Co to jest protokół redundancji mediów (MRP)?

Protokoły redundancji mediów monitorują ścieżki sieciowe, aby uniknąć pojedynczych punktów awarii i zapewnić wysoką dostępność sieci Ethernet. Ponieważ systemy automatyki w coraz większym stopniu opierają się na sieciach Ethernet, potrzeba odporności na awarie wymaga redundantnych struktur sieciowych. Jednak rozgłoszeniowy charakter sieci Ethernet zapobiega tworzeniu się pętli fizycznych, co powoduje, że nadmiarowe ścieżki są niekompatybilne. Protokoły redundancji mediów rozwiązują ten konflikt, logicznie blokując nadmiarowe ścieżki, utrzymując jedną aktywną, a resztę w stanie gotowości. Jeśli aktywna ścieżka ulegnie awarii, protokół przełącza ruch na ścieżkę rezerwową.

MRP, znormalizowany w IEC 62439-2, spełnia wymagania sieci przemysłowych. Gwarantuje deterministyczne czasy przełączeń – w najgorszym przypadku poniżej 500 ms, zwykle znacznie szybciej – dla topologii pierścieniowych z maksymalnie 50 węzłami. Każdy węzeł MRP ma dwa porty pierścieniowe; jeden węzeł pełni funkcję Menedżer redundancji mediów (MRM), monitorując pierścień pod kątem awarii. Kiedy MRM wykryje przerwę, blokuje uszkodzoną ścieżkę i odblokowuje ścieżkę nadmiarową, przywracając łączność.

Jak działa MRP?

Jako protokół redundancji mediów, MRP zapewnia ciągłą dostępność sieci w przypadku awarii urządzenia lub łącza. Dokonuje tego poprzez konwersję topologii pierścienia fizycznego na topologię linii logicznej dla ruchu sieciowego.

Jedno urządzenie sieciowe pełni funkcję menedżera redundancji multimediów (MRM)

MRM monitoruje pierścień, wysyłając ramki testowe pomiędzy portami pierścienia. W normalnych warunkach pracy moduł MRM blokuje jeden ze swoich portów pierścieniowych dla ruchu sieciowego, tworząc topologię linii. Jeśli jednak MRM nie odbierze ramek testowych, co wskazuje na awarię sieci, odblokuje wcześniej zablokowany port pierścieniowy. Ta akcja przywraca łączność sieciową za pośrednictwem dodatkowej ścieżki sieciowej.

MRP zapewnia deterministyczne czasy przełączeń

MRP gwarantuje maksymalne czasy przełączania wynoszące 500 ms, 200 ms lub nawet 10 ms, w zależności od zestawu parametrów. Typowe czasy przełączania wynoszą często od połowy do jednej czwartej tych wartości. Na przykład pierścień MRP skonfigurowany na maksymalny czas przełączania 200 ms zwykle przełączy się w ciągu 50 do 60 ms. Ten determinizm zapewnia przewidywalną dostępność i wydajność sieci wymaganą w środowiskach przemysłowych.

MRP jest zoptymalizowany pod kątem topologii pierścienia

Chociaż protokół Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) może być również używany w topologiach pierścieniowych, nie został on zaprojektowany głównie dla nich. MRP jest zoptymalizowany dla pierścieni składających się z maksymalnie 50 urządzeń. Pozwala uniknąć problemów, takich jak nieprzewidywalne warunki wyścigowe, które mogą wystąpić w przypadku protokołu RSTP. W przypadku urządzeń sieciowych obsługujących oba protokoły, MRP zazwyczaj zapewnia szybsze i bardziej deterministyczne przełączanie.

Kluczowe korzyści ze stosowania MRP

Szybki czas regeneracji

MRP zapewnia czas odzyskiwania wynoszący 10 ms lub mniej w przypadku pojedynczej awarii, umożliwiając nieprzerwaną łączność sieciową. Protokół osiąga to poprzez ciągłe monitorowanie sieci pod kątem przerw przy użyciu ramek testowych i zapobiegawcze blokowanie jednego z portów pierścieniowych, aby uniknąć pętli sieciowych. Jeśli zostanie wykryte przerwanie, MRP natychmiast odblokuje wcześniej zablokowany port, aby ponownie nawiązać połączenie. Ten szybki czas przywracania stanu jest niezbędny w przypadku wrażliwych na czas przemysłowych systemów sterowania i automatyki.

Odporność na awarie

Topologia pierścienia wdrożona przez MRP nie zawiera pojedynczych punktów awarii, ponieważ ruch sieciowy może być przekierowany w dowolnym kierunku wokół pierścienia. Ta nieodłączna redundancja oznacza, że ​​awaria dowolnego pojedynczego urządzenia sieciowego lub kabla nie zakłóca działania sieci. MRP może wykryć takie awarie i szybko zmienić konfigurację ścieżek danych w celu ich ominięcia. Ta odporność na awarie zapewnia sieciom przemysłowym wymaganą niezawodność i czas sprawności.

Równoważenie obciążenia

Struktura pierścieniowa MRP ułatwia również równoważenie obciążenia, umożliwiając przepływ ruchu sieciowego w dowolnym kierunku. Kierując ruch w kierunku mniejszego natężenia ruchu, MRP pomaga zapobiegać wąskim gardłom i zapewnia maksymalne wykorzystanie przepustowości. Ta funkcja jest szczególnie przydatna w sieciach przemysłowych wykorzystujących aplikacje o dużej przepustowości, takie jak nadzór wideo.

zgodność

MRP jest kompatybilny z STP, dzięki czemu oba protokoły mogą działać razem w tej samej sieci. Pierścienie MRP mogą łączyć się z sieciami STP, przy czym MRP zarządza pierścieniem, a STP zapobiega powstawaniu pętli w ogólnej topologii sieci. Ta kompatybilność zapewnia administratorom sieci elastyczność w projektowaniu infrastruktury sieci przemysłowych.

Porównanie MRP i RSTP

Jako protokoły przemysłowe, MRP i RSTP muszą zapewniać deterministyczne usuwanie usterek, aby zapewnić wysoką dostępność. MRP, protokół topologii pierścienia, gwarantuje maksymalny czas usuwania awarii wynoszący 10 ms poprzez blokowanie jednego portu na każdym przełączniku w celu utworzenia fizycznej pętli. Natomiast protokół RSTP wykorzystuje standard 802.1w do zwiększania dostępności sieci w topologiach mesh, ale czas przywracania zależy od złożoności sieci i można go jedynie w przybliżeniu oszacować. Chociaż elastyczność protokołu RSTP zapewnia więcej opcji sieciowych, ścisły determinizm MRP może być preferowany w przypadku zastosowań, w których liczy się czas.