Що таке Media Redundancy Protocol (MRP)?

Протоколи резервування медіа відстежують мережеві шляхи, щоб уникнути окремих точок збою та забезпечити високу доступність мереж Ethernet. Оскільки системи автоматизації все більше покладаються на мережі Ethernet, потреба у відмовостійкості вимагає надлишкових мережевих структур. Однак широкомовна природа Ethernet запобігає фізичним петлям, що робить надлишкові шляхи несумісними. Протоколи резервування носіїв вирішують цей конфлікт, логічно блокуючи надлишкові шляхи, зберігаючи один активним, а решта – у режимі очікування. Якщо активний шлях не вдається, протокол перемикає трафік на резервний шлях.

MRP, стандартизований у IEC 62439-2, відповідає вимогам промислової мережі. Це гарантує детермінований час перемикання – менше 500 мс у гіршому випадку, зазвичай набагато швидше – для кільцевих топологій до 50 вузлів. Кожен вузол MRP має два кільцеві порти; один вузол діє як Media Redundancy Manager (MRM), моніторинг кільця на наявність збоїв. Коли MRM виявляє розрив, він блокує невдалий шлях і розблоковує надлишковий шлях, відновлюючи з’єднання.

Як працює MRP?

Як протокол резервування медіа, MRP забезпечує безперервну доступність мережі у випадку збою пристрою або з’єднання. Це робиться шляхом перетворення топології фізичного кільця в топологію логічної лінії для мережевого трафіку.

Один мережевий пристрій функціонує як диспетчер медіа-надмірності (MRM)

MRM контролює кільце, надсилаючи тестові кадри між його кільцевими портами. За нормальних робочих умов MRM блокує один зі своїх кільцевих портів для мережевого трафіку, створюючи лінійну топологію. Однак, якщо MRM не може отримати свої тестові кадри, що вказує на збій мережі, він розблокує свій раніше заблокований кільцевий порт. Ця дія відновлює підключення до мережі через додатковий мережевий шлях.

MRP забезпечує детермінований час перемикання

MRP гарантує максимальний час перемикання 500 мс, 200 мс або всього 10 мс, залежно від набору параметрів. Типовий час перемикання часто становить від половини до чверті цих значень. Наприклад, кільце MRP, налаштоване на максимальний час перемикання 200 мс, зазвичай перемикається через 50–60 мс. Цей детермінізм забезпечує передбачувану доступність мережі та продуктивність, необхідні для промислових середовищ.

MRP оптимізовано для кільцевих топологій

Хоча Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) також можна використовувати з кільцевими топологіями, він не був призначений для них. MRP оптимізовано для кілець до 50 пристроїв. Це дозволяє уникнути таких проблем, як непередбачувані умови перегонів, які можуть виникнути з RSTP. Для мережевих пристроїв, які підтримують обидва протоколи, MRP зазвичай забезпечує швидше та детермінованіше перемикання.

Ключові переваги використання MRP

Швидкий час відновлення

MRP забезпечує час відновлення 10 мс або менше в разі одного збою, що забезпечує безперебійне підключення до мережі. Протокол досягає цього шляхом постійного моніторингу мережі на наявність переривань за допомогою тестових кадрів і превентивного блокування одного з кільцевих портів, щоб уникнути мережевих петель. Якщо виявлено переривання, MRP негайно розблокує раніше заблокований порт, щоб відновити з’єднання. Цей швидкий час відновлення є важливим для чутливих до часу промислових систем управління та автоматизації.

Відмовостійкість

Кільцева топологія, реалізована MRP, не містить єдиних точок відмови, оскільки мережевий трафік може бути перенаправлений у будь-якому напрямку навколо кільця. Ця природна надмірність означає, що відмова будь-якого окремого мережевого пристрою чи кабелю не порушить роботу мережі. MRP може виявити такі збої та швидко переналаштувати шляхи даних, щоб обійти їх. Ця відмовостійкість забезпечує промисловим мережам необхідну надійність і час безвідмовної роботи.

Балансування навантаження

Кільцева структура MRP також полегшує балансування навантаження, дозволяючи мережевому трафіку проходити в будь-якому напрямку. Направляючи трафік у напрямку з меншими заторами, MRP допомагає запобігти вузьким місцям і забезпечує максимальне використання пропускної здатності. Ця можливість особливо корисна для промислових мереж, які використовують додатки з високою пропускною здатністю, такі як відеоспостереження.

Сумісність

MRP сумісний із STP, що дозволяє двом протоколам працювати разом в одній мережі. Кільця MRP можуть підключатися до мереж STP, при цьому MRP керує кільцем, а STP запобігає петлям у загальній топології мережі. Ця сумісність дає мережевим адміністраторам гнучкість у проектуванні інфраструктур промислових мереж.

Порівняння MRP і RSTP

Як промислові протоколи, MRP і RSTP повинні забезпечувати детерміноване відновлення збоїв для забезпечення високої доступності. MRP, протокол кільцевої топології, гарантує максимальний час відновлення після збою 10 мс шляхом блокування одного порту на кожному комутаторі для створення фізичного циклу. Навпаки, RSTP використовує стандарт 802.1w для підвищення доступності мережі в сітчастих топологіях, але час відновлення залежить від складності мережі та може бути лише приблизно оцінений. У той час як гнучкість RSTP забезпечує більше мережевих опцій, суворий детермінізм MRP може бути кращим для чутливих до часу додатків.