Co to jest przełączanie zabezpieczające pierścienia Ethernet (ERPS)?

Przełączanie ochrony pierścienia Ethernetlub ERP, jest wysiłkiem ITU-T zgodnie z zaleceniem G.8032, aby zapewnić ochronę i przełączanie w czasie krótszym niż 50 ms Ethernet ruch w A topologia pierścienia upewniając się, że na miejscu nie utworzyły się żadne pętle Przemysłowy przełącznik sieciowy Pierścień.

G.8032v1 obsługuje topologię pojedynczego pierścienia oraz G.8032v2 obsługuje topologię wielu pierścieni/drabiny. Pierścienie Ethernet mogą zapewniać wielopunktową łączność rozległą w bardziej ekonomiczny sposób ze względu na zmniejszoną liczbę łączy.

Każdy węzeł pierścieniowy Ethernet jest połączony z sąsiednimi węzłami pierścieniowymi Ethernet uczestniczącymi w tym samym pierścieniu Ethernet, za pomocą dwóch niezależnych łączy. Dwa sąsiadujące ze sobą węzły pierścieniowe Ethernet łączyły łącze pierścieniowe, a port łącza pierścieniowego nazywany jest portem pierścieniowym. Minimalna liczba węzłów pierścienia Ethernet w pierścieniu Ethernet wynosi trzy.

Protokół sieci pierścieniowej dla Przełącznik przemysłowy

Ogólnie rzecz biorąc, łącza nadmiarowe są używane w sieci przełączającej Ethernet, takiej jak sieć pierścieniowa, w celu zapewnienia kopii zapasowej łącza i zwiększenia niezawodności sieci. Jednakże nadmiarowe łącza mogą powodować pętle, prowadzące do burzy rozgłoszeniowej i powodujące niestabilność tablicy adresów MAC. W rezultacie jakość komunikacji ulega pogorszeniu, a nawet przerwy w świadczeniu usług komunikacyjnych. Tabela 1-1 opisuje protokoły sieci pierścieniowej obsługiwane przez urządzenia.

ERP Podstawowy pomysł

ERPS obejmuje głównie pierścień ERPS, węzeł, rolę portu i status portu

Instancja ERPS

Instancja ERPS składa się z tego samego identyfikatora instancji, sterującej sieci VLAN i połączonych ze sobą przełączników.

Kanał sterowania

Kanał kontrolny to sieć VLAN transmisji protokołu ERPS, a pakiet protokołu będzie zawierał odpowiedni kanał Znacznik VLAN.

RPL

RPL (Ring Protection Link) to łącze wyznaczane przez mechanizm, który jest blokowany w stanie bezczynności, aby zapobiec tworzeniu się pętli na zmostkowanym pierścieniu.

Pierścień ERPS

Pierścień ERPS jest podstawową jednostką ERPS. Zawiera zestaw tej samej sterującej sieci VLAN i powiązanego sprzętu przełączającego L2.

Node

Przełącznik L2 dodany do pierścienia ERPS nazywany jest węzłami. Każdy węzeł nie może zostać dodany do więcej niż dwóch portów w tym samym pierścieniu ERPS. Węzły są podzielone na właściciela RPL, sąsiada i węzeł pierścieniowy.

Rola portu

W systemie ERPS role portów obejmują właściciela RPL, sąsiada i wspólnego:

1) Właściciel RPLr: Pierścień ERPS ma tylko jeden port właściciela RPL skonfigurowany przez użytkownika i zapobiega powstawaniu pętli w pierścieniu ERPS poprzez blokowanie portu właściciela RPL. Węzeł będący właścicielem portu właściciela RPL staje się węzłem właściciela RPL.

2) Sąsiad RPL: Pierścień ERPS ma tylko jeden port sąsiada RPL skonfigurowany przez użytkownika i musi to być port

podłączony do portu właściciela RPL. Jeśli sieć działa normalnie, zostanie zablokowana razem z portem właściciela RPL

zapobiegać pętlom w pierścieniu ERPS. Węzeł z portem sąsiada RPL staje się węzłem sąsiada RPL.

3) Węzeł pierścieniowy: Wspólny port. Porty z wyjątkiem właściciela RPL i portu sąsiada są portami węzła pierścieniowego. Jeśli

węzeł ma tylko wspólny port, który stanie się węzłem pierścieniowym.

Stan portu

W pierścieniu ERPS status portu protokołu ERPS jest podzielony na dwa typy.

1) Przekierowanie: W stanie Forwarding port przekazuje ruch użytkownika i odbiera/przekazuje pakiety R-APS. Ponadto przekazuje pakiety R-APS z innych węzłów.

2) Blokowanie: Iw stanie Blokowanie, port w stanie blokowania nie uczestniczy w przekazywaniu ramek, a także odrzuca ramki odebrane z podłączonego segmentu sieci. Jednak komunikaty ERPS są przekazywane dalej.

Tryb pracy ERPS

Tryb Word obejmuje tryb odwracalny i nieodwracalny:

Odwracalny: W przypadku awarii łącza łącze RPL znajduje się w stanie zabezpieczenia zwolnienia, a łącze RPL zostaje ponownie zabezpieczone po przywróceniu uszkodzonego łącza, aby zapobiec powstawaniu pętli.

Nieodwracalny: Po usunięciu usterki uszkodzony węzeł pozostaje uszkodzony (bez przekazywania), a łącze RPL pozostaje w stanie zabezpieczenia zwolnienia.

Porty pierścieniowe ERPS

Są to porty interfejsu fizycznego lub grupy agregacji łączy interfejsu (LAG) używane przez instancję. Wszystkie węzły muszą mieć dwa porty pierścieniowe ERPS w głównej obudowie pierścieniowej. Tradycyjnie określa się je mianem portów pierścieniowych wschodniego i zachodniego.

VLAN kanału RAPS (sterująca sieć VLAN)

Komunikaty R-APS są przenoszone kanałem. W G.8032 kanał ten jest realizowany przy użyciu sieci VLAN. Każda instancja ERP wykorzystuje opartą na tagach sieć VLAN zwaną kanałem raps do wysyłania i odbierania komunikatów R-APS. Wszystkie węzły w pierścieniu muszą korzystać z tej sieci VLAN z kanałem Raps, a członkami tej sieci VLAN muszą być porty pierścienia ERP. Zadaniem sieci R-APS VLAN jest monitorowanie pierścienia i utrzymywanie jego funkcji operacyjnych. Sieć VLAN R-APS nie przenosi żadnych danych użytkownika.

Komunikaty R-APS przepływają przez pierścień, aby kontrolować jego zachowanie przy przełączaniu zabezpieczeń.

Każdy węzeł na ścieżce otrzyma komunikat R-APS w sieci VLAN kanału raps i skopiuje go do lokalnego przetwarzania.

Spróbuje także przesłać oryginalną wersję z szybkością przełączania L2 do drugiego portu pierścieniowego. Jeśli sieć VLAN z kanałem Raps na drugim porcie pierścieniowym jest zablokowana, komunikat R-APS nie jest przekazywany do innych węzłów.

Przekazywanie sieci VLAN sterującej kanałem Raps do innych węzłów jest blokowane, w przypadku gdy sieci VLAN z chronionymi danymi są blokowane przed przesyłaniem dalej.

UWAGA: Podpierścienie bez kanału wirtualnego stanowią wyjątek omówiony poniżej. W tym przypadku przesyłanie sieci VLAN z kanałem raps nie jest blokowane, mimo że sieci VLAN z chronionymi danymi są zablokowane.

Węzeł generujący komunikaty R-APS będzie zawsze wysyłał komunikaty przez oba swoje porty pierścieniowe, niezależnie od tego, czy sieć VLAN kanału raps jest blokowana na jego portach pierścieniowych, czy nie. Podobnie komunikaty R-APS będą odbierane i przetwarzane niezależnie od tego, czy sieć VLAN kanału rapowego jest blokowana na portach pierścieniowych, czy nie. Poniżej znajduje się format wiadomości R-APS,

Szczegółowe informacje (32 oktety) znajdują się poniżej:

Żądanie/Stan (4 bity) – „1101” = FS, „1110” = zdarzenie, „1011” = SF, „0111” = MS, „0000” = NR, Inne = Przyszłość

Status – RB (1bit) – Ustawiane, gdy RPL jest blokowane (używane przez właściciela RPL w NR)

Status – DNF (1bit) – Ustawiane, gdy płukanie FDB nie jest konieczne

Identyfikator węzła (6 oktetów) – Adres MAC węzła źródłowego wiadomości (informacyjny)

Zarezerwowane 1 (4 bity), Stan Zarezerwowany (6 bitów), Zarezerwowany 2 (24 oktety)

UWAGA: Kanał wirtualny RAPS (Ring Auto Protection Switch): W przecinającym się pierścieniu węzeł przecinający się pomiędzy, używany do przesyłania pakietów protokołu podpierścienia, ale nie należący do podpierścienia, nazywany jest wirtualnym kanałem RAPS podpierścienia.

Chroniona sieć VLAN danych

Każda instancja ERP chroni jeden lub więcej nośników danych VLAN (tzw. ruch danych). Wszystkie węzły w pierścieniu muszą mieć te same chronione sieci VLAN. Chronione sieci VLAN powinny mieć jako członków porty pierścieniowe ERPS.

Właściciel przełącznika sieci przemysłowej ERPS RPL

RPL zapewnia blokowanie ruchu w normalnych warunkach pracy, zapobiegając w ten sposób powstawaniu pętli. RPL składa się z Właściciela na jednym końcu i Sąsiada na drugim. To właściciel zapewnia główną kontrolę nad przełączaniem zabezpieczeń. W normalnych warunkach pracy oba końce RPL wykonują blok. Jednakże właściciel w sposób ciągły generuje komunikaty R-APS No Request RPL-Blocked (NR, RB) i jest odpowiedzialny za stany blokowania i przekazywania RPL.

Podczas normalnej pracy właściciel RPL generuje komunikaty R-APS(NR, RB), gdy nie ma żadnych awarii. Okresowo wysyła je co 5 sekund przez oba porty pierścieniowe. Komunikaty te wskazują, który z wschodnich i zachodnich portów pierścieniowych jest zablokowany. Każdy węzeł po drodze odbiera R-APS, zapisując w wiadomości identyfikator węzła i odniesienie do portu bloku (BPR). Służy do wykrywania zmiany topologii.

UWAGA: Nigdy nie zaleca się konfigurowania pierścienia G.8032 bez właściciela RPL. Chociaż protokół G.8032 może działać bez właściciela RPL, ponieważ inne węzły w pierścieniu mogą wysyłać komunikaty R-APS i blokować ruch zarówno w normalnych, jak i uszkodzonych warunkach, właściciel RPL zapewnia przewidywalność miejsca wystąpienia blokady pierścienia w normalnych warunkach. Właściciel RPL jest również potrzebny do operacji przywracania.

Operacje przywracające i nieodwracające

G.8032 zapewnia również operacje odwracalne. Gdy awaria zostanie usunięta i po upływie czasu oczekiwania wynoszącego zazwyczaj 5 minut, pierścień powraca do normalnego trybu pracy. G.8032 przewiduje również działanie nieodwracalne, w którym po ustąpieniu awarii nie następuje powrót wyłącznika zabezpieczającego do stanu normalnego. W takim przypadku łącza, w których wystąpiła awaria, pozostają zablokowane, a RPL pozostaje odblokowany. Opisane poniżej polecenie pozwala kontrolować, czy dozwolona jest operacja przywracania, czy nie.

1. POWRÓT W idealnym przypadku połączenie pomiędzy węzłem głównym a sąsiadem głównym jest zablokowane. W przypadku awarii sygnału lub wystąpienia poleceń operatora, takich jak wymuszone przełączenie lub ręczne przełączenie, łącze, o którym mowa powyżej, zostaje odblokowane w celu sterowania ruchem. Po odzyskaniu to samo łącze powinno zostać zablokowane, aby zapobiec tworzeniu się pętli. W trybie przywracania połączenie Ring Protection Link jest automatycznie blokowane po odzyskaniu uszkodzonego łącza.

2. BEZ POWROTU W trybie nieodwracalnym łącze zabezpieczające pierścień nie jest blokowane automatycznie po odzyskaniu uszkodzonego łącza lub poleceń operatora. Uszkodzone łącze lub łącze, na które wydano polecenie operatora, pozostaje w stanie zablokowanym, co zapobiega tworzeniu się pętli. Zaletą tego jest uniknięcie niepotrzebnego przełączania między stanami. To przełączanie może wymagać wyczyszczenia poznanych adresów MAC na portach.

UWAGA: W przypadku użycia operacji odwracania pierścień nie zostanie przywrócony natychmiast. Cofanie nie rozpocznie się po upływie okresu oczekiwania na przywrócenie, który domyślnie wynosi 5 minut.

Przełącznik wymuszony (FS) i przełącznik ręczny (MS)

Wymuszone przełączenie (FS) to polecenie, które może wymusić przełączenie pierścienia. Polecenie wydawane jest w danym węźle i danym interfejsie na ringu. Powoduje to zastosowanie blokady na tym interfejsie, odblokowanie na przeciwległym interfejsie i komunikat wymuszonego przełączania R-APS (FS) przepływający po pierścieniu. Spowoduje to, że

RPL zostaje odblokowany. Wszystkie inne węzły, które miały wcześniej blokadę, również zostaną odblokowane, gdy otrzymają tę wiadomość. Po drodze występują również spłukiwania FDB.

Uwagi: Polecenia wymuszonego przełączania (FS) można wydawać w wielu miejscach wzdłuż pierścienia. Może to jednak spowodować segmentację pierścienia. Polecenie ręcznego przełączenia (MS) jest prawie identyczne z poleceniem wymuszonego przełączenia (FS), z tą różnicą, że na pierścieniu można wydać tylko jedno polecenie ręcznego przełączenia (MS). Ma także niższy priorytet niż polecenie wymuszonego przełączenia (FS), gdy węzeł ma wiele żądań, które musi przetworzyć jednocześnie.

Aby cofnąć tę operację, użyj polecenia clear w tym samym węźle. Spowoduje to, że węzeł rozliczeniowy odblokuje wcześniej nałożoną blokadę. Wyśle także komunikat R-APS No Request (NR), który spowoduje ponowne zablokowanie RPL.

Stan ERPS

W protokole ERPS występuje pięć stanów

• Stan bezczynności

Stan ten oznacza brak awarii sygnału lub jakiekolwiek polecenie administracyjne (przełączenie wymuszone/ręczne) dominujące w pierścieniu. RPL (Ring Protection Link) jest zablokowane (nie przenosi ruchu danych, ale wysyła/odbiera dane do jednostek PDU APS)

• Stan ochrony

Ten stan reprezentuje stan awarii sygnału w pierścieniu. Zwykle RPL jest odblokowany, aby sterować ruchem w pierścieniu. Kiedy w pierścieniu wystąpi więcej niż jedna awaria sygnału, pierścień jest segmentowany. Płynność ruchu jest zakłócona.

• Stan oczekujący

Stan ten występuje, gdy emitent unieważnia warunek braku sygnału, a RPL nie jest nadal zablokowany. Ogólnie rzecz biorąc, węzeł główny po odebraniu komunikatu o braku żądania (wskazanie stanu braku sygnału) czeka do czasu oczekiwania na przywrócenie, aby zablokować RPL. Jest to stan, w którym Pierścień przechodzi w stan Oczekujący. Dzieje się tak również podczas okresu oczekiwania w trybie oczekiwania na blokadę po odwołaniu przełącznika wymuszonego/ręcznego.

• Wymuszona zmiana

Jest to stan wywołany przez zarządzanie. Kiedy administrator będzie musiał wyłączyć port uczestniczący w pierścieniu, ta jednostka zarządzająca zacznie działać. Kiedy na porcie zostanie wystawiony obiekt Forced Switch, port zostanie wyłączony, a jednostka APS PDU rozprzestrzeni się po pierścieniu, wskazując status. Kiedy na porcie ustawiony jest obiekt zarządzania kasowaniem, to wymuszone przełączanie zostaje anulowane.

Uwagi: Ma to wyższy priorytet niż status awarii sygnału. Zatem nawet jeśli jakiś węzeł napotka sygnał Fail, zastąpi to go.

• Przełącznik ręczny

Podobnie jak w przypadku przełącznika wymuszonego, przełącznik ręczny jest również wyzwalany przez zarządzanie. Różnica polega na tym, że ma on niższy priorytet w porównaniu do Wymuszonego Przełączenia. Jeśli w pierścieniu występuje wymuszone przełączenie lub awaria sygnału, stan ten jest odrzucany przez proces ERPS. Wyczyszczenie obiektu zarządzania unieważni stan Przełączenia ręcznego.

Timers

W protokole ERPS zaangażowane są cztery timery. Ostatnie dwa timery to timery opóźniające i są stosowane tylko w węźle głównym.

• Zegar wstrzymania

Po upływie czasu wstrzymania problem w warstwie fizycznej jest zgłaszany do procesu kontrolnego ERPS. Na przykład opóźnia wskazanie awarii sygnału na jednym z portów pierścieniowych na okres skonfigurowanego czasu wstrzymania.

• Zegar straży

Ten licznik czasu służy do zapobiegania zakłócaniu działania maszyny stanowej ERPS tego pierścienia przez nieaktualne wiadomości. Gdy węzeł usunie stan awarii sygnału, uruchamiany jest licznik czasu ochrony. Po uruchomieniu licznika czasu ochrony odrzuca wszystkie jednostki PDU APS z wyjątkiem komunikatu „zdarzenie”. Ten licznik czasu zapobiega przedostawaniu się jakichkolwiek ukrytych informacji z drugiego końca pierścienia.

• Zegar oczekiwania na zablokowanie

Jak wspomniano wcześniej, w tym węźle głównym stosowany jest licznik czasu oczekiwania na zablokowanie. Ten timer jest używany, gdy pierścień powraca do pracy po wydaniu polecenia przez operatora (przełączenie wymuszone lub przełączenie ręczne). Gdy upłynie czas oczekiwania na zablokowanie, łącze ochrony pierścienia zostanie zablokowane.

• Zegar oczekiwania na przywrócenie

Gdy pierścień odzyska awarię sygnału, węzeł główny uruchamia liczniki czasu oczekiwania na przywrócenie. Po wygaśnięciu Link Ochrony Pierścienia zostaje zablokowany. Jeżeli jest to tryb pracy rewersyjnej, zostaje on natychmiast zablokowany. W przypadku nieodwracalnego jest blokowane po wydaniu przez operatora komendy „kasuj”.

Wiadomości ERPS

Istnieją różne typy komunikatów ERPS

1. AWARIA SYGNAŁU (SF) – Ten komunikat oznacza awarię łącza pierścieniowego.

2. BRAK ŻĄDANIA (NR) – Oznacza to usunięcie awarii w łączu pierścieniowym

3. BRAK ŻĄDANIA ZABLOKOWANY ROOT (NR, RB) – Jest to przesyłane przez węzeł główny, co oznacza, że ​​łącze ochrony pierścienia jest zablokowane.

4. WYMUSZONY PRZEŁĄCZNIK (FS) – Ten komunikat wskazuje, że nastąpiło wymuszone przełączenie.

5. PRZEŁĄCZNIK RĘCZNY (MS) – Ten komunikat wskazuje, że nastąpiło ręczne przełączenie.

ERPSv1 i ERPSv2

Obecnie dostępne są ERPSv1 i ERPSv2. ITU-T wypuściło ERPSv1 w czerwcu 2008 r. i ERPSv2 w sierpniu 2010 r. EPRSv2, w pełni kompatybilny z ERPSv1, zapewnia ulepszone funkcje. Tabela 1-2 porównuje ERPSv1 i ERPSv2.