# 1 以太网中的广播风暴

若未实施环网管理，网络环网极有可能触发网络风暴。当非管理型交换机接收到广播数据包或组播数据包时，会将其从除接收端口外的其余所有端口进行转发。
在存在环网的网络环境中，广播数据包和组播数据包会被持续不断地重复转发，进而引发广播风暴。一旦广播风暴形成，网络吞吐量便会急剧下降。随着风暴的加剧，网络带宽会被循环传输的这些数据包迅速占据，直至100%的带宽都被用于此，最终导致网络性能急剧恶化，陷入近乎瘫痪的状态。
![image](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-12480681/7b2c531c7cd39682338415f35531d5c8.png)
对于任务关键型网络应用而言，冗余通信路径（即冗余介质）通常是必不可少的，以确保在主路径丢失时仍能维持通信。然而，当采用介质冗余时，通常一次只能激活一条路径。一种常见的解决方案是预先准备一根未连接的备用电缆，以便在主电缆损坏时使用。但这种方法的缺点在于，它需要人工介入来完成切换和修复，这无疑增加了故障恢复的时间和复杂性。
# 2 IEEE生成树协议和快速生成树协议

IEEE生成树协议（STP）专门设计用于检测网络环路，并在引发广播风暴之前将其阻断，从而确保网络的稳定运行。STP还具备自动切换功能，能够在主链路发生故障时无缝激活冗余链路，保障网络的高可用性和连续性。
生成树协议（STP）通过将交换机上的某些端口置于阻塞状态，阻止这些端口转发或接收标准以太网帧，从而有效避免环路引发的网络问题。唯一的例外是STP的BPDU（桥接协议数据单元）数据包。BPDU用于计算网络中的最短路径，并作为心跳信号检测环路连接是否完整。
当主路径发生故障时，生成树协议需要一定时间来检测故障，并解除阻塞端口以建立绕过故障点的备用路径。这一过程所需的时间被称为环路的“自愈时间”。在STP协议中，自愈时间通常为30至120秒。而在大型网络中，STP的恢复时间可能会延长至5分钟。
![image](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-12480681/bddb0c9636f486ed4ae4ee118418652a.png)
快速生成树协议（RSTP）自动阻塞了一条路径
生成树协议（STP）由IEEE于1990年正式标准化为802.1D标准。1998年，IEEE进一步推出了快速生成树协议（RSTP，即802.1W），其网络拓扑收敛时间大幅缩短至1-2秒。STP和RSTP均为开放标准，已被众多交换机制造商广泛采用，包括N-Tron在内的众多厂商均在其管理型交换机产品中实现了这些协议。
RSTP的快速自愈能力在企业网络中表现出色，因为几秒钟的网络延迟通常不会对业务造成显著影响。然而，在工业控制网络中，即使是1秒的通信中断也可能引发严重问题。工厂自动化应用通常涉及对实时性要求极高的设备，这些设备需要更快的故障切换时间，以确保被控制过程的安全运行并防止因故障导致的昂贵停机时间。可编程控制产品和过程控制器都需要高速故障切换网络，以持续稳定地控制I/O设备、驱动器和其他现场设备。
# 3 N-Tron N-Ring™ 协议

N-Ring是由N-Tron开发的一种高速专有协议，能够提供约30毫秒的稳定恢复时间，这一速度远超RSTP的1到2秒恢复时间。凭借如此高效的恢复能力，N-Ring能够有效防止网络中断，即使在对实时性要求极高的快速控制网络中，也能确保通信的连续性和稳定性。
![image](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-12480681/c0e5fe3563b6ccc720e1f6c71d690026.png)
环网管理对比
N-Ring协议需要配置一台N-Tron管理型交换机（如NT5000系列交换机）作为环网管理器（Ring Manager），并可支持多达250台管理型或50台非管理型N-Tron交换机作为环网成员。
环网管理器会以高速率向环网发送健康检查数据包（Health Check Packets）。当这些数据包在规定时间内返回环网管理器时，表明环网完整且运行正常。如果环网中断，环网管理器停止接收健康检查数据包，它将在大约30毫秒内解除阻塞并重新路由网络流量，从而快速恢复网络通信。
![image](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-12480681/7c42ea42025dba90c924768df6f621a1.png)
N-Tron N-Ring高速环网管理
## N-Ring™ 监控

当N-Ring完全采用N-Tron管理型交换机时，环网管理器的Web界面将提供详细的环网拓扑图和故障定位图。这些可视化工具能够直观展示环网的运行状态，帮助快速定位潜在问题，从而为网络诊断和维护提供有力支持。
![image](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-12480681/625ed4897ded5916cee371afe1a62030.png)
N-Ring管理器状态（无故障）
下图展示了一个N-Ring故障状态视图，表明在N-Ring网络中检测到了故障。故障图显示交换机1的端口A2与交换机2的端口A2之间发生了通信错误。在这种情况下，环网管理器迅速识别了故障，并在大约30毫秒内完成了环网的重新配置，从而确保通信能够继续进行。这为现场技术人员提供了足够的时间来评估和修复相关电缆段，而不会对网络的正常运行造成影响。
![image](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-12480681/786858fb6f94a4883df08f33a08f92d2.png)
N-Ring管理器状态（故障）
## N-Ring™ 规则

- 仅可使用N-Tron交换机接入N-Ring环网。
- 环网管理器仅运行N-Ring。快速生成树协议（RSTP）和链路聚合（Trunking）功能已被禁用。
- 在每个N-Ring环网中，仅限配置一台N-Ring管理器。
- N-Ring自动成员能够在非N-Ring端口上执行快速生成树协议（RSTP）。
- N-Ring交换机只能加入一个N-Ring环网中运行。
- N-Ring环网可以通过N-Link端口实现相互连接。有关N-Link的内容我们将在后续的文章中为您介绍。
- 在标记模式下运行时，所有N-Ring环网节点必须位于同一个VLAN中。
- 环网管理器的故障诊断图中仅会显示类似700、7000和9000系列的全管理型N-Tron交换机。

# 4 使用过程控制交换机以及非管理型交换机作为成员的N-Ring网络

N-Ring健康监测数据包通过多播方式发送，这在使用非管理型交换机时可能会引发一些问题。非管理型
交换机通常会将这些健康监测数据包当作广播包处理，并从所有端口发送出去。这种行为可能会对带宽较低的设备，例如无线接入点和老旧的半双工设备，造成不必要的流量负担，从而产生负面影响。
与此相反，管理型N-Tron交换机能够识别这些多播数据包，并只允许它们通过N-Ring专用端口，而不会将它们扩散到交换机的其他端口。为了解决这一问题，建议通过管理型交换机将低带宽设备接入环网，或者使用具有端口过滤功能的500-A系列（-A代表高级功能）交换机，以阻止多播数据包从交换机的其他端口被传输出去。需要特别注意，N-Ring管理器必须是管理型交换机，并且必须启用了N-Ring功能。
![image](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-12480681/a6493f27b56454b28123af1c218ff7d3.png)
通过这样的配置，可以确保N-Ring网络的稳定性和可靠性，同时减少对低带宽设备的潜在影响。
# 5 总结

广播风暴是网络设计中需要特别注意的问题，它可能导致网络性能的严重下降。虽然传统的IEEE生成树协议和快速生成树协议为避免这类问题提供了解决方案，但在对实时性要求极高的工业控制网络中，更快速的故障恢复机制是必不可少的。N-Tron的N-Ring™协议正是为了满足这一需求而设计的，它通过高速的环网管理和故障恢复能力，确保了网络的稳定性和可靠性。此外，通过合理的网络设计和配置，如使用管理型交换机和端口过滤技术，可以进一步优化网络性能，减少对低带宽设备的影响。随着技术的不断进步，我们期待未来能有更多创新的解决方案来应对网络挑战，确保关键任务网络的连续性和高效运行。

若未实施环网管理，网络环网极有可能触发网络风暴。当非管理型交换机接收到广播数据包或组播数据包时，会将其从除接收端口外的其余所有端口进行转发。在存在环网的网络环境中，广播数据包和组播数据包会被持续不断地重复转发，进而引发广播风暴。一旦广播风暴形成，网络吞吐量便会急剧下降。随着风暴的加剧，网络带宽会被循环传输的这些数据包迅速占据，直至100%的带宽都被用于此，最终导致网络性能急剧恶化，陷入近乎瘫痪的状态。对于任务关键型网络应用而言，冗余通信路径（即冗余介质）通常是必不可少的，以确保在主路径丢失时仍能维持通信。然而，当采用介质冗余时，通常一次只能激活一条路径。一种常见的解决方案是预先准备一根未连接的备用电缆，以便在主电缆损坏时使用。但这种方法的缺点在于，它需要人工介入来完成切换和修复，这无疑增加了故障恢复的时间和复杂性。

STP、RSTP到N-Ring的演进之路

以太网环路会引发广播风暴导致网络瘫痪。STP/RSTP可阻断环路，但收敛时间达秒级，不满足工业实时性要求。N-Tron N-Ring协议提供约30ms快速故障恢复，通过环网管理器发送健康检测包，中断后自动重路由，确保关键任务网络的高可用性。

物联网

硬件

网络与通信

以太网广播风暴会因网络环路导致性能急剧下降，甚至瘫痪。STP和RSTP协议可阻断环路并提供冗余路径，但恢复时间较长（RSTP需1-2秒）。N-Tron的N-Ring™专有协议在工业控制环境中提供仅30毫秒的超快故障恢复，通过健康检查包和环网管理器实现高速自愈，确保关键任务网络的连续性和稳定性。

网络延迟

路由

文章

问答

视频

教程

学习中心

腾讯云实验室

直播

竞赛

腾讯云代码分析专区

腾讯iOA零信任安全管理系统专区

腾讯云架构师技术同盟交流圈

腾讯云数据库专区

腾讯云智能顾问专区

腾讯云原生专区

腾讯混元专区

腾讯云TCE专区

腾讯云Lighthouse专区

腾讯云HAI专区

腾讯云Edgeone专区

腾讯云存储专区

腾讯云智能专区

腾讯轻联专区 

腾讯云开发专区

TAPD专区

腾讯轻量云游戏服专区

EdgeOne AI 安全实战专区

腾讯云最具价值专家

腾讯云架构师技术同盟

腾讯云创作之星

腾讯云开发者先锋

腾讯云代码助手

云原生构建

TAPD 敏捷项目管理

Cloud Studio

SDK中心

API中心

命令行工具

涵盖代码开发、场景应用、自动测试全流程，助你从零构建专属AI助手

一站式MCP教程库，解锁AI应用新玩法

聚焦“写作效率、视觉美观与运行性能”三方面进行全面升级，为您提供更高效、稳定的创作环境

社区富文本&Markdown编辑器全新改版上线，欢迎大家体验!

诚挚邀请您参与本次调研，分享您的真实使用感受与建议。您的反馈至关重要，感谢您的支持与参与！

社区新版编辑器体验调研

STP、RSTP到N-Ring的演进之路-腾讯云开发者社区-腾讯云

STP、RSTP到N-Ring的演进之路

STP、RSTP到N-Ring的演进之路

社区

活动

圈层

关于

腾讯云开发者

热门产品

热门推荐

更多推荐