Giao thức dự phòng phương tiện (MRP) là gì?

Giao thức dự phòng phương tiện giám sát các đường dẫn mạng để tránh các điểm lỗi duy nhất và đảm bảo tính sẵn sàng cao của mạng Ethernet. Khi các hệ thống tự động hóa ngày càng phụ thuộc vào mạng Ethernet, nhu cầu về khả năng chịu lỗi đòi hỏi phải có cấu trúc mạng dự phòng. Tuy nhiên, bản chất phát sóng của Ethernet ngăn cản các vòng lặp vật lý, khiến các đường dẫn dư thừa không tương thích. Các giao thức dự phòng phương tiện giải quyết xung đột này bằng cách chặn một cách hợp lý các đường dẫn dự phòng, giữ một đường dẫn hoạt động và phần còn lại ở chế độ chờ. Nếu đường dẫn hoạt động bị lỗi, giao thức sẽ chuyển lưu lượng truy cập sang đường dẫn dự phòng.

MRP, được tiêu chuẩn hóa theo tiêu chuẩn IEC 62439-2, đáp ứng các yêu cầu về mạng công nghiệp. Nó đảm bảo thời gian chuyển đổi xác định – dưới 500 ms trong trường hợp xấu nhất, thường nhanh hơn nhiều – đối với cấu trúc liên kết vòng có tối đa 50 nút. Mỗi nút MRP có hai cổng vòng; một nút đóng vai trò là Trình quản lý dự phòng phương tiện (MRM), theo dõi lỗi của vòng. Khi MRM phát hiện có điểm ngắt, nó sẽ chặn đường dẫn bị lỗi và mở chặn đường dẫn dự phòng, khôi phục kết nối.

MRP hoạt động như thế nào?

Là một giao thức dự phòng phương tiện, MRP đảm bảo tính khả dụng của mạng liên tục trong trường hợp thiết bị hoặc liên kết bị lỗi. Nó thực hiện điều này bằng cách chuyển đổi cấu trúc liên kết vòng vật lý thành cấu trúc liên kết dòng logic cho lưu lượng mạng.

Một thiết bị mạng có chức năng như Trình quản lý dự phòng phương tiện (MRM)

MRM giám sát vòng bằng cách gửi các khung kiểm tra giữa các cổng vòng của nó. Trong điều kiện hoạt động bình thường, MRM chặn một trong các cổng vòng của nó đối với lưu lượng mạng, tạo ra cấu trúc liên kết đường truyền. Tuy nhiên, nếu MRM không nhận được các khung kiểm tra của nó, cho thấy lỗi mạng, nó sẽ bỏ chặn cổng vòng đã bị chặn trước đó. Hành động này khôi phục kết nối mạng thông qua đường dẫn mạng phụ.

MRP cung cấp thời gian chuyển đổi xác định

MRP đảm bảo thời gian chuyển đổi tối đa là 500 ms, 200 ms hoặc thấp nhất là 10 ms, tùy thuộc vào cài đặt tham số. Thời gian chuyển đổi điển hình thường bằng một nửa đến một phần tư các giá trị này. Ví dụ: vòng MRP được định cấu hình cho thời gian chuyển đổi tối đa 200 ms thường sẽ chuyển đổi sau 50 đến 60 ms. Tính quyết định này cung cấp tính khả dụng và hiệu suất mạng có thể dự đoán được cần thiết cho môi trường công nghiệp.

MRP được tối ưu hóa cho cấu trúc liên kết vòng

Mặc dù Giao thức cây kéo dài nhanh (RSTP) cũng có thể được sử dụng với cấu trúc liên kết vòng nhưng nó không được thiết kế chủ yếu cho chúng. MRP được tối ưu hóa cho các vòng lên tới 50 thiết bị. Nó tránh được các vấn đề như điều kiện chạy đua không thể đoán trước có thể xảy ra với RSTP. Đối với các thiết bị mạng hỗ trợ cả hai giao thức, MRP thường cung cấp khả năng chuyển đổi nhanh hơn, mang tính quyết định hơn.

Lợi ích chính của việc sử dụng MRP

Thời gian phục hồi nhanh

MRP cung cấp thời gian phục hồi từ 10ms trở xuống trong trường hợp xảy ra một lỗi duy nhất, cho phép kết nối mạng không bị gián đoạn. Giao thức đạt được điều này bằng cách liên tục giám sát mạng xem có bị gián đoạn hay không bằng cách sử dụng các khung kiểm tra và chặn trước một trong các cổng vòng để tránh lặp lại mạng. Nếu phát hiện thấy gián đoạn, MRP sẽ nhanh chóng mở khóa cổng bị chặn trước đó để thiết lập lại kết nối. Thời gian phục hồi nhanh chóng này rất cần thiết cho các hệ thống điều khiển công nghiệp và tự động hóa nhạy cảm với thời gian.

Dung sai

Cấu trúc liên kết vòng do MRP triển khai không có điểm lỗi duy nhất vì lưu lượng truy cập mạng có thể được định tuyến lại theo một trong hai hướng xung quanh vòng. Sự dư thừa vốn có này có nghĩa là sự cố của bất kỳ thiết bị mạng hoặc cáp nào sẽ không làm gián đoạn hoạt động của mạng. MRP có thể phát hiện những lỗi như vậy và nhanh chóng cấu hình lại các đường dẫn dữ liệu để định tuyến xung quanh chúng. Khả năng chịu lỗi này mang lại cho mạng công nghiệp độ tin cậy và thời gian hoạt động mà chúng yêu cầu.

Cân bằng tải

Cấu trúc vòng của MRP cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc cân bằng tải bằng cách cho phép lưu lượng mạng chạy theo một trong hai hướng. Bằng cách định tuyến lưu lượng theo hướng ít tắc nghẽn hơn, MRP giúp ngăn ngừa tắc nghẽn và đảm bảo sử dụng băng thông tối đa. Khả năng này đặc biệt hữu ích cho các mạng công nghiệp sử dụng các ứng dụng băng thông cao như giám sát video.

Khả năng tương thích

MRP tương thích với STP, cho phép hai giao thức hoạt động cùng nhau trên cùng một mạng. Các vòng MRP có thể kết nối với mạng STP, với MRP quản lý vòng và STP ngăn chặn các vòng lặp trong cấu trúc liên kết mạng tổng thể. Khả năng tương thích này giúp quản trị viên mạng linh hoạt trong việc thiết kế cơ sở hạ tầng mạng công nghiệp.

So sánh MRP và RSTP

Là các giao thức công nghiệp, MRP và RSTP phải cung cấp khả năng phục hồi lỗi xác định để đảm bảo tính sẵn sàng cao. MRP, giao thức cấu trúc liên kết vòng, đảm bảo thời gian khôi phục lỗi tối đa là 10ms bằng cách chặn một cổng trên mỗi bộ chuyển mạch để tạo vòng lặp vật lý. Ngược lại, RSTP tận dụng tiêu chuẩn 802.1w để tăng tính khả dụng của mạng trong cấu trúc liên kết dạng lưới, nhưng thời gian khôi phục phụ thuộc vào độ phức tạp của mạng và chỉ có thể ước tính đại khái. Mặc dù tính linh hoạt của RSTP cho phép có nhiều tùy chọn mạng hơn nhưng tính xác định nghiêm ngặt của MRP có thể thích hợp hơn cho các ứng dụng nhạy cảm với thời gian.