在工業和關鍵任務網路環境中，可靠的通訊至關重要。單點故障可能導致營運中斷，尤其是在基礎設施依賴長距離或分散式光纖鏈路的情況下。正因如此，光纖環形網路設計已成為確保效能和冗餘的基礎方法。
本指南將引導您了解光纖環網的所有知識 - 從基本概念到拓撲圖和基本協定。
什麼是光纖環網？
光纖環網是一種實體或邏輯網路拓撲結構，其中設備（通常是交換器）透過光纖電纜連接成閉環。每個節點都連接到另外兩個節點，形成一個環狀結構。
這種設計確保資料能夠雙向傳輸。如果一條鏈路發生故障，資料可以重新路由到相反的方向，有助於維持網路正常運作。
為什麼在光纖網路中要使用環形拓撲？
雖然乙太網路的設計從未考慮過冗餘，但工業和企業應用通常需要不間斷的通訊。這正是環形拓樸的優勢所在。
光纖環網的優點：
- 冗餘路徑： 避免因光纖切斷或交換器故障而導致的停機。
- 更快的故障轉移： 在 SCADA 系統、智慧電網、監控和其他即時環境中至關重要。
- 可擴充性： 輕鬆為環中新增設備。
然而，形成實體環網可能會引發廣播風暴，資料會無休止地循環，從而導致網路故障。為了解決這個問題，需要實施環網保護協定。
光纖環網設計原則
設計光纖環網不僅僅是將交換器連接成環路。好的設計應該：
- 避免單點故障
- 選擇適當的保護協議
- 確保快速收斂（恢復時間）
- 匹配網路規模和複雜性
光纖環形網路通常用於工業自動化、電力和公用事業系統、鐵路通訊系統以及可靠性和正常運行時間至關重要的大型校園或設施骨幹基礎設施。
光纖環網圖範例
以下是簡化的光纖環網圖，用來說明常見的佈局。
單環
這是最基本的環形拓撲結構，由三台或更多交換機透過光纖電纜連接成閉環而形成。資料可以雙向傳輸，即使連結發生故障，網路也能快速恢復。它廣泛用於小型工業系統或作為區域網路的主幹。
單設備多環
在此設定中，單一中央交換器參與多個獨立的環網，每個環網都與其他交換器組成一個環網。這些環網可以服務不同的部門或子系統，同時共用同一個核心交換器。它提高了連接埠利用率，並實現了集中控制，而無需合併資料路徑。
環形聯軸器
兩個獨立的環形網路透過一個或一組耦合交換器連接。每個環網都保持各自的冗餘，但耦合交換器允許它們之間進行選擇性的資料交換。這種方法在擴展不同建築物或營運區域的覆蓋範圍，同時保持流量分段時非常有用。
切線環
輔助環透過單一交換器連接到主環，類似支線。它用於將網路連接擴展到附近的設備集群或子網，而無需將它們完全整合到主環中。這種設計提供部分冗餘，常見於分散式現場應用。
相交環
多個環路共享兩個或多個公共交換機，形成網狀結構。這種拓撲結構支援大規模、高可用性網絡，其中不同的營運區域需要本地冗餘和互連。它通常部署在電網、交通系統和複雜的工業園區。
常見的環網保護協議
如果沒有保護機制，環形拓撲可能會導致無限循環。讓我們比較一下常用的環路保護協議 光纖交換機:
| 協定 | 優勢 | 限制 |
|---|---|---|
| STP/RSTP/MSTP | IEEE 標準；與供應商無關；適用於任何第 2 層網路 | 收斂速度較慢，尤其是在大型網路中 |
| ERPS（G.8032） | ITU-T 標準；快速收斂；支援多環等複雜拓撲 | 需要預先規劃的拓撲和更複雜的配置 |
| MW環 | 專有的快速恢復；針對工業網路進行了最佳化 | 僅限於同一供應商的設備（不可與其他品牌互通） |
關於MW-Ring（專有快速環協議）
MW-Ring 是我公司專為高可靠性工業控製網路客製化開發的協議。它支援：
- 連結斷開時高速恢復
- 具有自動故障轉移功能的冗餘環路鏈路
- 指定環埠的簡單配置
它非常適合快速恢復和簡單設定比跨供應商相容性更重要的場景。
為光纖拓樸選擇環網交換機
環網交換器是指能夠使用相容協定組成或參與環形拓撲的交換器。以下是需要注意的事項：
主要特點：
- 支援 STP、RSTP、ERPS 或 MW-Ring 等專有環網協定
- 光纖連接埠（SFP 或固定光纖）
- 工業級設計（溫度、振動等）
- DIN 導軌或機架安裝格式
如果您的應用涉及惡劣環境或工業自動化，請優先考慮堅固耐用、 管理型交換機 具有冗餘環支援。
結論：透過光纖環設計實現彈性網絡
無論您規劃的是工廠車間網路還是城域光纖骨幹網，設計合理的光纖環網都能確保通訊的連續性。將合適的拓撲結構、可靠的交換器和成熟的環網協定結合，即可建構一個高彈性的系統。
