Che cos'è la commutazione di protezione dell'anello Ethernet (ERPS)?

Commutazione di protezione dell'anello Ethernet, o ERP, è uno sforzo per ITU-T sotto G.8032 Raccomandazione per fornire protezione inferiore a 50 ms e commutazione di ripristino per Ethernet traffico in a topologia ad anello garantendo al tempo stesso che non si formino anelli in corrispondenza del Switch di rete industriale Squillare.

G.8032v1 supporta una topologia ad anello singolo e G.8032v2 supporta più anelli/topologia ladder. Gli anelli Ethernet possono fornire connettività multipunto su vasta area in modo più economico grazie al numero ridotto di collegamenti.

Ciascun nodo dell'anello Ethernet è connesso ai nodi dell'anello Ethernet adiacenti che partecipano allo stesso anello Ethernet, utilizzando due collegamenti indipendenti. Due nodi ad anello Ethernet adiacenti collegano un collegamento ad anello e una porta per un collegamento ad anello è chiamata porta ad anello. Il numero minimo di nodi dell'anello Ethernet in un anello Ethernet è tre.

Protocollo di rete ad anello per Switch industriale

In genere, i collegamenti ridondanti vengono utilizzati su una rete di commutazione Ethernet come una rete ad anello per fornire il backup del collegamento e migliorare l'affidabilità della rete. Tuttavia, i collegamenti ridondanti possono causare loop, portando a broadcast storm e rendendo instabile la tabella degli indirizzi MAC. Di conseguenza, la qualità della comunicazione si deteriora o addirittura i servizi di comunicazione vengono interrotti. La Tabella 1-1 descrive i protocolli di rete ad anello supportati dai dispositivi.

ERP Concetto di base

ERPS include principalmente l'anello ERPS, il nodo, il ruolo della porta e lo stato della porta

Istanza ERPS

L'istanza ERPS è formata dallo stesso ID istanza, VLAN di controllo e switch interconnessi.

Canale di controllo

Il canale di controllo è la VLAN di trasmissione del protocollo ERPS e il pacchetto del protocollo conterrà il corrispondente Tag VLAN.

RPL

RPL (Ring Protection Link) è un collegamento designato da un meccanismo che viene bloccato durante lo stato di inattività per impedire un loop sull'anello a ponte.

Anello ERPS

L'anello ERPS è l'unità base di ERPS. Comprende un set della stessa VLAN di controllo e l'apparecchiatura switch L2 interconnessa.

Nodo

Lo switch L2 aggiunto nell'anello ERPS è chiamato nodo. Ogni nodo non può essere aggiunto a più di due porte nello stesso anello ERPS. I nodi sono divisi in RPL Owner, Neighbor e Ring Node.

Ruolo portuale

In ERPS, i ruoli di porta includono RPL Owner, Neighbor e Common:

1) Proprietario RPLr: un anello ERPS ha una sola porta Proprietario RPL configurata dall'utente e previene i loop nell'anello ERPS bloccando la porta Proprietario RPL. Il nodo proprietario della porta Proprietario RPL diventa il nodo Proprietario RPL.

2) RPL vicino： Un anello ERPS ha solo una porta adiacente RPL configurata dall'utente e deve essere una porta

connesso alla porta Proprietario RPL. Se la rete è normale, verrà bloccata insieme alla porta del proprietario RPL

evitare loop nell'anello ERPS. Il nodo con la porta RPL Neighbor diventa il nodo RPL Neighbor.

3) Nodo ad anello: Il porto comune. Le porte ad eccezione del proprietario RPL e della porta adiacente sono porte del nodo dell'anello. Se la

ha solo la porta comune, che diventerà il nodo Ring.

Stato della porta

Nell'anello ERPS, lo stato della porta del protocollo ERPS è suddiviso in due tipi.

1) Inoltro: Nello stato Forwarding, la porta inoltra il traffico utente e riceve/inoltra i pacchetti R-APS. Inoltre, inoltra i pacchetti R-APS da altri nodi.

2) Blocco: iNello stato di blocco, una porta nello stato di blocco non partecipa al frame forwarding e scarta anche i frame ricevuti dal segmento di rete collegato. Tuttavia, i messaggi ERPS vengono inoltrati.

Modalità operativa ERPS

La modalità Word include Revertive e Non-revertive:

Revertivo: Quando il collegamento fallisce, il collegamento RPL è nello stato di protezione del rilascio e il collegamento RPL viene riprotetto dopo che il collegamento difettoso è stato ripristinato per evitare loop.

Non reversibile: Dopo che l'errore è stato rettificato, il nodo difettoso rimane difettoso (senza inoltro) e il collegamento RPL rimane nello stato di protezione del rilascio.

Porte ad anello ERPS

Queste sono le porte dell'interfaccia fisica o i LAG (Link Aggregation Group) utilizzati dall'istanza. Tutti i nodi devono avere due porte dell'anello ERPS nel caso dell'anello principale. Tradizionalmente, questi sono indicati come porti ad anello est e ovest.

VLAN canale RAPS (VLAN di controllo)

I messaggi R-APS vengono trasportati su un canale. In G.8032, questo canale è implementato utilizzando una VLAN. Ogni istanza ERP utilizza una VLAN basata su tag denominata raps-channel per l'invio e la ricezione di messaggi R-APS. Tutti i nodi nell'anello devono utilizzare questa VLAN raps-channel e questa VLAN deve avere le porte dell'anello ERP come membri. La funzione della VLAN R-APS è quella di monitorare l'anello e mantenerne le funzioni operative. La VLAN R-APS non trasporta dati utente.

I messaggi R-APS fluiscono attraverso l'anello per controllarne il comportamento di commutazione della protezione.

Ogni nodo lungo il percorso riceverà il messaggio R-APS sulla VLAN del canale raps e lo copierà per l'elaborazione locale.

Tenterà inoltre di inoltrare la versione originale alla velocità di commutazione L2 all'altra porta dell'anello. Se la VLAN raps-channel sull'altra porta dell'anello è bloccata, il messaggio R-APS non viene inoltrato agli altri nodi.

La VLAN di controllo del canale raps è bloccata dall'inoltro ad altri nodi in cui le VLAN di dati protette sono bloccate dall'inoltro.

NOTA: I sottoanelli senza un canale virtuale sono un'eccezione discussa di seguito. In questo caso, l'inoltro della VLAN del canale raps non viene bloccato anche se le VLAN dei dati protette sono bloccate.

Il nodo che genera i messaggi R-APS invierà sempre su entrambe le sue porte dell'anello indipendentemente dal fatto che la VLAN del canale raps sia bloccata o meno sulle sue porte dell'anello. Allo stesso modo, i messaggi R-APS verranno ricevuti ed elaborati indipendentemente dal fatto che la VLAN del canale raps sia bloccata o meno sulle sue porte dell'anello. Di seguito è riportato il formato del messaggio R-APS,

Le informazioni specifiche (32 ottetti) sono riportate di seguito:

Richiesta/Stato(4bit) – '1101' = FS , '1110' = Evento, '1011' = SF, '0111' = MS, '0000' = NR, Altro = Futuro

Stato – RB (1 bit) – Impostato quando RPL è bloccato (utilizzato dal proprietario RPL in NR)

Stato – DNF (1 bit) – Impostare quando FDB Flush non è necessario

ID nodo (6 ottetti) – Indirizzo MAC del nodo di origine del messaggio (Informativo)

Riservato1(4bit), Stato Riservato (6 bit), Riservato 2 (24 ottetti)

NOTA: Canale virtuale RAPS (Ring Auto Protection Switch): Nell'anello di intersezione, il nodo di intersezione tra, utilizzato per trasmettere i pacchetti del protocollo del sottoanello ma non appartenente al sottoanello è chiamato canale virtuale RAPS del sottoanello.

VLAN dati protetti

Ogni istanza ERP protegge uno o più dati che trasportano VLAN (chiamato traffico dati). Tutti i nodi nell'anello devono avere le stesse VLAN protette. Le VLAN protette dovrebbero avere come membri le porte dell'anello ERPS.

Switch di rete industriale ERPS Proprietario RPL

L'RPL prevede il blocco del traffico nelle normali condizioni operative, prevenendo così i loop. L'RPL è composto da un proprietario da un lato e da un vicino dall'altro. È il proprietario che fornisce il controllo principale per la commutazione della protezione. In condizioni operative normali entrambe le estremità dell'RPL eseguono un blocco. Tuttavia, il proprietario genera continuamente messaggi R-APS No Request RPL-Blocked (NR, RB) ed è responsabile degli stati di blocco e inoltro di RPL.

In condizioni di normale funzionamento, RPL-Owner genera messaggi R-APS(NR, RB) quando non ci sono errori. Li invia periodicamente, ogni 5 secondi, su entrambe le porte dell'anello. Questi messaggi indicano quale delle sue porte dell'anello Est o Ovest è bloccata. Ogni nodo lungo il percorso riceve l'R-APS, registrando nel messaggio il Node-id e il Block Port Reference (BPR). Viene utilizzato per rilevare una modifica della topologia.

NOTA: La configurazione di un anello G.8032 senza un proprietario RPL non è mai consigliata. Mentre il protocollo G.8032 può funzionare senza un proprietario RPL, poiché altri nodi nell'anello possono inviare messaggi R-APS e bloccare il traffico sia in condizioni normali che non riuscite, il proprietario RPL fornisce prevedibilità su dove si verificherà il blocco dell'anello in condizioni normali. Il proprietario RPL è necessario anche per le operazioni revertive.

Operazioni revertive e non revertive

G.8032 prevede anche operazioni revertive. Una volta risolto il problema e dopo un tempo di attesa tipicamente di 5 minuti, l'anello torna alla normale modalità di funzionamento. G.8032 prevede anche un funzionamento non reversibile, in cui una volta che il guasto si risolve, non si verifica un ritorno di protezione allo stato normale. In questo caso, i collegamenti in cui si è verificato l'errore rimangono bloccati e l'RPL rimane sbloccato. Viene fornito un comando chiaro, descritto di seguito, per controllare se è consentita un'operazione reversibile o non reversibile.

1. REVERTIVO Nel caso ideale, il collegamento tra il Root Node e il Root Neighbor è bloccato. In caso di guasto del segnale o di comandi dell'operatore come cambio forzato o cambio manuale, il collegamento come menzionato sopra viene sbloccato per guidare il traffico. Al ripristino, lo stesso collegamento dovrebbe essere bloccato per impedire la formazione di un loop. Nella modalità operativa Revertive, il collegamento di protezione dell'anello viene bloccato automaticamente al ripristino del collegamento guasto.

2. NON REVERTIVO In modalità Non-Revertive, il collegamento di protezione dell'anello non viene bloccato automaticamente dopo il ripristino del collegamento non riuscito o dei comandi dell'operatore. Il collegamento fallito o il collegamento su cui è stato emesso il comando dell'operatore rimane nello stato bloccato, impedendo così la formazione di un loop. Il vantaggio dietro questo qui è evitare inutili passaggi tra gli stati. Questa commutazione potrebbe richiedere lo svuotamento dell'indirizzo MAC appreso sulle porte.

NOTA: Quando si utilizzano le operazioni revertive, l'anello non si ripristinerà immediatamente. Il ripristino non viene avviato fino alla scadenza dell'avviso di ripristino, ovvero 5 minuti per impostazione predefinita.

Switch forzato (FS) e Switch manuale (MS)

Forced Switch (FS) è un comando che può forzare il passaggio di un anello. Il comando viene emesso su un dato nodo e una data interfaccia sull'anello. Ciò si traduce in un blocco applicato a quell'interfaccia, uno sblocco sull'interfaccia opposta e un messaggio R-APS Forced Switch (FS) che scorre intorno all'anello. Ciò comporterà il

RPL viene sbloccato. Anche tutti gli altri nodi che avevano un blocco in precedenza si sbloccheranno quando riceveranno questo messaggio. Lungo il percorso si verificano anche i flush FDB.

Note: i comandi Forced Switch (FS) possono essere emessi in più posizioni lungo l'anello. Tuttavia, ciò potrebbe comportare la segmentazione dell'anello. Il comando di commutazione manuale (MS) è quasi identico a un comando di commutazione forzata (FS), tranne per il fatto che è possibile emettere un solo comando di commutazione manuale (MS) sull'anello. Ha anche una priorità inferiore rispetto a un comando Forced Switch (FS) quando un nodo ha molte richieste che deve elaborare contemporaneamente.

Per annullare questa operazione, utilizzare il comando clear sullo stesso nodo. Ciò farà sì che il nodo di compensazione sblocchi qualsiasi blocco applicato in precedenza. Invierà anche un messaggio R-APS No Request(NR), che causerà il blocco dell'RPL.

Stato ERPS

Ci sono cinque stati nel protocollo ERPS

• Stato INATTIVO

Questo stato non rappresenta alcun errore di segnale o alcun comando amministrativo (commutazione forzata/manuale) prevalente sull'anello. L'RPL (Ring Protection Link) è bloccato (non trasporta traffico dati, ma trasmette/riceve le PDU APS)

• Stato di protezione

Questo stato rappresenta la condizione di Signal Fail nell'anello. Normalmente l'RPL viene sbloccato per indirizzare il traffico nell'anello. Quando si verifica più di un errore di segnale nell'anello, segmenta l'anello. Il flusso del traffico è disturbato.

• Stato in sospeso

Questo stato si verifica quando l'emittente revoca la condizione di errore del segnale e l'RPL non è ancora bloccato. Generalmente il Root node dopo aver ricevuto il No Request Message (indicazione della condizione No Signal Fail) attende il tempo di Wait-To-Restore per bloccare l'RPL. Questa è la condizione in cui l'Anello entra in stato di attesa. Si verifica anche durante il periodo di attesa in attesa di blocco dopo la revoca della commutazione forzata/manuale.

• Cambio forzato

Questo è lo stato attivato dalla gestione. Quando un amministratore deve effettuare un port down partecipando all'anello, questa entità di gestione entrerà in azione. Quando un oggetto Forced Switch viene emesso sulla porta, la porta diventa inattiva e l'APS PDU si propaga attorno all'anello indicando lo stato. Quando l'oggetto di gestione chiara è impostato sulla porta, questo scambio forzato viene revocato.

Note: questo ha una precedenza maggiore rispetto allo stato Segnale non riuscito. Quindi, anche quando un nodo affronta un segnale Fail, questo lo sostituirà.

• Interruttore manuale

Analogamente al cambio forzato, anche il cambio manuale viene attivato dalla gestione. La differenza è che ha una priorità inferiore rispetto a Forced Switch. Quando c'è una commutazione forzata o un errore di segnale prevalente sull'anello, questa condizione viene rifiutata dal processo ERPS. L'oggetto di gestione chiara revocherà lo stato Cambio manuale.

Timer

Ci sono quattro timer coinvolti nel protocollo ERPS. Gli ultimi due timer sono i timer di ritardo e vengono utilizzati solo sul nodo radice.

• Timer di attesa

Dopo la scadenza del timer di Hold-off, il problema nel livello fisico viene comunicato al processo di controllo ERPS. Ad esempio differisce l'indicazione di Signal Fail su una delle porte dell'anello per un periodo di Hold-off time configurato.

• Timer di guardia

Questo timer viene utilizzato per evitare che i messaggi obsoleti interferiscano con la macchina a stati ERPS di quell'anello. Quando il nodo cancella la sua condizione di errore del segnale, viene avviato il timer di guardia. Quando il timer di guardia viene eseguito, rifiuta tutte le PDU APS tranne il messaggio "evento". Questo timer impedisce l'arrivo di qualsiasi informazione latente dall'estremità remota dell'anello.

• Timer di attesa per il blocco

Come accennato in precedenza, il timer Wait-to-Block viene utilizzato in quel nodo principale. Questo timer viene utilizzato quando l'anello si riprende dal comando dell'operatore (commutazione forzata o commutazione manuale). Quando il timer Wait-to-Block scade, il collegamento di protezione dell'anello viene bloccato.

• Timer di attesa per il ripristino

Quando l'anello recupera l'errore di segnale, il nodo radice avvia i timer di attesa per il ripristino. Alla scadenza, il Ring Protection Link viene bloccato. Viene bloccato immediatamente se si tratta di una modalità di funzionamento ripristinante. Nel caso di non revertive, viene bloccato quando viene dato il comando "clear" dell'operatore.

Messaggi ERPS

Esistono diversi tipi di messaggi ERPS

1. GUASTO DEL SEGNALE (SF) – Questo messaggio indica il guasto del Ring Link.

2. NESSUNA RICHIESTA (NR) – Questo indica l'eliminazione del guasto nel Ring Link

3. NESSUNA RICHIESTA RADICE BLOCCATA (NR, RB) – Questo viene trasmesso dal nodo radice, indicando che il collegamento di protezione dell'anello è bloccato.

4. COMMUTAZIONE FORZATA (FS) – Questo messaggio indica che si è verificato un cambio forzato.

5. INTERRUTTORE MANUALE (MS) – Questo messaggio indica che si è verificato un cambio manuale.

ERPSv1 e ERPSv2

ERPSv1 e ERPSv2 sono attualmente disponibili. ITU-T ha rilasciato ERPSv1 nel giugno 2008 e ERPSv2 nell'agosto 2010. EPRSv2, completamente compatibile con ERPSv1, fornisce funzioni avanzate. La tabella 1-2 confronta ERPSv1 e ERPSv2.