Che cos'è il protocollo di ridondanza dei media (MRP)?

I protocolli di ridondanza dei media monitorano i percorsi di rete per evitare singoli punti di guasto e garantire un'elevata disponibilità delle reti Ethernet. Poiché i sistemi di automazione si affidano sempre più alle reti Ethernet, la necessità di tolleranza agli errori richiede strutture di rete ridondanti. Tuttavia, la natura broadcast di Ethernet impedisce i loop fisici, rendendo incompatibili i percorsi ridondanti. I protocolli di ridondanza dei media risolvono questo conflitto bloccando logicamente i percorsi ridondanti, mantenendone uno attivo e il resto in standby. Se il percorso attivo fallisce, un protocollo trasferisce il traffico su un percorso di standby.

MRP, standardizzato nella norma IEC 62439-2, soddisfa i requisiti della rete industriale. Garantisce tempi di commutazione deterministici – nel caso peggiore inferiori a 500 ms, di solito molto più rapidi – per topologie ad anello fino a 50 nodi. Ogni nodo MRP dispone di due porte dell'anello; un nodo funge da Gestore della ridondanza multimediale (MRM), monitorando l'anello per eventuali guasti. Quando l'MRM rileva un'interruzione, blocca il percorso non riuscito e sblocca il percorso ridondante, ripristinando la connettività.

Come funziona la pianificazione MRP?

Essendo un protocollo di ridondanza multimediale, MRP garantisce la disponibilità continua della rete in caso di guasto di un dispositivo o di un collegamento. Lo fa convertendo una topologia ad anello fisico in una topologia a linea logica per il traffico di rete.

Un dispositivo di rete funziona come Media Redundancy Manager (MRM)

L'MRM monitora l'anello inviando telegrammi di prova tra le sue porte dell'anello. In condizioni operative normali, l'MRM blocca una delle porte dell'anello al traffico di rete, creando una topologia di linea. Tuttavia, se l'MRM non riesce a ricevere i frame di test, indicando un errore di rete, sbloccherà la porta dell'anello precedentemente bloccata. Questa azione ripristina la connettività di rete tramite il percorso di rete secondario.

L'MRP fornisce tempi di commutazione deterministici

MRP garantisce tempi di commutazione massimi di 500 ms, 200 ms o fino a 10 ms, a seconda del set di parametri. I tempi di commutazione tipici sono spesso da metà a un quarto di questi valori. Ad esempio, un anello MRP configurato per un tempo di commutazione massimo di 200 ms normalmente commuta in 50-60 ms. Questo determinismo fornisce la disponibilità di rete e le prestazioni prevedibili richieste per gli ambienti industriali.

MRP è ottimizzato per le topologie ad anello

Sebbene il Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) possa essere utilizzato anche con le topologie ad anello, non è stato progettato principalmente per queste. MRP è ottimizzato per anelli fino a 50 dispositivi. Evita problemi come condizioni di gara imprevedibili che possono verificarsi con RSTP. Per i dispositivi di rete che supportano entrambi i protocolli, MRP in genere fornisce uno switchover più rapido e deterministico.

Principali vantaggi dell'utilizzo della pianificazione MRP

Tempi di recupero rapidi

MRP fornisce un tempo di ripristino di 10 ms o meno in caso di un singolo guasto, consentendo una connettività di rete ininterrotta. Il protocollo raggiunge questo obiettivo monitorando continuamente la rete per eventuali interruzioni utilizzando frame di test e bloccando preventivamente una delle porte dell'anello per evitare loop di rete. Se viene rilevata un'interruzione, MRP sblocca prontamente la porta precedentemente bloccata per ristabilire una connessione. Questo tempo di ripristino rapido è essenziale per i sistemi di controllo industriale e di automazione sensibili al fattore tempo.

Fault Tolerance

La topologia ad anello implementata da MRP non contiene singoli punti di guasto, poiché il traffico di rete può essere reindirizzato in entrambe le direzioni attorno all'anello. Questa ridondanza intrinseca significa che il guasto di un singolo dispositivo o cavo di rete non interromperà il funzionamento della rete. L'MRP è in grado di rilevare tali guasti e riconfigurare rapidamente i percorsi dei dati per aggirarli. Questa tolleranza ai guasti offre alle reti industriali l'affidabilità e il tempo di attività di cui hanno bisogno.

Bilancio del carico

La struttura ad anello di MRP facilita inoltre il bilanciamento del carico consentendo al traffico di rete di fluire in entrambe le direzioni. Instradando il traffico nella direzione di minore congestione, MRP aiuta a prevenire i colli di bottiglia e garantisce il massimo utilizzo della larghezza di banda. Questa funzionalità è particolarmente utile per le reti industriali che impiegano applicazioni a larghezza di banda elevata come la videosorveglianza.

Compatibilità

MRP è compatibile con STP, consentendo ai due protocolli di operare insieme sulla stessa rete. Gli anelli MRP possono connettersi alle reti STP, con MRP che gestisce l'anello e STP che previene i loop nella topologia di rete complessiva. Questa compatibilità offre agli amministratori di rete flessibilità nella progettazione delle infrastrutture di rete industriale.

Confronto tra MRP e RSTP

In quanto protocolli industriali, MRP e RSTP devono fornire un ripristino deterministico degli errori per garantire un'elevata disponibilità. MRP, un protocollo con topologia ad anello, garantisce un tempo massimo di ripristino dagli errori di 10 ms bloccando una porta su ciascuno switch per creare un loop fisico. Al contrario, RSTP sfrutta lo standard 802.1w per aumentare la disponibilità della rete nelle topologie mesh, ma i tempi di ripristino dipendono dalla complessità della rete e possono essere stimati solo approssimativamente. Mentre la flessibilità di RSTP consente più opzioni di rete, il rigoroso determinismo di MRP può essere preferibile per applicazioni sensibili al fattore tempo.