Wat is Media Redundancy Protocol (MRP)?

Media Redundancy Protocollen bewaken netwerkpaden om afzonderlijke storingspunten te voorkomen en een hoge beschikbaarheid van Ethernet-netwerken te garanderen. Omdat automatiseringssystemen steeds meer afhankelijk zijn van Ethernet-netwerken, maakt de behoefte aan fouttolerantie redundante netwerkstructuren noodzakelijk. Het broadcastkarakter van Ethernet voorkomt echter fysieke lussen, waardoor redundante paden incompatibel worden. Mediaredundantieprotocollen lossen dit conflict op door redundante paden logisch te blokkeren, waarbij één pad actief blijft en de rest stand-by. Als het actieve pad faalt, schakelt een protocol het verkeer om naar een standby-pad.

MRP, gestandaardiseerd in IEC 62439-2, richt zich op industriële netwerkvereisten. Het garandeert deterministische omschakeltijden – in het ergste geval minder dan 500 ms, meestal veel sneller – voor ringtopologieën met maximaal 50 knooppunten. Elk MRP-knooppunt heeft twee ringpoorten; één knooppunt fungeert als de Media Redundantie Manager (MRM), het monitoren van de ring op storingen. Wanneer de MRM een breuk detecteert, blokkeert hij het mislukte pad en deblokkeert hij het redundante pad, waardoor de connectiviteit wordt hersteld.

Hoe werkt MRP?

Als mediaredundantieprotocol garandeert MRP een voortdurende netwerkbeschikbaarheid in het geval van een apparaat- of verbindingsstoring. Dit gebeurt door een fysieke ringtopologie om te zetten in een logische lijntopologie voor netwerkverkeer.

Eén netwerkapparaat functioneert als Media Redundancy Manager (MRM)

De MRM bewaakt de ring door testframes tussen de ringpoorten te verzenden. Onder normale bedrijfsomstandigheden blokkeert de MRM een van zijn ringpoorten voor netwerkverkeer, waardoor een lijntopologie ontstaat. Als de MRM er echter niet in slaagt zijn testframes te ontvangen, wat wijst op een netwerkfout, zal hij de eerder geblokkeerde ringpoort deblokkeren. Met deze actie wordt de netwerkconnectiviteit hersteld via het secundaire netwerkpad.

MRP biedt deterministische omschakeltijden

MRP garandeert maximale omschakeltijden van 500 ms, 200 ms of zelfs 10 ms, afhankelijk van de parameterset. Typische omschakeltijden bedragen vaak de helft tot een kwart van deze waarden. Een MRP-ring die is geconfigureerd voor een maximale omschakeltijd van 200 ms, zal bijvoorbeeld doorgaans binnen 50 tot 60 ms overschakelen. Dit determinisme zorgt voor de voorspelbare netwerkbeschikbaarheid en -prestaties die vereist zijn voor industriële omgevingen.

MRP is geoptimaliseerd voor ringtopologieën

Hoewel het Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) ook kan worden gebruikt met ringtopologieën, is het daar niet in de eerste plaats voor ontworpen. MRP is geoptimaliseerd voor ringen van maximaal 50 apparaten. Het vermijdt problemen zoals onvoorspelbare raceomstandigheden die kunnen optreden bij RSTP. Voor netwerkapparaten die beide protocollen ondersteunen, biedt MRP doorgaans een snellere, meer deterministische omschakeling.

Belangrijkste voordelen van het gebruik van MRP

Snelle hersteltijd

MRP biedt een hersteltijd van 10 ms of minder in het geval van een enkele storing, waardoor een ononderbroken netwerkconnectiviteit mogelijk is. Het protocol bereikt dit door het netwerk voortdurend te controleren op onderbrekingen met behulp van testframes en door preventief een van de ringpoorten te blokkeren om netwerklussen te voorkomen. Als er een onderbreking wordt gedetecteerd, deblokkeert MRP onmiddellijk de eerder geblokkeerde poort om de verbinding te herstellen. Deze snelle hersteltijd is essentieel voor tijdgevoelige industriële besturingssystemen en automatisering.

Fouttolerantie

De door MRP geïmplementeerde ringtopologie bevat geen enkele storingspunten, omdat netwerkverkeer in beide richtingen rond de ring kan worden omgeleid. Deze inherente redundantie betekent dat het uitvallen van een enkel netwerkapparaat of kabel de werking van het netwerk niet zal verstoren. MRP kan dergelijke fouten detecteren en gegevenspaden snel opnieuw configureren om er omheen te routeren. Deze fouttolerantie geeft industriële netwerken de betrouwbaarheid en uptime die ze nodig hebben.

Load Balancing

De ringstructuur van MRP vergemakkelijkt ook taakverdeling doordat netwerkverkeer in beide richtingen kan stromen. Door verkeer in de richting van minder congestie te leiden, helpt MRP knelpunten te voorkomen en zorgt het voor maximaal bandbreedtegebruik. Deze mogelijkheid is vooral handig voor industriële netwerken die gebruik maken van toepassingen met hoge bandbreedte, zoals videobewaking.

Compatibiliteit

MRP is compatibel met STP, waardoor de twee protocollen samen op hetzelfde netwerk kunnen werken. MRP-ringen kunnen verbinding maken met STP-netwerken, waarbij MRP de ring beheert en STP lussen in de algehele netwerktopologie voorkomt. Deze compatibiliteit geeft netwerkbeheerders flexibiliteit bij het ontwerpen van industriële netwerkinfrastructuren.

MRP en RSTP vergelijken

Als industriële protocollen moeten MRP en RSTP deterministisch foutherstel bieden om hoge beschikbaarheid te garanderen. MRP, een ringtopologieprotocol, garandeert een maximale fouthersteltijd van 10 ms door één poort op elke switch te blokkeren om een ​​fysieke lus te creëren. RSTP maakt daarentegen gebruik van de 802.1w-standaard om de netwerkbeschikbaarheid in mesh-topologieën te vergroten, maar de hersteltijden zijn afhankelijk van de netwerkcomplexiteit en kunnen slechts grofweg worden geschat. Hoewel de flexibiliteit van RSTP meer netwerkopties mogelijk maakt, kan het strikte determinisme van MRP de voorkeur verdienen voor tijdgevoelige toepassingen.