Vad är Ethernet Ring Protection Switching (ERPS)?

Ethernet Ring Protection Switching, eller ERPS, är en insats på ITU-T under G.8032-rekommendation för att tillhandahålla sub-50ms skydd och återställningsväxling för ethernet trafik i en ringtopologi samtidigt som man säkerställer att det inte bildas några öglor vid Industriell nätverksswitch Ringa.

G.8032v1 stöder en enkelringstopologi, och G.8032v2 stöder flera ringar/stege topologi. Ethernet-ringar kan tillhandahålla bredarea flerpunktsanslutning mer ekonomiskt på grund av deras minskade antal länkar.

Varje Ethernet-ringnod är ansluten till angränsande Ethernet-ringnoder som deltar i samma Ethernet-ring, med hjälp av två oberoende länkar. Två angränsande Ethernet-ringnoder band en ringlänk, och en port för en ringlänk kallas en ringport. Det minsta antalet Ethernet-ringnoder i en Ethernet-ring är tre.

Ring Network Protocol för Industriell omkopplare

Generellt används redundanta länkar på ett Ethernet-växlingsnätverk, såsom ett ringnätverk, för att tillhandahålla länkbackup och förbättra nätverkets tillförlitlighet. Redundanta länkar kan dock orsaka loopar, vilket leder till broadcast-stormar och gör MAC-adresstabellen instabil. Som ett resultat försämras kommunikationskvaliteten, eller till och med kommunikationstjänster avbryts. Tabell 1-1 beskriver ringnätverksprotokoll som stöds av enheter.

ERPS Grundläggande koncept

ERPS inkluderar huvudsakligen ERPS-ring, nod, portroll och portstatus

ERPS-instans

ERPS-instansen bildas av samma instans-ID, kontroll-VLAN och sammankopplade switchar.

Kontrollkanal

Kontrollkanalen är överförings-VLAN för ERPS-protokollet, och protokollpaketet kommer att bära motsvarande VLAN-taggen.

RPL

RPL(Ring Protection Link) är en länk betecknad av en mekanism som är blockerad under viloläge för att förhindra en slinga på den överbryggade ringen.

ERPS-ring

ERPS-ring är ERPS-basenhet. Den består av en uppsättning av samma kontroll-VLAN och den sammanlänkade L2-växelutrustningen.

Nod

L2-switchen som läggs till i ERPS-ringen kallas noder. Varje nod kan inte läggas till mer än två portar i samma ERPS-ring. Noderna är uppdelade i RPL Owner, Neighbor och Ring Node.

Port roll

I ERPS inkluderar portroller RPL Owner, Neighbor och Common:

1) RPL ägerr: En ERPS-ring har bara en RPL Owner-port konfigurerad av användaren och förhindrar loopar i ERPS-ringen genom att blockera RPL Owner-porten. Noden som äger RPL Owner-porten blir RPL Owner-noden.

2) RPL Granne： En ERPS-ring har bara en RPL Neighbor-port konfigurerad av användaren, och den måste vara en port

ansluten till RPL Owner-porten. Om nätverket är normalt kommer det att blockera tillsammans med RPL Owner-porten till

förhindra slingor i ERPS-ringen. Noden med RPL Neighbour-porten blir RPL Neighbour-noden.

3) Ringnod: Den gemensamma hamnen. Portarna förutom RPL-ägaren och grannporten är Ring Node-portar. Om

noden har bara den gemensamma porten, som kommer att bli ringnoden.

Portstatus

I ERPS-ringen är portstatusen för ERPS-protokollet uppdelad i två typer.

1) Spedition: I vidarebefordran status vidarebefordrar porten användartrafik och tar emot / vidarebefordrar R-APS-paket. Dessutom vidarebefordrar den R-APS-paket från andra noder.

2) Blockering: In Blockeringsstatus deltar inte en port i blockeringsstatus i ramvidarebefordran och kasserar även ramar som tagits emot från det anslutna nätverkssegmentet. ERPS-meddelanden vidarebefordras dock.

ERPS driftläge

Word-läge inkluderar Revertive och Non-revertive:

Återvändande: När länken misslyckas är RPL-länken i frigöringsskyddstillstånd och RPL-länken skyddas på nytt efter att den felaktiga länken har återställts för att förhindra loopar.

Icke-återvändande: Efter att felet har åtgärdats förblir den felaktiga noden felaktig (utan vidarebefordran) och RPL-länken förblir i frigöringsskyddstillståndet.

ERPS ringportar

Dessa är de fysiska gränssnittsportarna eller LAG:er (interface Link Aggregation Groups) som används av instansen. Alla noder måste ha två ERPS-ringportar i huvudringhöljet. Traditionellt kallas dessa ringhamnar för öst och väst.

RAPS-kanal VLAN (kontroll-VLAN)

R-APS-meddelanden överförs över en kanal. I G.8032 är denna kanal implementerad med hjälp av ett VLAN. Varje ERP-instans använder ett taggbaserat VLAN som kallas raps-kanalen för att skicka och ta emot R-APS-meddelanden. Alla noder i ringen krävs för att använda detta raps-kanal-VLAN, och detta VLAN måste ha ERP-ringportarna som medlemmar. R-APS VLAN:s funktion är att övervaka ringen och upprätthålla dess operativa funktioner. R-APS VLAN bär inga användardata.

R-APS-meddelanden flödar genom ringen för att kontrollera dess skyddsväxlingsbeteende.

Varje nod längs vägen kommer att ta emot R-APS-meddelandet på raps-kanalens VLAN och kopiera det för lokal bearbetning.

Den kommer också att försöka vidarebefordra originalversionen med L2-växlingshastighet till sin andra ringport. Om raps-kanalens VLAN på den andra ringporten är blockerad, så vidarebefordras inte R-APS-meddelandet till de andra noderna.

Raps-kanalens kontroll-VLAN är blockerad från att vidarebefordras till andra noder där skyddade data-VLAN är blockerade från att vidarebefordras.

ANMÄRKNINGAR: Underringningar utan en virtuell kanal är ett undantag som diskuteras nedan. I det här fallet blockeras inte raps-kanalens VLAN från att vidarebefordras även om de skyddade data-VLAN:erna är blockerade.

Noden som genererar R-APS-meddelanden kommer alltid att skicka över båda sina ringportar oavsett om raps-kanalens VLAN blockeras eller inte på dess ringportar. På liknande sätt kommer R-APS-meddelanden att tas emot och bearbetas oavsett om raps-kanalens VLAN blockeras eller inte på dess ringportar. Nedan är R-APS meddelandeformat,

Specifik information (32 oktetter) finns nedan:

Begäran/status (4 bitar) – '1101' = FS , '1110' = Händelse, '1011' = SF, '0111' = MS, '0000' = NR, Övrigt = Framtid

Status – RB (1bit) – Ställ in när RPL är blockerad (används av RPL Owner i NR)

Status – DNF (1bit) – Ställ in när FDB-spolning inte behövs

NodID (6 oktetter) – MAC-adress för meddelandekällans nod (information)

Reserverad 1(4 bitar), Status reserverad(6bitar), Reserverad2(24oktetter)

ANMÄRKNINGAR: Virtuell kanal för RAPS (Ring Auto Protection Switch): I den korsande ringen, den korsande noden mellan, som används för att sända subringprotokollpaket men som inte tillhör subringen kallas den virtuella RAPS-kanalen för subringen.

Skyddad data VLAN

Varje ERP-instans skyddar en eller flera databärande VLAN (kallas datatrafik). Alla noder i ringen måste ha samma skyddade VLAN. De skyddade VLAN:erna bör ha ERPS-ringportarna som medlemmar.

ERPS Industrial Network Switch RPL Ägare

RPL tillhandahåller blockering av trafik under normala driftsförhållanden, vilket förhindrar loopar. RPL består av en ägare i ena änden och en granne i den andra. Det är Ägaren som tillhandahåller huvudkontrollen för skyddsomkoppling. Under normala driftsförhållanden utför båda ändarna av RPL ett block. Ägaren genererar emellertid kontinuerligt R-APS No Request RPL-Blocked(NR, RB) meddelanden och är ansvarig för RPL:s blockerings- och vidarebefordranstillstånd.

Under normal drift genererar RPL-ägaren R-APS(NR, RB)-meddelanden när det inte finns några fel. Den skickar dessa med jämna mellanrum, var 5:e sekund, över båda sina ringportar. Dessa meddelanden indikerar vilken av dess öst- eller västra ringportar som är blockerade. Varje nod längs vägen tar emot R-APS, registrerar nod-id och blockportreferens (BPR) i meddelandet. Detta används för att detektera en topologiförändring.

ANMÄRKNINGAR: Att konfigurera en G.8032-ring utan en RPL-ägare rekommenderas aldrig. Medan G.8032-protokollet kan fungera utan en RPL-ägare, eftersom andra noder i ringen kan skicka R-APS-meddelanden och blockera trafik under både normala och misslyckade förhållanden, ger RPL-ägaren förutsägbarhet om var ringblockeringen kommer att inträffa under normala förhållanden. RPL-ägaren behövs också för återvändande operationer.

Återvändande och icke-återvändande operationer

G.8032 tillhandahåller också återvändande operationer. När felet åtgärdats och efter en väntetid på vanligtvis 5 minuter, växlar ringen tillbaka till sitt normala driftläge. G.8032 tillhandahåller också en icke-återvändande operation, där en skyddsomkopplare tillbaka till det normala tillståndet inte inträffar när felet försvinner. I det här fallet förblir länkarna där felet inträffade blockerade och RPL:n förblir oblockerad. Ett tydligt kommando, som beskrivs nedan, tillhandahålls för att kontrollera om en återvändande eller icke-återvänd operation är tillåten.

1. REVERTIVE I det ideala fallet blockeras länken mellan rotnoden och rotnannen. I händelse av signalfel eller operatörskommandon som forcerad växling eller manuell växling uppstår, blockeras länken enligt ovan för att styra trafiken. Vid återställning bör samma länk blockeras för att förhindra bildandet av en loop. I återgångsläget blockeras ringskyddslänken automatiskt när den misslyckade länken återställs.

2. ICKE-REVERTIV I icke-återställande läge blockeras inte ringskyddslänken automatiskt efter att den misslyckade länken eller operatörskommandon har återställts. Den misslyckade länken eller länken på vilken operatörkommandot utfärdades förblir i det blockerade tillståndet och förhindrar därigenom en slingbildning. Fördelen bakom detta här är att undvika onödig växling mellan stater. Denna växling kan kräva spolning av inlärd MAC-adress på portarna.

ANMÄRKNINGAR: När återvändande operationer används kommer ringen inte att återgå omedelbart. Återställning startar inte förrän återställningen har gått ut, vilket är 5 minuter som standard.

Forcerad switch (FS) och manuell switch (MS)

Forced Switch (FS) är ett kommando som kan tvinga en ring att byta. Kommandot utfärdas vid en given nod och ett givet gränssnitt på ringen. Detta resulterar i att ett block appliceras vid det gränssnittet, ett upphävande av blockering på det motsatta gränssnittet, och ett R-APS Forced Switch-meddelande (FS) som flödar runt ringen. Detta kommer att resultera i

RPL blir avblockerad. Alla andra noder som hade ett block tidigare kommer också att avblockera när de får detta meddelande. FDB-spolningar förekommer också längs vägen.

Notes: Forced Switch(FS)-kommandon kan utfärdas på flera platser längs ringen. Men att göra det kan leda till att ringen blir segmenterad. Kommandot Manual Switch(MS) är nästan identiskt med ett forcerat Switch(FS)-kommando förutom att endast ett manuellt Switch(MS)-kommando kan utfärdas på ringen. Den har också lägre prioritet än ett Forced Switch(FS)-kommando när en nod har många förfrågningar som den behöver behandla samtidigt.

För att ångra den här operationen, använd raderingskommandot vid samma nod. Detta kommer att få rensningsnoden att avblockera alla tidigare applicerade block. Den kommer också att skicka ett R-APS No Request(NR)-meddelande, vilket gör att RPL:n blockeras igen.

ERPS-tillstånd

Det finns fem tillstånd i ERPS-protokollet

• Vilotillstånd

Detta tillstånd representerar inget signalfel eller något administrativt kommando (tvingad/manuell switch) som råder över ringen. RPL (Ring Protection Link) är blockerad (bär inte datatrafik, men Tx/Rx APS PDU)

• Skyddsstat

Detta tillstånd representerar signalfeltillståndet i ringen. Normalt är RPL upplåst för att styra trafiken i ringen. När mer än ett signalfel inträffar i ringen segmenterar den ringen. Trafikflödet störs.

• Väntande stat

Detta tillstånd inträffar när utfärdaren återkallar signalfelsvillkoret och RPL:n fortfarande inte är blockerad. Generellt väntar rotnoden efter att ha mottagit meddelandet Ingen begäran (indikering på tillståndet Ingen signalfel) tills vänta-till-återställning-tiden för att blockera RPL. Detta är tillståndet där ringen går in i väntande tillstånd. Det inträffar även under vänteperioden i väntan-till-blockering efter att den forcerade/manuella omkopplaren återkallats.

• Tvångsbrytare

Detta är ett förvaltningsutlöst tillstånd. När en administratör behöver göra en port down som deltar i ringen, kommer denna förvaltningsenhet att träda i kraft. När ett Forced Switch-objekt utfärdas på porten går porten ner och APS PDU:n fortplantar sig runt ringen och indikerar status. När det rensade hanteringsobjektet är inställt på porten återkallas denna forcerade switch.

Anmärkningar: Detta har högre prioritet till statusen Signal Fail. Så även när någon nod möter en signal Fail, kommer detta att ersätta den.

• Manuell omkopplare

I likhet med den forcerade omkopplaren är den manuella omkopplaren också hanteringsutlöst. Skillnaden är att den har lägre prioritet jämfört med Forced Switch. När det finns en påtvingad switch eller signalfel som råder över ringen, avvisas detta tillstånd av ERPS-processen. Rensa hanteringsobjektet kommer att återkalla tillståndet för manuell växling.

Timers

Det finns fyra timers inblandade i ERPS-protokollet. De två sista timerna är fördröjningstimerna och används endast på rotnoden.

• Avstängningstimer

Efter utgången av Hold-off-timern kommuniceras problemet i det fysiska lagret till ERPS-kontrollprocessen. Till exempel skjuter den upp indikeringen av signalfel på en av ringportarna under en period av konfigurerad stopptid.

• Vakttimer

Denna timer används för att förhindra föråldrade meddelanden från att störa ERPS State-maskinen för den ringen. När noden är klar med signalfel, startas vakttimern. När vakttimern körs avvisar den alla APS PDU:er förutom "händelse"-meddelandet. Denna timer förhindrar att latent information kommer från ringens bortre ände.

• Vänta-till-blockera timer

Som nämnts tidigare används Wait-to-Block-timern vid den rotnoden. Denna timer används när ringen återställs från operatörskommandot (tvingad switch eller manuell switch). När Wait-to-Block-timern löper ut blockeras ringskyddslänken.

• Vänta-att-återställa timer

När ringen återställer signalfelet startar rotnoden väntetiden för återställning. Vid utgången är ringskyddslänken blockerad. Den blockeras omedelbart om det är ett reverserande driftsätt. I fallet med icke-återvändande blockeras den när operatörskommandot "rensa" ges.

ERPS-meddelanden

Det finns olika typer av ERPS-meddelanden

1. SIGNAL FAIL (SF) – Det här meddelandet anger fel på ringlänken.

2. INGEN BEGÄRAN (NR) – Detta indikerar att felet i ringlänken har åtgärdats

3. INGEN BEGÄRAN ROT BLOCKERAD (NR, RB) – Detta sänds av rotnoden, vilket anger att ringskyddslänken är blockerad.

4. TVÅNGAD SWITCH (FS) – Detta meddelande indikerar att en forcerad växling har inträffat.

5. MANUELL SWITCH (MS) – Detta meddelande indikerar att en manuell växling har inträffat.

ERPSv1 och ERPSv2

ERPSv1 och ERPSv2 är för närvarande tillgängliga. ITU-T släppte ERPSv1 i juni 2008 och ERPSv2 i augusti 2010. EPRSv2, helt kompatibel med ERPSv1, ger förbättrade funktioner. Tabell 1-2 jämför ERPSv1 och ERPSv2.