Was ist Ethernet Ring Protection Switching (ERPS)?

Ethernet-Ring-Protection-Switching, oder ERPS, ist eine Anstrengung ITU-T Gemäß der G.8032-Empfehlung sollen Schutz- und Wiederherstellungsumschaltungen unter 50 ms bereitgestellt werden Ethernet Verkehr in einem Ringtopologie Dabei ist darauf zu achten, dass sich keine Schleifen bilden Industrieller Netzwerk-Switch Ring.

G.8032v1 unterstützt eine Single-Ring-Topologie und G.8032v2 Unterstützt die Topologie mit mehreren Ringen/Leitern. Ethernet-Ringe können aufgrund ihrer geringeren Anzahl an Verbindungen eine weiträumige Multipoint-Konnektivität wirtschaftlicher bereitstellen.

Jeder Ethernet-Ringknoten ist über zwei unabhängige Verbindungen mit benachbarten Ethernet-Ringknoten verbunden, die am selben Ethernet-Ring teilnehmen. Zwei benachbarte Ethernet-Ringknoten bilden eine Ringverbindung, und ein Port für eine Ringverbindung wird Ringport genannt. Die Mindestanzahl an Ethernet-Ringknoten in einem Ethernet-Ring beträgt drei.

Ring-Netzwerkprotokoll für Industrieller Schalter

Im Allgemeinen werden redundante Verbindungen in einem Ethernet-Switching-Netzwerk wie einem Ringnetzwerk verwendet, um eine Linksicherung bereitzustellen und die Netzwerkzuverlässigkeit zu verbessern. Allerdings können redundante Verbindungen Schleifen verursachen, die zu Broadcast-Stürmen führen und die MAC-Adresstabelle instabil machen. Dadurch verschlechtert sich die Kommunikationsqualität oder es werden sogar Kommunikationsdienste unterbrochen. Tabelle 1-1 beschreibt die von den Geräten unterstützten Ringnetzwerkprotokolle.

ERPS Basiskonzept

ERPS umfasst hauptsächlich ERPS-Ring, Knoten, Portrolle und Portstatus

ERPS-Instanz

Die ERPS-Instanz besteht aus derselben Instanz-ID, demselben Kontroll-VLAN und miteinander verbundenen Switches.

Kontroll-Kanal

Der Steuerkanal ist das Übertragungs-VLAN des ERPS-Protokolls, und das Protokollpaket trägt das entsprechende VLAN-Tag.

RPL

RPL (Ring Protection Link) ist eine durch einen Mechanismus gekennzeichnete Verbindung, die im Ruhezustand blockiert wird, um eine Schleife auf dem überbrückten Ring zu verhindern.

ERPS-Ring

Der ERPS-Ring ist die ERPS-Grundeinheit. Es besteht aus einem Satz desselben Steuerungs-VLANs und der miteinander verbundenen L2-Switch-Ausrüstung.

Knoten

Der im ERPS-Ring hinzugefügte L2-Switch wird als Knoten bezeichnet. Jeder Knoten kann nicht zu mehr als zwei Ports im selben ERPS-Ring hinzugefügt werden. Die Knoten sind in RPL-Besitzer, Nachbar und Ringknoten unterteilt.

Port-Rolle

In ERPS umfassen die Portrollen RPL-Besitzer, Nachbar und Gemeinsam:

1) RPL Owner: Ein ERPS-Ring verfügt nur über einen vom Benutzer konfigurierten RPL-Besitzer-Port und verhindert Schleifen im ERPS-Ring durch Blockieren des RPL-Besitzer-Ports. Der Knoten, der den RPL-Owner-Port besitzt, wird zum RPL-Owner-Knoten.

2) RPL-Nachbar： Ein ERPS-Ring verfügt nur über einen vom Benutzer konfigurierten RPL-Nachbarport, und es muss ein Port sein

mit dem RPL-Owner-Port verbunden. Wenn das Netzwerk normal ist, wird es zusammen mit dem RPL-Besitzer-Port blockiert

Schleifen im ERPS-Ring verhindern. Der Knoten mit dem RPL Neighbor-Port wird zum RPL Neighbor-Knoten.

3) Ringknoten: Der gemeinsame Hafen. Die Ports mit Ausnahme des RPL-Eigentümers und des Nachbarports sind Ringknoten-Ports. Wenn die

Der Knoten verfügt nur über den gemeinsamen Port, der zum Ringknoten wird.

Portstatus

Im ERPS-Ring wird der Portstatus des ERPS-Protokolls in zwei Typen unterteilt.

1) Weiterleitung: Im Weiterleitungsstatus leitet der Port den Benutzerverkehr weiter und empfängt/leitet R-APS-Pakete weiter. Darüber hinaus leitet es R-APS-Pakete von anderen Knoten weiter.

2) Blockierung: IIm Blocking-Status nimmt ein Port im Blocking-Status nicht an der Frame-Weiterleitung teil und verwirft auch Frames, die vom angeschlossenen Netzwerksegment empfangen werden. ERPS-Nachrichten werden jedoch weitergeleitet.

ERPS-Betriebsmodus

Der Wortmodus umfasst Revertive und Non-Revertive:

Revertiv: Wenn die Verbindung ausfällt, befindet sich die RPL-Verbindung im Freigabeschutzstatus und die RPL-Verbindung wird erneut geschützt, nachdem die fehlerhafte Verbindung wiederhergestellt wurde, um Schleifen zu verhindern.

Nicht revertiv: Nach Behebung des Fehlers bleibt der fehlerhafte Knoten fehlerhaft (ohne Weiterleitung) und der RPL-Link verbleibt im Freigabeschutzzustand.

ERPS-Ring-Ports

Dies sind die physischen Schnittstellenports oder Schnittstellen-Link-Aggregation-Gruppen (LAGs), die von der Instanz verwendet werden. Alle Knoten müssen im Hauptringfall über zwei ERPS-Ring-Ports verfügen. Traditionell werden diese als Ost- und Westringhäfen bezeichnet.

RAPS-Kanal-VLAN (Kontroll-VLAN)

R-APS-Nachrichten werden über einen Kanal übertragen. In G.8032 wird dieser Kanal über ein VLAN implementiert. Jede ERP-Instanz verwendet ein Tag-basiertes VLAN namens Raps-Kanal zum Senden und Empfangen von R-APS-Nachrichten. Alle Knoten im Ring müssen dieses Raps-Channel-VLAN verwenden, und dieses VLAN muss die ERP-Ring-Ports als Mitglieder haben. Die Funktion des R-APS VLAN besteht darin, den Ring zu überwachen und seine Betriebsfunktionen aufrechtzuerhalten. Das R-APS VLAN überträgt keine Benutzerdaten.

R-APS-Nachrichten fließen durch den Ring, um dessen Schutzschaltverhalten zu steuern.

Jeder Knoten entlang des Pfads empfängt die R-APS-Nachricht im Raps-Kanal-VLAN und kopiert sie zur lokalen Verarbeitung.

Außerdem wird versucht, die Originalversion mit L2-Switching-Geschwindigkeit an den anderen Ring-Port weiterzuleiten. Wenn das Raps-Channel-VLAN am anderen Ring-Port blockiert ist, wird die R-APS-Nachricht nicht an die anderen Knoten weitergeleitet.

Die Weiterleitung des Raps-Channel-Steuerungs-VLANs an andere Knoten wird blockiert, während die Weiterleitung der geschützten Daten-VLANs blockiert wird.

HINWEIS: Teilringe ohne virtuellen Kanal sind eine Ausnahme, die weiter unten besprochen wird. In diesem Fall wird die Weiterleitung des Raps-Channel-VLAN nicht blockiert, obwohl die geschützten Daten-VLANs blockiert sind.

Der Knoten, der die R-APS-Nachrichten generiert, sendet immer über beide Ring-Ports, unabhängig davon, ob das Raps-Channel-VLAN auf seinen Ring-Ports blockiert ist oder nicht. Ebenso werden R-APS-Nachrichten empfangen und verarbeitet, unabhängig davon, ob das Raps-Kanal-VLAN an seinen Ring-Ports blockiert ist oder nicht. Nachfolgend finden Sie das R-APS-Nachrichtenformat:

Spezifische Informationen (32 Oktette) finden Sie unten:

Anfrage/Status (4 Bits) – „1101“ = FS, „1110“ = Ereignis, „1011“ = SF, „0111“ = MS, „0000“ = NR, Andere = Zukunft

Status – RB (1bit) – Wird gesetzt, wenn RPL blockiert ist (wird vom RPL-Besitzer in NR verwendet)

Status – DNF (1 Bit) – Wird eingestellt, wenn FDB Flush nicht erforderlich ist

NodeID (6 Oktette) – MAC-Adresse des Nachrichtenquellknotens (informativ)

Reserviert1 (4 Bit), Status Reserviert (6 Bits), Reserviert2 (24 Oktette)

HINWEIS: Virtueller RAPS-Kanal (Ring Auto Protection Switch): Im Schnittring wird der Schnittpunkt dazwischen, der zur Übertragung von Subring-Protokollpaketen verwendet wird, aber nicht zum Subring gehört, als virtueller RAPS-Kanal des Subrings bezeichnet.

Geschütztes Daten-VLAN

Jede ERP-Instanz schützt einen oder mehrere Datenträger VLANs (genannt Datenverkehr). Alle Knoten im Ring müssen über die gleichen geschützten VLANs verfügen. Die geschützten VLANs sollten die ERPS-Ringports als Mitglieder haben.

ERPS Industrial Network Switch RPL-Besitzer

Die RPL sorgt für die Blockierung des Datenverkehrs unter normalen Betriebsbedingungen und verhindert so Schleifen. Die RPL besteht aus einem Eigentümer an einem Ende und einem Nachbarn am anderen Ende. Es ist der Eigentümer, der die Hauptsteuerung für die Schutzumschaltung bereitstellt. Unter normalen Betriebsbedingungen führen beide Enden der RPL einen Block aus. Der Eigentümer generiert jedoch kontinuierlich R-APS No Request RPL-Blocked(NR, RB)-Nachrichten und ist für die Blockierungs- und Weiterleitungszustände der RPL verantwortlich.

Im Normalbetrieb generiert der RPL-Owner R-APS(NR, RB)-Nachrichten, wenn keine Fehler vorliegen. Diese werden regelmäßig alle 5 Sekunden über beide Ringports gesendet. Diese Meldungen geben an, welcher seiner Ost- oder West-Ringports blockiert ist. Jeder Knoten auf dem Weg empfängt das R-APS und zeichnet die Knoten-ID und die Block-Port-Referenz (BPR) in der Nachricht auf. Dies wird verwendet, um eine Topologieänderung zu erkennen.

HINWEIS: Die Konfiguration eines G.8032-Rings ohne einen RPL-Besitzer wird niemals empfohlen. Während das G.8032-Protokoll ohne einen RPL-Owner funktionieren kann, da andere Knoten im Ring R-APS-Nachrichten senden und den Datenverkehr sowohl unter normalen als auch unter fehlgeschlagenen Bedingungen blockieren können, bietet der RPL-Owner Vorhersagbarkeit darüber, wo die Ringblockierung unter normalen Bedingungen auftreten wird. Der RPL-Owner wird auch für revertive Operationen benötigt.

Revertive und Non-Revertive Operationen

G.8032 sieht auch revertive Operationen vor. Sobald der Fehler behoben ist und eine Wartezeit von typischerweise 5 Minuten eingehalten wird, wechselt der Ring wieder in den normalen Betriebsmodus. G.8032 sieht auch einen nicht rückwirkenden Betrieb vor, bei dem nach Abklingen des Fehlers kein Schutzwechsel zurück in den Normalzustand erfolgt. In diesem Fall bleiben die Links, bei denen der Fehler aufgetreten ist, blockiert und die RPL bleibt entblockt. Mit dem nachstehend beschriebenen eindeutigen Befehl können Sie steuern, ob ein rückgängig machender oder ein nicht rückgängig machender Vorgang zulässig ist.

1. REVERTIV Im Idealfall ist die Verbindung zwischen Root Node und Root Neighbor blockiert. Im Falle eines Signalausfalls oder von Bedienerbefehlen wie erzwungener Umschaltung oder manueller Umschaltung wird die oben erwähnte Verbindung freigegeben, um den Verkehr zu steuern. Nach der Wiederherstellung sollte derselbe Link blockiert werden, um die Bildung einer Schleife zu verhindern. Im Revertive-Betriebsmodus wird der Ring Protection Link automatisch blockiert, wenn der ausgefallene Link wiederhergestellt wird.

2. NICHT REVERTIV Im Non-Revertive-Modus wird der Ring Protection Link nicht automatisch blockiert, nachdem der fehlerhafte Link oder Bedienerbefehle wiederhergestellt wurden. Die ausgefallene Verbindung bzw. die Verbindung, auf der der Bedienbefehl erteilt wurde, bleibt im blockierten Zustand und verhindert so eine Schleifenbildung. Dies hat den Vorteil, dass unnötiges Umschalten zwischen den Zuständen vermieden wird. Dieses Umschalten erfordert möglicherweise das Löschen der gelernten MAC-Adresse auf den Ports.

HINWEIS: Wenn Wiederherstellungsvorgänge verwendet werden, wird der Ring nicht sofort wiederhergestellt. Die Wiederherstellung beginnt erst, wenn die Wail-to-Wiederherstellung abgelaufen ist, was standardmäßig 5 Minuten beträgt.

Zwangsschalter (FS) und manueller Schalter (MS)

Forced Switch (FS) ist ein Befehl, der einen Ring zum Umschalten zwingen kann. Der Befehl wird an einem bestimmten Knoten und einer bestimmten Schnittstelle im Ring ausgegeben. Dies führt dazu, dass an dieser Schnittstelle eine Blockierung angewendet wird, an der gegenüberliegenden Schnittstelle eine Entsperrung erfolgt und eine R-APS Forced Switch (FS)-Nachricht durch den Ring fließt. Dies führt dazu, dass

RPL wird entsperrt. Alle anderen Knoten, die zuvor blockiert waren, werden ebenfalls entsperrt, wenn sie diese Nachricht erhalten. Unterwegs kommt es auch zu FDB-Flushes.

Hinweise: Forced Switch (FS)-Befehle können an mehreren Stellen entlang des Rings ausgegeben werden. Dies kann jedoch dazu führen, dass der Ring segmentiert wird. Der Befehl „Manual Switch“ (MS) ist nahezu identisch mit einem Befehl „Forced Switch“ (FS), mit der Ausnahme, dass nur ein Befehl „Manual Switch“ (MS) im Ring ausgegeben werden kann. Außerdem hat er eine niedrigere Priorität als ein Forced Switch (FS)-Befehl, wenn ein Knoten viele Anfragen hat, die er gleichzeitig verarbeiten muss.

Um diesen Vorgang rückgängig zu machen, verwenden Sie den Befehl „clear“ auf demselben Knoten. Dadurch wird der Clearing-Knoten dazu veranlasst, alle zuvor angewendeten Blockierungen aufzuheben. Außerdem wird eine R-APS No Request(NR)-Nachricht gesendet, die dazu führt, dass die RPL erneut blockiert wird.

ERPS-Staat

Im ERPS-Protokoll gibt es fünf Zustände

• IDLE-Zustand

Dieser Zustand bedeutet, dass kein Signalausfall oder ein Verwaltungsbefehl (erzwungener/manueller Wechsel) über den Ring herrscht. Der RPL (Ring Protection Link) ist blockiert (überträgt keinen Datenverkehr, sendet aber die APS-PDUs per Tx/Rx).

• Schutzstaat

Dieser Zustand stellt den Signalfehlerzustand im Ring dar. Normalerweise wird die RPL freigegeben, um den Verkehr im Ring zu steuern. Wenn im Ring mehr als ein Signalfehler auftritt, wird der Ring segmentiert. Der Verkehrsfluss ist gestört.

• Ausstehender Staat

Dieser Zustand tritt auf, wenn der Aussteller die Signalfehlerbedingung widerruft und die RPL noch nicht blockiert ist. Im Allgemeinen wartet der Root-Knoten nach dem Empfang der No-Request-Nachricht (Anzeige des No-Signal-Fail-Zustands) bis zur Wait-To-Restore-Zeit, um die RPL zu blockieren. Dies ist der Zustand, in dem der Ring in den Status „Ausstehend“ wechselt. Es tritt auch während der Wartezeit beim Warten auf Blockierung auf, nachdem der erzwungene/manuelle Wechsel aufgehoben wurde.

• Zwangsumschaltung

Dies ist ein vom Management ausgelöster Zustand. Wenn ein Administrator einen Port herunterfahren muss, der am Ring teilnimmt, wird diese Verwaltungseinheit aktiv. Wenn ein Forced Switch-Objekt für den Port ausgegeben wird, fällt der Port aus und die APS-PDU breitet sich im Ring aus und gibt den Status an. Wenn das Clear-Management-Objekt für den Port festgelegt ist, wird dieser erzwungene Schalter widerrufen.

Hinweise: Dies hat Vorrang vor dem Status „Signalfehler“. Selbst wenn bei einem Knoten ein Signalfehler auftritt, wird dieser dadurch ersetzt.

• Manuelle Umschaltung

Ähnlich wie der erzwungene Schalter wird auch der manuelle Schalter vom Management ausgelöst. Der Unterschied besteht darin, dass es im Vergleich zum erzwungenen Wechsel eine niedrigere Priorität hat. Wenn im Ring eine erzwungene Umschaltung oder ein Signalfehler vorliegt, wird dieser Zustand vom ERPS-Prozess abgelehnt. Durch das Löschen des Verwaltungsobjekts wird der Status „Manueller Schalter“ aufgehoben.

Timer

Am ERPS-Protokoll sind vier Timer beteiligt. Die letzten beiden Timer sind die Verzögerungstimer und werden nur auf dem Root-Knoten verwendet.

• Hold-Off-Timer

Nach Ablauf des Hold-off-Timers wird das Problem auf der physikalischen Ebene dem ERPS-Steuerungsprozess mitgeteilt. Beispielsweise wird die Anzeige eines Signalfehlers an einem der Ring-Ports für einen Zeitraum der konfigurierten Hold-off-Zeit zurückgestellt.

• Wach-Timer

Dieser Timer wird verwendet, um zu verhindern, dass veraltete Nachrichten die ERPS-Zustandsmaschine dieses Rings stören. Wenn der Knoten seinen Signalausfallzustand verlässt, wird der Schutz-Timer gestartet. Wenn der Guard-Timer läuft, weist er alle APS-PDUs mit Ausnahme der „Ereignis“-Nachricht zurück. Dieser Timer verhindert, dass latente Informationen vom anderen Ende des Rings eintreffen.

• Warte-bis-Block-Timer

Wie bereits erwähnt, wird der Wait-to-Block-Timer an diesem Root-Knoten eingesetzt. Dieser Timer wird verwendet, wenn sich der Ring nach dem Bedienerbefehl (erzwungener Wechsel oder manueller Wechsel) erholt. Wenn der Wait-to-Block-Timer abläuft, wird der Ring Protection Link blockiert.

• Timer zum Warten auf die Wiederherstellung

Wenn der Ring den Signalausfall behebt, startet der Root-Knoten die Wait-to-Restore-Timer. Nach Ablauf wird der Ring Protection Link gesperrt. Es wird sofort gesperrt, wenn es sich um eine revertive Betriebsart handelt. Im Falle von Nicht-Revertiv wird es blockiert, wenn der Bedienbefehl „clear“ gegeben wird.

ERPS-Nachrichten

Es gibt verschiedene Arten von ERPS-Nachrichten

1. SIGNALFEHLER (SF) – Diese Meldung weist auf den Ausfall des Ring-Links hin.

2. KEINE ANFRAGE (NR) – Dies zeigt die Behebung des Fehlers im Ring Link an

3. KEINE ANFRAGE-ROOT BLOCKIERT (NR, RB) – Dies wird vom Root-Knoten übermittelt und zeigt an, dass der Ring Protection Link blockiert ist.

4. ZWANGSCHALTER (FS) – Diese Meldung weist darauf hin, dass ein erzwungener Wechsel stattgefunden hat.

5. MANUELLER SCHALTER (MS) – Diese Meldung zeigt an, dass ein manueller Wechsel stattgefunden hat.

ERPSv1 und ERPSv2

ERPSv1 und ERPSv2 sind derzeit verfügbar. ITU-T veröffentlichte ERPSv1 im Juni 2008 und ERPSv2 im August 2010. EPRSv2 ist vollständig kompatibel mit ERPSv1 und bietet erweiterte Funktionen. Tabelle 1-2 vergleicht ERPSv1 und ERPSv2.