通用双冗余网卡切换的方法的制作技术
xxxx网络设备双机冗余切换指导手册
XXX网络设备双机冗余切换指导手册V1.22015年3月目录第1章产品硬件介绍 (1)1.1互联网负载均衡2000S (1)1.2互联网防火墙SRX550 (2)1.3外联区防火墙SRX240 (4)1.4办公区防火墙SRX240 (5)1.5核心交换机4506E (7)1.6互联网服务器接入交换机3750X (9)1.7办公网核心交换机3750X (10)第2章HA冗余方案 (12)2.1互联网负载均衡2000S (12)2.2互联网防火墙SRX550 (14)2.3外联区防火墙SRX240 (17)2.4办公区防火墙SRX240 (20)2.5核心交换机4506E (23)2.6互联网服务器接入交换机3750X (25)2.7办公网核心交换机3750X (27)第1章产品硬件介绍1.1 互联网负载均衡2000S序号名称1 带外管理口2 USB接口3 Console口4 Failover port5 千兆电口6 1G/10G SFP+光口7 前面板状态灯8 LCD显示屏9 LCD控制按钮LED标签LED颜色描述ALARM黄色有较严重告警事件产生，例如设备资源使用率较高、检测到攻击。
红色有严重告警事件产生1、硬件、软件故障无灯光正常STATUS 绿色正常黄色设备处于standby状态黄色闪烁设备软件、硬件故障POWER 1 绿色正常黄色电源模块安装但未开启无灯光未安装电源模块POWER 2 绿色正常黄色电源模块安装但未开启无灯光未安装电源模块1.2 互联网防火墙SRX550序号名称序号名称1 系统硬件状态指示灯8 重置按钮2 Console口9 6端口千兆电口3 USB Console口10 4端口千兆光口4 AUX口11 Mini-PIM接口5 防静电接口12 GPIM接口6 USB接口13 安装支架7 设备电源按钮LED标签LED颜色描述ALARM 琥珀色有较严重告警事件产生1、CPU、内存资源使用率较高2、连接会话数爆满3、HA组发生切换红色有严重告警事件产生1、硬件、软件故障2、检测到攻击无灯光正常STATUS 绿色正常琥珀色有下列情况发生：1、系统开机2、系统关机3、运行诊断程序红色设备故障无灯光系统处于关机状态POWER 绿色正常红色电源模块故障琥珀色电源模块安装但未开启无灯光系统处于关机状态HA 绿色HA正常红色无法检测到HA组对端设备（对端设备重启、对端设备已关机）琥珀色被monitor的接口处于down状态无灯光HA未启用MPIM-1, 绿色正常MPIM-2 红色Mini-PIM 硬件故障无灯光未插入Mini-PIM模块RPS绿色冗余电源红色有下列情况发生：主电源模块故障，设备由RPS供电RPS已安装，电源按钮未打开无灯光未安装冗余电源模块1.3 外联区防火墙SRX240序号名称1 Mini-PIM插槽2 电源按钮3 前面板指示灯4 重置按钮5 Console口6 千兆电口7 USB端口LED标签LED颜色描述ALARM 琥珀色有较严重告警事件产生1、CPU、内存资源使用率较高2、连接会话数爆满3、HA组发生切换红色有严重告警事件产生1、硬件、软件故障2、检测到攻击无灯光正常STATUS 绿色正常琥珀色有下列情况发生：1、系统开机2、系统关机3、运行诊断程序红色设备故障无灯光系统处于关机状态POWER 绿色正常红色电源模块故障琥珀色电源模块安装但未开启无灯光系统处于关机状态HA 绿色HA正常红色无法检测到HA组对端设备（对端设备重启、对端设备已关机）琥珀色被monitor的接口处于down状态无灯光HA未启用MPIM-1, MPIM-2 绿色正常红色Mini-PIM 硬件故障无灯光未插入Mini-PIM模块1.4 办公区防火墙SRX240序号名称1 Mini-PIM插槽2 电源按钮3 前面板指示灯4 重置按钮5 Console口6 千兆电口7 USB端口LED标签LED颜色描述ALARM 琥珀色有较严重告警事件产生1、CPU、内存资源使用率较高2、连接会话数爆满3、HA组发生切换红色有严重告警事件产生1、硬件、软件故障2、检测到攻击无灯光正常STATUS 绿色正常琥珀色有下列情况发生：1、系统开机2、系统关机3、运行诊断程序红色设备故障无灯光系统处于关机状态POWER 绿色正常红色电源模块故障琥珀色电源模块安装但未开启无灯光系统处于关机状态HA 绿色HA正常红色无法检测到HA组对端设备（对端设备重启、对端设备已关机）琥珀色被monitor的接口处于down状态无灯光HA未启用MPIM-1, MPIM-2 绿色正常红色Mini-PIM 硬件故障无灯光未插入Mini-PIM模块1.5 核心交换机4506E序号名称1 风扇托盘2 业务板卡（2-6槽）3 处理引擎（1槽）4 电源模块5 扩展插槽（可扩展4端口1G接口，或2端口10GE端口）LED标签LED颜色描述SYSTEM 绿色正常橙色模块正在开机自检琥珀色设备自检失败，无法加载带系统中无灯光1、背板故障2、板卡某日突然灯灭，可能是机箱供电不足，如果2-3槽有POE+设备，此时供电不足，板卡会从6槽，开始断电。
双冗余网卡高速切换的实现
为例 ，介 绍在Ｗｎｏ ｓ 作 系统 下 ，通 过在 网 ｉ ｗ操 ｄ
卡 驱动 中读取 寄存 器 ，快速检 测 网卡 故障 ，
从 而实现 双 冗 余 网卡 高速 切换 ，使双 冗 余 网
卡 的切换 时 间缩短 至 ７ ｍ ，大 大提 高切换 速 ０ｓ
度 ，从 而保 障各 类铁路 通 信设 备应 用的正 确
作系统下 ，若采用在应 用层实现双 网卡冗余 备份技术 ，
驱 动软件 设计分 ３ 部分 ：初 始化 、双冗余 网卡检 测 与切
其 网卡切换 的平 均 时间必然大 于 １ ０ 。要 实现双冗余 换 、数 据包接收与发送 。初始化 主要 是设 置 网卡 和驱动 ２ ｍｓ 网卡 的快速切换 ，提高 网络的可靠性 和实时性 ，最理 想 程序 的初始状态 ， 包 括初始化变量 、网卡复位及准备发 的办法 是在驱动程序 中实现 。因为操 作系统对 内核模 式 送 和接收 的数据包 等。而数据包 的接 收和发送 主要 是对 的软件 具有 更高的信任度 ，它 工作在ｒ ｇ级 ，可直接 访 网络上 的数据流进行 侦听 ，如果没有 ，则将数据 发送到 ｉ０ ｎ
备 份 网卡能 实时 、 自动地 完成切换 继续工作 。两块 网卡 键 和基础是 网络故障 的检 测 ，可通 过软件检查 、交换 机 使 用 同一个 物理地址 和 同一个 Ｉ地址 。从应用 程序角度 及 网络节点 的网卡协同处 理 ，共同完成。 Ｐ
ＣＨ｜ ＮＥＳＥ ＲＡ／ ＬＷＡＹｓ ２ ２ Ｊ （： ｏ Ｊ 。 ４
的特性 、类 型及驱动允许数据 传输 的方式等信 息 。现 以 网线断 开 、网络接 口松 动及故障等错误 。其原理是 ：当
Ｉｔ ｌ ２ ４ Ｇ 网络控制芯片为例 ，对双冗余 网卡驱动 的 网络链 路链接时 ，网线连接状 态寄存器 中信号为 ｌ 网 ｎｅ ５ ６ Ｂ ｒ８ ，
网络双冗余快速切换的方法与制作流程
本技术涉及一种网络双冗余快速切换的方法，涉及网络通信技术领域。
该方法只在驱动层就可实现网卡切换的动作，不需要更高层的模块协助处理，因此该方法只需要更改网卡的驱动即可实现，而对TCP/IP层的网络协议不做任何的变动，从而可以大大提高网络切换的速度，减少网路切换的时间开销，具体地，切换速度最大可达2倍的任务周期时间，切换时间稳定可调。
该方法在Windows、VxWorks、Linux操作系统中均已实现，满足性能要求。
权利要求书1.一种网络双冗余快速切换的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，系统进行初始化阶段，获取各网卡的硬件资源，并对各网卡做硬件初始化；步骤S2，将第一块网卡注册至系统中；步骤S3，将第一块网卡的注册数据记录到冗余组中的第一个位置；步骤S4，将工作网卡设定为第一块网卡；步骤S5，将第二块网卡注册到系统中；步骤S6，将第二块网卡的IP地址、MAC地址设置为与第一块网卡一致；步骤S7，将第二块网卡加到冗余组中；步骤S8，启动网络监视任务，在此任务中实现网卡连接状态的监视和网卡的切换。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S8中在驱动层实现网卡的切换。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S8中实现网卡的切换时，在发送时，网络层向驱动层通知从哪个设备指针发送数据，驱动层接到发送命令时，抛弃网络层传递的设备指针，而使用当前工作网卡的设备指针作为物理设备完成数据发送，并返回发送状态；在接收时，网络层向驱动层通知从哪个设备指针接收数据，驱动层接到接收命令时，抛弃网络层传递的设备指针，而使用当前工作网卡的设备指针作为物理设备完成数据接收，并返回发送状态。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S8中实现网卡的切换时，在层间的通讯通过返回状态来确认，只要实现网络层接口调用返回值的正确即可实现伪装欺骗。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S8中采用定期判断物理状态变化寄存器中网卡的连接状态，实现网卡的切换。
基于BF537构建双冗余以太网的设计方案
基于BF537构建双冗余以太网的设计方案随着信息技术的高速发展，网络通信显得越发重要，以太网成为了各种控制系统接口互联的主要媒介。
在金融机构、军事应用等特殊应用场合对网络系统的稳定性要求非常高，为了提高系统的可靠性和抗毁性，采用双冗余的设计方式。
双冗余网络实现是以故障检测为基础，通过软件检查、交换机及网络节点的网卡协同处理。
冗余网络的构建方式通常是在每个网络节点采用双网卡，中间用2个HUB或交换机相连。
这样当某个节点的一块网卡、网线或者HUB出现故障时，系统会启用另一块冗余网卡使得系统仍能够正常运行。
本文提出了两种基于BF537的冗余网络构建方案。
1 BF537的结构特点BF537是Blackfin家族的升级产品，其在标准Blackfin内核的基础上拥有丰富接口，并在内部集成有以太网MAC控制器。
Blackfin内核包含2个乘/累加器(MAC)，2个40位的ALU，4个视频专用8位ALU和1个40位移位器。
运算单元处理来自寄存器组的8、16或32位数据。
每个MAC每周期可完成一个16位×16位的乘法运算，并把结果累加到40位的累加器中，提供8位的精度扩展。
ALU单元执行标准的算术和逻辑运算，由于2个ALU具备对16或32位数据操作的能力，因此运算单元具备的灵活性可以满足各种应用中信号处理的要求。
每个32位的输入寄存器可以作为2个16位的寄存器，因此每个ALU可以完成非常灵活的单16位算术运算。
通过把寄存器当作2个16位的操作数使用，双16位或单32位操作可以在一个周期中完成。
更好地利用第2个ALU，4个16位操作可以简单地完成，加速了每个周期的吞吐量。
强大的40位移位器功能丰富，可以对数据进行移位、循环移位、归一化、提取和存储等操作。
运算单元所使用的数据来自具有16个16位操作数或8个32位操作数的寄存器组。
同时BF537把存储器视为统一的4 GB的地址空间，使用32位地址并采用分级的存储器结构。
双网卡冗余技术
双网卡冗余技术双网卡冗余服务器典型技术我个人认为使用NIC Express绑定多网卡，在当今这个数据时代具有一定的实际意义，无论是对于互联网服务器还是局域网服务器的用户都有启发，当我们为服务器绑定多网卡形成阵列之后，不仅可以扩大服务器的网络带宽，而且可以有效均衡负载和提高容错能力，避免服务器出现传输瓶颈或者因某块网卡故障而停止服务。
也许你会说，在当今千兆网卡早已普及的时代，还费劲绑定几块百兆网卡做什么？其实绑定多网卡的目的并不是仅仅为了提高带宽，这样做还有一个最大的优点就是多块网卡可以有效增强服务器的负载承受能力和冗余容错能力。
也许你也经历过，当使用单块10M/100M网卡在局域网里拷贝1G以上大文件的时候，经常会出现电脑停止响应，或者速度奇慢接近死机的情况，当多网卡绑定之后，这种情况会得到明显改善。
所谓双网卡，就是通过软件将双网卡绑定为一个IP地址，这个技术对于许多朋友来说并不陌生，许多高档服务器网卡（例如intel8255x系列、3COM服务器网卡等）都具有多网卡绑定功能，可以通过软硬件设置将两块或者多块网卡绑定在同一个IP地址上，使用起来就好象在使用一块网卡，多网卡绑定的优点不少，首先，可以增大带宽，假如一个网卡的带宽是100M，理论上两块网卡就是200M，三块就是300M，当然实际上的效果是不会是这样简单的增加的，不过经实际测试使用多个网卡对于增加带宽，保持带宽的稳定性肯定是有裨益的，如果交换机等相关条件不错的话，这个效果还是很能令人满意；其次，可以形成网卡冗余阵列、分担负载，双网卡被绑定成“一块网卡”之后，同步一起工作，对服务器的访问流量被均衡分担到两块网卡上，这样每块网卡的负载压力就小多了，抗并发访问的能力提高，保证了服务器访问的稳定和畅快，当其中一块发生故障的时候，另一块立刻接管全部负载，过程是无缝的，服务不会中断，直到维修人员到来。
先下载一个软件NICExpress下载完软件，先不忙安装，咱们还是先准备好硬件。
手把手教你实现服务器的双网卡冗余
手把手教你实现服务器的双网卡冗余手把手教你实现服务器的双网卡冗余在过去的几篇文章中，我们讨论了一些网卡的理论知识。
接下来，我们就要借助亿时空服务器SX1242平台来实地操作，说明如何实现服务器的双网卡冗余，实现负载均衡。
我们前几天也曾经简单的说到服务器的冗余技术，包括服务器的内存、硬盘、电源、网卡等。
据我所知，服务器里面，除了CPU和主板不能实现冗余外，其余在一定条件下都能做到冗余。
这次我们就一步一步，来实现网卡的冗余功能。
从配置上看，CPU为四核XEON5335，服务器的网卡，也是集成在主板上的，但是不要认为集成的就不好。
网卡好还是不好，主要看采用的芯片，根据亿时空技术人员的说明，亿时空SX1242服务器，采用的是intel 82563EB网络控制器，属于英特尔“Dempsey”平台的组成部分，支持英特尔最新的I/O加速技术，当然，也支持网卡绑定技术了。
详细配置列表其实双网卡冗余技术，并非是高深莫测，只要稍懂一些PC技术就可以搞定，做起来非常容易。
网卡负载均衡，通常就是我们说的网卡冗余，也叫网卡绑定，这一功能即使实现两块或者2块以上（但是有上限的）网卡虚拟成为一块网卡，这个聚合起来的设备看起来是一个单独的以太网接口设备，简单的的说就是这些绑定的网卡具有相同的IP地址而并行链接聚合成一个逻辑链路工作。
这个过程也就像是磁盘阵列的RAID1的形式。
网卡冗余技术是一种在服务器和交换机之间建立冗余连接的技术，亦即在服务器上安装两块网卡，一块为主网卡，另一块作为备用网卡，然后用两根网线将两块网卡都连到交换机上。
网卡冗余技术（AFT）的基本工作过程是，当在服务器上装配两块网卡后，AFT技术就能把这两块网卡当作一个网卡工作组来对待，一块为主网卡，另一块为备用网卡。
当主网卡工作时，软件通过备用网卡对主网卡及连接状态时刻进行监测，即采用一种发送特殊设计的“试探包”的方法来进行的监测。
若连接失效，“试探包”便无法送达主网卡，智能软件发现此情况后，立即将工作（包括MAC网络地址）移交给备用网卡。
一种双冗余计算机高可靠切换方案
一种双冗余计算机高可靠切换方案1、引言在航空、航天计算机设计及研制中,经常采用双机对称冗余的体系结构。
即一台主机A加一台设计完全相同的备机B,在主机故障的情况下,可利用双机切换装装置,切换至备机工作。
当两台计算机均处于热机状态时,为了避免冲突,通常设置控制权信号。
拥有控制权的计算机输出控制信号,而无控制权的计算机不能输出信号。
一般包括赋A权和赋B权功能。
除了“权”信号,还可以通过开、关机指令进行双机的切换,通常包括开双机、开A关B、开B关A指令。
以上功能一般都是通过遥控指令或自主指令实施的,遥控或自主指令的发送与当前计算机的工作状态有关,不能随意发送,否则可能会引发故障。
如在A机开B机关的情况下,若发送了赋B权指令并且得到执行,则唯一的热机A机失去了“权”,会进入无输出状态,从而丧失计算机应有的功能；又如在A机有权的状态下,若发送了开B关A指令并且得到执行,则B机虽为热机却无“权”,处于无输出状态,计算机会丧失应有功能。
本方案的设计,就是为了避免由于误发控制指令而出现冷机被赋权（热机被夺权）、有权的热机被关掉的情况。
2、双机切换装置设计主要是利用继电器对电源或指令的开关控制,实现赋权和开关机之间的相互制约。
图1是双机冗余计算机切换装置的电路原理框图。
该双机切换装置包括四个部分。
第一部分是对双机供电进行开关控制的继电器电路。
它包括两个继电器A、B；其中A为控制主机的电源开闭,B为控制备机的电源开闭；通过将控制指令作用于继电器的两个线包,实现对计算机A、B机电源的断开与闭合。
第二部分是对双机控制权进行切换的继电器电路。
它通过一个继电器C控制主机和备机“权”的切换；通过将控制指令作用于继电器的两个线包,实现对计算机主机和备机“权”的切换。
第三部分是控制权对开关机指令进行约束的继电器电路。
它包括两个继电器D、E。
当赋权指令执行时,该电路将相应的关机指令对应的继电器线包供电断开,以使有权的计算机不被关掉。
Intel 82580 双冗余网卡切换技术
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2018年第20期·81·文章编号：2095－6835（2018）20－0081－02Intel 82580双冗余网卡切换技术韩晓1，赵昶宇2（1.海军驻天津八三五七所军事代表室，天津300308；2.天津津航计算技术研究所，天津300308）摘要：对VxWorks 系统下Intel 82580双冗余网卡的通讯和切换技术进行了研究，给出了Intel 82580双冗余网卡在VxWorks 系统下实现双网切换的方法。
该方法在VxWorks 系统底层驱动中设计并实现冗余通道，设计完成后满足了系统要求的误码率和切换时间，并把双冗余网卡的切换时间提高到60ms ，达到了系统的设计指标。
关键词：VxWorks ；双冗余网卡；以太网；舰艇控制系统中图分类号：TP393.05文献标识码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2018.20.081随着网络技术的飞速发展和舰艇现代化程度的不断提高，传统的10M/100M 以太网已远远不能满足作战系统高速大宽带的通信网络需求。
在舰艇的特殊环境下，不但要求网络信息传输速度快、抗干扰能力强，还要求在网络局部故障时，作战系统不出现瘫痪和失效状态。
本文结合某舰艇控制系统网络通信的实际应用，考虑到舰艇控制系统对实时性的要求，对VxWorks 系统下高可靠性网络通讯技术进行了深入研究，实现了VxWorks 下Intel 82580千兆双冗余网卡的配置以及双网卡切换。
1VxWorks 下的双网卡配置本文以2块Intel 82580网络适配芯片为例说明在VxWorks 实时操作系统下，如何配置多网卡进行通信。
首先在WorkBench 的安装目录\WindRiver\vxworks-6.8\target\config\pcPentium4\config.h 文件中增加以下定义：#define INCLUDE_GEI825XX_VXB_END #define INCLUDE_END #define INCLUDE_GEI8254X_END如果希望通过Intel 82580千兆双冗余网卡来引导VxWorks 系统，则需要将DEFAULT_BOOT_LINE 宏定义修改为：#define DEFAULT_BOOT_LINE \"ata=0，0(0，0)host:/ata1a/vxWorks.fk1h=191.8.200.69e=191.8.200.11u=target pw=target o=gei"通过上述配置方法，双通道冗余网卡的驱动就订制在BSP 中，然后重新编译生成Bootrom 和VxWorks 镜像，加载到系统中运行调试。
在DDS_中间件上实现双冗余网卡切换的方法
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2023年第17期·95·文章编号：2095-6835（2023）17-0095-03在DDS 中间件上实现双冗余网卡切换的方法赵昶宇（天津津航计算技术研究所，天津300308）摘要：为满足各种分布式实时通信的应用需求，在VxWorks 系统中采用DDS （Data Distribution Service ，数据分发服务）中间件实现了分布式系统中的信息共享和节点的自动发现，保证了系统的健壮性和可扩展性。
但是，由于VxWorks 系统中采用双冗余网卡工作，利用传统的网卡切换方法在任一网卡故障时会导致DDS 网络通讯中断。
为了解决上述问题，阐述了DDS 中间件技术的架构、通信模型和QoS （Quality of Service ，服务质量）策略，提出了一种在DDS 中间件上实现双冗余网卡切换的方法。
该方法能够保证在VxWorks 操作系统中双冗余网卡发生切换时DDS 中间件仍然能正常进行网络通信，同时缩短网卡切换时间，提高网络数据传输的可靠性。
关键词：VxWorks 系统；DDS 中间件；以太网；网卡切换中图分类号：TN915文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2023.17.027以太网技术作为一种成熟且抗干扰能力强的技术，具有构建成本低、物理及数据协议完善、传输速率较高等优良特性，在VxWorks 嵌入式系统中得到广泛应用。
由于VxWorks 嵌入式系统对以太网具有高实时性和高可靠性的要求，传统的单一网卡一旦出现故障或受损时，很可能导致整个网络系统瘫痪，严重降低了以太网传输的可靠性和实时性。
因此，目前通常采用一种网卡故障保护机制，即对当前工作网卡进行冗余热备份，当工作网卡出现故障时，由冗余网卡接替完成网络通讯任务。
DDS 数据分发服务作为网络数据通讯的核心技术，它能够保证分布式系统可靠实时地交换分配群体数据，其传输能力比通常的战术数据链高几个数量级。
一种双冗余网络快速切换方法
时间较短，一般在 ms 级别。而交换机切换主要是 重新建立路由表、地址表、组播成员表、更新端口状 态等，根据拓扑结构不同，切换需要的时间不同，通 常都在秒级甚至分钟级，切换时间较长导致网络数 据丢失而影响业务或作战。本文采用一种交换机 优化和终端计算机软件相结合的方法，重点讨论当 一台交换机关机或故障时，实现交换机转发表的快 速更新，使双冗余网络切换时间最快可达到 ms 级。
2018 年第 11 期
舰船电子工程
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表系统两台核心交换机，分系统接入交换机 1、2 代 表各分系统的两对接入交换机。系统通过交换机 A 和 B 作为核心交换机组网，交换机 A 和 B 互为备 份，终端计算机配置双冗余网卡分别连接到两台交 换机。分系统 1 的 6 台终端直接接入核心交换机， 分系统 2 的 4 台终端通过接入层交换机 1 级联到核 心交换机，分系统 3 的 4 台终端通过接入层交换机 2 级联到核心交换机。通信方面，各分系统内部采 用组播方式，分系统之间有的采用组播方式，有的 采用点播方式。当一台交换机故障时，由于交换机 切换重新建立路由表、地址表、组播成员表、更新端 口状态等需要一定时间。根据拓扑结构不同，切换 需要的时间不同，通常都在秒级甚至分钟级，切换 时间较长导致网络数据丢失而影响业务或作战。 因此必须找到一种方法，使交换机故障时，网络系 统快速切换，减少网络数据丢失的风险。
摘 要 为了保证舰载信息系统数据的高可靠性传输，双冗余网络广泛应用到各种舰载装备中，双冗余网络采用交换 机和终端网卡采用热备份模式，形成了从通道到节点的多点冗余。论文提出了一种通过交换机配置优化和终端计算机软件 相结合的方法，使一台交换机关机或故障时，双冗余网络切换时间最快可达到 ms 级。
关键词 双冗余网络；切换时间；热备份 中图分类号 TP393.09 DOI：10. 3969/j. issn. 1672-9730. 2018. 11. 032
一种双网口冗余TRDP协议转换网卡[发明专利]
![一种双网口冗余TRDP协议转换网卡[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/aecb6d164a35eefdc8d376eeaeaad1f34693111f.png)
(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202210165032.1(22)申请日 2022.02.23(71)申请人 南京康曼电子科技有限公司地址 210000 江苏省南京市雨花台区安德门大街57号楚翘城商务楼2号楼308室(72)发明人 刘伟 兰昱 邓业东 (51)Int.Cl.G05B 9/03(2006.01)(54)发明名称一种双网口冗余TRDP协议转换网卡(57)摘要本发明涉及轨道交通实时以太网通信领域，具体涉及一种双网口冗余TRDP协议转换网卡，包括电源模块、TRDP协议处理模块、协议转换模块，本发明提供的双网口冗余TRDP协议转换网卡采用ARM主控器实现TRDP协议栈程序及协议转换功能，并将各功能模块集成于一块尺寸较小的电路板，使得用户不必关心TRDP协议本身即可将网络设备接入列车以太网进行TRDP通信。
权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 114609893 A 2022.06.10C N 114609893A1.一种双网口冗余TRDP协议转换网卡，其特征在于，使用ARM主控器实现TRDP协议栈功能及协议转换功能，并将各功能模块集成于一块尺寸较小的电路板上。
2.根据权利要求1所述的一种双网口冗余TRDP协议转换网卡，其特征在于，集成两路独立100M全双工网口，支持10M全双工，支持双网口冗余操作，主程序自动检测两路网口连接状态，当一路故障时，自动使用另一路收发数据。
3.根据权利要求1所述的一种双网口冗余TRDP协议转换网卡，其特征在于，采用带有Linux操作系统的ARM主控器实现TRDP协议栈，支持符合IEC 61375‑2‑3的TRDP协议。
4.根据权利要求3所述的一种双网口冗余TRDP协议转换网卡，其特征在于，支持过程数据（PD ）、消息数据（MD ），发送周期稳定，周期抖动在微秒级。
5.根据权利要求3所述的一种双网口冗余TRDP协议转换网卡，其特征在于，支持推模式（Push ）及拉模式（Pull ）。
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本技术涉及一种通用双冗余网卡切换的方法，涉及双冗余网卡技术领域。
该方法在VxWorks 操作系统的驱动层和MUX层之间增加一层虚拟网卡设备层，它负责管理多块物理网卡。
当检测到网卡故障时，由虚拟网卡设备层负责切换到另一块网卡上。
这种方法适用于VxWorks 操作系统下所有类型的网卡设备的切换，本技术提出的方法适用于所有类型的网卡，易于实现，具有通用性强，可靠性高，双冗余网卡切换时间短等优点，大大满足短事务、强实时系统的要求，最大限度地保证了嵌入式系统网络的安全性、可用性和可靠性。
技术要求1.一种通用双冗余网卡切换的方法，其特征在于，该方法在VxWorks操作系统下通过MUX 接口装载并启动虚拟网卡驱动程序来实现。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法在VxWorks操作系统的驱动层和MUX层之间增加一层虚拟网卡设备层，该虚拟网卡设备层用于管理多块物理网卡，当检测到网卡故障时，由虚拟网卡设备层负责切换到另一块网卡上。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)在VxWorks操作系统的驱动层和MUX层之间增加一个虚拟网卡，即bond设备，并通过调用muxDevLoad函数装载bond设备的驱动程序bondEndLoad，从而实现在MUX层与驱动层之间实现一层虚拟网卡设备层；(2)利用驱动程序bondEndLoad完成虚拟网卡设备层所管理的两个物理网卡的初始化、END_OBJ结构的初始化和底层驱动所需资源的分配；(3)利用虚拟网卡设备层实现网卡链路检测和网卡切换。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，驱动程序bondEndLoad功能的具体实现过程为：检查初始的资源字串的合法性，并从所述资源字串中解析出网卡的类型和网卡的编号；调用endObjInit函数创建发送处理时使用的互斥信号量，初始化相关协议列表，检查和控制网卡名称的长度，设置网卡编号和bond设备操作函数列表，清除多播地址信息；调用muxBind函数向VxWorks操作系统注册对应的协议类型，将协议类型与bond设备的网络接口绑定，开始执行关闭处理函数、重启处理函数和出错处理函数；调用muxIoctl函数为虚拟网卡设备层所管理的两个物理网卡设置相同的MAC地址；调用mib2Init函数初始化MIB2接口单元；调用endObjFlagSet函数设置网卡就绪标志位；调用muxIoctl函数读取bond设备标志，若bond设备标志置位，则进行网卡切换操作。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(3)中利用虚拟网卡设备层实现网卡链路检测具体为：在VxWorks操作系统的网络协议栈中，当驱动程序bondEndLoad给网络协议层传送数据时，如果有错误发生，则调用出错处理函数进行处理，在出错处理函数中得到当前网卡的连接状态LINKUP或者LINKDOWN，如果当前网卡的连接状态为LINKDOWN，则认为在网卡设备工作过程中检测到网卡链路故障，进行网卡切换操作。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(3)中利用虚拟网卡设备层实现网卡切换的操作具体为：若当前工作的网卡的连接状态为LINKDOWN，则检查另一块网卡的连接状态是否正常，若另一块网卡的连接状态为LINKDOWN，表明两块网卡均故障，则结束；若另一块网卡的连接状态为LINKUP，则设置当前的活动网卡为另一块网卡，并调用muxLinkUpNotify函数通知MUX层当前网卡的连接状态并重新启动网络传输。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述两个网卡之间用两个Hub互连。
8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述两个网卡之间用两个交换机互连。
技术说明书一种通用双冗余网卡切换的方法技术领域本技术涉及双冗余网卡技术领域，具体涉及一种通用双冗余网卡切换的方法。
背景技术为了提高嵌入式系统网络通讯的健壮性和可靠性，通常在系统内部采用双网卡结构，它们之间用两个Hub或交换机互连。
在网络通讯的过程中，当其中一块网卡故障、网线损坏、Hub或交换机故障时，整个网络仍然能正常通讯。
目前在VxWorks操作系统下实现双冗余网卡切换的方法有很多种，有的在应用层创建任务，在任务中通过查询网卡寄存器状态进行网卡切换，这种方法的缺点是网卡切换时间过长，而且网卡寄存器状态发生跳变容易导致误切换；有的在网卡驱动层通过查询网卡寄存器状态进行网卡切换，这种方法提高了网卡切换的时间，但是需要修改每种类型网卡的驱动程序，不是一种通用的实现双冗余网卡切换的方法。
为了解决上述双机冗余网卡切换中存在的不足，提高VxWorks操作系统下嵌入式系统设备网络通讯的可靠运行，需要提出一种通用双冗余网卡切换的方法。
技术内容(一)要解决的技术问题本技术要解决的技术问题是：如何实现一种通用双冗余网卡切换的方法，有效地保证嵌入式系统稳定、可靠、有效和持续运行。
(二)技术方案为了解决上述技术问题，本技术提供了一种通用双冗余网卡切换的方法，该方法在VxWorks操作系统下通过MUX接口装载并启动虚拟网卡驱动程序来实现。
优选地，该方法在VxWorks操作系统的驱动层和MUX层之间增加一层虚拟网卡设备层，该虚拟网卡设备层用于管理多块物理网卡，当检测到网卡故障时，由虚拟网卡设备层负责切换到另一块网卡上。
优选地，该方法包括以下步骤：(1)在VxWorks操作系统的驱动层和MUX层之间增加一个虚拟网卡，即bond设备，并通过调用muxDevLoad函数装载bond设备的驱动程序bondEndLoad，从而实现在MUX层与驱动层之间实现一层虚拟网卡设备层；(2)利用驱动程序bondEndLoad完成虚拟网卡设备层所管理的两个物理网卡的初始化、END_OBJ结构的初始化和底层驱动所需资源的分配；(3)利用虚拟网卡设备层实现网卡链路检测和网卡切换。
优选地，步骤(2)中，驱动程序bondEndLoad功能的具体实现过程为：检查初始的资源字串的合法性，并从所述资源字串中解析出网卡的类型和网卡的编号；调用endObjInit函数创建发送处理时使用的互斥信号量，初始化相关协议列表，检查和控制网卡名称的长度，设置网卡编号和bond设备操作函数列表，清除多播地址信息；调用muxBind函数向VxWorks操作系统注册对应的协议类型，将协议类型与bond设备的网络接口绑定，开始执行关闭处理函数、重启处理函数和出错处理函数；调用muxIoctl函数为虚拟网卡设备层所管理的两个物理网卡设置相同的MAC地址；调用mib2Init函数初始化MIB2接口单元；调用endObjFlagSet函数设置网卡就绪标志位；调用muxIoctl函数读取bond设备标志，若bond设备标志置位，则进行网卡切换操作。
优选地，步骤(3)中利用虚拟网卡设备层实现网卡链路检测具体为：在VxWorks操作系统的网络协议栈中，当驱动程序bondEndLoad给网络协议层传送数据时，如果有错误发生，则调用出错处理函数进行处理，在出错处理函数中得到当前网卡的连接状态LINKUP或者LINKDOWN，如果当前网卡的连接状态为LINKDOWN，则认为在网卡设备工作过程中检测到网卡链路故障，进行网卡切换操作。
优选地，步骤(3)中利用虚拟网卡设备层实现网卡切换的操作具体为：若当前工作的网卡的连接状态为LINKDOWN，则检查另一块网卡的连接状态是否正常，若另一块网卡的连接状态为LINKDOWN，表明两块网卡均故障，则结束；若另一块网卡的连接状态为LINKUP，则设置当前的活动网卡为另一块网卡，并调用muxLinkUpNotify函数通知MUX层当前网卡的连接状态并重新启动网络传输。
优选地，所述两个网卡之间用两个Hub互连。
优选地，所述两个网卡之间用两个交换机互连。
(三)有益效果本技术在VxWorks操作系统的驱动层和MUX层之间增加一层虚拟网卡设备层，它负责管理多块物理网卡(网卡配置、链路检测以及链路切换)。
当检测到网卡故障时，由虚拟网卡设备层负责切换到另一块网卡上。
这种方法适用于VxWorks操作系统下所有类型的网卡设备的切换，本技术提出的方法适用于所有类型的网卡，易于实现，具有通用性强，可靠性高，双冗余网卡切换时间短等优点，大大满足短事务、强实时系统的要求，最大限度地保证了嵌入式系统网络的安全性、可用性和可靠性。
附图说明图1为本技术设计的网络设备内核驱动层次示意图。
具体实施方式为使本技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本技术的具体实施方式作进一步详细描述。
为了提高VxWorks操作系统下网络通讯的可靠性，本技术提出了一种通用双冗余网卡切换的方法，该方法在VxWorks操作系统下通过MUX接口装载并启动虚拟网卡驱动程序来实现。
在VxWorks操作系统下，MUX层用于管理网络协议接口和底层驱动程序之间的通信。
该方法具体包括以下步骤：(1)在VxWorks操作系统的驱动层和MUX层之间增加一个虚拟网卡，即bond设备，并通过调用muxDevLoad函数装载bond设备的驱动程序bondEndLoad，从而实现在MUX层与驱动层之间实现一层虚拟网卡设备层，即Bond驱动层(如图1所示)；(2)利用驱动程序bondEndLoad完成网络硬件设备的初始化、END_OBJ结构的初始化和底层驱动所需资源的分配，驱动程序bondEndLoad的具体实现过程为：检查初始的资源字串的合法性，并从所述资源字串中解析出网卡的类型和网卡的编号；调用endObjInit函数创建发送处理时使用的互斥信号量，初始化相关协议列表，检查和控制网卡名称的长度，设置网卡编号和bond设备操作函数列表，清除多播地址信息；调用muxBind函数向VxWorks操作系统注册对应的协议类型，将协议类型与bond设备的网络接口绑定，开始执行关闭处理函数、重启处理函数和出错处理函数；调用muxIoctl函数为虚拟网卡设备层所管理的两个物理网卡设置相同的MAC地址；调用mib2Init函数初始化MIB2接口单元；调用endObjFlagSet函数设置网卡就绪标志位；调用muxIoctl函数读取bond设备标志，若bond设备标志置位，则进行网卡切换操作；(3)网卡链路检测和切换在VxWorks操作系统的网络协议栈中，当驱动程序bondEndLoad给网络协议层传送数据时，如果有错误发生，则调用出错处理函数进行处理，在出错处理函数中得到当前网卡的连接状态(LINKUP或者LINKDOWN)，如果当前网卡的连接状态为LINKDOWN，则认为在网卡设备工作过程中检测到网卡链路故障，进行网卡切换操作。
采用这种方法实现网卡链路检测，和传统的通过定时器查询网卡连接状态方法相比，该方法实时性更好，故障诊断准确性更高，系统开销更小，明显提高了网卡切换的可靠性。