Что такое протокол резервирования среды передачи (MRP)?

Протоколы резервирования среды отслеживают сетевые пути, чтобы избежать единых точек отказа и обеспечить высокую доступность сетей Ethernet. Поскольку системы автоматизации все больше полагаются на сети Ethernet, необходимость отказоустойчивости требует создания резервных сетевых структур. Однако широковещательная природа Ethernet предотвращает образование физических петель, что делает резервные пути несовместимыми. Протоколы резервирования среды передачи разрешают этот конфликт, логически блокируя резервные пути, оставляя один активным, а остальные — в режиме ожидания. Если активный путь выходит из строя, протокол переключает трафик на резервный путь.

MRP, стандартизированный в IEC 62439-2, отвечает требованиям промышленных сетей. Он гарантирует детерминированное время переключения – менее 500 мс в худшем случае, обычно намного быстрее – для кольцевых топологий с числом узлов до 50. Каждый узел MRP имеет два кольцевых порта; один узел действует как Менеджер по резервированию носителей (MRM), отслеживая сбои кольца. Когда MRM обнаруживает обрыв, он блокирует неисправный путь и разблокирует резервный путь, восстанавливая соединение.

Как работает MRP?

Являясь протоколом резервирования среды передачи данных, MRP обеспечивает постоянную доступность сети в случае сбоя устройства или канала. Это достигается путем преобразования топологии физического кольца в топологию логических линий для сетевого трафика.

Одно сетевое устройство выполняет функцию диспетчера резервирования среды передачи (MRM).

MRM контролирует кольцо, отправляя тестовые кадры между своими кольцевыми портами. В нормальных условиях эксплуатации MRM блокирует один из своих кольцевых портов для сетевого трафика, создавая линейную топологию. Однако если MRM не сможет получить тестовые кадры, что указывает на сбой в сети, он разблокирует ранее заблокированный кольцевой порт. Это действие восстанавливает сетевое подключение через дополнительный сетевой путь.

MRP обеспечивает детерминированное время переключения

MRP гарантирует максимальное время переключения 500 мс, 200 мс или всего 10 мс, в зависимости от набора параметров. Типичное время переключения часто составляет от половины до четверти этих значений. Например, кольцо MRP, настроенное на максимальное время переключения 200 мс, обычно переключится за 50–60 мс. Этот детерминизм обеспечивает предсказуемую доступность и производительность сети, необходимые для промышленных сред.

MRP оптимизирован для кольцевых топологий

Хотя протокол Rapid Spanning Tree (RSTP) также можно использовать с кольцевыми топологиями, он изначально не был разработан для них. MRP оптимизирован для колец до 50 устройств. Это позволяет избежать таких проблем, как непредсказуемые условия гонки, которые могут возникнуть при использовании RSTP. Для сетевых устройств, поддерживающих оба протокола, MRP обычно обеспечивает более быстрое и детерминированное переключение.

Ключевые преимущества использования MRP

Быстрое время восстановления

MRP обеспечивает время восстановления не более 10 мс в случае единичного сбоя, обеспечивая бесперебойное сетевое подключение. Протокол достигает этого путем постоянного мониторинга сети на предмет прерываний с использованием тестовых кадров и упреждающей блокировки одного из кольцевых портов, чтобы избежать сетевых петель. Если обнаружено прерывание, MRP оперативно разблокирует ранее заблокированный порт, чтобы восстановить соединение. Такое быстрое время восстановления важно для чувствительных ко времени промышленных систем управления и автоматизации.

Отказоустойчивость

Кольцевая топология, реализованная с помощью MRP, не содержит единых точек отказа, поскольку сетевой трафик может перенаправляться в любом направлении по кольцу. Эта внутренняя избыточность означает, что отказ любого отдельного сетевого устройства или кабеля не приведет к нарушению работы сети. MRP может обнаружить такие сбои и быстро перенастроить пути передачи данных, чтобы обойти их. Такая отказоустойчивость обеспечивает промышленным сетям необходимую надежность и время безотказной работы.

Балансировка нагрузки

Кольцевая структура MRP также облегчает балансировку нагрузки, позволяя сетевому трафику течь в любом направлении. Направляя трафик в сторону меньшей перегрузки, MRP помогает предотвратить узкие места и обеспечивает максимальное использование полосы пропускания. Эта возможность особенно полезна для промышленных сетей, в которых используются приложения с высокой пропускной способностью, такие как видеонаблюдение.

Совместимость

MRP совместим с STP, что позволяет двум протоколам работать вместе в одной сети. Кольца MRP могут подключаться к сетям STP, при этом MRP управляет кольцом, а STP предотвращает образование петель в общей топологии сети. Такая совместимость дает сетевым администраторам гибкость при проектировании инфраструктур промышленных сетей.

Сравнение MRP и RSTP

Будучи промышленными протоколами, MRP и RSTP должны обеспечивать детерминированное восстановление после сбоев для обеспечения высокой доступности. MRP, протокол кольцевой топологии, гарантирует максимальное время восстановления после сбоя 10 мс, блокируя один порт на каждом коммутаторе для создания физического цикла. Напротив, RSTP использует стандарт 802.1w для повышения доступности сети в ячеистых топологиях, но время восстановления зависит от сложности сети и может быть оценено лишь приблизительно. Хотя гибкость RSTP обеспечивает больше возможностей сети, строгий детерминизм MRP может быть предпочтительнее для приложений, чувствительных ко времени.