O que é Ethernet Ring Protection Switching (ERPS)?

Comutação de Proteção de Anel Ethernetou ERP, é um esforço de ITU-T sob G.8032 Recomendação para fornecer proteção abaixo de 50 ms e comutação de recuperação para Ethernet tráfego em um topologia de anel garantindo que não haja loops formados no Switch de rede industrial Anel.

G.8032v1 suporta uma topologia de anel único e G.8032v2 oferece suporte a topologia de vários anéis/escada. Os anéis Ethernet podem fornecer conectividade multiponto de área ampla de forma mais econômica devido ao seu número reduzido de links.

Cada nó de anel Ethernet é conectado a nós de anel Ethernet adjacentes que participam do mesmo anel Ethernet, usando dois links independentes. Dois nós de anel Ethernet adjacentes limitam um link de anel e uma porta para um link de anel é chamada de porta de anel. O número mínimo de nós de anel Ethernet em um anel Ethernet é três.

Protocolo de Rede de Anel para Interruptor industrial

Geralmente, links redundantes são usados ​​em uma rede de comutação Ethernet, como uma rede em anel, para fornecer backup de link e aumentar a confiabilidade da rede. No entanto, links redundantes podem causar loops, levando a broadcast storms e tornando a tabela de endereços MAC instável. Como resultado, a qualidade da comunicação se deteriora ou até mesmo os serviços de comunicação são interrompidos. A Tabela 1-1 descreve os protocolos de rede em anel suportados pelos dispositivos.

ERP Conceito básico

O ERPS inclui principalmente anel ERPS, nó, função de porta e status da porta

Instância ERPS

A instância do ERPS é formada pelo mesmo ID de instância, VLAN de controle e switches interligados.

Canal de controle

O canal de controle é a VLAN de transmissão do protocolo ERPS, e o pacote de protocolo carregará o correspondente Tag de VLAN.

RPL

RPL (Ring Protection Link) é um link designado por um mecanismo que é bloqueado durante o estado inativo para evitar um loop no anel em ponte.

Anel ERPS

O anel ERPS é a unidade básica do ERPS. Compreende um conjunto da mesma VLAN de controle e do equipamento switch L2 interligado.

Node

O switch L2 adicionado no anel ERPS é chamado de nós. Cada nó não pode ser adicionado a mais de duas portas no mesmo anel ERPS. Os nós são divididos em RPL Owner, Neighbor e Ring Node.

função da porta

No ERPS, as funções de porta incluem RPL Owner, Neighbor e Common:

1) Proprietário da RPLr: Um anel ERPS possui apenas uma porta RPL Owner configurada pelo usuário e evita loops no anel ERPS bloqueando a porta RPL Owner. O nó que possui a porta RPL Owner torna-se o nó RPL Owner.

2) Vizinho RPL： Um anel ERPS tem apenas uma porta RPL Neighbor configurada pelo usuário, e deve ser uma porta

conectado à porta RPL Owner. Se a rede estiver normal, ela bloqueará junto com a porta RPL Owner para

evitar loops no anel ERPS. O nó com a porta RPL Neighbor torna-se o nó RPL Neighbor.

3) nó de anel: A porta comum. As portas, exceto para o proprietário do RPL e a porta do vizinho, são portas do Nó de Anel. Se o

nó possui apenas a porta comum, que passará a ser o nó Anel.

Status da porta

No anel ERPS, o status da porta do protocolo ERPS é dividido em dois tipos.

1) Encaminhamento: Em Forwarding status, a porta encaminha o tráfego do usuário e recebe/encaminha pacotes R-APS. Além disso, encaminha pacotes R-APS de outros nós.

2) Bloqueio: euNo status Blocking, uma porta no status blocking não participa do encaminhamento de quadros e também descarta os quadros recebidos do segmento de rede conectado. No entanto, as mensagens ERPS são encaminhadas.

Modo de Operação do ERPS

O modo Word inclui Revertive e Non-revertive:

reversivo: Quando o link falha, o link RPL está no estado de proteção de liberação e o link RPL é protegido novamente após o link defeituoso ser restaurado para evitar loops.

Não reversível: Após a correção da falha, o nó com falha permanece com falha (sem encaminhamento) e o link RPL permanece no estado de proteção de liberação.

Portas de Anel ERPS

Essas são as portas de interface física ou grupos de agregação de link (LAGs) de interface usados ​​pela instância. Todos os nós devem ter duas portas de anel ERPS no caso do anel principal. Tradicionalmente, eles são chamados de portos dos anéis Leste e Oeste.

VLAN do canal RAPS (VLAN de controle)

As mensagens R-APS são transportadas por um canal. No G.8032, este canal é implementado usando uma VLAN. Cada instância de ERP usa uma VLAN baseada em tag chamada raps-channel para enviar e receber mensagens R-APS. Todos os nós no anel são obrigados a usar esta VLAN de canal de raps, e esta VLAN deve ter as portas do anel ERP como membros. A função do R-APS VLAN é monitorar o anel e manter suas funções operacionais. O R-APS VLAN não carrega dados do usuário.

As mensagens R-APS fluem através do anel para controlar seu comportamento de comutação de proteção.

Cada nó ao longo do caminho receberá a mensagem R-APS na VLAN do canal raps e a copiará para processamento local.

Ele também tentará encaminhar a versão original na velocidade de comutação L2 para sua outra porta de anel. Se a VLAN do canal raps na outra porta do anel estiver bloqueada, a mensagem R-APS não será encaminhada para os outros nós.

A VLAN de controle do canal de raps está impedida de ser encaminhada para outros nós onde as VLANs de dados protegidas estão bloqueadas de serem encaminhadas.

NOTA: Subanéis sem um canal virtual são uma exceção discutida abaixo. Nesse caso, a VLAN do canal de raps não é impedida de ser encaminhada, mesmo que as VLANs de dados protegidas estejam bloqueadas.

O nó que gera as mensagens R-APS sempre enviará por ambas as portas de anel, independentemente de a VLAN do canal de raps estar ou não bloqueada em suas portas de anel. Da mesma forma, as mensagens R-APS serão recebidas e processadas independentemente de a VLAN do canal de raps estar ou não bloqueada em suas portas de anel. Abaixo está o formato de mensagem R-APS,

Informações específicas (32 octetos) estão abaixo:

Solicitação/Status(4bits) – '1101' = FS , '1110' = Evento, '1011' = SF, '0111' = MS, '0000' = NR, Outro = Futuro

Status - RB (1 bit) – Definido quando RPL é bloqueado (usado pelo RPL Owner em NR)

Status - DNF (1 bit) – Definido quando o FDB Flush não é necessário

NodeID (6 octetos) – Endereço MAC do nó de origem da mensagem (Informativo)

Reservado1(4bits), Status reservado (6 bits), reservado2 (24 octetos)

NOTA: Canal virtual RAPS (Ring Auto Protection Switch): No anel de interseção, o nó de interseção entre eles, usado para transmitir pacotes de protocolo de sub-anel, mas que não pertencem ao sub-anel, é chamado de canal virtual RAPS do sub-anel.

VLAN de Dados Protegidos

Cada instância de ERP protege um ou mais sistemas de transporte de dados VLANs (chamado tráfego de dados). Todos os nós no anel devem ter as mesmas VLANs protegidas. As VLANs protegidas devem ter as portas do anel ERPS como membros.

ERPS Industrial Network Switch Proprietário RPL

O RPL proporciona o bloqueio do tráfego em condições normais de operação, evitando assim loops. O RPL consiste em um Proprietário de um lado e um Vizinho do outro. É o Proprietário que fornece o controle principal para comutação de proteção. Sob condições normais de operação, ambas as extremidades do RPL executam um bloqueio. No entanto, o Proprietário gera continuamente mensagens R-APS No Request RPL-Blocked(NR, RB) e é responsável pelos estados de bloqueio e encaminhamento do RPL.

Sob operação normal, o RPL-Owner gera mensagens R-APS(NR, RB) quando não há falhas. Ele os envia periodicamente, a cada 5 segundos, por ambas as portas do anel. Essas mensagens indicam qual das portas do anel leste ou oeste está bloqueada. Cada nodo ao longo do caminho recebe o R-APS, registrando o Node-id e Block Port Reference (BPR) na mensagem. Isso é usado para detectar uma mudança de topologia.

NOTA: Configurar um anel G.8032 sem um RPL-Owner nunca é recomendado. Embora o protocolo G.8032 possa operar sem um RPL-Owner, já que outros nós no anel podem enviar mensagens R-APS e bloquear o tráfego em condições normais e com falha, o RPL-Owner fornece previsibilidade de onde o bloqueio do anel ocorrerá em condições normais. O RPL-Owner também é necessário para operações reversíveis.

Operações reversivas e não reversíveis

G.8032 também prevê operações reversíveis. Assim que a falha for eliminada e após um tempo de espera de normalmente 5 minutos, o anel volta ao seu modo normal de operação. G.8032 também fornece uma operação não reversível, onde uma vez que a falha diminui, não ocorre uma chave de proteção de volta ao estado normal. Neste caso, os links onde ocorreu a falha permanecem bloqueados, e o RPL permanece desbloqueado. Um comando claro, descrito abaixo, é fornecido para você controlar se uma operação reversiva ou não reversiva é permitida.

1. REVERTIVO No caso ideal, o link entre o Nó Raiz e o Vizinho Raiz é bloqueado. Em caso de falha de sinal ou comandos do operador, como troca forçada ou troca manual, o link mencionado acima é desbloqueado para direcionar o tráfego. Após a recuperação, o mesmo link deve ser bloqueado para evitar a formação de um loop. No modo de operação reversível, o link de proteção do anel é bloqueado automaticamente ao recuperar o link com falha.

2. NÃO REVERTIVO No modo Non-Revertive, o Ring Protection Link não é bloqueado automaticamente após a recuperação do link com falha ou dos comandos do operador. O link com falha ou o link no qual o comando do operador foi emitido permanece no estado bloqueado, evitando assim a formação de um loop. A vantagem por trás disso aqui é evitar alternância desnecessária entre os estados. Essa alternância pode exigir a liberação do endereço MAC aprendido nas portas.

NOTA: Quando as operações de reversão são usadas, o anel não será revertido imediatamente. A reversão não começa até que a espera para restaurar tenha expirado, que é de 5 minutos por padrão.

Troca Forçada(FS) e Troca Manual(MS)

A troca forçada (FS) é um comando que pode forçar a troca de um anel. O comando é emitido em um determinado nó e uma determinada interface no anel. Isso resulta em um bloqueio sendo aplicado nessa interface, um desbloqueio na interface oposta e uma mensagem R-APS Forced Switch (FS) fluindo ao redor do anel. Isso resultará na

RPL sendo desbloqueado. Quaisquer outros nós que tiveram um bloqueio anteriormente também serão desbloqueados quando receberem esta mensagem. As liberações de FDB também ocorrem ao longo do caminho.

Observações: Os comandos de troca forçada (FS) podem ser emitidos em vários locais ao longo do anel. No entanto, isso pode resultar na segmentação do anel. O comando Manual Switch(MS) é quase idêntico a um comando forçado Switch(FS), exceto que apenas um comando Manual Switch(MS) pode ser emitido no anel. Ele também tem uma prioridade mais baixa do que um comando Forced Switch(FS) quando um nó tem muitos pedidos que precisa processar simultaneamente.

Para desfazer esta operação, use o comando clear no mesmo nó. Isso fará com que o nó de limpeza desbloqueie qualquer bloco aplicado anteriormente. Ele também enviará uma mensagem R-APS No Request(NR), que fará com que o RPL seja bloqueado novamente.

Estado do ERPS

Existem cinco estados no protocolo ERPS

• Estado inativo

Este estado representa nenhuma falha de sinal ou qualquer comando administrativo (alternância forçada/manual) prevalecendo sobre o anel. O RPL (Ring Protection Link) está bloqueado (não transporta tráfego de dados, mas Tx/Rx os APS PDUs)

• Estado de proteção

Este estado representa a condição de Falha de Sinal no Anel. Normalmente o RPL é desbloqueado para direcionar o tráfego no ringue. Quando ocorre mais de uma falha de sinal no anel, ela segmenta o anel. Fluxo de tráfego é perturbado.

• Estado pendente

Este estado ocorre quando o emissor revoga a condição de falha de sinal e o RPL ainda não está bloqueado. Geralmente, o nó Raiz após receber a mensagem No Request (indicação da condição No Signal Fail) espera até o tempo Wait-To-Restore para bloquear o RPL. Esta é a condição em que o anel entra em estado pendente. Também ocorre durante o período de espera em espera para bloquear após a revogação da troca forçada/manual.

• Troca forçada

Este é o estado acionado pelo gerenciamento. Quando um administrador precisar fazer uma porta inativa participando do anel, essa entidade de gerenciamento entrará em ação. Quando um objeto Forced Switch é emitido na porta, a porta fica inativa e o APS PDU se propaga ao redor do anel, indicando o status. Quando o objeto de gerenciamento claro é definido na porta, essa troca forçada é revogada.

Notas: Isso tem maior precedência para o status de falha de sinal. Portanto, mesmo quando algum nó enfrentar uma falha de sinal, isso o substituirá.

• Interruptor manual

Semelhante à Troca Forçada, a Troca Manual também é acionada por gerenciamento. A diferença é que ele tem uma prioridade menor em relação ao Forced Switch. Quando há uma Chave Forçada ou Falha de Sinal Prevalecendo no anel, esta condição é rejeitada pelo processo ERPS. O objeto de gerenciamento claro revogará o estado de troca manual.

Timers

Existem quatro temporizadores envolvidos no protocolo ERPS. Os últimos dois temporizadores são os temporizadores de atraso e são empregados apenas no nó raiz.

• Temporizador de espera

Após o término do Hold-off timer, o problema na camada física é comunicado ao Processo de Controle do ERPS. Por exemplo, adia a indicação de Falha de Sinal em uma das portas do anel por um período de tempo de Hold-off configurado.

• Temporizador de guarda

Este timer é utilizado para evitar que mensagens desatualizadas interfiram na máquina de estado do ERPS daquele anel. Quando o nó limpa sua condição de falha de sinal, o temporizador de guarda é iniciado. Quando o cronômetro de guarda é executado, ele rejeita todos os APS PDU, exceto a mensagem 'evento'. Este temporizador evita que qualquer informação latente chegue da extremidade do anel.

• Temporizador de Espera para Bloquear

Como mencionado anteriormente, o timer Wait-to-Block é empregado naquele nó raiz. Este temporizador é usado quando o anel se recupera do comando do operador (troca forçada ou troca manual). Quando o Temporizador de Espera para Bloquear expira, o Link de Proteção de Anel é bloqueado.

• Temporizador de espera para restaurar

Quando o anel recupera a falha de sinal, o nó raiz inicia os temporizadores de espera para restaurar. Ao expirar, o link de proteção do anel é bloqueado. Ele é bloqueado imediatamente se for um modo reversivo de operação. No caso de não reversível, é bloqueado quando o comando “limpar” do operador é dado.

Mensagens ERPS

Diferentes tipos de mensagens ERPS são

1. FALHA DE SINAL (SF) – Esta mensagem denota a falha do Ring Link.

2. SEM PEDIDO (NR) – Isso indica a eliminação da falha no Ring Link

3. NENHUM REQUEST ROOT BLOQUEADO (NR, RB) – Isso é transmitido pelo nó raiz, denotando que o link de proteção do anel está bloqueado.

4. INTERRUPTOR FORÇADO (FS) – Esta mensagem indica que ocorreu uma troca forçada.

5. INTERRUPTOR MANUAL (MS) – Esta mensagem indica que ocorreu uma troca manual.

ERPSv1 e ERPSv2

ERPSv1 e ERPSv2 estão atualmente disponíveis. O ITU-T lançou o ERPSv1 em junho de 2008 e o ERPSv2 em agosto de 2010. O EPRSv2, totalmente compatível com o ERPSv1, fornece funções aprimoradas. A Tabela 1-2 compara ERPSv1 e ERPSv2.