的通信分组；中央处理器，其安装在该通信结点上，用于产生或处理和消耗所述信号分组；以及介质访问控制器，其连接在通信结点上的中央处理器和快速以太网传输/接收装置之间，用于将由快速以太网传输/接收装置接收和提供的通信分组的目标介质访问控制器地址与其介质访问控制器地址做比较，根据比较结果来确定是否将该通信分组传输到中央处理器，将由快速以太网传输/接收装置接收和提供的通信分组的源介质访问控制器地址与其介质访问控制器地址做比较，并根据比较结果来确定是终止该通信分组还是将该通信分组传输到另一通信结点。
2. 根据权利要求l所述的通信分组处理设备，还包括存储器，其 用于当介质访问控制器和中央处理器同时传输通信分组到快速以太网 传输/接收装置时，暂时地存储通信分组以防止冲突。
3. 根据权利要求l所述的通信分组处理设备，其中所述介质访问 控制器包括预存程序，其用于基于在通信分组的帧中包括关于通信分 组的损坏的信息的域来终止该通信分组。
4. 根据权利要求l所述的通信分组处理设备，其中两个快速以太 网传输/接收装置安装有通信端口，用于通过改变通信方向来提高通信 成功率。
5. —种能够防止永久分组循环的用于环状拓扑以太网的通信分 组处理方法，其使用通信结点，该结点包括以太网传输/接收装置， 用于传输通信分组到以太网的通信介质，或接收来自以太网的通信介 质的通信分组；中央处理器，其用于产生或处理和消耗所述通信分组； 以及介质访问控制器，其连接在中央处理器和以太网传输/接收装置之 间，用于控制该通信分组的访问，该通信分组处理方法包括第一比较步骤，用于将所述通信分组的目标介质访问控制器地址 与接收到所述通信分组的通信结点的介质访问控制器地址做比较；当在第一比较步骤中两个地址相同时，用于传输所述通信分组到 中央处理器以进行处理和消耗的步骤；当在第一比较步骤中两个地址不同时，用于将所述通信分组的源 介质访问控制器地址与接收所述通信分组的通信结点的介质访问控制 器地址做比较的第二比较步骤；当在第二比较步骤中两个地址相同时，用于终止所述通信分组的 步骤；以及当在第二比较步骤中两个地址不同时，用于将所述通信分组传输 到另一通信结点的步骤。
6. —种能够防止永久分组循环的用于环状拓扑以太网的通信分 组处理方法，其使用通信结点，该结点包括以太网传输/接收装置， 用于传输通信分组到以太网的通信介质，或接收来自以太网的通信介 质的通信分组；中央处理器，用于产生或处理和消耗所述通信分组； 以及介质访问控制器，其连接在中央处理器和以太网传输/接收装置之 间，用于控制所述通信介质的访问，该通信分组处理方法，其包括通过使用介质访问控制器根据预设信息来确定该通信结点是否已 经被设置作为管理结点的歩骤当该通信结点已经被设置作为管理结点时，用于将接收到的通信分组的目标介质访问控制器地址与接收该通信分组的通信结点的介质访问控制器地址做比较的第一步骤；当在第一比较步骤中两个地址相同时，用于将所述通信分组传输 到中央处理器以进行处理和消耗的步骤； 当在第-"比较步骤中两个地址不同时，用于终止所述通信分组的步骤；当该通信结点没有被设置作为管理结点时，用于将接收到的通信 分组的目标介质访问控制器地址与接收所述通信分组的通信结点的介 质访问控制器地址做比较的第二比较步骤；当在第二比较步骤中两个地址相同时，用于将所述通信分组传输 到中央处理器以进行处理和消耗的步骤；以及当在第二比较步骤中两个地址不同时，用于将所述通信分组传输 到另一通信结点的步骤。
全文摘要
公开的用于环状拓扑以太网的通信分组处理设备和方法，其可以通过防止在环状拓扑以太网中的永久循环的产生来维持网络的性能。该通信分组处理设备和方法将通信分组的目标MAC地址与通信结点的MAC地址做比较，根据比较结果确定是否将该通信分组传输到CPU，将所述通信分组的源MAC地址与所述通信结点的MAC地址做比较，并根据比较结果确定是终止所述通信分组还是将该通信分组传输到另一通信结点。
文档编号H04L12/56GK101155138SQ20061015672
公开日2008年4月2日 申请日期2006年12月28日 优先权日2006年9月29日
发明者建 尹 申请人:Ls产电株式会社