イーサネット リング プロテクション スイッチング (ERPS) とは何ですか?

イーサネットリングプロテクションスイッチングまたは ERPS、の取り組みです。 ITU-T G.8032 推奨に基づき、50ms 未満の保護と回復スイッチングを提供する イーサネット の交通 リングトポロジー ループが形成されていないことを確認しながら、 産業用ネットワークスイッチ リング。

G.8032v1 シングルリングトポロジをサポートし、 G.8032v2 複数のリング/ラダー トポロジをサポートします。 イーサネット リングは、リンク数が削減されるため、広域マルチポイント接続をより経済的に提供できます。

各イーサネット リング ノードは、XNUMX つの独立したリンクを使用して、同じイーサネット リングに参加している隣接するイーサネット リング ノードに接続されます。 XNUMX つの隣接するイーサネット リング ノードはリング リンクを形成し、リング リンクのポートはリング ポートと呼ばれます。 イーサネット リング内のイーサネット リング ノードの最小数は XNUMX です。

リングネットワークプロトコル 産業用スイッチ

一般に、リング ネットワークなどのイーサネット スイッチング ネットワークでは、リンクのバックアップを提供し、ネットワークの信頼性を高めるために冗長リンクが使用されます。 ただし、冗長リンクによりループが発生し、ブロードキャスト ストームが発生したり、MAC アドレス テーブルが不安定になったりする可能性があります。 その結果、通信品質が低下したり、通信サービスが停止したりすることがあります。 表 1-1 に、デバイスがサポートするリング ネットワーク プロトコルを示します。

ERPS 基本コンセプト

ERPS には主に ERPS リング、ノード、ポートの役割、およびポートのステータスが含まれます

ERPS インスタンス

ERPS インスタンスは、同じインスタンス ID、制御 VLAN、および相互接続されたスイッチによって形成されます。

制御チャネル

制御チャネルは ERPS プロトコルの送信 VLAN であり、プロトコル パケットは対応する VLANタグ.

RPL

RPL(Ring Protection Link) は、ブリッジされたリング上のループを防ぐために、アイドル状態の間ブロックされる機構によって指定されたリンクです。

ERPSリング

ERPSリングはERPSの基本ユニットです。 同一の制御VLANと連動するL2スイッチ装置のセットで構成されます。

Node

ERPSリングに追加されるL2スイッチをノードと呼びます。 各ノードを同じ ERPS リング内の XNUMX つ以上のポートに追加することはできません。 ノードは、RPL オーナー、ネイバー、リング ノードに分かれています。

ポートの役割

ERPS では、ポートの役割には RPL オーナー、ネイバー、および共通が含まれます。

1) RPL 所有r: ERPS リングには、ユーザーによって構成された RPL オーナー ポートが XNUMX つだけあり、RPL オーナー ポートをブロックすることで ERPS リング内のループが防止されます。 RPL オーナー ポートを所有するノードが RPL オーナー ノードになります。

2) RPL ネイバー： ERPS リングにはユーザーが設定した RPL ネイバー ポートが XNUMX つだけあり、それはポートである必要があります。

RPL オーナー ポートに接続されます。 ネットワークが正常であれば、RPL オーナー ポートとともにブロックされます。

ERPS リング内のループを防止します。 RPL ネイバー ポートを持つノードが RPL ネイバー ノードになります。

3) リングノード: 共通ポート。 RPL オーナーポートとネイバーポートを除いたポートはリングノードポートです。 もし

ノードには共通ポートのみがあり、これがリングノードになります。

ポートステータス

ERPS リングでは、ERPS プロトコルのポート状態が XNUMX 種類に分けられます。

1) 転送： 転送ステータスでは、ポートはユーザー トラフィックを転送し、R-APS パケットを受信/転送します。 さらに、他のノードからの R-APS パケットを転送します。

2) ブロッキング: 私ブロッキング ステータスでは、ブロッキング ステータスのポートはフレーム転送に参加せず、接続されたネットワーク セグメントから受信したフレームも破棄します。 ただし、ERPS メッセージは転送されます。

ERPS 動作モード

Word モードには、復元と非復元が含まれます。

復帰的: リンクに障害が発生すると、RPL リンクは保護解除状態になり、障害のあるリンクが復元された後に RPL リンクが再保護され、ループが防止されます。

非復帰的: 障​​害が修正された後、障害のあるノードは障害のあるまま (転送なし)、RPL リンクは保護解除状態のままになります。

ERPS リングポート

これらは、インスタンスによって使用される物理インターフェイス ポートまたはインターフェイス リンク アグリゲーション グループ (LAG) です。 メジャー リングの場合、すべてのノードに XNUMX つの ERPS リング ポートが必要です。 伝統的に、これらは East および West リング ポートと呼ばれます。

RAPSチャネルVLAN(制御VLAN)

R-APS メッセージはチャネル上で伝送されます。 G.8032 では、このチャネルは VLAN を使用して実装されます。 各 ERP インスタンスは、R-APS メッセージの送受信に raps チャネルと呼ばれるタグベースの VLAN を使用します。 リング内のすべてのノードはこの raps チャネル VLAN を使用する必要があり、この VLAN にはメンバーとして ERP リング ポートが必要です。 R-APS VLAN の機能は、リングを監視し、その動作機能を維持することです。 R-APS VLAN はユーザー データを伝送しません。

R-APS メッセージはリングを通って流れ、その保護切り替え動作を制御します。

パス上の各ノードは、raps チャネル VLAN 上で R-APS メッセージを受信し、それをコピーしてローカル処理します。

また、元のバージョンを L2 スイッチング速度で他のリング ポートに転送しようとします。 他のリング ポート上の raps チャネル VLAN がブロックされている場合、R-APS メッセージは他のノードに転送されません。

raps チャネル制御 VLAN は、保護されたデータ VLAN の転送がブロックされている他のノードへの転送がブロックされます。

注意: 仮想チャネルのないサブリングは、以下で説明する例外です。 この場合、保護されたデータ VLAN がブロックされていても、raps チャネル VLAN の転送はブロックされません。

R-APS メッセージを生成するノードは、raps チャネル VLAN がリング ポート上でブロックされているかどうかに関係なく、常に両方のリング ポート経由で送信します。 同様に、R-APS メッセージは、raps チャネル VLAN がリング ポート上でブロックされているかどうかに関係なく、受信され、処理されます。 以下は R-APS メッセージ形式です。

特定の情報 (32 オクテット) は以下のとおりです。

リクエスト/ステータス(4bits) – '1101' = FS、'1110' = イベント、'1011' = SF、'0111' = MS、'0000' = NR、その他 = 将来

ステータス – RB (1bit) – RPL がブロックされているときに設定します (NR の RPL 所有者によって使用されます)。

ステータス - DNF (1ビット) – FDBフラッシュが不要な場合に設定します

ノードID (6オクテット) – メッセージ送信元ノードの MAC アドレス (情報)

予約1(4ビット)、ステータス予約(6ビット)、予約2(24オクテット)

注意: RAPS (Ring Auto Protection Switch) 仮想チャネル: 交差リング内で、サブリング プロトコル パケットの送信に使用されるが、サブリングに属さない間の交差ノードは、サブリングの RAPS 仮想チャネルと呼ばれます。

保護されたデータ VLAN

各 ERP インスタンスは、XNUMX つ以上のデータを伝送するものを保護します。 VLAN (データトラフィックと呼ばれます)。 リング内のすべてのノードは、同じ保護された VLAN を持つ必要があります。 保護された VLAN には、メンバーとして ERPS リング ポートが必要です。

ERPS 産業用ネットワーク スイッチ RPL オーナー

RPL は、通常の動作条件下でトラフィックをブロックし、ループを防止します。 RPL は、一方の側のオーナーともう一方の側のネイバーで構成されます。 保護切り替えの主な制御を提供するのは所有者です。 通常の動作条件では、RPL の両端がブロックを実行します。 ただし、オーナーは R-APS No Request RPL-Blocked(NR, RB) メッセージを継続的に生成し、RPL のブロック状態と転送状態を管理します。

通常の動作では、障害がない場合、RPL 所有者は R-APS(NR、RB) メッセージを生成します。 これらを両方のリング ポート経由で 5 秒ごとに定期的に送信します。 これらのメッセージは、東リング ポートまたは西リング ポートのどちらがブロックされているかを示します。 途中の各ノードは R-APS を受信し、メッセージにノード ID とブロック ポート リファレンス (BPR) を記録します。 これは、トポロジの変更を検出するために使用されます。

注意: RPL 所有者なしで G.8032 リングを設定することは決して推奨されません。 G.8032 プロトコルは RPL オーナーなしで動作できますが、リング内の他のノードは R-APS メッセージを送信し、正常な状態と障害が発生した状態の両方でトラフィックをブロックできるため、RPL オーナーはリング ブロックが発生する場所についての予測可能性を提供します。通常の状態では。 RPL 所有者は、復元操作にも必要です。

復帰操作と非復帰操作

G.8032 は、復元操作も提供します。 障害が解消され、通常 5 分間の待機時間が経過すると、リングは通常の動作モードに戻ります。 G.8032 は、障害が軽減されると、通常の状態への保護切り替えが行われない非復帰動作も提供します。 この場合、障害が発生したリンクはブロックされたままとなり、RPL はブロックされないままになります。 以下で説明するクリア コマンドは、復帰操作または非復帰操作を許可するかどうかを制御するために提供されています。

1. 復元的 理想的な場合、ルート ノードとルート ネイバーの間のリンクはブロックされます。 信号障害が発生したり、強制切り替えや手動切り替えなどのオペレータ コマンドが発生した場合、前述のリンクのブロックが解除されてトラフィックが誘導されます。 回復時には、ループの形成を防ぐために同じリンクがブロックされる必要があります。 Revertive 動作モードでは、リング保護リンクは、障害が発生したリンクが回復すると自動的にブロックされます。

2. 非復元的 非リバーティブ モードでは、障害が発生したリンクまたはオペレータ コマンドを回復した後、リング保護リンクは自動的にブロックされません。 障害が発生したリンク、またはオペレータ コマンドが発行されたリンクはブロックされた状態のままになり、ループの形成が防止されます。 この背後にある利点は、状態間の不必要な切り替えを回避できることです。 この切り替えにより、ポート上で学習した MAC アドレスのフラッシュが必要になる場合があります。

注意: 復帰操作を使用した場合、リングはすぐには復帰しません。 復元は、復元の期限が切れるまで開始されません。デフォルトでは 5 分です。

強制切り替え(FS)と手動切り替え(MS)

Forced Switch (FS) は、リングを強制的に切り替えることができるコマンドです。 コマンドは、リング上の特定のノードおよび特定のインターフェイスで発行されます。 これにより、そのインターフェイスでブロックが適用され、反対側のインターフェイスでブロックが解除され、R-APS Forced Switch（FS）メッセージがリング上を流れます。 この結果、

RPL のブロックが解除されます。 以前にブロックしていた他のノードも、このメッセージを受信するとブロックが解除されます。 途中で FDB フラッシュも発生します。

注: Forced Switch(FS) コマンドは、リング上の複数の場所で発行できます。 ただし、これを行うとリングがセグメント化される可能性があります。 手動スイッチ (MS) コマンドは、リング上で発行できる手動スイッチ (MS) コマンドが XNUMX つだけである点を除けば、強制スイッチ (FS) コマンドとほぼ同じです。 また、ノードに同時に処理する必要があるリクエストが多数ある場合、強制スイッチ (FS) コマンドよりも優先順位が低くなります。

この操作を元に戻すには、同じノードで clear コマンドを使用します。 これにより、クリアリング ノードは以前に適用されたブロックのブロックを解除します。 また、R-APS No Request (NR) メッセージも送信され、RPL が再びブロックされます。

ERPS 状態

ERPS プロトコルには XNUMX つの状態があります

• アイドル状態

この状態は、信号障害がないこと、またはリング上で優先される管理コマンド (強制/手動切り替え) がないことを表します。 RPL (リング保護リンク) がブロックされています (データ トラフィックは伝送しませんが、APS PDU の送受信は行います)

• 保護状態

この状態は、リング内の信号障害状態を表します。 通常、RPL はリング内のトラフィックを制御するためにブロック解除されます。 リング内で複数の信号障害が発生すると、リングがセグメント化されます。 交通の流れが乱れます。

• 保留中の状態

この状態は、発行者がシグナル失敗条件を取り消し、RPL がまだブロックされていない場合に発生します。 一般に、ルート ノードは、要求なしメッセージ (信号なし障害状態の表示) を受信した後、復元待機時間まで待機して RPL をブロックします。 これは、リングが保留状態になる条件です。 また、強制/手動切り替えを解除した後のブロック待機の待機中にも発生します。

• 強制切り替え

これは管理によってトリガーされた状態です。 管理者がリングに参加しているポートをダウンさせる必要がある場合、この管理エンティティが動作します。 Forced Switch オブジェクトがポート上で発行されると、ポートがダウンし、APS PDU がリング上に伝播してステータスを示します。 クリア管理オブジェクトがポートに設定されている場合、この強制切り替えは無効になります。

注: これは、Signal Fail ステータスよりも優先されます。 そのため、一部のノードがシグナル Fail に直面した場合でも、これが優先されます。

• 手動スイッチ

強制切り替えと同様に、手動切り替えも管理によってトリガーされます。 違いは、強制切り替えと比較して優先順位が低いことです。 リング上で強制切り替えまたは信号障害が発生している場合、この状態は ERPS プロセスによって拒否されます。 管理オブジェクトをクリアすると、手動切り替え状態が取り消されます。

タイマ

ERPS プロトコルには XNUMX つのタイマーが関係しています。 最後の XNUMX つのタイマーは遅延タイマーであり、ルート ノードでのみ使用されます。

• ホールドオフタイマー

ホールドオフ タイマーの期限が切れると、物理層の問題が ERPS 制御プロセスに伝えられます。 たとえば、リング ポートの XNUMX つでの信号障害の表示を、設定されたホールドオフ時間の間延期します。

• ガードタイマー

このタイマーは、古いメッセージがそのリングの ERPS ステート マシンに干渉するのを防ぐために使用されます。 ノードが信号障害状態をクリアすると、ガード タイマーが開始されます。 ガード タイマーが実行されると、「イベント」メッセージを除くすべての APS PDU が拒否されます。 このタイマーは、潜在的な情報がリングの遠端から到着するのを防ぎます。

• ブロック待機タイマー

前述したように、Wait-to-Block タイマーはそのルート ノードで使用されます。 このタイマーは、リングがオペレータ コマンド (強制切り替えまたは手動切り替え) から回復するときに使用されます。 ブロック待機タイマーが期限切れになると、リング保護リンクはブロックされます。

• 復元待機タイマー

リングが信号障害を回復すると、ルート ノードは復元待機タイマーを開始します。 有効期限が切れると、リング保護リンクはブロックされます。 復帰操作モードの場合はすぐにブロックされます。 非リバーティブの場合、オペレータコマンド「クリア」が与えられるとブロックされます。

ERPS メッセージ

さまざまな種類の ERPS メッセージは次のとおりです。

1. 信号異常 (SF) – このメッセージは、リング リンクの障害を示します。

2. ノーリクエスト(NR) – これは、リング リンクの障害が解消されたことを示します。

3. リクエストルートはブロックされています (NR、RB) – これはルート ノードによって送信され、リング保護リンクがブロックされていることを示します。

4. 強制スイッチ(FS) – このメッセージは、強制切り替えが発生したことを示します。

5. マニュアルスイッチ(MS) – このメッセージは、手動切り替えが発生したことを示します。

ERPSv1 および ERPSv2

現在、ERPSv1 と ERPSv2 が利用可能です。 ITU-T は 1 年 2008 月に ERPSv2 をリリースし、2010 年 2 月に ERPSv1 をリリースしました。EPRSv1 は ERPSv2 と完全に互換性があり、機能が強化されています。 表 1-2 では、ERPSvXNUMX と ERPSvXNUMX を比較しています。