Co je Ethernet Ring Protection Switching (ERPS)?

Přepínání ochrany ethernetového kruhunebo ERPS, je snahou o ITU-T podle G.8032 Doporučení poskytovat ochranu pod 50 ms a přepínání obnovy Ethernet provoz v a kruhová topologie a zároveň zajistit, aby se na místě nevytvářely žádné smyčky Průmyslový síťový přepínač Prsten.

G.8032v1 podporuje jednokruhovou topologii a G.8032v2 podporuje topologii více kruhů/žebříků. Ethernetové kruhy mohou poskytovat širokoplošné vícebodové připojení ekonomičtěji díky sníženému počtu spojů.

Každý ethernetový kruhový uzel je připojen k sousedním ethernetovým kruhovým uzlům, které se účastní stejného ethernetového kruhu, pomocí dvou nezávislých linek. Dva sousední ethernetové kruhové uzly spojují kruhovou linku a port pro kruhovou linku se nazývá kruhový port. Minimální počet uzlů Ethernet Ring v ethernetovém kruhu jsou tři.

Ring Network Protocol pro Průmyslový spínač

Obecně se v ethernetové přepínací síti, jako je kruhová síť, používají redundantní linky, které poskytují zálohu spojení a zvyšují spolehlivost sítě. Redundantní odkazy však mohou způsobovat smyčky, což vede k bouřím vysílání a způsobuje nestabilitu tabulky MAC adres. V důsledku toho se kvalita komunikace zhoršuje, nebo jsou dokonce komunikační služby přerušeny. Tabulka 1-1 popisuje protokoly kruhové sítě podporované zařízeními.

ERPS Základní koncept

ERPS zahrnuje především okruh ERPS, uzel, roli portu a stav portu

Instance ERPS

Instance ERPS je tvořena stejným ID instance, řídicí VLAN a propojenými přepínači.

Ovládací kanál

Řídicí kanál je přenosová VLAN protokolu ERPS a protokolový paket ponese odpovídající VLAN tag.

RPL

RPL (Ring Protection Link) je spojení určené mechanismem, který je blokován během klidového stavu, aby se zabránilo smyčce na přemostěném kruhu.

ERPS prsten

ERPS ring je základní jednotkou ERPS. Skládá se ze sady stejné řídicí VLAN a propojeného L2 switch zařízení.

Uzel

Přepínač L2 přidaný do kruhu ERPS se nazývá uzly. Každý uzel nelze přidat k více než dvěma portům ve stejném okruhu ERPS. Uzly jsou rozděleny na RPL Owner, Neighbor a Ring Node.

Přístavní role

V ERPS role portů zahrnují RPL Owner, Neighbor a Common:

1) Vlastník RPLr: ERPS ring má pouze jeden RPL Owner port nakonfigurovaný uživatelem a zabraňuje smyčkám v ERPS ringu blokováním RPL Owner portu. Uzel, který vlastní port RPL Owner, se stane uzlem RPL Owner.

2) Soused RPL： ERPS ring má pouze jeden RPL Neighbor port nakonfigurovaný uživatelem a musí to být port

připojené k portu vlastníka RPL. Pokud je síť normální, zablokuje se společně s portem vlastníka RPL na

zabránit vzniku smyček v ERPS kruhu. Uzel s portem RPL Neighbor se stane uzlem RPL Neighbor.

3) Prstencový uzel: Společný přístav. Porty kromě vlastníka RPL a portu Neighbor jsou porty Ring Node. Pokud

uzel má pouze společný port, který se stane uzlem Ring.

Stav portu

V okruhu ERPS je stav portu protokolu ERPS rozdělen do dvou typů.

1) Přesměrování: Ve stavu předávání port předává uživatelský provoz a přijímá/předává pakety R-APS. Navíc předává R-APS pakety z jiných uzlů.

2) Blokování: IVe stavu Blokování se port ve stavu blokování nepodílí na předávání rámců a také zahazuje rámce přijaté z připojeného segmentu sítě. Zprávy ERPS jsou však přeposílány.

Provozní režim ERPS

Režim Word zahrnuje Revertive a Non-revertive:

Revertive: Když linka selže, linka RPL je ve stavu ochrany proti uvolnění a linka RPL je znovu chráněna po obnovení vadné linky, aby se zabránilo smyčkám.

Nevratné: Po odstranění poruchy zůstává vadný uzel vadný (bez předávání) a linka RPL zůstává ve stavu ochrany proti uvolnění.

Ring porty ERPS

Jedná se o porty fyzického rozhraní nebo skupiny LAG (Link Aggregation Groups), které používá instance. Všechny uzly musí mít dva kruhové porty ERPS v hlavním kruhu. Tradičně se tyto přístavy označují jako východní a západní prstencové porty.

Kanál RAPS VLAN (Control VLAN)

Zprávy R-APS jsou přenášeny přes kanál. V G.8032 je tento kanál implementován pomocí VLAN. Každá instance ERP používá VLAN založenou na značkách nazývanou raps-channel pro odesílání a přijímání zpráv R-APS. Všechny uzly v kruhu musí používat tuto raps-channel VLAN a tato VLAN musí mít jako členy kruhové porty ERP. Funkcí R-APS VLAN je monitorovat kruh a udržovat jeho provozní funkce. R-APS VLAN nepřenáší žádná uživatelská data.

Zprávy R-APS proudí kruhem, aby řídily jeho chování při přepínání ochrany.

Každý uzel podél cesty obdrží zprávu R-APS na VLAN kanálu rap a zkopíruje ji pro místní zpracování.

Také se pokusí přeposlat původní verzi rychlostí přepínání L2 na svůj druhý kruhový port. Pokud je raps-channel VLAN na druhém ring portu zablokována, pak zpráva R-APS nebude předána dalším uzlům.

VLAN řízení rapového kanálu je blokováno před předáváním jiným uzlům, kde je zablokováno předávání chráněných datových VLAN.

POZNÁMKA: Dílčí kroužky bez virtuálního kanálu jsou výjimkou, o které se pojednává níže. V tomto případě není raps-channel VLAN blokováno předávání, i když jsou chráněné datové VLAN blokovány.

Uzel, který generuje zprávy R-APS, bude vždy posílat přes oba své kruhové porty bez ohledu na to, zda je VLAN rapového kanálu blokována na jeho kruhových portech. Podobně budou zprávy R-APS přijímány a zpracovávány bez ohledu na to, zda je VLAN rapového kanálu blokována na jejích kruhových portech. Níže je uveden formát zprávy R-APS,

Konkrétní informace (32 oktetů) jsou uvedeny níže:

Požadavek/stav (4 bity) – '1101' = FS , '1110' = událost, '1011' = SF, '0111' = MS, '0000' = NR, Jiné = budoucnost

Stav – RB (1bit) – Nastavit při blokování RPL (používá vlastník RPL v NR)

Stav – DNF (1bit) – Nastavte, když FDB Flush není nutné

NodeID (6oktetů) – MAC adresa uzlu zdroje zpráv (informační)

Rezervováno1 (4 bity), Stav Vyhrazeno (6 bitů), Vyhrazeno2 (24 oktetů)

POZNÁMKA: Virtuální kanál RAPS (Ring Auto Protection Switch): V protínajícím se kruhu se protínající uzel mezi nimi, který se používá k přenosu paketů protokolu dílčího kruhu, ale nepatří k dílčímu kruhu, se nazývá virtuální kanál RAPS dílčího kruhu.

VLAN s chráněnými daty

Každá instance ERP chrání jedno nebo více dat přenášejících VLAN (tzv. datový provoz). Všechny uzly v kruhu musí mít stejné chráněné sítě VLAN. Chráněné sítě VLAN by měly mít jako členy kruhové porty ERPS.

Vlastník průmyslového síťového přepínače ERPS RPL

RPL zajišťuje blokování provozu za normálních provozních podmínek, čímž zabraňuje smyčkám. RPL se skládá z vlastníka na jedné straně a souseda na straně druhé. Je to vlastník, který zajišťuje hlavní ovládání spínání ochrany. Za normálních provozních podmínek provádějí oba konce RPL blok. Vlastník však nepřetržitě generuje zprávy R-APS No Request RPL-Blocked (NR, RB) a má na starosti stavy blokování a předávání RPL.

Za normálního provozu generuje RPL-Owner zprávy R-APS(NR, RB), když nejsou žádné poruchy. Pravidelně je odesílá každých 5 sekund přes oba své kruhové porty. Tyto zprávy označují, který z jeho východních nebo západních kruhových portů je blokován. Každý uzel na cestě přijme R-APS, přičemž do zprávy zaznamená ID uzlu a referenci portu bloku (BPR). To se používá k detekci změny topologie.

POZNÁMKA: Konfigurace prstenu G.8032 bez vlastníka RPL se nikdy nedoporučuje. Zatímco protokol G.8032 může fungovat bez vlastníka RPL, protože ostatní uzly v kruhu mohou odesílat zprávy R-APS a blokovat provoz za normálních i neúspěšných podmínek, poskytuje RPL-Owner předvídatelnost, kde za normálních podmínek dojde k blokování kruhu. RPL-Owner je také potřeba pro zpětné operace.

Revertivní a nevratné operace

G.8032 také umožňuje zpětné operace. Jakmile porucha zmizí a po čekací době obvykle 5 minut se prsten přepne zpět do normálního režimu provozu. G.8032 také zajišťuje nevratný provoz, kdy jakmile porucha odezní, ochranný spínač zpět do normálního stavu nenastane. V tomto případě zůstanou odkazy, kde došlo k selhání, zablokovány a RPL zůstane odblokováno. Jasný příkaz, popsaný níže, vám umožňuje ovládat, zda je povolena zpětná nebo nevratná operace.

1. REVERTIVE V ideálním případě je spojení mezi kořenovým uzlem a kořenovým sousedem zablokováno. V případě selhání signálu nebo příkazů operátora, jako je nucené přepnutí nebo ruční přepnutí, se výše uvedené spojení odblokuje, aby bylo možné řídit provoz. Po obnovení by měl být stejný odkaz zablokován, aby se zabránilo vytvoření smyčky. V provozním režimu Revertive se Ring Protection Link automaticky zablokuje po obnovení neúspěšné linky.

2. NEREVERTIVNÍ V režimu Non-Revertive se spojení Ring Protection Link automaticky nezablokuje po obnovení selhání spojení nebo příkazů operátora. Selhalo spojení nebo spojení, na kterém byl vydán příkaz operátora, zůstává v zablokovaném stavu, čímž se zabrání vytvoření smyčky. Výhodou je zde vyhnout se zbytečnému přepínání mezi státy. Toto přepínání může vyžadovat vyprázdnění naučené MAC adresy na portech.

POZNÁMKA: Při použití zpětných operací se vyzvánění nevrátí okamžitě. Reverze se nespustí, dokud nevyprší wail-to restore, což je ve výchozím nastavení 5 minut.

Nucené přepínání (FS) a ruční přepínání (MS)

Forced Switch (FS) je příkaz, který může vynutit přepnutí vyzvánění. Příkaz je vydán v daném uzlu a daném rozhraní na kruhu. To má za následek zablokování na tomto rozhraní, odblokování na opačném rozhraní a zpráva R-APS Forced Switch (FS) proudící kolem kruhu. To bude mít za následek

RPL se odblokuje. Všechny ostatní uzly, které byly dříve zablokovány, se také odblokují, když obdrží tuto zprávu. Po cestě také dochází k výplachům FDB.

Poznámky: Příkazy Forced Switch (FS) lze vydávat na více místech podél kruhu. Pokud tak učiníte, může to mít za následek segmentaci prstence. Příkaz ručního přepnutí (MS) je téměř totožný s příkazem vynuceného přepnutí (FS) kromě toho, že na prstenci lze vydat pouze jeden příkaz ručního přepnutí (MS). Má také nižší prioritu než příkaz Forced Switch(FS), když má uzel mnoho požadavků, které potřebuje zpracovat současně.

Chcete-li tuto operaci vrátit zpět, použijte příkaz clear ve stejném uzlu. To způsobí, že clearingový uzel odblokuje jakýkoli dříve použitý blok. Odešle také zprávu R-APS No Request (NR), která způsobí opětovné zablokování RPL.

Stát ERPS

V protokolu ERPS je pět stavů

• NEČINNÝ stav

Tento stav představuje žádné selhání signálu nebo jakýkoli administrativní příkaz (vynucené/ruční přepnutí) převládající v kruhu. RPL (Ring Protection Link) je blokováno (nepřenáší datový provoz, ale Tx/Rx APS PDU)

• Stav ochrany

Tento stav představuje stav selhání signálu v kruhu. Normálně je RPL odblokováno, aby bylo možné řídit provoz v okruhu. Pokud se v kruhu vyskytne více než jeden výpadek signálu, dojde k segmentaci kruhu. Je narušena plynulost dopravy.

• Stav čekající na vyřízení

Tento stav nastane, když vydavatel odvolá podmínku selhání signálu a RPL není stále blokováno. Obecně platí, že kořenový uzel po obdržení zprávy No Request Message (indikace stavu bez selhání signálu) čeká na zablokování RPL do doby čekání na obnovení. Toto je stav, kdy Prsten přejde do stavu Čekání. Vyskytuje se také během čekací doby při čekání na zablokování po odvolání nuceného/ručního spínače.

• Nucený přepínač

Toto je stav spuštěný správou. Když administrátor potřebuje provést port down účastnící se kruhu, tato řídící entita vstoupí do akce. Když je na portu vydán objekt Forced Switch, port se vypne a APS PDU se rozšíří po kruhu, což indikuje stav. Když je na portu nastaven objekt správy clear, bude tento nucený přepínač odvolán.

Poznámky: Toto má vyšší prioritu před stavem Selhání signálu. Takže i když nějaký uzel čelí signálu Fail, toto ho nahradí.

• Ruční spínač

Podobně jako u nuceného spínače se také spouští řízení manuálního spínače. Rozdíl je v tom, že má nižší prioritu ve srovnání s Forced Switch. Pokud během vyzvánění dojde k nucenému přepnutí nebo selhání signálu, tento stav je procesem ERPS odmítnut. Vymazat objekt správy zruší stav ručního přepnutí.

Časovače

Protokol ERPS zahrnuje čtyři časovače. Poslední dva časovače jsou časovače zpoždění a používají se pouze na kořenovém uzlu.

• Časovač odložení

Po uplynutí časovače Hold-off je problém ve fyzické vrstvě sdělen ERPS Control Process. Například odloží indikaci selhání signálu na jednom z kruhových portů po dobu nakonfigurované doby pozastavení.

• Strážní časovač

Tento časovač se používá k zabránění tomu, aby zastaralé zprávy interferovaly se stavovým strojem ERPS daného kruhu. Když se uzel vymaže ve stavu selhání signálu, spustí se ochranný časovač. Když běží strážní časovač, odmítne všechny APS PDU kromě zprávy „událost“. Tento časovač zabraňuje tomu, aby jakékoli latentní informace přicházely ze vzdáleného konce prstenu.

• Časovač Wait-To-Block

Jak bylo zmíněno dříve, časovač Wait-to-Block se používá v tomto kořenovém uzlu. Tento časovač se používá, když se zvonění zotaví z příkazu operátora (vynucené přepnutí nebo ruční přepnutí). Když časovač čekání na blokování vyprší, je zablokováno propojení vyzvánění.

• Časovač čekání na obnovení

Když kruh obnoví poruchu signálu, kořenový uzel spustí časovače čekání na obnovení. Po vypršení platnosti je Ring Protection Link zablokován. Pokud se jedná o reverzní režim provozu, je blokován okamžitě. V případě nevratného chodu je blokován, když je dán povel operátora „vymazat“.

Zprávy ERPS

Existují různé typy zpráv ERPS

1. SIGNAL FAIL (SF) – Tato zpráva označuje selhání Ring Link.

2. BEZ ŽÁDOSTÍ (NR) – Označuje odstranění poruchy v Ring Link

3. BLOKOVÁN KOŘEN ŽÁDNÉ POŽADAVKY (NR, RB) – Toto je přenášeno kořenovým uzlem, což znamená, že Ring Protection Link je blokován.

4. NUCENÝ PŘEPÍNAČ (FS) – Tato zpráva označuje, že došlo k nucenému přepnutí.

5. RUČNÍ SPÍNAČ (MS) – Tato zpráva označuje, že došlo k ručnímu přepnutí.

ERPSv1 a ERPSv2

Aktuálně jsou k dispozici ERPSv1 a ERPSv2. ITU-T vydala ERPSv1 v červnu 2008 a ERPSv2 v srpnu 2010. EPRSv2, plně kompatibilní s ERPSv1, poskytuje rozšířené funkce. Tabulka 1-2 porovnává ERPSv1 a ERPSv2.