¿Qué es la conmutación de protección de anillo Ethernet (ERPS)?

Conmutación de protección de anillo Etherneto ERP, es un esfuerzo por UIT-T bajo la recomendación G.8032 para proporcionar protección sub-50ms y conmutación de recuperación para Ethernet tráfico en un topología en anillo mientras se asegura de que no se formen bucles en el Conmutador de red industrial Anillo.

G.8032v1 admite una topología de un solo anillo, y G.8032v2 admite topología de múltiples anillos/escalera. Los anillos Ethernet pueden proporcionar conectividad multipunto de área amplia de manera más económica debido a su número reducido de enlaces.

Cada nodo de anillo Ethernet está conectado a nodos de anillo Ethernet adyacentes que participan en el mismo anillo Ethernet, utilizando dos enlaces independientes. Dos nodos de anillo Ethernet adyacentes unen un enlace de anillo, y un puerto para un enlace de anillo se denomina puerto de anillo. El número mínimo de nodos de anillo Ethernet en un anillo Ethernet es tres.

Protocolo de red en anillo para Interruptor industrial

Por lo general, los enlaces redundantes se utilizan en una red de conmutación Ethernet, como una red en anillo, para proporcionar respaldo de enlace y mejorar la confiabilidad de la red. Sin embargo, los enlaces redundantes pueden causar bucles, lo que genera tormentas de transmisión y hace que la tabla de direcciones MAC sea inestable. Como resultado, la calidad de la comunicación se deteriora o incluso los servicios de comunicación se interrumpen. La Tabla 1-1 describe los protocolos de red en anillo admitidos por los dispositivos.

ERP Concepto basico

ERPS incluye principalmente anillo ERPS, nodo, función de puerto y estado del puerto

Instancia de ERPS

La instancia de ERPS está formada por la misma ID de instancia, VLAN de control y conmutadores interconectados.

Canal de control

El canal de control es la VLAN de transmisión del protocolo ERPS, y el paquete de protocolo transportará el correspondiente Etiqueta VLAN.

RPL

RPL (enlace de protección de anillo) es un enlace designado por un mecanismo que se bloquea durante el estado inactivo para evitar un bucle en el anillo puenteado.

Anillo ERP

El anillo ERPS es una unidad básica de ERPS. Comprende un conjunto de la misma VLAN de control y el equipo de conmutación L2 interconectado.

Nodo

El interruptor L2 agregado en el anillo ERPS se llama nodos. Cada nodo no se puede agregar a más de dos puertos en el mismo anillo ERPS. Los nodos se dividen en propietario de RPL, vecino y nodo de anillo.

Función de puerto

En ERPS, los roles de puerto incluyen propietario de RPL, vecino y común:

1) RPL propietarior: un anillo de ERPS tiene solo un puerto de propietario de RPL configurado por el usuario y evita bucles en el anillo de ERPS al bloquear el puerto de propietario de RPL. El nodo propietario del puerto RPL Owner se convierte en el nodo RPL Owner.

2) Vecino RPL： Un anillo ERPS tiene solo un puerto vecino RPL configurado por el usuario, y debe ser un puerto

conectado al puerto RPL Owner. Si la red es normal, se bloqueará junto con el puerto del propietario RPL para

evitar bucles en el anillo ERPS. El nodo con el puerto Vecino RPL se convierte en el nodo Vecino RPL.

3) Nodo de anillo: El puerto común. Los puertos, excepto el propietario de RPL y el puerto vecino, son puertos de nodo de anillo. Si el

El nodo tiene solo el puerto común, que se convertirá en el nodo Ring.

Estado del puerto

En el anillo ERPS, el estado del puerto del protocolo ERPS se divide en dos tipos.

1) Reenvío: En el estado de Reenvío, el puerto reenvía el tráfico del usuario y recibe/reenvía paquetes R-APS. Además, reenvía paquetes R-APS desde otros nodos.

2) Bloqueo: yoEn el estado de bloqueo, un puerto en estado de bloqueo no participa en el reenvío de tramas y también descarta las tramas recibidas del segmento de red adjunto. Sin embargo, los mensajes ERPS se reenvían.

Modo de funcionamiento de ERPS

El modo Word incluye Revertive y Non-revertive:

reversivo: Cuando el enlace falla, el enlace RPL está en el estado de protección de liberación y el enlace RPL se vuelve a proteger después de restaurar el enlace defectuoso para evitar bucles.

no reversivo: Después de que se corrige la falla, el nodo defectuoso permanece defectuoso (sin reenvío) y el enlace RPL permanece en el estado de protección de liberación.

Puertos de anillo ERPS

Estos son los puertos de interfaz física o los grupos de agregación de enlaces (LAG) de interfaz que utiliza la instancia. Todos los nodos deben tener dos puertos de anillo ERPS en el caso de anillo principal. Tradicionalmente, estos se denominan puertos de anillo Este y Oeste.

Canal VLAN de RAPS (VLAN de control)

Los mensajes R-APS se transportan a través de un canal. En G.8032, este canal se implementa mediante una VLAN. Cada instancia de ERP utiliza una VLAN basada en etiquetas denominada raps-channel para enviar y recibir mensajes R-APS. Se requiere que todos los nodos en el anillo usen esta VLAN de canal raps, y esta VLAN debe tener los puertos de anillo ERP como miembros. La función de la VLAN R-APS es monitorear el anillo y mantener sus funciones operativas. La VLAN R-APS no lleva datos de usuario.

Los mensajes R-APS fluyen a través del anillo para controlar su comportamiento de conmutación de protección.

Cada nodo a lo largo de la ruta recibirá el mensaje R-APS en la VLAN del canal raps y lo copiará para el procesamiento local.

También intentará reenviar la versión original a velocidad de conmutación L2 a su otro puerto de anillo. Si la VLAN del canal raps en el otro puerto de anillo está bloqueada, el mensaje R-APS no se reenvía a los otros nodos.

Se bloquea el reenvío de la VLAN de control de canal raps a otros nodos donde se bloquea el reenvío de las VLAN de datos protegidos.

NOTA: Los subanillos sin un canal virtual son una excepción que se analiza a continuación. En este caso, no se bloquea el reenvío de la VLAN de canal raps aunque las VLAN de datos protegidos estén bloqueadas.

El nodo que genera los mensajes R-APS siempre los enviará a través de sus dos puertos de anillo, independientemente de si la VLAN del canal raps está bloqueada o no en sus puertos de anillo. De manera similar, los mensajes R-APS se recibirán y procesarán independientemente de si la VLAN del canal raps está bloqueada o no en sus puertos de anillo. A continuación se muestra el formato de mensaje R-APS,

La información específica (32 octetos) se encuentra a continuación:

Solicitud/Estado (4 bits) – '1101' = FS, '1110' = Evento, '1011' = SF, '0111' = MS, '0000' = NR, Otro = Futuro

Estado – RB (1 bit) – Establecido cuando RPL está bloqueado (usado por RPL Owner en NR)

Estado - DNF (1 bit) – Establecer cuando FDB Flush no es necesario

ID de nodo (6 octetos) – Dirección MAC del nodo fuente del mensaje (Informativo)

Reservado 1 (4 bits), Estado Reservado (6 bits), Reservado 2 (24 octetos)

NOTA: Canal virtual RAPS (Ring Auto Protection Switch): en el anillo de intersección, el nodo de intersección entre ellos, utilizado para transmitir paquetes de protocolo de subanillo pero que no pertenecen al subanillo, se denomina canal virtual RAPS del subanillo.

VLAN de datos protegidos

Cada instancia de ERP protege uno o más datos que transportan VLAN (llamado tráfico de datos). Todos los nodos del anillo deben tener las mismas VLAN protegidas. Las VLAN protegidas deben tener los puertos de anillo ERPS como miembros.

Conmutador de red industrial ERPS Propietario de RPL

El RPL proporciona el bloqueo del tráfico en condiciones normales de funcionamiento, evitando así bucles. El RPL consta de un Propietario en un extremo y un Vecino en el otro. Es el Propietario quien proporciona el control principal para la conmutación de protección. En condiciones normales de funcionamiento, ambos extremos del RPL realizan un bloqueo. Sin embargo, el Propietario genera continuamente mensajes R-APS No Request RPL-Blocked (NR, RB) y está a cargo de los estados de bloqueo y reenvío de RPL.

Bajo operación normal, el RPL-Owner genera mensajes R-APS(NR, RB) cuando no hay fallas. Los envía periódicamente, cada 5 segundos, a través de sus dos puertos de anillo. Estos mensajes indican cuál de sus puertos de anillo este u oeste está bloqueado. Cada nodo en el camino recibe el R-APS, registrando la ID de nodo y la referencia de puerto de bloque (BPR) en el mensaje. Esto se utiliza para detectar un cambio de topología.

NOTA: Nunca se recomienda configurar un anillo G.8032 sin un RPL-Owner. Si bien el protocolo G.8032 puede funcionar sin un RPL-Owner, ya que otros nodos en el anillo pueden enviar mensajes R-APS y bloquear el tráfico en condiciones normales y fallidas, el RPL-Owner brinda previsibilidad en cuanto a dónde ocurrirá el bloqueo del anillo en condiciones normales. El RPL-Owner también es necesario para las operaciones de reversión.

Operaciones Reversivas y No Reversivas

G.8032 también proporciona operaciones reversibles. Una vez que desaparece la falla y después de un tiempo de espera de 5 minutos, el anillo vuelve a su modo normal de operación. G.8032 también proporciona una operación no reversible, donde una vez que la falla disminuye, no ocurre un cambio de protección al estado normal. En este caso, los enlaces donde se ha producido la falla permanecen bloqueados y el RPL permanece desbloqueado. Se proporciona un comando claro, que se describe a continuación, para que usted controle si se permite una operación reversible o no reversible.

1. REVERTIVO En el caso ideal, el enlace entre el Nodo Raíz y el Vecino Raíz está bloqueado. En caso de falla de la señal o de comandos del operador como cambio forzado o cambio manual, el enlace como se mencionó anteriormente se desbloquea para dirigir el tráfico. Tras la recuperación, el mismo enlace debe bloquearse para evitar la formación de un bucle. En el modo de funcionamiento Reversible, el enlace de protección de anillo se bloquea automáticamente al recuperar el enlace fallido.

2. NO REVERTIBLE En el modo no reversible, el enlace de protección de anillo no se bloquea automáticamente después de recuperar el enlace fallido o los comandos del operador. El enlace fallido o el enlace sobre el que se emitió el comando del operador permanece en estado bloqueado, evitando así la formación de un bucle. La ventaja detrás de esto aquí es evitar cambios innecesarios entre estados. Esta alternancia puede requerir el vaciado de la dirección MAC aprendida en los puertos.

NOTA: Cuando se utilizan operaciones reversibles, el anillo no se invertirá inmediatamente. La reversión no comienza hasta que haya expirado el período de espera para restaurar, que es de 5 minutos de forma predeterminada.

Cambio forzado (FS) y cambio manual (MS)

Forced Switch (FS) es un comando que puede obligar a un anillo a cambiar. El comando se emite en un nodo dado y una interfaz dada en el anillo. Esto da como resultado que se aplique un bloqueo en esa interfaz, un desbloqueo en la interfaz opuesta y un mensaje de cambio forzado (FS) R-APS que fluya alrededor del anillo. Esto resultará en la

RPL se desbloquea. Cualquier otro nodo que tenía un bloqueo anteriormente también se desbloqueará cuando reciba este mensaje. Los vaciados de FDB también ocurren en el camino.

Notas: Los comandos Forced Switch (FS) se pueden emitir en varias ubicaciones a lo largo del anillo. Sin embargo, hacerlo puede resultar en que el anillo se segmente. El comando de cambio manual (MS) es casi idéntico a un comando de cambio forzado (FS), excepto que solo se puede emitir un comando de cambio manual (MS) en el anillo. También tiene una prioridad más baja que un comando Forced Switch (FS) cuando un nodo tiene muchas solicitudes que necesita procesar simultáneamente.

Para deshacer esta operación, use el comando borrar en el mismo nodo. Esto hará que el nodo de limpieza desbloquee cualquier bloqueo aplicado previamente. También enviará un mensaje R-APS No Request (NR), que hará que el RPL se bloquee nuevamente.

ERPS Estado

Hay cinco estados en el protocolo ERPS

• Estado inactivo

Este estado representa ningún fallo de señal o cualquier comando administrativo (conmutación forzada/manual) que prevalece sobre el anillo. El RPL (enlace de protección de anillo) está bloqueado (no transporta tráfico de datos, pero Tx/Rx las APS PDU)

• Estado de protección

Este estado representa la condición de falla de señal en el anillo. Normalmente, el RPL se desbloquea para dirigir el tráfico en el anillo. Cuando ocurre más de un Fallo de Señal en el Anillo, se segmenta el anillo. El flujo de tráfico está perturbado.

• Estado pendiente

Este estado ocurre cuando el emisor revoca la condición Signal Fail y el RPL aún no está bloqueado. Generalmente, el nodo raíz después de recibir el mensaje de no solicitud (indicación de condición de falla de señal) espera hasta el tiempo de espera para restaurar para bloquear el RPL. Esta es la condición en la que el anillo entra en estado pendiente. También ocurre durante el período de espera en espera para bloquear después de revocar el cambio forzado/manual.

• Cambio forzado

Este es un estado desencadenado por la administración. Cuando un administrador necesite realizar un port down participando en el ring, esta entidad de gestión entrará en acción. Cuando se emite un objeto de cambio forzado en el puerto, el puerto se cae y la PDU de APS se propaga por el anillo indicando el estado. Cuando se establece el objeto de administración clara en el puerto, se revoca este cambio forzado.

Notas: Esto tiene mayor precedencia que el estado Signal Fail. Entonces, incluso cuando algún nodo enfrenta una señal de falla, esto lo reemplazará.

• Interruptor manual

Al igual que el cambio forzado, el cambio manual también se activa mediante la gestión. La diferencia es que tiene una prioridad más baja en comparación con Forced Switch. Cuando prevalece un cambio forzado o un fallo de señal en el anillo, el proceso ERPS rechaza esta condición. El objeto de gestión claro revocará el estado de cambio manual.

Temporizadores

Hay cuatro temporizadores involucrados en el protocolo ERPS. Los dos últimos temporizadores son los temporizadores de retardo y se emplean solo en el nodo raíz.

• Temporizador de espera

Después de la expiración del temporizador de espera, el problema en la capa física se comunica al proceso de control de ERPS. Por ejemplo, difiere la indicación de falla de señal en uno de los puertos del anillo por un período de tiempo de retención configurado.

• Temporizador de guardia

Este temporizador se utiliza para evitar que los mensajes obsoletos interfieran con la máquina de estado ERPS de ese anillo. Cuando el nodo borra su condición de falla de señal, se inicia el temporizador de guardia. Cuando se ejecuta el temporizador de guardia, rechaza todas las APS PDU excepto el mensaje de 'evento'. Este temporizador evita que llegue información latente desde el otro extremo del anillo.

• Temporizador de espera para bloquear

Como se mencionó anteriormente, el temporizador de espera para bloquear se emplea en ese nodo raíz. Este temporizador se utiliza cuando el timbre se recupera del comando del operador (Interrupción forzada o Interrupción manual). Cuando el temporizador de espera para bloquear expira, el enlace de protección de anillo se bloquea.

• Temporizador de espera para restaurar

Cuando el anillo recupera la falla de la señal, el nodo raíz inicia los temporizadores de espera para restaurar. Al expirar, el enlace de protección de anillo se bloquea. Se bloquea inmediatamente si se trata de un modo de funcionamiento reversible. En el caso de no reversivo, se bloquea cuando se da el comando del operador “borrar”.

Mensajes de ERPS

Hay diferentes tipos de mensajes ERPS

1. FALLO DE SEÑAL (SF) – Este mensaje denota la falla del Ring Link.

2. SIN SOLICITUD (NR) – Esto indica el despeje de la falla en el Ring Link

3. SIN SOLICITUD DE RAÍZ BLOQUEADA (NR, RB) – Esto lo transmite el nodo raíz, lo que indica que el enlace de protección de anillo está bloqueado.

4. INTERRUPTOR FORZADO (FS) – Este mensaje indica que se ha producido un cambio forzado.

5. INTERRUPTOR MANUAL (MS) – Este mensaje indica que se ha producido un cambio manual.

ERPSv1 y ERPSv2

ERPSv1 y ERPSv2 están actualmente disponibles. ITU-T lanzó ERPSv1 en junio de 2008 y ERPSv2 en agosto de 2010. EPRSv2, totalmente compatible con ERPSv1, proporciona funciones mejoradas. La Tabla 1-2 compara ERPSv1 y ERPSv2.