Что такое коммутация защиты кольца Ethernet (ERPS)?

Переключение защиты кольца Ethernetили ERPS, это попытка МСЭ-Т в соответствии с Рекомендацией G.8032 для обеспечения защиты менее 50 мс и коммутации восстановления для Ethernet трафик в кольцевая топология следя за тем, чтобы не образовывались петли в Промышленный сетевой коммутатор Кольцо.

Г.8032v1 поддерживает топологию с одним кольцом и Г.8032v2 поддерживает многокольцевую/лестничную топологию. Кольца Ethernet могут обеспечить более экономичное многоточечное подключение по всему миру из-за меньшего количества каналов.

Каждый узел кольца Ethernet подключен к соседним узлам кольца Ethernet, участвующим в том же кольце Ethernet, с использованием двух независимых каналов. Два соседних кольцевых узла Ethernet связывают кольцевой канал, а порт для кольцевого канала называется кольцевым портом. Минимальное количество узлов кольца Ethernet в кольце Ethernet равно трем.

Протокол кольцевой сети для Промышленный выключатель

Как правило, резервные каналы используются в коммутационной сети Ethernet, такой как кольцевая сеть, для обеспечения резервирования канала и повышения надежности сети. Однако избыточные каналы могут вызывать петли, что приводит к широковещательному шторму и нестабильности таблицы MAC-адресов. В результате ухудшается качество связи, а то и прерываются услуги связи. Таблица 1-1 описывает протоколы кольцевой сети, поддерживаемые устройствами.

ERPS Основная концепция

ERPS в основном включает кольцо ERPS, узел, роль порта и статус порта.

Экземпляр ERPS

Экземпляр ERPS формируется из одного и того же ID экземпляра, управляющей VLAN и взаимосвязанных коммутаторов.

Канал управления

Канал управления — это VLAN передачи протокола ERPS, и пакет протокола будет нести соответствующий Тег VLAN.

RPL

RPL (канал защиты кольца) — это канал, определяемый механизмом, который блокируется в состоянии простоя, чтобы предотвратить образование петли в мостовом кольце.

Кольцо ЭРПС

Кольцо ERPS является базовой единицей ERPS. Он состоит из набора той же управляющей VLAN и взаимосвязанного коммутационного оборудования L2.

Узел

Коммутатор L2, добавленный в кольцо ERPS, называется узлами. Каждый узел нельзя добавить более чем к двум портам в одном кольце ERPS. Узлы делятся на владельцев RPL, соседей и кольцевых узлов.

Роль порта

В ERPS роли порта включают владельца RPL, соседа и общего:

1) РПЛ Оунr: кольцо ERPS имеет только один порт владельца RPL, настроенный пользователем, и предотвращает образование петель в кольце ERPS, блокируя порт владельца RPL. Узел, которому принадлежит порт владельца RPL, становится узлом владельца RPL.

2) Сосед РПЛ： Кольцо ERPS имеет только один соседний порт RPL, настроенный пользователем, и это должен быть порт

подключен к порту владельца RPL. Если сеть нормальная, она будет заблокирована вместе с портом владельца RPL на

предотвращения образования петель в кольце ERPS. Узел с портом соседа RPL становится узлом соседа RPL.

3) Кольцевой узел: Общий порт. Порты, за исключением владельца RPL и соседнего порта, являются портами кольцевого узла. Если

узел имеет только общий порт, который станет узлом Ring.

Статус порта

В кольце ERPS состояние порта протокола ERPS делится на два типа.

1) Пересылка: В состоянии Forwarding порт пересылает пользовательский трафик и принимает/пересылает пакеты R-APS. Более того, он пересылает пакеты R-APS от других узлов.

2) Блокировка: яв статусе Blocking порт в статусе block не участвует в пересылке кадров, а также отбрасывает кадры, полученные от присоединенного сегмента сети. Однако сообщения ERPS пересылаются.

Режим работы ERPS

Режим Word включает реверсивный и нереверсивный режим:

реверсивный: при сбое канала ссылка RPL находится в состоянии снятия защиты, а ссылка RPL повторно защищается после восстановления неисправного канала для предотвращения образования петель.

Необратимый: После устранения неисправности неисправный узел остается неисправным (без переадресации), а канал RPL остается в состоянии снятия защиты.

Кольцевые порты ERPS

Это порты физического интерфейса или группы агрегации каналов интерфейса (LAG), которые используются экземпляром. Все узлы должны иметь два кольцевых порта ERPS в корпусе основного кольца. Традиционно их называют портами Восточного и Западного кольца.

Канал RAPS VLAN (VLAN управления)

Сообщения R-APS передаются по каналу. В G.8032 этот канал реализован с использованием VLAN. Каждый экземпляр ERP использует VLAN на основе тегов, называемую raps-channel, для отправки и получения сообщений R-APS. Все узлы в кольце должны использовать эту VLAN с каналом raps, и эта VLAN должна иметь порты кольца ERP в качестве членов. Функция R-APS VLAN заключается в наблюдении за кольцом и поддержании его рабочих функций. R-APS VLAN не несет пользовательских данных.

Сообщения R-APS проходят через кольцо, чтобы управлять его режимом защитного переключения.

Каждый узел на пути получит сообщение R-APS в сети VLAN с каналом raps и скопирует его для локальной обработки.

Он также попытается переслать исходную версию со скоростью коммутации L2 на другой кольцевой порт. Если VLAN raps-channel на другом кольцевом порту заблокирован, то сообщение R-APS не пересылается на другие узлы.

VLAN управления raps-каналом блокируется от переадресации на другие узлы, где защищенные VLAN данных заблокированы от переадресации.

ЗАМЕТКА: подкольца без виртуального канала являются исключением, обсуждаемым ниже. В этом случае VLAN raps-channel не блокируется от переадресации, даже если защищенные VLAN данных заблокированы.

Узел, который генерирует сообщения R-APS, всегда будет отправлять через оба своих кольцевых порта независимо от того, заблокирована ли VLAN raps-channel на его кольцевых портах. Точно так же сообщения R-APS будут получены и обработаны независимо от того, заблокирована ли VLAN raps-channel на своих кольцевых портах. Ниже приведен формат сообщения R-APS,

Конкретная информация (32 октета) приведена ниже:

Запрос/статус (4 бита) – '1101' = FS, '1110' = событие, '1011' = SF, '0111' = MS, '0000' = NR, Other = будущее

Статус — РБ (1 бит) – Устанавливается, когда RPL заблокирован (используется владельцем RPL в NR)

Статус — DNF (1 бит) – Установите, когда FDB Flush не требуется

NodeID (6 октетов) – MAC-адрес узла-источника сообщения (информационный)

Зарезервировано1 (4 бита), Статус Зарезервировано (6 бит), Зарезервировано2 (24 октета)

ЗАМЕТКА: Виртуальный канал RAPS (Ring Auto Protection Switch): в пересекающемся кольце пересекающийся узел между ними, используемый для передачи пакетов протокола подкольца, но не принадлежащий этому подкольцу, называется виртуальным каналом RAPS подкольца.

VLAN с защищенными данными

Каждый экземпляр ERP защищает один или несколько носителей данных. Сети VLAN (так называемый трафик данных). Все узлы в кольце должны иметь одинаковые защищенные VLAN. Защищенные VLAN должны иметь кольцевые порты ERPS в качестве участников.

Промышленный сетевой коммутатор ERPS Владелец RPL

RPL обеспечивает блокировку трафика в нормальных условиях эксплуатации, предотвращая таким образом образование петель. RPL состоит из владельца на одном конце и соседа на другом. Именно Владелец обеспечивает основное управление переключением защиты. В нормальных условиях эксплуатации оба конца РПЛ выполняют блокировку. Однако Владелец постоянно генерирует сообщения R-APS No Request RPL-Blocked(NR, RB) и отвечает за состояния блокировки и пересылки RPL.

При нормальной работе RPL-Owner генерирует сообщения R-APS(NR, RB) при отсутствии сбоев. Он периодически отправляет их каждые 5 секунд через оба своих кольцевых порта. Эти сообщения указывают, какой из восточного или западного кольцевых портов заблокирован. Каждый узел на пути получает R-APS, записывая Node-id и Block Port Reference (BPR) в сообщении. Это используется для обнаружения изменения топологии.

ЗАМЕТКА: Никогда не рекомендуется настраивать кольцо G.8032 без RPL-Owner. В то время как протокол G.8032 может работать без владельца RPL, поскольку другие узлы в кольце могут отправлять сообщения R-APS и блокировать трафик как в нормальных условиях, так и в условиях сбоя, владелец RPL обеспечивает предсказуемость того, где произойдет блокировка кольца. при нормальных условиях. Владелец RPL также необходим для реверсивных операций.

Реверсивные и нереверсивные операции

G.8032 также предусматривает реверсивные операции. После устранения сбоя и после времени ожидания, обычно составляющего 5 минут, кольцо возвращается в нормальный режим работы. G.8032 также предусматривает нереверсивную операцию, при которой, как только отказ устраняется, защитное переключение обратно в нормальное состояние не происходит. При этом ссылки, по которым произошел сбой, остаются заблокированными, а RPL остается разблокированным. Команда очистки, описанная ниже, предназначена для управления разрешенной реверсивной или нереверсивной операцией.

1. ОБРАТНЫЙ В идеальном случае связь между корневым узлом и корневым соседом заблокирована. В случае сбоя сигнала или команд оператора, таких как принудительное переключение или ручное переключение, ссылка, как указано выше, разблокируется для управления трафиком. После восстановления эта же ссылка должна быть заблокирована, чтобы предотвратить образование петли. В реверсивном режиме работы канал кольцевой защиты автоматически блокируется при восстановлении отказавшего канала.

2. НЕВОЗВРАТНЫЙ В необратимом режиме канал кольцевой защиты не блокируется автоматически после восстановления отказавшего канала или команд оператора. Неисправный канал или канал, по которому была дана операторская команда, остается в заблокированном состоянии, тем самым предотвращая образование петли. Преимущество этого здесь заключается в том, чтобы избежать ненужного переключения между состояниями. Это переключение может потребовать сброса изученных MAC-адресов на портах.

ЗАМЕТКА: При использовании реверсивных операций кольцо не вернется в исходное положение немедленно. Возврат не начинается до тех пор, пока не истечет время ожидания восстановления, которое по умолчанию составляет 5 минут.

Принудительный переключатель (FS) и ручной переключатель (MS)

Принудительное переключение (FS) — это команда, которая может заставить кольцо переключиться. Команда выдается на заданном узле и заданном интерфейсе в кольце. Это приводит к блокировке на этом интерфейсе, разблокировке на противоположном интерфейсе и передаче сообщения R-APS Forced Switch (FS) по кольцу. Это приведет к

РПЛ становится разблокированным. Любые другие узлы, у которых ранее была блокировка, также разблокируются, когда получат это сообщение. По пути также происходят сбросы FDB.

Примечания. Команды принудительного переключения (FS) могут быть отправлены в нескольких точках кольца. Однако это может привести к сегментации кольца. Команда Manual Switch(MS) почти идентична принудительной команде Switch(FS), за исключением того, что на кольце может быть выдана только одна команда Manual Switch(MS). Она также имеет более низкий приоритет, чем команда принудительного переключения (FS), когда у узла есть много запросов, которые ему необходимо обрабатывать одновременно.

Чтобы отменить эту операцию, используйте команду очистки на том же узле. Это заставит клиринговый узел разблокировать любой ранее примененный блок. Он также отправит сообщение R-APS No Request(NR), что приведет к повторной блокировке RPL.

Состояние ERPS

В протоколе ERPS есть пять состояний.

• Состояние IDLE

Это состояние представляет собой отсутствие сбоя сигнала или какой-либо административной команды (принудительное/ручное переключение) в кольце. RPL (канал защиты кольца) заблокирован (не передает трафик данных, но передает/принимает PDU APS)

• Состояние защиты

Это состояние представляет состояние сбоя сигнала в кольце. Обычно RPL не блокируется, чтобы управлять трафиком в кольце. Когда в кольце происходит более одного сбоя сигнала, кольцо сегментируется. Движение транспорта нарушено.

• Состояние ожидания

Это состояние возникает, когда эмитент отменяет состояние Signal Fail, а RPL все еще не заблокирован. Как правило, корневой узел после получения сообщения «Нет запроса» (индикатор состояния «Нет сигнала сбой») ждет до времени ожидания восстановления, чтобы заблокировать RPL. Это состояние, при котором кольцо переходит в состояние ожидания. Это также происходит в течение периода ожидания в ожидании блокировки после отмены принудительного/ручного переключения.

• Принудительное переключение

Это состояние, инициированное управлением. Когда администратору необходимо отключить порт, участвующий в кольце, этот объект управления вступает в действие. Когда на порт выдается объект Forced Switch, порт отключается, и PDU APS распространяется по кольцу, указывая состояние. Когда на порте установлен объект управления clear, принудительное переключение отменяется.

Примечания. Этот статус имеет более высокий приоритет, чем статус «Сбой сигнала». Таким образом, даже когда какой-либо узел сталкивается с сигналом Fail, это заменит его.

• Ручной переключатель

Подобно принудительному переключению, ручное переключение также запускается управлением. Разница в том, что он имеет более низкий приоритет по сравнению с Forced Switch. Когда в кольце преобладает принудительное переключение или сбой сигнала, это состояние отклоняется процессом ERPS. Очистить объект управления отменяет состояние ручного переключения.

Таймеры

В протоколе ERPS задействовано четыре таймера. Последние два таймера являются таймерами задержки и используются только на корневом узле.

• Таймер задержки

По истечении таймера задержки проблема на физическом уровне передается в процесс управления ERPS. Например, он откладывает индикацию сбоя сигнала на одном из кольцевых портов на период сконфигурированного времени задержки.

• Таймер охраны

Этот таймер используется для предотвращения вмешательства устаревших сообщений в конечный автомат ERPS этого кольца. Когда узел очищает состояние отказа сигнала, запускается защитный таймер. Когда защитный таймер работает, он отклоняет все PDU APS, кроме сообщения «событие». Этот таймер предотвращает поступление любой скрытой информации с дальнего конца кольца.

• Таймер ожидания блокировки

Как упоминалось ранее, на этом корневом узле используется таймер ожидания блокировки. Этот таймер используется, когда кольцо восстанавливается по команде оператора (принудительное переключение или ручное переключение). Когда таймер ожидания блокировки истекает, канал защиты кольца блокируется.

• Таймер ожидания восстановления

Когда кольцо восстанавливает сбой сигнала, корневой узел запускает таймеры ожидания восстановления. По истечении срока действия Ring Protection Link блокируется. Блокируется сразу, если это реверсивный режим работы. В случае нереверсивного, он блокируется при подаче оператором команды «очистить».

ERPS-сообщения

Различные типы сообщений ERPS

1. ОТСУТСТВИЕ СИГНАЛА (SF) – Это сообщение указывает на сбой Ring Link.

2. НЕТ ЗАПРОСА (NR) – Это указывает на устранение сбоя в Ring Link.

3. КОРЕНЬ НЕ ЗАБЛОКИРОВАН (NR, RB) – Это передается корневым узлом, обозначая, что защитный канал кольца заблокирован.

4. ПРИНУДИТЕЛЬНОЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ (FS) – Это сообщение указывает на то, что произошло принудительное переключение.

5. РУЧНОЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ (MS) – Это сообщение указывает на то, что произошло ручное переключение.

ERPSv1 и ERPSv2

В настоящее время доступны ERPSv1 и ERPSv2. ITU-T выпустила ERPSv1 в июне 2008 г. и ERPSv2 в августе 2010 г. EPRSv2, полностью совместимый с ERPSv1, предоставляет расширенные функции. Табл. 1-2 сравнивает ERPSv1 и ERPSv2.