1以太网概述
现今计算机、通信技术得到了极为飞速的发展，以太网的重要性也越发突出[1]。以太网从10M~1000兆、10G及今后可能实现的100G，在极短的一段时间内完成了质的飞跃。新的以太网技术标准的形成，使得以太网技术发展空间得以扩大化，且能够更为优质的承担WAN、MAN等大规模、长距离网络的建设任务。以太网正在随时社会经济的发展而迅速发展着，其所面对的挑战也越发严峻。在语言、视频、移动等领域应用中，以太网的性能、速度要求也在逐渐提升。以太网最初诞生于1975年，由美国施乐公司研究中心PARC研究出来。当时，以太网只是一种基带总线局域网，其数据率为每秒2094Mb。以太网将无源电缆作为总线完成数据帧的传送，以以太进行命名。以太网并非是指一个具体化的网络，而是指一种在局域网中通用化的通信协议标准，其余IEEE802.3有着类似之处。此标准对局域网中的电缆、信号均作出了明确规定。现如今，以太网已成为了极为流行的一种局域网技术，几乎全世界的个人、企业网络均采用以太网。依照相关的统计资料表明，在全世界中，采用以太网技术的网络所占比例为85%，可以说是占据了主导地位。现如今，以太网的传输媒介较为多样化，如双绞线、光纤等。双绞线多应用于集线器的链接，而光纤则用于交换机及路由器的有效链接或是多个交换机彼此之间的级联。如果链接线路存在任何问题，则会导致出现一系列的链路故障。在以太网的实际运行中，可能会受到各种技术及非技术的影响进而发生链路故障，导致业务活动的暂停，给人员财产造成巨大损失。所以，在现今以太网的应用中，其链路安全可靠性的重要性越发突出，提出一个适宜千兆冗余以太网链路运行检测的先进技术极为重要。
2“心跳”帧以太网链路检测
2.1“心跳”帧
在千兆冗余的以太网链路检测中，运用“心跳”帧能够实现对链路状态的实时监测。“工作心跳”帧的格式如表1所示。而“备用心跳”帧的格式与“工作心跳”较为相似，只是目的及源地址完全相反。工作中的以太网控制器会定时通过链路进行“工作心跳”(简称工作帧)帧数据信息的发送，而工作帧则将工作MAC地址作为源地址，将备用地址设为目的地址。当控制器处于备用状态中时，也会定时通过备用链路进行备用帧数据信息的发送。在备用帧中，备用地址便是源地址，而工作地址则被作为目的地址。运用“心跳”帧作为链路状态检测技术会在一定程度上增加以太网的通信承载负担。但是完全不用担心的是，对于千兆网而言，一个每隔数毫秒发送一个64Byt4“心跳”帧的负担极轻。通过计算可得，运用千兆网进行“心跳”帧的发送所需时间不过是512ns。如果将间隔设为1ms，那么“心跳”帧发送时所占的以太网带宽不过是两千分之一。
2.2链路状态检测方式
2.2.1链路状态检测方式
运用相关控制器GMAC能够实现对CRC故障帧的完整统计，且能够对所接收发送的“心跳”帧进行完整统计计数。从而全面实现对链路性能变化的实时准确监测。以太网自身运行中存在着较多的未知数，所以，此检测方式是先运用“心跳”帧完成对网络性能的分析工作，依照其最终的延时结果将网络分为两大类，Delay及No-Delay网络。当以太网正式开始工作时，每隔1ms便会进行一次“心跳”帧的发送。如果GMAC能够在“心跳”帧发送后接收到相关的信息，且其接收时间保持在1ms[2]。那么则表明，如果链路断开，那么网络中则不再会存在的“心跳”帧，这样的网络就被称为No-Delay网络。而如果GMAC进行“心跳”帧信息的接收在发送1ms后，那么在链路断开时，网络中依旧会存在“心跳”帧，这样的网络也就是指Delay。不同的链路断开检测方法存在着些许不同，具体的检测方式为：
2.2.2Delay网络检测
在网路初始化之后，在工作中及备用状态下的以太网控制器便会同时向对方进行64Byte“心跳”帧的发送。由于两个控制器在同时进行了“心跳”帧的发送，当以太网控制器所接收到的以太网帧CRC出错率增加时，那么则可判定链路状态出现了故障，此种故障状态也被称为Error0状态。与此同时，还可运用控制器对“心跳”帧进行计数整理，以此实现对故障链路的准确判定。如果网络链路断开时，控制器所发送的“心跳”帧数均为AX，其所接收到的备用“心跳”帧为PX-1；所接收到的工作“心跳”帧为PX-2。由于在此网络状态中存在着些许“心跳”帧，因此PX-1与PX-2之间将会存在着一定的差距。如果是PX-1大于PX-2，那么则可作出判断，即备用链路存在问题；而如果是PX-1小于PX-2，那么则表明工作链路存在问题。当发现链路故障时，应及时进行链路切换处理，确保以太网的顺利工作。
2.2.3No-Delay网络检测
同样的，在网络初始化后，处于工作及备用状态中的控制器将会向对方进行64Byte“心跳”帧的发送。两个控制器同时向对方发送“心跳”帧，如果以太网控制器所接收到的CRC出错率较大且收发“心跳”帧数不相等，那么则可判断网络链路存在断开故障，此种故障状态则被称为N-Error0状态。待N-Error0状态检测出后，两个控制器会在同时进行1526Byte“心跳”帧的发送，且其发送线速为96ns[3]。此时发送的这种大“心跳”帧能够使得交换机网络存储在极短的时间内完全充满，且发送出pause帧。当经过X时间后，工作控制器A如果接受到交换机所发送的帧数据，那么则表明链路A未曾出现断开状况，备用链路B断开。相反的是，如果在经过Y时间后，备用控制器B接受到交换机帧，那么则表明，链路B未曾出现断开状况，出现断开的是链路A。在此种状态中，对故障链路进行判定，被称为N-Error1状态。当发现链路故障后，应及时进行切换处理。
3结语
运用“心跳”帧技术进行千兆冗余以太网链路状态的检测，能够在较短的时间内对断开故障链路实行科学有效的及时处理，避免在后期造成严重后果。在此种检测技术的应用中，能够尽可能的将链路断开确定所需时间有效缩短，对以太网的链路切换要求予以满足。现今的硬件及链路切换技术还在完善中，可能会对网络芯片面积、成本投入造成一定的不利影响。因此，对于冗余链路切换方式的优化研究还有待进一步的加深。
作者：肖辉强 单位：山东省荣成市医疗保险事业处
