通過冗余和容錯達到的高可用性是許多工業網絡部署的關鍵部分。一個企業網絡斷開幾分鐘會帶來很多的不方便，而工業網絡的中斷則可能有災難性的后果。增強標準的生成樹協議（Spanning Tree Protocol）的功能可為局域網的環型結構增加活力以及提高修復錯誤的速率，而不會犧牲基于標準的冗余解決方案的利益。  

    在部署冗余的工業以太網的應用系統時，公司主要依靠已經開發的定制系統來適應單個的應用。在過去三年中，從運行設備投入生產而獲得的實踐經驗相對較少。已經使用多年但代價昂貴的串行連接協議和專有解決方案的行業試圖使標準的以太網適合容錯的工業網絡。標準的靈活性和互操作性的好處是顯而易見的。然而，把設計用于更加寬松的辦公室環境的軟件標準用于嚴酷工業現場，這的確是個挑戰。  

標準軟件  

    IEEE802.1d標準生成樹協議（STP）幾年前就已經能與管理的切換器和網橋一起使用。這種軟件提供一個機制，用于解決以冗余的物理連接保持標準以太網局域網的運行，它不允許所使用的數據包在給定的時間內有多于一條的途徑。生成樹協議包括于以太網管理的切換器軟件內，所有生產以太網管理切換器的主要供應商都提供這種軟件，并在市場上已廣泛銷售。  
    而且，通過多年的廣泛使用，已證明STP是可互操作的，使用來自多生產商的產品的商業系統能以常規實現。標準STP支持任何形式的冗余組態：網格型或環型或組合型。  
    最近，出現了快速生成樹協議（RSTP）并開始用于一些冗余局域網系統。它被設計用于小或中型網格和一些小型環中，具有比STP更快的出錯修復時間。一般說來，還沒有現成的RSTP互操作性的經驗，因為它剛出現，它的出現使支持它的生產商作了一些專有的修改。  

    生產商有時為了鼓勵選擇專有技術而不贊成使用STP。因為STP沒有生產商的贊助，供其使用的數據并不是廣泛可用的，而且培訓資料和應用經驗比較局限。  

工業中的環型結構  

    環型拓撲是工業應用中最實際和最廣泛的冗余局域網配置。網狀結構不實用而且對于大區域范圍的分散式應用來說非常昂貴。管理冗余環有以下三個選擇：  

    1．與當前的標準一起使用，即使它們并不是為環型應用而優化設計的。  

    2．使用生產商專有的用于環型結構的解決方案，它能提供更快的錯誤修復時間，但價格更貴和其實現的靈活性相對較少。  

    3．選擇具有特殊環擴展的基于標準的實現，它能加快處理出錯，也允許在拓撲中使用任何標準的以太網產品。  

選擇1，使用STP  

    STP用于冗余局域網應用系統已超過10年。起初它被設計為在10Mbps總線拓撲中支持使用橋技術的冗余。目前，STP已經發展為用于高速局域網中具有星型拓撲的多端口切換器中。  

    環是網狀拓撲的簡單子集，這是STP的優勢所在。然而，在一些高端應用中，標準STP執行修復的延遲時間過長以至難以接受。STP用于大多數（如果不是所有被以太網管理的切換器）可以在一個配置中混合和相匹配的切換器。STP被設計為支持多種局域網拓撲并能與集線器和切換器很好地一起工作。  

    STP的弱點寄居于其優勢中：它不是固有的面向環型結構，而且其復雜性允許其支持多種拓撲，這樣在一個相對簡單的冗余環其性能就不能充分發揮。當在環中出現故障時，很明顯的解決方法就是把中斷的環看成是兩個單獨的串，直到故障修復為止。由于只有這樣一個故障修復方法，因此標準STP收集數據以及作出分析所用的時間是不能被接受的。  

    STP的其他弱點在于：它不能輕易地按比例增加規模從而控制更大的環。STP在有冗余沖突的切換器之間傳遞信息時，如所有的切換器在決策的根切換器的一對跳點之間，則STP能工作得很好。當一個環中切換器的數量達到十個，每個切換器都沿線傳送報文時，對STP而言，這個環就難于操作以致不能很好地進行報文處理。  

    對一個決策者來說，一個簡單的環結構是最好處理的，只需照顧好環的兩端，環和環的結點符合標準以太網數據包處理協議。一般說來，STP的結構設計過于復雜因而使協議相對于簡單的環來說是大材小用。  

選擇2——專用解決方案

    它們能夠快速有效地處理環以太網的故障，但是網絡設備的專有屬性限制了只能使用單一生產商的設備包括承擔其風險。  

選擇3——環功能增強的STP

    通過開發一個建立在STP標準上、更快的、基于環的故障修復過程和快速運行的安全解決方案始終需要進一步的革新，以便今后能夠更好地運行。所推薦的解決方案允許多生產商的實現但仍保持可選擇的方案。一個可選擇的方案是由GarrettCom’s S-Ring軟件所提供。它目前要求使用Magnum6K可管理的切換器，但通過使用標準的STP狀態檢測群播包（稱為橋路協議數據單元或BPDU）決定故障的出現。不干擾標準STP的運行，就能選擇S-Ring軟件運行于一個支持環型結構的成對端口，它減少環型結構的故障修復時間（對標準STP來說是1.5分鐘至5分鐘），從分鐘降至秒（小于2秒，環切換器緩沖所允許的時間）。由于它使用專有環修復方法，S-Ring解決方案的速率因而具有競爭力，但是在標準STP基礎上實現，允許使用多生產商、工業標準以太網集線器以及切換器。  

環計時問題  

    以太網開關記憶MAC地址，從而可將數據包切換至其目的端口，一旦它們被激活，就能在存儲器中存儲其地址。如果MAC地址停止激活，幾分鐘后它就退出切換器的存儲器。當LAN急需重新組態時，這個延遲退出切換器的存儲地址會導致問題。當中繼器（集線器）沒有存儲器緩沖并因此而不能建立修復瓶頸時，切換器中所存儲地址能防止數據包通過新的修復路徑傳送出去，直到地址被清除出切換器的存儲器。  

    如果環中的切換器能避免以太網的通信報文移到修復通信路徑的話，那么具有快速環修復的技術是沒有什么利益。不同的切換器生產商實施不同的地址緩沖時效時間。在多生產商的實現中，修復路徑中最慢的時效時間將控制環修復時間。當計算冗余環中修復時間的時候，建立切換器地址緩沖的時效時間非常關鍵。  

    在該公司的mP62邊緣（edge）切換器中，可激活一個稱為Link-Loss-Learn（LLL）的[專有]特性，它立即排齊地址緩沖器并再次獲得圍繞故障點進行路由的MAC地址。這個過程類似于切換器的初始化，并在毫秒級的時間發生，導致快速的環修復。一個S-Ring的實現監視Link-Loss以及STP BPDU包的故障并且對首先發生的那個故障作出響應。在大多數情況下，偵測Link-Loss（鏈接丟失）的時間快于兩秒，在這個時間內，BPDU包可成功地在整個環中傳遞。典型的環修復時間（使用S-Ring軟件和Mp62邊緣開關，在環端口嵌入LLL特征）小于250毫秒，即使在環結構中有50個或更多的Mp62開關。沒有激活的LLL，mP62開關的地址緩沖時效時間（默認值為3分鐘）可能是環修復時間的門限因素。

用于雙重冗余的多環  

    在工業網絡中，雙端口PLC要求在LAN中有兩條獨立的通道而沒有故障的公共點，這樣將運行時間最大化。雖然安裝和運行成本非常昂貴，但能夠證明這種冗余系統是合理的，因為停機所付出的代價也是很高的。  

    環結構有一個故障的公共點，這就是環中頂部的切換器。由于雙重系統要求最大的冗余和運行時間、非單一的故障點以及快速的故障修復時間，運行于S-Ring軟件由Magnum 6K切換器操作的兩個環可提供很好的性能和安全性。  

    決定最佳的雙重冗余解決方案需要一個經濟實惠的關于冗余介質成本的分析、快速響應的產品以及技術上的最佳平衡。然而，基于工業標準的互操作平臺如有STP的以太網能支持雙重冗余環結構，而且它們能協調許多生產商的插座和開關，知道這些是非常有用的。S-Ring技術支持的雙重冗余環結構能夠達到小到秒級的故障修復時間，使之能夠用于任何容錯冗余LAN的設計。  

    一個真正的基于標準的解決方案是由什么組成？  

    目前有許多可用的解決方案在冗余以太網環中實現快速的故障修復。赫斯曼公司是第一個通過其Hiper Ring概念來提出環拓撲技術的。雖然該系統要求在環中的所有部件為專有元件，局域網典型地在50毫秒或更少的時間內恢復。  

    在前幾周，Moxa公司宣布了其以太網設備冗余切換器ED6008，它可以用于建立起恢復時間為300毫秒的冗余以太網。雖然沒有提供具體細節，但是公司的實現Turbo環，并非建立在傳統的生成樹協議的基礎上。而且也不清楚其它生產商提供的切換器是否能用在Moxa環中。環的建立要求將每個切換器的端口8和相臨切換器的端口7連接起來。  

    雖然GarrettCom的S-Ring在標準的生成樹的修復時間方面做了主要的改進，但是目前它只能在公司的6K系列管理切換器上運行—這與真正基于標準的冗余實現的概念稍微有些不一致。但是，公司總裁Frank Madren愿意授權給其它的工業以太網生產商在他們的產品中使用其軟件，為冗余切換器開創一個真正開放的市場。  

    GarretCom的英國經理Doug Thomposon告訴我們：“目前S-Ring軟件只運行于GarrettCom6K系列管理切換器。問題是“是否還有其他人能運行這個軟件？” “任何希望獲得軟件許可證而和我們聯系的人，在原則上是允許這樣做的。在當前的情況下，我們處于過渡階段，冗余環的解決方案趨向專有化。不遠的未來的某一天，大部分人都不想采取這種方式而寧可使用完整的開放式解決方案。我們剛才所提供的在技術上能夠做到這點——而且我們并不反對軟件許可證的做法。  

    18個月前我們就向所有的客戶明確了我們自己不會考慮認可其他任何人的專有解決方案”他說。  

    最后GarrettCom的總裁Frank Madren說：“冗余以太網技術實現的真正標準化是非?？赡艿摹Ｎ也⒉黄谕@樣，但是我們已經把這作為一項公司的策略采用而不是排斥它，或者引進有沖突的專有技術。這是有關S-Ring的。采用標準并在以太網的精神下把它們做的更好。如果其他人也這么做的話，用戶將是贏家，我們都會相應地會得到更大的市場?！?nbsp;