CN108293012B

CN108293012B - 中继装置和通信网络

Info

Publication number: CN108293012B
Application number: CN201580084683.6A
Authority: CN
Inventors: 谷口幸子; 川手龙介; 中安俊行
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-11-26
Filing date: 2015-11-26
Publication date: 2021-02-09
Anticipated expiration: 2035-11-26
Also published as: JP6279175B2; JPWO2017090162A1; TW201720084A; US20180270140A1; US10567261B2; CN108293012A; WO2017090162A1; TWI643469B; DE112015007035T5; KR101870606B1; KR20180040723A; DE112015007035B4

Abstract

二层交换机(20)与通信终端一起形成通信网络，其中，二层交换机(20)具有：多个通信端口，它们与通信终端之间发送接收帧；帧识别部(22‑1～22‑n)，其识别从通信终端向通信网络内定期发送的特定帧；设定部(231)，其设定监视特定帧的接收数的监视周期和用于在通信网络中检测循环路径的接收阈值；监视部(232)，其以通信端口为单位识别作为所接收到的特定帧的发送方的多个通信终端，按照每个通信终端对监视周期内接收到的特定帧的接收数进行计数；以及判定部(233)，其以通信端口为单位对从监视部(232)通知的特定帧的接收数的计数器值和接收阈值进行比较，判定是否检测到循环路径，进行停止检测到循环路径的通信端口处的帧的发送接收的控制。

Description

中继装置和通信网络

技术领域

本发明涉及对在形成通信网络的通信装置之间发送接收的帧进行中继的中继装置和通信网络。

背景技术

近年来，在工业领域中，以太网(注册商标)得到发展，在制造现场构建连接 PLC(Programmable Logic Controller：可编程序逻辑控制器)、逆变器、传感器等FA (FactoryAutomation：工厂自动化)设备的通信网络(以下设为FA网络)。在FA网络中，一般利用以太网对要求实时性的FA设备之间进行连接并进行控制。作为基于以太网的FA网络，公知有CC(Control&Communication)-Link IE(注册商标)。

在CC-Link IE中，利用以太网对控制侧的通信装置(以下设为主设备)和作为控制对象的通信装置(以下设为从设备)之间进行连接，通过使用多播通信的令牌传递方式进行通信(例如专利文献1)。

根据专利文献1所记载的通信系统，主设备定期地以广播方式对作为控制对象的从设备发送网络存在确认帧，根据作为来自从设备的响应的存在确认应答帧中包含的从设备的连接信息，进行新连接终端的检测和令牌循环路的设定。

主设备在决定了令牌循环路后，对从设备通知令牌的发送目的地。主设备向从设备通知令牌循环路后，以多播方式发送本装置的数据和令牌。在以多播方式发送的令牌中存储有接下来被赋予发送权的从设备的MAC(Media Access Control)地址。接收到以本装置为目的地的令牌的从设备识别到本装置得到了发送权，在根据需要而发送了数据后，以多播方式针对下一个从设备发送令牌。在CC-Link IE中，进行控制以使得从主设备发送令牌开始到主设备接收到以本装置为目的地的令牌为止的时间收敛在预先设定的时间内。反复进行这一连串处理，主设备和从设备进行周期性的通信即循环通信。

并且，在二层交换机(layer 2 switch)等中继装置连接各种FA设备而构成的FA网络中，可能由于人为错误等误连接通信路径而形成循环路径。在FA网络中，形成循环路径，产生风暴(storm)，由此对FA网络的运用造成障碍。风暴是指，在循环路径上无限地反复进行广播帧或多播帧的转送、复制处理，占用FA网络的频带。在 FA网络中，要求较高的可靠性，因此，要求自主地检测并消除循环路径的机构。

在现有的CC-Link IE中，作为检测并消除FA网络内的循环路径的方法，存在如下方法：中继装置使用从主设备定期发送的网络存在确认帧，在设定时间内接收到阈值以上的网络存在确认帧的端口中判断为检测到循环路径，封闭该端口(例如专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5084915号公报

专利文献2：国际公开第2015/075959号

发明内容

发明要解决的课题

在现有的循环路径的检测方法中，在由一台主设备构成的CC-Link IE的网络的情况下，能够正常检测到循环路径。但是，有时在一个CC-Link IE的网络中连接多个主设备。新连接的主设备有时突发地多次输出网络存在确认帧。在连接多台主设备的网络中连接了新的主设备的情况下，在中继装置中存在如下问题：当来自多个主设备的网络存在确认帧的接收数的合计值成为阈值以上时，即使未接收到阈值以上的来自单一主设备的网络存在确认帧，有时也误判断为形成循环路径，封闭端口。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，得到如下的中继装置：在连接了多台主设备的网络中，以简单的结构容易地检测循环路径，并且自主地消除循环路径。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题并实现目的，本发明的中继装置具有：多个通信端口，它们与通信终端之间发送接收帧；以及帧识别部，其识别从通信终端向通信网络内定期发送的特定帧。并且，中继装置的特征在于，其具有：设定部，其设定监视特定帧的接收数的监视周期和用于在通信网络中检测循环路径的接收阈值；监视部，其以通信端口为单位识别作为所接收到的特定帧的发送方的多个通信终端，按照每个通信终端对监视周期内接收到的特定帧的接收数进行计数；以及判定部，其以通信端口为单位对从监视部通知的特定帧的接收数的计数器值和接收阈值进行比较，判定是否检测到循环路径，进行停止检测到循环路径的通信端口处的帧的发送接收的控制。

发明效果

本发明的中继装置发挥如下效果：在连接了多台主设备的网络中，能够以简单的结构容易地检测循环路径，并且能够自主地消除循环路径。

附图说明

图1是示出作为实施方式1的通信网络的CC-Link IE网络的一例的图。

图2是示出从实施方式1的主设备即通信终端发送的测试数据(TestData)帧的结构例的图。

图3是示出实施方式1的二层交换机的结构例的框图。

图4是示出在实施方式1的二层交换机的延伸目的地形成循环路径时的通信网络的一例的图。

图5是示出检测实施方式1的二层交换机的循环路径的动作的流程图。

图6是示出利用专用硬件构成实施方式1的二层交换机的处理电路时的例子的图。

图7是示出利用CPU和存储器构成实施方式1的二层交换机的处理电路时的例子的图。

图8是示出在实施方式2的二层交换机上连接有一个主设备并新连接第2个主设备时的通信网络的一例的图。

图9是示出在实施方式3的二层交换机的通信端口之间形成循环路径时的通信网络的一例的图。

图10是示出在实施方式3的二层交换机的延伸目的地存在多个循环路径时的通信网络的一例的图。

图11是示出在实施方式3的二层交换机中在多个通信端口中检测到循环路径时的动作的流程图。

图12是示出实施方式4的包含对CC-Link IE网络上的警报信息进行管理的网络管理装置在内的通信网络的结构例的图。

图13是示出检测实施方式4的二层交换机的循环路径并通知给网络管理装置的动作的流程图。

具体实施方式

下面，根据附图对本发明的实施方式的中继装置和通信网络进行详细说明。另外，本发明不由该实施方式进行限定。

实施方式1.

图1是示出本发明的实施方式1的作为通信网络100的CC-Link IE网络的一例的图。CC-Link IE网络由多个通信终端通过以太网呈线状或星状连接的同一区段的网络构成。

通信网络100构成为包含作为主设备进行动作的通信终端10X、10Y、作为从设备进行动作的多个通信终端10A、10B、10C、10D、以及作为中继装置的二层交换机 20。以后，在不区分通信终端10X、10Y、10A～10D的情况下，有时称为通信终端 10。通信终端10具有2个通信端口，通信终端10的通信端口经由LAN(Local Area Network)缆线而与其他通信终端10的通信端口或二层交换机20的通信端口连接。通信终端10与FA设备连接，或者内置于FA设备中，在与其他通信终端10之间发送接收FA设备的控制信息或数据。通信网络100是连接FA设备的通信网络。

在通信网络100中，通信终端10X的第1通信端口即Port_X1和通信终端10A 的第2通信端口即Port_A2连接，通信终端10X的第2通信端口即Port_X2和通信终端10B的第1通信端口即Port_B1连接。通信终端10B的第2通信端口即Port_B2 与二层交换机20的通信端口20-1连接。通信终端10C的第1通信端口即Port_C1与二层交换机20的通信端口20-2连接。通信终端10D的第1通信端口即Port_D1与二层交换机20的通信端口20-3连接。并且，通信终端10Y的第1通信端口即Port_Y1 新与二层交换机20的通信端口20-n连接。

在本实施方式的通信网络100中，在二层交换机20等中继装置中具有如下机构：该机构监视从CC-Link IE的主设备即通信终端10X、10Y定期发送的作为控制帧的网络存在确认帧(以下设为测试数据帧)的流量，在监视周期内的测试数据帧的接收数超过接收阈值的情况下，判定为形成循环路径。这里，测试数据帧是为了检测令牌循环路中未登记的新终端、即为了确认通信网络100的状态而作为主设备的通信终端10X、10Y定期发送的控制帧。

图2是示出从实施方式1的主设备即通信终端10X、10Y发送的测试数据帧200 的结构例的图。图2所示的测试数据帧200是基于IEEE(Institute of Electrical andElectronics Engineers)802.3的以太网标准的结构。测试数据帧200由帧的目的地MAC 地址即DA(Destination Address)201、帧的发送方MAC地址即SA(Source Address) 202、表示以太网类型的type203、根据要发送的数据的尺寸而使长度可变的数据204 和错误检测用的FCS(Frame Check Sequence)207构成。在数据204中包含有用于识别帧的类别的识别信息即帧识别信息205和发送了测试数据帧的主设备的MAC地址信息206。在本实施方式中，在测试数据帧200的帧识别信息205中存储有表示测试数据的帧识别信息，在主设备的MAC地址信息206中存储有主设备即通信终端 10X或通信终端10Y的MAC地址。在二层交换机20中，通过确认作为测试数据帧 200的数据204中包含的数据的一部分的帧识别信息205和主设备的MAC地址信息 206，能够识别测试数据帧，并识别测试数据帧的发送方的主设备。

图3是示出实施方式1的二层交换机20的结构例的框图。二层交换机20具有通信端口接收部21-1～21-n、帧识别部22-1～22-n、循环检测部23、帧中继部24、通信端口发送部25-1～25-n。在以后的说明中，在不需要区分各个结构的情况下，有时将通信端口接收部21-1～21-n称为通信端口接收部21，将帧识别部22-1～22-n称为帧识别部22，将通信端口发送部25-1～25-n称为通信端口发送部25。图3所示的循环检测通知帧在后述实施方式4中进行说明。

另外，在图3中，通过通信端口接收部21-1和通信端口发送部25-1构成图1所示的通信端口20-1。同样，利用通信端口接收部21-2和通信端口发送部25-2构成通信端口20-2，利用通信端口接收部21-n和通信端口发送部25-n构成通信端口20-n。通信端口接收部21-1～21-n和通信端口发送部25-1～25-n的末尾的编号对应于通信端口20-1～20-n的末尾的编号。二层交换机20具有与通信终端10之间发送接收帧的多个通信端口20-1～20-n。

通信端口接收部21-1～21-n接收从通信终端10发送的帧。

帧识别部22-1～22-n识别由对应的通信端口接收部21-1～21-n接收到的帧的类别，识别所接收到的帧是否是特定帧。在本实施方式中，特定帧是测试数据帧。具体而言，帧识别部22-1～22-n判别所接收到的帧是否是从主设备即通信终端10定期发送的测试数据帧。帧识别部22-1～22-n从接收到的帧中提取帧识别信息，确认帧识别信息，在判别为帧的类别为测试数据帧的情况下，将识别接收到测试数据帧的通信端口的信息和从测试数据帧中提取出的主设备的MAC地址信息206即识别主设备的信息通知给循环检测部23。识别通信端口的信息是识别通信端口20-1～20-n中的任意一方的信息。

循环检测部23按照每个发送方的主设备对由各通信端口20-1～20-n的通信端口接收部21-1～21-n接收到的测试数据帧的接收数进行管理，判定是否形成循环路径。循环检测部23具有设定部231、监视部232、判定部233。

设定部231从通信网络100的网络管理者等受理在二层交换机20中监视特定帧即测试数据帧的接收数的监视周期和针对特定帧的接收数的接收阈值的设定。并且，接收阈值是用于判定是否形成了循环路径、即用于检测循环路径的阈值。关于从通信网络100的网络管理者等受理的监视周期和接收阈值，设定部231在监视部232中设定监视周期，在判定部233中设定接收阈值。

监视部232按照每个通信端口以及每个作为发送方的主设备来监视测试数据帧的接收频度即所设定的监视周期内的测试数据帧的接收数。如图3所示，监视部232 按照每个通信端口而具有：按照多个主设备中的每个主设备计测监视周期的多个定时器，以及按照多个主设备中的每个主设备计测测试数据帧的接收数的多个计数器。监视部232在同一通信端口中在监视周期内从同一主设备多次接收到测试数据帧的情况下，在每次接收时对表示接收数的计数器的值加上1。监视部232在监视周期期满的情况下，停止对应的定时器的动作，对对应的计数器的值进行复位，即恢复为0。监视部232将各计数器的值通知给判定部233。从监视部232向判定部233通知计数器值的定时可以是各计数器中共同的定时，也可以是在各计数器中计数器的值被变更的定时，没有特别限定。

判定部233对从监视部232通知的各通信端口中的与各主设备对应的各计数器的计数器值和由设定部231设定的接收阈值进行比较。判定部233在存在接收阈值以上的计数器值的情况下，判定为在与通知了接收阈值以上的计数器值的计数器对应的通信端口中形成循环路径、即检测到循环路径。判定部233以通信端口为单位判定是否检测到循环路径。判定部233在检测到循环路径的情况下，针对全部通信端口20-1～ 20-n的帧识别部22-1～22-n指示封闭检测到循环路径的通信端口、即停止检测到循环路径的通信端口中的帧的发送接收。

在存在来自循环检测部23的判定部233的针对检测到循环路径的通信端口的封闭指示的情况下，帧识别部22-1～22-n丢弃来自该通信端口的输入帧和针对该通信端口的输出帧，将丢弃对象以外的通信端口的帧输出到帧中继部24。另外，帧识别部22-1～22-n也可以不丢弃帧，而是对帧赋予可知该帧是丢弃对象的帧的信息或能够转送的通信端口的信息等，输出到帧中继部24。

帧中继部24对表示MAC地址与通信端口的对应关系的表即MAC地址表进行管理。帧中继部24在经由帧识别部22-1～22-n接受各通信端口20-1～20-n中接收到的帧后，参照MAC地址表，向与各帧的目的地MAC地址对应的通信端口的通信端口发送部25输出帧。帧中继部24对帧的发送目的地进行控制。帧中继部24在接收到测试数据帧等被广播的帧的情况下，如果不存在来自循环检测部23的判定部233的封闭指示，则针对除了接收到所接受的帧的通信端口以外的全部通信端口进行输出。并且，在帧识别部22-1～22-n中对帧赋予了可知该帧是丢弃对象的信息的情况下，帧中继部24丢弃该帧。或者，在帧识别部22-1～22-n中对帧赋予了能够转送的通信端口的信息的情况下，帧中继部24将经由帧识别部22-1～22-n接受的帧输出到与能够转送的通信端口对应的通信端口发送部25。

通信端口发送部25-1～25-n向与各通信端口连接的通信终端10发送从帧中继部24输入的帧。

接着，对通信网络中的二层交换机20的检测循环路径的动作进行说明。作为一例，对图4所示的结构的通信网络100a中的动作进行说明。图4是示出在实施方式 1的二层交换机20的延伸目的地形成了循环路径时的通信网络100a的一例的图。通信网络100a构成为经由二层交换机20和集线器30连接作为主设备的通信终端10X、 10Y和作为从设备的通信终端10A。在二层交换机20的通信端口20-1连接有集线器 30，在集线器30与通信终端10A之间形成循环路径。另外，集线器30接收到帧后，对除了进行接收的通信端口以外的全部通信端口转送帧。

在通信网络100a的情况下，通信终端10X、10Y发送的测试数据帧在循环路径上反复进行转送和复制。其结果，在二层交换机20的通信端口20-1中，监视周期内的测试数据帧的接收数超过接收阈值，循环检测部23检测到存在循环路径。循环检测部23检测到循环路径后，针对帧识别部22-1～22-n指示封闭所检测到的通信端口20-1，以使得在检测到循环路径的通信端口20-1中不进行帧的发送接收。

在二层交换机20中，通过接受到封闭指示的帧识别部22-1～22-n的控制，停止通信端口20-1中的帧的发送接收动作。由此，在通信网络100a中，将循环路径从 CC-Link IE网络分离。

使用流程图对在二层交换机20中检测循环路径的动作进行说明。图5是示出检测实施方式1的二层交换机20的循环路径的动作的流程图。

首先，在二层交换机20中，在循环检测部23的设定部231中，从网络管理者等受理监视周期和接收阈值的设定，在监视部232中设定监视周期，在判定部233中设定接收阈值(步骤S11)。

帧识别部22-1～22-n识别由通信端口接收部21-1～21-n接收到的帧，确认是否接收到循环路径的检测对象的帧即测试数据帧(步骤S12)。

在未接收到循环路径的检测对象的帧即测试数据帧的情况下(步骤S12：否)，帧识别部22-1～22-n继续确认是否接收到循环路径的检测对象的帧即测试数据帧。

在接收到循环路径的检测对象的帧即测试数据帧的情况下(步骤S12：是)，帧识别部22-1～22-n将识别接收到测试数据帧的通信端口的信息以及从测试数据帧中提取出的主设备的MAC地址信息206即识别主设备的信息通知给循环检测部23。

循环检测部23的监视部232按照每个通信端口确认是否在监视周期内从同一主设备已经接收到循环路径的检测对象的帧即测试数据帧(步骤S13)。

在未在监视周期内从同一主设备接收到循环路径的检测对象的帧即测试数据帧的情况下(步骤S13：否)，监视部232新保持与主设备识别信息对应的计数器和定时器(步骤S14)。具体而言，监视部232保持图3所示的定时器n1和计数器n1、或定时器np和计数器np等的组合。

监视部232使所保持的与主设备对应的计数器成为1(步骤S15)，开始用于计测监视周期的定时器的动作(步骤S16)。另外，如上所述，监视部232在监视周期期满的情况下，停止对应的定时器的动作，对对应的计数器的值进行复位，即恢复为0。

在二层交换机20中，返回步骤S12，重复执行所述处理。在二层交换机20中，已经在监视周期内从同一主设备接收到循环路径的检测对象的帧即测试数据帧的情况下(步骤S13：是)，监视部232使与对象的主设备对应的计数器加1(步骤S17)。监视部232将计数器中计数的测试数据帧的接收数即计数器值的信息通知给判定部233。

判定部233对从监视部232通知的计数器值和从设定部231设定的接收阈值进行比较(步骤S18)。

在计数器值小于接收阈值的情况下(步骤S18：否)，在二层交换机20中，返回步骤S12，重复执行所述处理。

在计数器值为接收阈值以上的情况下(步骤S18：是)，判定部233判定为在对象的通信端口中检测到循环，进行停止对象的通信端口中的帧的发送接收的控制(步骤S19)。具体而言，如上所述，判定部233针对全部通信端口20-1～20-n的帧识别部22-1～22-n指示检测到循环路径的通信端口的封闭。

另外，在图3所示的二层交换机20中，使循环检测部23和帧中继部24成为分开结构，但是，也可以构成为帧中继部24具有循环检测部23的功能，即由帧中继部 24进行循环检测。

并且，在循环检测部23中，判定部233进行循环路径的检测、以及停止检测到循环的通信端口中的帧的发送接收的控制，但是，也可以使检测循环路径的结构和进行停止检测到循环的通信端口中的帧的发送接收的控制的结构分开。

并且，循环检测部23按照作为发送方的每个通信终端10X、10Y，根据监视周期内的测试数据帧的接收数即计数器值与接收阈值的比较结果，判定有无循环路径，但是，也可以对各通信端口中的作为发送方的通信终端10X、10Y各自的测试数据帧的接收数彼此进行比较，由此进行判定。即，循环检测部23在测试数据帧的接收数的偏差较大的情况下，针对以作为发送方的通信终端为单位而帧的接收数最多的通信端口，能够判断为是因为形成了循环路径。例如在存在通信端口20-1～20-3的情况下，在通信端口20-2中的测试数据帧的接收数比通信端口20-1和通信端口20-3中的接收数多的情况下，循环检测部23也可以判定为形成循环路径，封闭通信端口20-2。

并且，循环检测部23利用测试数据帧判定是否形成循环路径，但是，在存在同样的控制帧、例如从作为主设备的通信终端10X、10Y定期广播的帧的情况下，也可以利用定期广播的帧判定是否形成循环路径。

并且，对通信网络100、100a 为CC-Link IE网络的情况进行了说明，但是，只要是包含定期广播控制帧的通信终端而形成的通信网络，就能够应用中继装置即二层交换机20。即，作为中继装置的二层交换机20的循环检测部23监视被广播的控制帧的接收状态即接收数，由此能够检测循环路径。

接着，对二层交换机20的硬件结构进行说明。在二层交换机20中，通信端口接收部21-1～21-n和通信端口发送部25-1～25-n即通信端口20-1～20-n通过发送接收以太网的帧的接口电路来实现。帧识别部22-1～22-n、循环检测部23和帧中继部24 通过处理电路来实现。即，二层交换机20具有如下的处理电路：识别所接收到的帧的类别，判定是否形成了循环路径，对帧的发送目的地进行控制。处理电路可以是专用硬件，也可以是执行存储器中存储的程序的CPU(Central Processing Unit)和存储器。

图6是示出利用专用硬件构成实施方式1的二层交换机20的处理电路时的例子的图。在处理电路为专用硬件的情况下，图6所示的处理电路91例如是单一电路、复合电路、程序化的处理器、并列程序化的处理器、ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)、FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)或对它们进行组合而得到的部件。帧识别部22-1～22-n、循环检测部23 和帧中继部24各部的功能可以分别由处理电路91实现，也可以汇集各部的功能而由处理电路91实现。

图7是示出利用CPU和存储器构成实施方式1的二层交换机20的处理电路时的例子的图。在处理电路由CPU92和存储器93构成的情况下，帧识别部22-1～22-n、循环检测部23和帧中继部24的功能通过软件、固件或软件与固件的组合来实现。软件或固件记述为程序，存储在存储器93中。在处理电路中，CPU92读出存储器93 中存储的程序并执行，由此实现各部的功能。即，二层交换机20具有用于存储程序的存储器93，该程序在由处理电路执行时，结果是执行识别所接收到的帧的类别的步骤、判定是否形成循环路径的步骤、对帧的发送目的地进行控制的步骤。并且，这些程序可以说是使计算机执行帧识别部22-1～22-n、循环检测部23和帧中继部24的步骤和方法。这里，CPU92可以是处理装置、运算装置、微处理器、微计算机、处理器或DSP(Digital Signal Processor)等。并且，存储器93例如是RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、闪存、EPROM(Erasable ProgrammableROM)、 EEPROM(Electrically EPROM)等非易失性或易失性半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、高密度盘、小磁盘(minidisk)或DVD(Digital Versatile Disc)等。

另外，关于帧识别部22-1～22-n、循环检测部23和帧中继部24的各功能，可以利用专用硬件实现一部分，利用软件或固件实现一部分。例如，帧识别部22-1～22-n 能够利用作为专用硬件的处理电路91来实现其功能，循环检测部23和帧中继部24 能够通过由CPU92读出存储器93中存储的程序并执行来实现其功能。

这样，处理电路能够通过专用硬件、软件、固件或它们的组合来实现上述各功能。

如以上说明的那样，根据本实施方式，二层交换机20根据对从通信网络100、 100a内的作为主设备的通信终端10X、10Y定期广播的控制帧在监视周期内的接收数和接收阈值进行比较后的结果，判定有无循环路径，在检测到循环路径的情况下，封闭检测到循环路径的通信端口。由此，在二层交换机20中，能够容易地在CC-Link IE网络中检测循环路径，并且，能够自主消除循环路径。

实施方式2.

在实施方式1中，对二层交换机20的循环路径的检测和循环路径的消除的动作进行了说明。在本实施方式中，对在网络中新连接主设备的情况下不会误检测循环路径的二层交换机的动作进行说明。

作为一例，对图8所示的结构的通信网络100b中的动作进行说明。图8是示出在实施方式2的二层交换机20A连接有一个主设备、并新连接第2个主设备时的通信网络100b的一例的图。通信网络100b构成为经由二层交换机20A连接作为主设备的通信终端10X和作为从设备的通信终端10A、10B。并且，构成为在二层交换机 20A上经由二层交换机20B连接有通信终端10C、10D。另外，二层交换机20A、20B 的结构与实施方式1的二层交换机20相同(参照图3)。

在通信网络100b的情况下，由于不存在循环路径，因此，作为主设备的通信终端10X发送的测试数据帧经由二层交换机20A正常地转送到通信终端10A、10B，经由二层交换机20A、20B正常地转送到通信终端10C、10D。在二层交换机20A、20B 中，在比通信网络100b的控制周期短的监视周期内，测试数据帧的接收数不会超过接收阈值。

这里，在二层交换机20A上新连接具有主设备功能的通信终端10Y的情况下，通信终端10Y通过连续发送M次测试数据帧，向通信网络100b内通知新连接了主设备。该情况下，二层交换机20A的通信端口20A-1中的测试数据帧的监视周期内的接收数为1次，通信端口20A-2中的测试数据帧的监视周期内的接收数为M次。并且，关于二层交换机20B的通信端口20B-1中的测试数据帧在监视周期内的接收数，从通信终端10X接收到的次数为1次，从通信终端10Y接收到的次数为M次。因此，在二层交换机20B中，网络管理者等在设定部231中将接收阈值设定为(M+1)次，由此能够正常地检测循环路径。

假设二层交换机20B的结构不是图3所示的结构，而是不识别作为发送方的主设备而仅根据测试数据帧的接收数检测循环路径的结构的情况。在将接收阈值设定为 (M+1)次后，在二层交换机20B中，由于在通信端口20B-1中接收了(M+1)次测试数据帧，因此判定为检测到循环路径，封闭通信端口20B-1。因此，在通信终端10C、 10D中，网络被切断而无法与通信终端10X、10A、10B进行通信。为了避免这种情况，在二层交换机20B中，需要将接收阈值设定为(M+2)次以上，其结果，循环路径的检测延迟。并且，在二层交换机20B中，在同样不识别作为发送方的主设备的结构的情况下，在同时新连接多台例如N台主设备的通信终端时，不会误检测循环路径，因此，需要将接收阈值设定为(M×N+2)次以上。该情况下，在二层交换机20B中，循环路径的检测进一步延迟。

另一方面，在与图3所示的结构相同的二层交换机20B中，按照每个作为发送方的主设备将测试数据帧的接收阈值设定为(M+1)次，由此，循环路径的检测不会延迟，能够尽快准确地检测循环路径。

另外，在本实施方式中，假设通信网络100b为CC-Link IE网络的情况进行了说明，但是，只要是包含定期广播控制帧的通信终端而形成的通信网络，则在CC-Link IE网络以外的通信网络中也能够应用二层交换机20。

如以上说明的那样，根据本实施方式，在连接有多个主设备的通信网络100b中，在二层交换机20B中，设接收阈值为比M次多1的(M+1)次，该M次是将具有主设备功能的通信终端10新连接到通信网络100b时具有主设备功能的通信终端10新连续发送测试数据帧的次数。由此，在二层交换机20B中，在通信网络100b中连接有2个以上的具有主设备功能的通信终端10的情况下，也能够尽快准确地检测循环路径。

实施方式3.

在实施方式1中，对满足循环路径的检测条件即计数器值≧接收阈值的通信端口是一个的情况下的二层交换机20的动作进行了说明。在本实施方式中，对满足循环路径的检测条件的通信端口是多个的情况下的二层交换机20的动作进行说明。

关于存在多个满足循环路径的检测条件的通信端口的通信网络的结构，考虑若干个结构。例如，考虑在二层交换机20的通信端口之间形成循环路径的情况、或在二层交换机20的延伸目的地存在多个循环路径的情况等。图9是示出在实施方式3的二层交换机20的通信端口之间形成循环路径时的通信网络100c的一例的图。并且，图10是示出在实施方式3的二层交换机20的延伸目的地存在多个循环路径时的通信网络100d的一例的图。另外，二层交换机20的结构与实施方式1的二层交换机20 相同(参照图3)。

图9所示的通信网络100c构成为，在二层交换机20的通信端口20-3连接有主设备的通信终端10X，在通信端口20-1和通信端口20-2连接有从设备的通信终端 10A。在通信网络100c中，在二层交换机20的通信端口20-1、20-2与通信终端10A 之间形成循环路径。

另一方面，图10所示的通信网络100d构成为，在二层交换机20的通信端口20-3 连接有作为主设备的通信终端10X，在通信端口20-1连接有集线器30A，在通信端口20-2连接有集线器30B。并且，在集线器30A连接有作为从设备的通信终端10A，在集线器30B连接有作为从设备的通信终端10B。在通信网络100d中，在集线器30A 与通信终端10A之间形成循环路径，并且，在集线器30B与通信终端10B之间形成循环路径。

在多个通信端口中满足循环路径的检测条件的情况下，二层交换机20无法判定成为图9所示的结构和图10所示的结构中的哪个循环路径的形状。

因此，在本实施方式中，在多个通信端口满足循环路径的检测条件的情况下，二层交换机20封闭满足循环路径的检测条件的多个通信端口中的、除了任意选择出的一个通信端口以外的全部通信端口。即，二层交换机20在多个通信端口中检测到循环路径的情况下，停止多个通信端口中的除了一个通信端口以外的全部通信端口中的帧的发送接收。

在图9所示的通信网络100c的情况下，二层交换机20的循环检测部23在开始动作后不久，检测到在通信端口20-1、20-2中满足循环路径的检测条件，封闭通信端口20-1、20-2中的任意一方。二层交换机20例如封闭通信端口20-2。其结果是，在二层交换机20中，消除通信端口20-1、20-2之间的循环路径。与此相伴，在未封闭的通信端口20-1中，监视周期内的测试数据帧的接收数成为接收阈值以下的正常值。其结果是，在循环检测部23中，在通信端口20-1中不会再次检测到循环路径。并且，在通信网络100c的情况下，二层交换机20仅封闭循环路径上的1处，就能够消除循环路径，因此，能够维持作为主设备的通信终端10X与作为从设备的通信终端10A之间的连接。

另一方面，在图10所示的通信网络100d的情况下，在二层交换机20的延伸目的地存在多个循环路径。二层交换机20的循环检测部23例如通过与图9所示的通信网络100c的情况相同的步骤封闭通信端口20-2。但是，通信端口20-1的延伸目的地的循环路径没有消除，因此，在二层交换机20中，在通信端口20-1中持续监视周期内的测试数据帧的接收数超过接收阈值的状态。因此，循环检测部23在未消除监视周期内的测试数据帧的接收数超过接收阈值的状态的情况下，在经过规定时间后进一步封闭通信端口20-1。其结果，在通信网络100d中，循环路径消除。

使用流程图对在二层交换机20中在多个通信端口中检测到循环路径时的动作进行说明。图11是示出在实施方式3的二层交换机20中在多个通信端口中检测到循环路径时的动作的流程图。另外，步骤S11～步骤S18的处理与图5所示的处理相同。

二层交换机20的判定部233在存在多个示出接收阈值以上的计数器值的通信端口、即在多个通信端口中检测到循环路径的情况下(步骤S21：是)，停止该多个通信端口中的除了一个通信端口以外的全部通信端口中的帧的发送接收(步骤S22)。

判定部233待机到经过规定时间为止(步骤S23：否)，在经过了规定时间的情况下(步骤S23：是)，重新确认是否存在计数器值为接收阈值以上的通信端口(步骤S24)。

在存在计数器值为接收阈值以上的通信端口的情况下(步骤S24：是)，判定部 233判定为在该通信端口、即检测到循环路径的多个通信端口中的未停止帧的发送接收的一个通信端口中持续存在循环路径，进行停止对象的通信端口、即停止未停止帧的发送接收的一个通信端口中的帧的发送接收的控制(步骤S19)。

另一方面，在不存在计数器值为接收阈值以上的通信端口的情况下(步骤S24：否)，判定部233判定为在通信网络中消除了循环路径，结束处理。

另外，在多个通信端口中未检测到循环路径的情况下(步骤S21：否)，与实施方式1相同，因此，判定部233进行步骤S19的处理。

如以上说明的那样，根据本实施方式，二层交换机20的循环检测部23在多个通信端口中检测到循环路径的情况下，首先，封闭检测到循环路径的多个通信端口中的、除了任意选择出的一个通信端口以外的全部通信端口，在未消除循环路径的检测状态的情况下，进而，封闭未封闭的一个通信端口。由此，在二层交换机20中，能够避免以必要以上的程度封闭通信端口，能够自主消除循环路径。

另外，循环检测部23在多个通信端口中检测到循环路径的情况下，也可以不是一齐封闭除了选择出的一个通信端口以外的全部通信端口，而是1个通信端口1个通信端口地依次进行封闭。即，循环检测部23最初封闭检测到循环路径的多个通信端口中的一个通信端口，在规定期间内监视其余通信端口、即检测到循环路径的通信端口中的未封闭的通信端口的状态。循环检测部23在未消除循环路径的情况下，进一步从检测到循环路径的多个通信端口中封闭1个通信端口，在规定期间内监视其余通信端口中是否消除了循环路径。循环检测部23也可以反复进行一个一个封闭通信端口的动作，直到消除循环路径为止。由此，在二层交换机20中，通过一个一个地依次封闭检测到循环路径的多个通信端口，能够避免以必要以上的程度封闭通信端口的情况。

实施方式4.

在实施方式1、3中，对二层交换机20检测循环路径并自主消除循环路径的步骤进行了说明。在本实施方式中，对二层交换机20在检测到循环路径的情况下消除循环路径、并且向网络管理装置通知检测到循环路径的情况进行说明。

图12是示出实施方式4的包含对CC-Link IE网络上的警报信息进行管理的网络管理装置40的通信网络100e的结构例的图。通信网络100e构成为包含作为主设备进行动作的通信终端10X、作为从设备进行动作的多个通信终端10A～10C、作为中继装置的二层交换机20、以及网络管理装置40。

在通信网络100e中，通信终端10X的第1通信端口即Port_X1和网络管理装置 40的通信端口即Port_1连接，通信终端10X的第2通信端口即Port_X2和通信终端 10A的第1通信端口即Port_A1连接。通信终端10A的第2通信端口即Port_A2与二层交换机20的通信端口20-1连接。通信终端10B的第1通信端口即Port_B1与二层交换机20的通信端口20-2连接。通信终端10C的第1通信端口即Port_C1与二层交换机20的通信端口20-3连接。另外，二层交换机20的结构与实施方式1的二层交换机20相同(参照图3)。

在二层交换机20中，循环检测部23的判定部233在检测到循环路径的情况下，通过与实施方式1、3相同的步骤封闭检测到循环路径的对象的通信端口。在本实施方式中，判定部233还生成表示检测到循环的通信端口的循环检测通知帧，经由帧中继部24和通信端口发送部25向网络管理装置40发送所生成的循环检测通知帧。

网络管理装置40在接收到循环检测通知帧的情况下，在未图示的显示部等中显示检测到循环路径，向网络管理者进行通知。

使用流程图对在二层交换机20中检测到循环路径的情况下通知给网络管理装置40的动作进行说明。图13是示出检测实施方式4的二层交换机20的循环路径并通知给网络管理装置40的动作的流程图。另外，步骤S11～步骤S19的处理与图5所示的处理相同。

在二层交换机20中，循环检测部23的判定部233进行通过步骤S19的步骤封闭通信端口的控制后，生成循环检测通知帧，经由帧中继部24和通信端口发送部25 向网络管理装置40发送所生成的循环检测通知帧(步骤S31)。

如以上说明的那样，根据本实施方式，在二层交换机20中，循环检测部23的判定部233在检测到循环路径的情况下，自主消除循环路径，并且向网络管理装置40 通知检测到循环路径的通信端口的信息。由此，二层交换机20能够尽快向网络管理装置40通知检测到循环路径的通信端口的信息。并且，通过确认网络管理装置40，网络管理者能够识别检测到循环路径的通信端口。

另外，在实施方式1、3、4中，对形成通信网络的二层交换机20为1台的情况进行了说明，但是，与实施方式2的情况同样，还能够应用于形成通信网络的二层交换机20为2台以上的情况，各二层交换机20进行与实施方式1、3、4相同的动作。

如上所述，本发明的中继装置和通信网络在实现基于以太网的FA网络的情况下是有用的。

以上实施方式所示的结构示出本发明的内容的一例，能够与其他公知技术进行组合，能够在不脱离本发明主旨的范围内对结构的一部分进行省略、变更。

标号说明

10X、10Y：通信终端(主设备)；10A、10B、10C、10D：通信终端(从设备)；20、20A、20B：二层交换机；20-1、20-2、20-3、…、20-n、20A-1、20A-2、20B-1：通信端口；21-1、21-2、…、21-n：通信端口接收部；22-1、22-2、…、22-n：帧识别部；23：循环检测部；231：设定部；232：监视部；233：判定部；24：帧中继部； 25-1、25-2、…、25-n：通信端口发送部；30、30A、30B：集线器；40：网络管理装置。

Claims

1.一种中继装置，其与通信终端一起形成通信网络，其特征在于，所述中继装置具有：

多个通信端口，它们与所述通信终端之间发送接收帧；

帧识别部，其识别从所述通信终端向所述通信网络内定期发送的特定帧；

设定部，其设定针对每个通信终端的监视所述特定帧的接收数的监视周期和用于在所述通信网络中检测循环路径的接收阈值；

监视部，其以所述通信端口为单位识别作为所接收到的所述特定帧的发送方的多个通信终端，按照作为所述发送方的每个所述通信终端对所述通信终端各自的监视周期内接收到的所述特定帧的接收数分别进行计数，以获得所述通信端口针对每个所述通信终端的计数器值；以及

判定部，其以所述通信端口为单位对从所述监视部通知的每个所述通信终端的计数器值和所述接收阈值进行比较，根据是否存在所述接收阈值以上的计数器值来判定是否检测到循环路径，进行停止检测到循环路径的所述通信端口处的所述帧的发送接收的控制。

2.根据权利要求1所述的中继装置，其特征在于，

所述特定帧是为了确认所述通信网络的状态而从所述通信终端发送的控制帧。

3.根据权利要求1所述的中继装置，其特征在于，

识别所述特定帧和作为所述特定帧的发送方的所述通信终端的信息是所述帧中存储的数据的一部分。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的中继装置，其特征在于，

在存在多个示出所述接收阈值以上的计数器值的通信端口的情况下，所述判定部进行在该多个通信端口中的除了一个通信端口以外的全部通信端口中停止所述帧的发送接收的控制。

5.根据权利要求4所述的中继装置，其特征在于，

所述判定部还进行如下控制：在经过规定时间后存在示出所述接收阈值以上的计数器值的通信端口的情况下，在该通信端口中停止所述帧的发送接收。

6.根据权利要求1～3中的任意一项所述的中继装置，其特征在于，

所述判定部在检测到示出所述接收阈值以上的计数器值的通信端口的情况下，向所述通信网络的管理装置发送表示检测到循环路径的通知。

7.根据权利要求1～3中的任意一项所述的中继装置，其特征在于，

所述通信网络是连接工厂自动化设备的通信网络。

8.根据权利要求1～3中的任意一项所述的中继装置，其特征在于，

所述通信网络是CC-Link IE网络。

9.一种通信网络，其特征在于，所述通信网络具有：

权利要求1～8中的任意一项所述的中继装置；以及

多个通信终端。