Wat is Ethernet Ring Protection Switching (ERPS)?

Ethernet-ringbeveiliging schakelenof ERPS, is een poging tot ITU-T onder G.8032-aanbeveling om sub-50ms bescherming en herstelschakeling te bieden voor Ethernet verkeer in een ring topologie terwijl u ervoor zorgt dat er geen lussen ontstaan ​​bij de Industriële netwerkswitch Ring.

G.8032v1 ondersteunt een single-ring topologie, en G.8032v2 ondersteunt meerdere ringen/ladder-topologie. Ethernet-ringen kunnen op een economischere manier multipoint-connectiviteit over een groot gebied bieden dankzij het kleinere aantal links.

Elke Ethernet Ring Node is verbonden met aangrenzende Ethernet Ring Nodes die deelnemen aan dezelfde Ethernet Ring, met behulp van twee onafhankelijke links. Twee aangrenzende Ethernet-ringknooppunten verbinden een ringlink en een poort voor een ringlink wordt een ringpoort genoemd. Het minimum aantal Ethernet Ring Nodes in een Ethernet Ring is drie.

Ringnetwerkprotocol voor Industriële schakelaar

Over het algemeen worden redundante links gebruikt op een Ethernet-switchnetwerk, zoals een ringnetwerk, om back-up van links te bieden en de netwerkbetrouwbaarheid te verbeteren. Redundante koppelingen kunnen echter loops veroorzaken, wat leidt tot uitzendstormen en instabiliteit van de MAC-adrestabel. Als gevolg hiervan verslechtert de communicatiekwaliteit of worden zelfs communicatiediensten onderbroken. Tabel 1-1 beschrijft ringnetwerkprotocollen die door apparaten worden ondersteund.

ERPS Basis concept

ERPS omvat voornamelijk ERPS-ring, knooppunt, poortrol en poortstatus

ERPS-instantie

ERPS-instantie wordt gevormd door dezelfde instantie-ID, besturings-VLAN en onderling verbonden schakelaars.

Besturingskanaal

Het besturingskanaal is het transmissie-VLAN van het ERPS-protocol en het protocolpakket zal het overeenkomstige bevatten VLAN-tag.

RPL

RPL (Ring Protection Link) is een link die wordt aangewezen door een mechanisme dat wordt geblokkeerd tijdens de inactieve toestand om een ​​lus op de overbrugde ring te voorkomen.

ERPS-ring

ERPS-ring is ERPS-basiseenheid. Het bestaat uit een set van dezelfde besturings-VLAN en de onderling verbonden L2-schakelapparatuur.

Knooppunt

De L2-schakelaar die in de ERPS-ring is toegevoegd, wordt nodes genoemd. Elk knooppunt kan niet worden toegevoegd aan meer dan twee poorten in dezelfde ERPS-ring. De nodes zijn onderverdeeld in RPL Owner, Neighbor en Ring Node.

Haven rol

In ERPS omvatten poortrollen RPL Owner, Neighbor en Common:

1) RPL Eigenaarr: Een ERPS-ring heeft slechts één RPL Owner-poort die door de gebruiker is geconfigureerd en voorkomt lussen in de ERPS-ring door de RPL Owner-poort te blokkeren. Het knooppunt dat eigenaar is van de RPL Owner-poort wordt het RPL Owner-knooppunt.

2) RPL Buurman： Een ERPS-ring heeft slechts één RPL Neighbor-poort die door de gebruiker is geconfigureerd en het moet een poort zijn

aangesloten op de RPL Owner-poort. Als het netwerk normaal is, blokkeert het samen met de RPL Owner-poort naar

lussen in de ERPS-ring voorkomen. Het knooppunt met de RPL Neighbor-poort wordt het RPL Neighbor-knooppunt.

3) Ringknoop: De gemeenschappelijke poort. De poorten, met uitzondering van de RPL-eigenaar en de buurpoort, zijn Ring Node-poorten. Als de

knooppunt heeft alleen de gemeenschappelijke poort, die het Ring-knooppunt wordt.

Poortstatus

In de ERPS-ring is de poortstatus van het ERPS-protocol verdeeld in twee typen.

1) Doorsturen: In de status Doorsturen stuurt de poort gebruikersverkeer door en ontvangt/stuurt R-APS-pakketten door. Bovendien stuurt het R-APS-pakketten van andere knooppunten door.

2) Blokkeren: ikIn de blokkeerstatus neemt een poort met de blokkeerstatus niet deel aan het doorsturen van frames en verwijdert ook frames die zijn ontvangen van het aangesloten netwerksegment. Wel worden ERPS-berichten doorgestuurd.

ERPS-bedrijfsmodus

De woordmodus bevat Revertive en Non-revertive:

Terugkerend: Wanneer de link uitvalt, bevindt de RPL-link zich in de vrijgavebeveiligingsstatus en wordt de RPL-link opnieuw beveiligd nadat de defecte link is hersteld om lussen te voorkomen.

Niet-terugkerend: Nadat de fout is verholpen, blijft het defecte knooppunt defect (zonder doorsturen) en blijft de RPL-link in de vrijgavebeveiligingsstatus.

ERPS-ringpoorten

Dit zijn de fysieke interfacepoorten of interface Link Aggregation Groups (LAG's) die door de instantie worden gebruikt. Alle knooppunten moeten twee ERPS-ringpoorten hebben in de hoofdringbehuizing. Traditioneel worden deze ringpoorten Oost en West genoemd.

RAPS-kanaal VLAN (controle VLAN)

R-APS-berichten worden over een kanaal verzonden. In G.8032 is dit kanaal geïmplementeerd met behulp van een VLAN. Elke ERP-instantie gebruikt een op tags gebaseerd VLAN, het raps-kanaal genaamd, voor het verzenden en ontvangen van R-APS-berichten. Alle knooppunten in de ring zijn verplicht om dit raps-kanaal VLAN te gebruiken, en dit VLAN moet de ERP-ringpoorten als leden hebben. De functie van het R-APS VLAN is om de ring te bewaken en zijn operationele functies te behouden. Het R-APS VLAN bevat geen gebruikersgegevens.

R-APS-berichten stromen door de ring om het beveiligingsschakelgedrag te regelen.

Elk knooppunt langs het pad ontvangt het R-APS-bericht op het raps-kanaal VLAN en kopieert het voor lokale verwerking.

Het zal ook proberen de originele versie met L2-schakelsnelheid door te sturen naar zijn andere ringpoort. Als het raps-kanaal VLAN op de andere ringpoort is geblokkeerd, wordt het R-APS-bericht niet doorgestuurd naar de andere knooppunten.

Het raps-kanaalbesturings-VLAN kan niet worden doorgestuurd naar andere knooppunten waar de beschermde gegevens-VLAN's niet kunnen worden doorgestuurd.

NOTITIE: Subringen zonder virtueel kanaal vormen een uitzondering die hieronder wordt besproken. In dit geval wordt het doorsturen van het raps-kanaal VLAN niet geblokkeerd, ook al zijn de beveiligde gegevens-VLAN's geblokkeerd.

Het knooppunt dat de R-APS-berichten genereert, verzendt altijd via beide ringpoorten, ongeacht of het raps-kanaal VLAN op zijn ringpoorten wordt geblokkeerd of niet. Op dezelfde manier worden R-APS-berichten ontvangen en verwerkt, ongeacht of het VLAN van het raps-kanaal al dan niet wordt geblokkeerd op de ringpoorten. Hieronder vindt u het R-APS-berichtformaat,

Specifieke informatie (32 octetten) vindt u hieronder:

Verzoek/Status(4bits) – '1101' = FS, '1110' = Gebeurtenis, '1011' = SF, '0111' = MS, '0000' = NR, Anders = Toekomst

Status – RB (1bit) - Stel in wanneer RPL is geblokkeerd (gebruikt door RPL-eigenaar in NR)

Status – DNF (1bit) – Stel in wanneer FDB Flush niet nodig is

KnooppuntID (6 octetten) - MAC-adres van berichtbronknooppunt (informatief)

Gereserveerd1(4bits), Status Gereserveerd (6 bits), Gereserveerd2 (24 octetten)

NOTITIE: RAPS (Ring Auto Protection Switch) virtueel kanaal: In de kruisende ring wordt het kruisende knooppunt tussen, gebruikt om sub-ring protocolpakketten te verzenden maar niet behorend tot de sub-ring, het RAPS virtuele kanaal van de sub-ring genoemd.

Beschermde gegevens-VLAN

Elk ERP-exemplaar beschermt een of meer gegevensdragers VLAN's (Dataverkeer genoemd). Alle knooppunten in de ring moeten dezelfde beveiligde VLAN's hebben. De beschermde VLAN's moeten de ERPS-ringpoorten als leden hebben.

ERPS Industrial Network Switch RPL Eigenaar

De RPL zorgt voor het blokkeren van verkeer onder normale bedrijfsomstandigheden, waardoor lussen worden voorkomen. De RPL bestaat aan de ene kant uit een Eigenaar en aan de andere kant een Buurman. Het is de Eigenaar die de hoofdcontrole levert voor het wisselen van beveiliging. Onder normale bedrijfsomstandigheden voeren beide uiteinden van de RPL een blok uit. De Eigenaar genereert echter continu R-APS No Request RPL-Blocked (NR, RB)-berichten en is verantwoordelijk voor de blokkerings- en doorstuurstatussen van de RPL.

Bij normaal gebruik genereert de RPL-Owner R-APS(NR, RB)-berichten als er geen storingen zijn. Het verzendt deze periodiek, elke 5 seconden, via beide ringpoorten. Deze berichten geven aan welke van de oostelijke of westelijke ringpoorten is geblokkeerd. Elk knooppunt onderweg ontvangt de R-APS en registreert de Node-id en Block Port Reference (BPR) in het bericht. Dit wordt gebruikt om een ​​topologieverandering te detecteren.

NOTITIE: Het configureren van een G.8032-ring zonder RPL-eigenaar wordt nooit aanbevolen. Hoewel het G.8032-protocol kan werken zonder een RPL-eigenaar, aangezien andere knooppunten in de ring R-APS-berichten kunnen verzenden en verkeer kunnen blokkeren onder zowel normale als mislukte omstandigheden, biedt de RPL-eigenaar voorspelbaarheid over waar het ringblok onder normale omstandigheden zal plaatsvinden. De RPL-Owner is ook nodig voor revertieve operaties.

Terugkerende en niet-terugkerende bewerkingen

G.8032 voorziet ook in revertieve operaties. Zodra de storing is verholpen en na een wachttijd van doorgaans 5 minuten, schakelt de ring terug naar de normale werkingsmodus. G.8032 voorziet ook in een niet-terugkerende werking, waarbij zodra de storing afneemt, er geen beveiligingsschakelaar terug naar de normale toestand plaatsvindt. In dit geval blijven de koppelingen waar de fout is opgetreden geblokkeerd en blijft de RPL gedeblokkeerd. Een duidelijke opdracht, hieronder beschreven, wordt gegeven om te bepalen of een terugdraaiende of niet-terugdraaiende bewerking is toegestaan.

1. REVERTIEF In het ideale geval is de link tussen de Root Node en de Root Neighbor geblokkeerd. In het geval van een signaalstoring of operatorcommando's zoals geforceerde schakelaar of handmatige schakelaar, wordt de link zoals hierboven vermeld gedeblokkeerd om het verkeer te sturen. Bij herstel moet dezelfde link worden geblokkeerd om de vorming van een lus te voorkomen. In de Revertive-modus wordt de Ring Protection Link automatisch geblokkeerd bij het herstellen van de mislukte link.

2. NIET-REVERTIEF In de Non-Revertive-modus wordt de Ring Protection Link niet automatisch geblokkeerd na het herstellen van de mislukte link of operatoropdrachten. De uitgevallen link of de link waarop het operatorcommando werd gegeven, blijft in de geblokkeerde toestand, waardoor lusvorming wordt voorkomen. Het voordeel hierachter is om onnodig schakelen tussen staten te voorkomen. Dit omschakelen kan het nodig maken om het geleerde MAC-adres op de poorten te wissen.

NOTITIE: Wanneer revertieve bewerkingen worden gebruikt, keert de ring niet onmiddellijk terug. Het terugdraaien begint pas als het terugzetten van de wail-to is verlopen, wat standaard 5 minuten is.

Geforceerde schakelaar (FS) en handmatige schakelaar (MS)

Forced Switch (FS) is een commando dat een ring kan dwingen om te schakelen. Het commando wordt gegeven op een bepaald knooppunt en een bepaalde interface op de ring. Dit resulteert in een blokkering op die interface, een deblokkering op de tegenoverliggende interface en een R-APS Forced Switch (FS)-bericht dat rond de ring stroomt. Dit zal resulteren in de

RPL wordt gedeblokkeerd. Alle andere knooppunten die eerder een blokkering hadden, zullen ook de blokkering opheffen wanneer ze dit bericht ontvangen. Onderweg komen ook FDB-flushes voor.

Opmerkingen: Forced Switch-commando's (FS) kunnen op meerdere locaties langs de ring worden gegeven. Dit kan er echter toe leiden dat de ring gesegmenteerd raakt. Het Manual Switch(MS)-commando is bijna identiek aan een geforceerd Switch(FS)-commando, behalve dat er slechts één Manual Switch(MS)-commando op de ring kan worden gegeven. Het heeft ook een lagere prioriteit dan een Forced Switch (FS)-opdracht wanneer een knooppunt veel verzoeken heeft die gelijktijdig moeten worden verwerkt.

Om deze bewerking ongedaan te maken, gebruikt u de opdracht wissen op hetzelfde knooppunt. Dit zorgt ervoor dat het opschoonknooppunt elk eerder toegepast blok deblokkeert. Het zal ook een R-APS No Request(NR)-bericht sturen, waardoor de RPL opnieuw wordt geblokkeerd.

ERPS-staat

Er zijn vijf statussen in het ERPS-protocol

• Afwachtende staat

Deze status vertegenwoordigt geen signaalfout of enig administratief commando (geforceerd/handmatig schakelen) dat de overhand heeft op de ring. De RPL (Ring Protection Link) is geblokkeerd (Geeft geen dataverkeer, maar Tx/Rx de APS PDU's)

• Beschermingsstaat

Deze status vertegenwoordigt de signaalfoutconditie in de ring. Normaal gesproken is de RPL gedeblokkeerd om het verkeer in de ring te sturen. Wanneer er meer dan één signaalfout optreedt in de ring, wordt de ring gesegmenteerd. De doorstroming van het verkeer is verstoord.

• In afwachting van staat

Deze status treedt op wanneer de uitgever de voorwaarde Signal Fail intrekt en de RPL niet nog steeds is geblokkeerd. Over het algemeen wacht het Root-knooppunt na ontvangst van het No Request-bericht (indicatie van de toestand Geen signaal mislukt) tot de Wait-To-Restore-tijd om de RPL te blokkeren. Dit is de toestand waarin de Ring in de wachtstand gaat. Het treedt ook op tijdens de wachttijd in wait-to-block na het intrekken van de geforceerde/handmatige schakelaar.

• Geforceerde schakelaar

Dit is een door het management geactiveerde status. Wanneer een beheerder een poort moet sluiten die deelneemt aan de ring, komt deze beheerentiteit in actie. Wanneer een Forced Switch-object op de poort wordt uitgegeven, gaat de poort naar beneden en verspreidt de APS PDU zich rond de ring om de status aan te geven. Wanneer het duidelijke beheerobject op de poort is ingesteld, wordt deze geforceerde switch ingetrokken.

Opmerkingen: Dit heeft een hogere prioriteit dan de status Signaal mislukt. Dus zelfs wanneer een knooppunt geconfronteerd wordt met een signaal Fail, zal dit het vervangen.

• Handmatige schakelaar

Net als bij de geforceerde schakelaar, wordt de handmatige schakelaar ook door het management geactiveerd. Het verschil is dat het een lagere prioriteit heeft in vergelijking met Forced Switch. Wanneer er een geforceerde schakelaar of signaalfout heerst over de ring, wordt deze voorwaarde afgewezen door het ERPS-proces. Het clear management-object zal de handmatige schakelstatus intrekken.

Timers

Er zijn vier timers betrokken bij het ERPS-protocol. De laatste twee timers zijn de delay timers en worden alleen gebruikt op de Root Node.

• Uitsteltimer

Na het verstrijken van de Hold-off-timer wordt het probleem in de fysieke laag doorgegeven aan het ERPS-besturingsproces. Het stelt bijvoorbeeld de indicatie van een signaalfout op een van de ringpoorten uit voor een periode van geconfigureerde uitsteltijd.

• Bewaker Timer

Deze timer wordt gebruikt om te voorkomen dat verouderde berichten de ERPS State-machine van die ring verstoren. Wanneer het knooppunt de status Signaalfout heeft gewist, wordt de bewakingstimer gestart. Wanneer de bewakingstimer loopt, weigert deze alle APS PDU behalve het bericht 'gebeurtenis'. Deze timer voorkomt dat eventuele latente informatie van het verre uiteinde van de ring komt.

• Wacht-tot-blokkeren-timer

Zoals eerder vermeld, wordt de Wait-to-Block-timer gebruikt bij die Root Node. Deze timer wordt gebruikt wanneer de ring herstelt van het bedieningscommando (geforceerde schakelaar of handmatige schakelaar). Wanneer de Wait-to-Block-timer afloopt, wordt de Ring Protection Link geblokkeerd.

• Wacht-tot-herstel-timer

Wanneer de ring de signaalfout herstelt, start de Root Node de Wait-to-Restore Timers. Na afloop wordt de Ring Protection Link geblokkeerd. Het wordt onmiddellijk geblokkeerd als het een revertieve werkingsmodus is. In het geval van non-revertive wordt het geblokkeerd wanneer het operatorcommando "clear" wordt gegeven.

ERPS-berichten

Er zijn verschillende soorten ERPS-berichten

1. SIGNAALSTORING (SF) – Dit bericht duidt op een storing van de Ring Link.

2. GEEN VERZOEK (NR) – Dit geeft aan dat de storing in de Ring Link is verholpen

3. GEEN VERZOEK ROOT GEBLOKKEERD (NR, RB) – Dit wordt verzonden door het Root-knooppunt, wat aangeeft dat de Ring Protection Link is geblokkeerd.

4. GEFORCEERDE SCHAKELAAR (FS) – Dit bericht geeft aan dat er een geforceerde schakelaar heeft plaatsgevonden.

5. HANDMATIGE SCHAKELAAR (MS) – Dit bericht geeft aan dat er een handmatige omschakeling heeft plaatsgevonden.

ERPSv1 en ERPSv2

ERPSv1 en ERPSv2 zijn momenteel beschikbaar. ITU-T bracht ERPSv1 uit in juni 2008 en ERPSv2 in augustus 2010. EPRSv2, volledig compatibel met ERPSv1, biedt verbeterde functies. Tabel 1-2 vergelijkt ERPSv1 en ERPSv2.