O que é protocolo de redundância de mídia (MRP)?

Os protocolos de redundância de mídia monitoram os caminhos da rede para evitar pontos únicos de falha e garantir alta disponibilidade das redes Ethernet. À medida que os sistemas de automação dependem cada vez mais de redes Ethernet, a necessidade de tolerância a falhas exige estruturas de rede redundantes. Contudo, a natureza de transmissão da Ethernet evita loops físicos, tornando os caminhos redundantes incompatíveis. Os protocolos de redundância de mídia resolvem esse conflito bloqueando logicamente os caminhos redundantes, mantendo um ativo e o restante em espera. Se o caminho ativo falhar, um protocolo comuta o tráfego para um caminho de espera.

O MRP, padronizado na IEC 62439-2, atende aos requisitos de redes industriais. Ele garante tempos de comutação determinísticos – abaixo de 500 ms no pior caso, geralmente muito mais rápidos – para topologias em anel com até 50 nós. Cada nó MRP possui duas portas circulares; um nó atua como o Gerenciador de redundância de mídia (MRM), monitorando o anel em busca de falhas. Quando o MRM detecta uma interrupção, ele bloqueia o caminho com falha e desbloqueia o caminho redundante, restaurando a conectividade.

Como funciona o MRP?

Como protocolo de redundância de mídia, o MRP garante disponibilidade contínua da rede no caso de falha de um dispositivo ou link. Isso é feito convertendo uma topologia de anel físico em uma topologia de linha lógica para tráfego de rede.

Um dispositivo de rede funciona como Media Redundancy Manager (MRM)

O MRM monitora o anel enviando quadros de teste entre suas portas de anel. Sob condições normais de operação, o MRM bloqueia uma de suas portas circulares para o tráfego de rede, criando uma topologia de linha. Entretanto, se o MRM não receber seus quadros de teste, indicando uma falha na rede, ele desbloqueará sua porta anel anteriormente bloqueada. Esta ação restaura a conectividade da rede através do caminho de rede secundário.

MRP fornece tempos de transição determinísticos

O MRP garante tempos de comutação máximos de 500 ms, 200 ms ou até 10 ms, dependendo do parâmetro definido. Os tempos de transição típicos costumam ser de metade a um quarto desses valores. Por exemplo, um anel MRP configurado para um tempo máximo de alternância de 200 ms normalmente comutará em 50 a 60 ms. Esse determinismo fornece disponibilidade e desempenho de rede previsíveis necessários para ambientes industriais.

MRP é otimizado para topologias em anel

Embora o Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) também possa ser usado com topologias em anel, ele não foi projetado principalmente para elas. O MRP é otimizado para anéis de até 50 dispositivos. Evita problemas como condições de corrida imprevisíveis que podem ocorrer com o RSTP. Para dispositivos de rede que suportam ambos os protocolos, o MRP normalmente fornece uma alternância mais rápida e mais determinística.

Principais benefícios do uso do MRP

Tempo de recuperação rápida

O MRP oferece um tempo de recuperação de 10 ms ou menos no caso de uma única falha, permitindo conectividade de rede ininterrupta. O protocolo consegue isso monitorando continuamente a rede em busca de interrupções usando quadros de teste e bloqueando preventivamente uma das portas anelares para evitar loops de rede. Se for detectada uma interrupção, o MRP desbloqueia imediatamente a porta anteriormente bloqueada para restabelecer a conexão. Este rápido tempo de recuperação é essencial para sistemas de controle industrial e automação sensíveis ao tempo.

Tolerância ao erro

A topologia em anel implementada pelo MRP não contém pontos únicos de falha, pois o tráfego de rede pode ser redirecionado em qualquer direção ao redor do anel. Esta redundância inerente significa que a falha de qualquer dispositivo ou cabo de rede não interromperá a operação da rede. O MRP pode detectar essas falhas e reconfigurar rapidamente os caminhos de dados para contorná-las. Essa tolerância a falhas proporciona às redes industriais a confiabilidade e o tempo de atividade que elas exigem.

Balanceamento de carga

A estrutura em anel do MRP também facilita o balanceamento de carga, permitindo que o tráfego de rede flua em qualquer direção. Ao rotear o tráfego na direção de menor congestionamento, o MRP ajuda a evitar gargalos e garante a utilização máxima da largura de banda. Esse recurso é especialmente útil para redes industriais que empregam aplicações de alta largura de banda, como vigilância por vídeo.

Compatibilidade

O MRP é compatível com STP, permitindo que os dois protocolos operem juntos na mesma rede. Os anéis MRP podem se conectar a redes STP, com o MRP gerenciando o anel e o STP evitando loops na topologia geral da rede. Essa compatibilidade dá aos administradores de rede flexibilidade no projeto de infraestruturas de redes industriais.

Comparando MRP e RSTP

Como protocolos industriais, o MRP e o RSTP devem fornecer recuperação determinística de falhas para garantir alta disponibilidade. O MRP, um protocolo de topologia em anel, garante um tempo máximo de recuperação de falhas de 10 ms, bloqueando uma porta em cada switch para criar um loop físico. Por outro lado, o RSTP aproveita o padrão 802.1w para aumentar a disponibilidade da rede em topologias mesh, mas os tempos de recuperação dependem da complexidade da rede e só podem ser estimados aproximadamente. Embora a flexibilidade do RSTP permita mais opções de rede, o determinismo estrito do MRP pode ser preferível para aplicações urgentes.