Chuyển mạch bảo vệ vòng Ethernet (ERPS) là gì?

Chuyển mạch bảo vệ vòng Ethernet, hoặc là ERP, là một nỗ lực tại ITU-T theo Khuyến nghị của G.8032 để cung cấp chuyển mạch phục hồi và bảo vệ dưới 50ms cho Ethernet giao thông trong một cấu trúc liên kết vòng trong khi đảm bảo rằng không có vòng lặp nào được hình thành tại Công tắc mạng công nghiệp Nhẫn.

G.8032v1 hỗ trợ cấu trúc liên kết một vòng và G.8032v2 hỗ trợ nhiều cấu trúc liên kết vòng/bậc thang. Vòng Ethernet có thể cung cấp kết nối đa điểm trên diện rộng một cách kinh tế hơn do số lượng liên kết giảm.

Mỗi nút vòng Ethernet được kết nối với các nút vòng Ethernet liền kề tham gia vào cùng một vòng Ethernet, sử dụng hai liên kết độc lập. Hai nút vòng Ethernet liền kề liên kết một liên kết vòng và một cổng cho liên kết vòng được gọi là cổng vòng. Số lượng Nút Vòng Ethernet tối thiểu trong Vòng Ethernet là ba.

Giao thức mạng vòng cho Công tắc

Nói chung, các liên kết dự phòng được sử dụng trên mạng chuyển mạch Ethernet chẳng hạn như mạng vòng để cung cấp dự phòng liên kết và nâng cao độ tin cậy của mạng. Tuy nhiên, các liên kết dự phòng có thể gây ra các vòng lặp, dẫn đến các cơn bão quảng bá và khiến bảng địa chỉ MAC không ổn định. Kết quả là chất lượng liên lạc giảm sút, hoặc thậm chí các dịch vụ liên lạc bị gián đoạn. Bảng 1-1 mô tả các giao thức mạng vòng được hỗ trợ bởi các thiết bị.

ERP Khái niệm cơ bản

ERPS chủ yếu bao gồm vòng ERPS, nút, vai trò cổng và trạng thái cổng

Phiên bản ERPS

Phiên bản ERPS được hình thành bởi cùng một ID phiên bản, Vlan điều khiển và các công tắc được kết nối với nhau.

Kênh điều khiển

Kênh điều khiển là Vlan truyền của giao thức ERPS và gói giao thức sẽ mang thông tin tương ứng Thẻ VLAN.

RPL

RPL(Liên kết bảo vệ vòng) là, Liên kết được chỉ định bởi một cơ chế bị chặn trong trạng thái không hoạt động để ngăn vòng lặp trên vòng bắc cầu.

vòng ERPS

Vòng ERPS là đơn vị cơ bản của ERPS. Nó bao gồm một bộ VLAN điều khiển giống nhau và thiết bị chuyển mạch L2 được liên kết với nhau.

Node

Công tắc L2 được thêm vào trong vòng ERPS được gọi là các nút. Mỗi nút không thể được thêm vào nhiều hơn hai cổng trong cùng một vòng ERPS. Các nút được chia thành RPL Owner, Neighbor và Ring Node.

Vai trò cảng

Trong ERPS, các vai trò cổng bao gồm RPL Owner, Neighbor và Common:

1) RPL sở hữur: Vòng ERPS chỉ có một cổng Chủ sở hữu RPL do người dùng định cấu hình và ngăn các vòng lặp trong vòng ERPS bằng cách chặn cổng Chủ sở hữu RPL. Nút sở hữu cổng Chủ sở hữu RPL trở thành nút Chủ sở hữu RPL.

2) Hàng xóm RPL： Một vòng ERPS chỉ có một cổng Hàng xóm RPL do người dùng định cấu hình và đó phải là một cổng

được kết nối với cổng Chủ sở hữu RPL. Nếu mạng bình thường, nó sẽ chặn cùng với cổng Chủ sở hữu RPL để

ngăn chặn các vòng lặp trong vòng ERPS. Nút có cổng Hàng xóm RPL trở thành nút Hàng xóm RPL.

3) nút vòng: Cổng chung. Các cổng ngoại trừ chủ sở hữu RPL và cổng Hàng xóm là các cổng Ring Node. Nếu

nút chỉ có cổng chung, cổng này sẽ trở thành nút Vòng.

Trạng thái cổng

Trong vòng ERPS, trạng thái cổng của giao thức ERPS được chia thành hai loại.

1) Chuyển tiếp: Ở trạng thái Chuyển tiếp, cổng chuyển tiếp lưu lượng người dùng và nhận/chuyển tiếp các gói R-APS. Hơn nữa, nó chuyển tiếp các gói R-APS từ các nút khác.

2) chặn: tôiTrong trạng thái chặn, một cổng trong trạng thái chặn không tham gia chuyển tiếp khung và cũng loại bỏ các khung nhận được từ phân đoạn mạng đính kèm. Tuy nhiên, thông báo ERPS được chuyển tiếp.

Chế độ vận hành ERPS

Chế độ Word bao gồm Hoàn nguyên và Không hoàn nguyên:

hoàn nguyên: Khi liên kết bị lỗi, liên kết RPL ở trạng thái giải phóng bảo vệ và liên kết RPL được bảo vệ lại sau khi liên kết bị lỗi được khôi phục để ngăn vòng lặp.

không hoàn nguyên: Sau khi lỗi được khắc phục, nút bị lỗi vẫn bị lỗi (không chuyển tiếp) và liên kết RPL vẫn ở trạng thái bảo vệ giải phóng.

Cổng vòng ERPS

Đây là các cổng giao diện vật lý hoặc Nhóm tập hợp liên kết giao diện (LAG) được phiên bản sử dụng. Tất cả các nút phải có hai cổng vòng ERPS trong vỏ vòng chính. Theo truyền thống, chúng được gọi là cảng vành đai Đông và Tây.

Vlan kênh RAPS (Vlan điều khiển)

Tin nhắn R-APS được truyền qua một kênh. Trong G.8032, kênh này được triển khai bằng Vlan. Mỗi phiên bản ERP sử dụng Vlan dựa trên thẻ được gọi là rap-channel để gửi và nhận tin nhắn R-APS. Tất cả các nút trong vòng được yêu cầu sử dụng VLAN kênh rap này và VLAN này phải có các cổng vòng ERP làm thành viên. Chức năng của R-APS VLAN là giám sát vòng và duy trì các chức năng hoạt động của nó. R-APS VLAN không mang dữ liệu người dùng.

Thông báo R-APS chảy qua vòng để kiểm soát hành vi chuyển đổi bảo vệ của nó.

Mỗi nút dọc theo đường dẫn sẽ nhận được thông báo R-APS trên VLAN kênh rap và sao chép nó để xử lý cục bộ.

Nó cũng sẽ cố gắng chuyển tiếp phiên bản gốc ở tốc độ chuyển mạch L2 sang cổng vòng khác của nó. Nếu VLAN kênh rap trên cổng vòng khác bị chặn, thì thông báo R-APS sẽ không được chuyển tiếp đến các nút khác.

VLAN kiểm soát kênh rap bị chặn chuyển tiếp đến các nút khác nơi các VLAN dữ liệu được bảo vệ bị chặn chuyển tiếp.

LƯU Ý: Các vòng con không có kênh ảo là một ngoại lệ được thảo luận bên dưới. Trong trường hợp này, VLAN kênh rap không bị chặn chuyển tiếp ngay cả khi VLAN dữ liệu được bảo vệ bị chặn.

Nút tạo thông báo R-APS sẽ luôn gửi qua cả hai cổng vòng của nó bất kể VLAN kênh rap có bị chặn trên các cổng vòng của nó hay không. Tương tự, các tin nhắn R-APS sẽ được nhận và xử lý bất kể VLAN kênh rap có bị chặn trên các cổng vòng của nó hay không. Dưới đây là Định dạng Tin nhắn R-APS,

Thông tin cụ thể (32 octet) dưới đây:

Yêu cầu/Trạng thái (4 bit) – '1101' = FS , '1110' = Sự kiện, '1011' = SF, '0111' = MS, '0000' = NR, Khác = Tương lai

Trạng thái – RB (1 bit) – Đặt khi RPL bị chặn (được sử dụng bởi Chủ sở hữu RPL trong NR)

Trạng thái – DNF (1 bit) – Đặt khi FDB Flush không cần thiết

NodeID (6 octet) – Địa chỉ MAC của nút nguồn thông báo (Thông tin)

Dành riêng1 (4 bit), Trạng thái Dành riêng (6 bit), Dành riêng 2 (24 octet)

LƯU Ý: Kênh ảo RAPS (Ring Auto Protection Switch): Trong vòng giao nhau, nút giao nhau giữa, dùng để truyền các gói giao thức của vòng con nhưng không thuộc vòng con được gọi là kênh ảo RAPS của vòng con.

Dữ liệu được bảo vệ VLAN

Mỗi phiên bản ERP bảo vệ một hoặc nhiều dữ liệu mang Vlan (gọi là lưu lượng dữ liệu). Tất cả các nút trong vòng được yêu cầu phải có cùng Vlan được bảo vệ. Các Vlan được bảo vệ phải có các cổng vòng ERPS làm thành viên.

ERPS Chuyển mạch mạng công nghiệp Chủ sở hữu RPL

RPL cung cấp khả năng chặn lưu lượng trong các điều kiện hoạt động bình thường, do đó ngăn chặn các vòng lặp. RPL bao gồm một Chủ sở hữu ở một đầu và một Hàng xóm ở đầu kia. Chính Chủ sở hữu cung cấp điều khiển chính cho việc chuyển mạch bảo vệ. Trong điều kiện hoạt động bình thường, cả hai đầu của RPL đều thực hiện một khối. Tuy nhiên, Chủ sở hữu liên tục tạo các thông báo R-APS No Request RPL-Blocked(NR, RB) và chịu trách nhiệm về các trạng thái chuyển tiếp và chặn của RPL.

Trong hoạt động bình thường, RPL-Owner tạo thông báo R-APS(NR, RB) khi không có lỗi. Nó định kỳ gửi những thứ này, cứ sau 5 giây, qua cả hai cổng vòng của nó. Các thông báo này cho biết cổng vành đai Đông hoặc Tây nào của nó bị chặn. Mỗi nút trên đường đi sẽ nhận được R-APS, ghi lại Node-id và Block Port Reference (BPR) trong thông báo. Điều này được sử dụng để phát hiện một sự thay đổi cấu trúc liên kết.

LƯU Ý: Không bao giờ nên định cấu hình vòng G.8032 mà không có RPL-Owner. Mặc dù giao thức G.8032 có thể hoạt động mà không cần RPL-Owner, vì các nút khác trong vòng có thể gửi thông báo R-APS và chặn lưu lượng trong cả điều kiện bình thường và không thành công, RPL-Owner cung cấp khả năng dự đoán về vị trí khối vòng sẽ xảy ra trong điều kiện bình thường. RPL-Owner cũng cần thiết cho các hoạt động hoàn nguyên.

Hoạt động hoàn nguyên và không hoàn nguyên

G.8032 cũng cung cấp các hoạt động hoàn nguyên. Sau khi hết lỗi và sau thời gian chờ thường là 5 phút, vòng sẽ chuyển về chế độ hoạt động bình thường. G.8032 cũng cung cấp cho hoạt động không hoàn nguyên, trong đó một khi lỗi giảm đi, công tắc bảo vệ trở lại trạng thái bình thường sẽ không xảy ra. Trong trường hợp này, các liên kết xảy ra lỗi vẫn bị chặn và RPL vẫn không bị chặn. Một lệnh rõ ràng, được mô tả bên dưới, được cung cấp để bạn kiểm soát xem có cho phép thao tác hoàn nguyên hoặc không hoàn nguyên hay không.

1. HOÀN LẠI Trong trường hợp lý tưởng, liên kết giữa Root Node và Root Neighbor bị chặn. Trong trường hợp Lỗi tín hiệu hoặc các lệnh của người vận hành như Chuyển đổi cưỡng bức hoặc Chuyển đổi thủ công xảy ra, liên kết như đã đề cập ở trên sẽ được bỏ chặn để điều hướng lưu lượng. Sau khi khôi phục, liên kết tương tự sẽ bị chặn để ngăn hình thành vòng lặp. Trong chế độ hoạt động Hoàn nguyên, Liên kết bảo vệ vòng sẽ tự động bị chặn khi khôi phục liên kết bị lỗi.

2. KHÔNG HOÀN LẠI Ở chế độ Không hoàn nguyên, Liên kết bảo vệ vòng không tự động bị chặn sau khi khôi phục liên kết bị lỗi hoặc các lệnh của nhà điều hành. Liên kết bị lỗi hoặc liên kết mà lệnh của người vận hành được ban hành vẫn ở trạng thái bị chặn, do đó ngăn chặn sự hình thành vòng lặp. Ưu điểm đằng sau điều này ở đây là để tránh chuyển đổi không cần thiết giữa các trạng thái. Việc chuyển đổi này có thể yêu cầu xóa địa chỉ MAC đã học trên các cổng.

LƯU Ý: Khi sử dụng các thao tác hoàn nguyên, vòng sẽ không hoàn nguyên ngay lập tức. Quá trình đảo ngược không bắt đầu cho đến khi quá trình chờ khôi phục hết hạn, theo mặc định là 5 phút.

Công tắc cưỡng bức (FS) và Công tắc thủ công (MS)

Forced Switch (FS) là một lệnh có thể buộc một vòng chuyển đổi. Lệnh được đưa ra tại một nút nhất định và một giao diện nhất định trên vòng. Điều này dẫn đến việc chặn được áp dụng tại giao diện đó, bỏ chặn trên giao diện đối diện và thông báo R-APS Forced Switch (FS) chảy quanh vòng. Điều này sẽ dẫn đến việc

RPL trở nên không bị chặn. Bất kỳ nút nào khác đã bị chặn trước đó cũng sẽ bỏ chặn khi chúng nhận được thông báo này. FDB flushes cũng xảy ra trên đường đi.

Lưu ý: Các lệnh Chuyển đổi Cưỡng bức (FS) có thể được ban hành tại nhiều vị trí dọc theo vòng. Tuy nhiên, làm như vậy có thể dẫn đến việc vòng bị phân đoạn. Lệnh Chuyển đổi thủ công(MS) gần giống với lệnh Chuyển đổi cưỡng bức(FS) ngoại trừ việc chỉ có thể đưa ra một lệnh Chuyển đổi thủ công(MS) trên vòng. Nó cũng có mức độ ưu tiên thấp hơn so với lệnh Chuyển đổi cưỡng bức (FS) khi một nút có nhiều yêu cầu cần xử lý đồng thời.

Để hoàn tác thao tác này, hãy sử dụng lệnh rõ ràng tại cùng một nút. Điều này sẽ khiến nút bù trừ bỏ chặn bất kỳ khối nào được áp dụng trước đó. Nó cũng sẽ gửi một thông báo R-APS No Request(NR), điều này sẽ khiến RPL bị chặn lại.

Trạng thái ERPS

Có năm trạng thái trong giao thức ERPS

• Trạng thái nhàn rỗi

Trạng thái này biểu thị không có lỗi tín hiệu hoặc bất kỳ lệnh quản trị nào (Chuyển đổi cưỡng bức/thủ công) chiếm ưu thế trên vòng. RPL(Liên kết bảo vệ vòng) bị chặn (Không mang lưu lượng dữ liệu, nhưng Tx/Rx các APS PDU)

• Nhà nước bảo vệ

Trạng thái này đại diện cho tình trạng Lỗi tín hiệu trong Ring. Thông thường, RPL được bỏ chặn để điều khiển lưu lượng trong vòng. Khi có nhiều hơn một Lỗi tín hiệu xảy ra trong Vòng, nó sẽ phân đoạn vòng. Luồng giao thông bị xáo trộn.

• Trạng thái đang chờ xử lý

Trạng thái này xảy ra khi nhà phát hành thu hồi điều kiện Lỗi tín hiệu và RPL vẫn chưa bị chặn. Nói chung, nút Gốc sau khi nhận được Thông báo Không có Yêu cầu (chỉ báo về tình trạng Không có Tín hiệu Lỗi) đợi đến thời gian Chờ để Khôi phục để chặn RPL. Đây là điều kiện khi chiếc nhẫn chuyển sang trạng thái chờ xử lý. Nó cũng xảy ra trong thời gian chờ trong trạng thái chờ để chặn sau khi thu hồi chuyển đổi bắt buộc/thủ công.

• Chuyển đổi cưỡng bức

Đây là trạng thái kích hoạt quản lý. Khi quản trị viên cần thực hiện một cổng xuống để tham gia vào vòng, thực thể quản lý này sẽ hoạt động. Khi một đối tượng Chuyển đổi cưỡng bức được phát hành trên cổng, cổng sẽ ngừng hoạt động và APS PDU lan truyền xung quanh vòng biểu thị trạng thái. Khi đối tượng quản lý rõ ràng được đặt trên cổng, Công tắc cưỡng bức này sẽ bị thu hồi.

Lưu ý: Điều này có mức độ ưu tiên cao hơn đối với trạng thái Lỗi tín hiệu. Vì vậy, ngay cả khi một số nút gặp lỗi tín hiệu, điều này sẽ thay thế nó.

• Chuyển đổi bằng tay

Tương tự như Forced Switch, Manual Switch cũng được kích hoạt quản lý. Sự khác biệt là nó có mức ưu tiên thấp hơn so với Forced Switch. Khi có Công tắc cưỡng bức hoặc Lỗi tín hiệu chiếm ưu thế trên vòng, điều kiện này bị quy trình ERPS từ chối. Đối tượng quản lý rõ ràng sẽ thu hồi trạng thái Manual Switch.

Thời Gian

Có bốn bộ hẹn giờ liên quan đến giao thức ERPS. Hai bộ định thời cuối cùng là bộ hẹn giờ trễ và chỉ được sử dụng trên Nút gốc.

• Hẹn giờ tạm dừng

Sau khi hết thời gian Hẹn giờ tạm dừng, sự cố trong lớp vật lý được thông báo tới Quy trình kiểm soát ERPS. Ví dụ: nó trì hoãn chỉ báo Lỗi tín hiệu trên một trong các cổng vòng trong một khoảng thời gian Tạm dừng được định cấu hình.

• Hẹn giờ bảo vệ

Bộ hẹn giờ này được sử dụng để ngăn các thông báo lỗi thời can thiệp vào máy Trạng thái ERPS của vòng đó. Khi nút xóa tình trạng Lỗi tín hiệu, bộ đếm thời gian bảo vệ được bắt đầu. Khi bộ hẹn giờ bảo vệ chạy, nó sẽ từ chối tất cả APS PDU ngoại trừ thông báo 'sự kiện'. Bộ đếm thời gian này ngăn mọi thông tin tiềm ẩn đến từ đầu xa của chiếc nhẫn.

• Hẹn giờ chờ để chặn

Như đã đề cập trước đó, bộ đếm thời gian Chờ để chặn được sử dụng tại Nút gốc đó. Bộ hẹn giờ này được sử dụng khi chuông phục hồi sau lệnh của người vận hành (Công tắc cưỡng bức hoặc Công tắc thủ công). Khi Hẹn giờ chờ để chặn hết hạn, Liên kết bảo vệ vòng bị chặn.

• Hẹn giờ chờ để khôi phục

Khi vòng khôi phục Lỗi tín hiệu, Nút gốc bắt đầu Bộ hẹn giờ chờ khôi phục. Khi hết hạn, Liên kết bảo vệ vòng bị chặn. Nó bị chặn ngay lập tức nếu nó là chế độ hoạt động hoàn nguyên. Trong trường hợp không hoàn nguyên, nó bị chặn khi lệnh của người vận hành “xóa” được đưa ra.

Tin nhắn ERPS

Các loại Thông báo ERPS khác nhau là

1. LỖI TÍN HIỆU (SF) – Thông báo này biểu thị lỗi của Ring Link.

2. KHÔNG YÊU CẦU (NR) – Điều này cho biết việc xóa lỗi trong Ring Link

3. KHÔNG YÊU CẦU GỐC CHẶN (NR, RB) – Điều này được truyền bởi nút gốc, biểu thị rằng Liên kết bảo vệ vòng bị chặn.

4. CÔNG TẮC Cưỡng bức (FS) – Thông báo này cho biết đã xảy ra Chuyển đổi cưỡng bức.

5. CÔNG TẮC THỦ CÔNG (MS) – Thông báo này cho biết đã xảy ra Chuyển đổi thủ công.

ERPSv1 và ERPSv2

ERPSv1 và ERPSv2 hiện có sẵn. ITU-T đã phát hành ERPSv1 vào tháng 2008 năm 2 và ERPSv2010 vào tháng 2 năm 1. EPRSv1, hoàn toàn tương thích với ERPSv2, cung cấp các chức năng nâng cao. Bảng 1-2 so sánh ERPSvXNUMX và ERPSvXNUMX.