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海斯科以太网环网协议ERPS介绍

发布时间:2020-01-03

一、以太网环网保护协议概述


       随着以太网在工业控制领域的应用越来越普及,对以太网业务保护与故障恢复能力的要求也越来越高。近年来,国内外通信厂商普遍采用以太网环网保护协议来实现业务保护和故障恢复,并将恢复时间从秒级提升到毫秒级。

       目前,越来越多的厂商采用了基于EAPS和ERPS的以太网环网保护协议。

  •        EAPS(Ethernet Automatic Protection Swiching),IETF RFC-3619
  •        ERPS(Ethernet Ring Protection Switching),ITU G.8032

       有一些厂商的私有环网协议,基于EAPS的工作原理对报文做了优化,能够达到良好的业务保护与故障恢复效果,但不同厂家的私有协议无法互通,影响了网络的兼容性。而ERPS基于国际电信联盟ITU-T G.8032公有标准,支持该协议的不同厂家设备间能够完全的兼容互通。

       为了更好地满足工业以太网的发展,更好地兼容各种网络设备,海斯科工业交换机已经开始支持标准的ERPS,环网自愈时间可达50ms以内。

 

二、海斯科工业交换机支持的环网拓扑


       用户对工业网络的组网越来越复杂及多样性,对网络的容错性也愈发严格,海斯科工业交换机采用ERPS协议,可以支持各类型环形冗余网络。

       常见的网络环形拓扑包括:

       单环网络(见图2-1):可以解决单点,当环中某单一链路出故障时,交换机能自动切换到备份链路,实现网络环网自愈功能。

图2-1单环示意图

 

       相切环网络(见图2-2):两个单环共用一台设备做为环网节点设备。

图2-2多环-相切环示意图

 

       多环相交网络(见图2-3):可以解决多点故障问题,该组网由一个主环网,一个或多个子环网构成,各个环分别通过自己的环网协议组成自愈环网,提高了网络的整体容错率。

图2-3多环-相交子环示意图

 

三、海斯科ERPS工作流程简介


       ERPS本质是用于链路层拓扑控制,在环形拓扑中,依据环网协议,逻辑上阻塞一条链备份路,以保证拓扑变化时,环网协议将逻辑阻塞的链路放开,并控制交换机MAC地址表的老化从而重新选路,这样数据报文可以被发送到正确的链路。

       以下以海斯科导轨工业交换机在工业控制PLC环网中的应用为例, ERPS工作流程做简要说明。

图3-1 ERPS环网正常状态示意图

 

       图3-1是一个典型的工业交换机控制环网示意图。环网中手动指定或自动通过ERPS环网协议选出一台交换机(Switch1)作为环网保护节点RPL节点,该节点的作用是在环形的物理网络中,逻辑上阻塞一个端口,并将与相邻节点的交换机(Switch4)之间的链路作为备份保护链路(见红色六角星标注)。

       环网正常状态下,保护备份链路是阻塞的,处于热备份的状态,Switch4接入的PLC监控数据通过逆时针顺序(Switch4->Switch3->Switch2->Switch1->远端控制处理中心),ERPS环网上各交换机的PLC数据同样也是沿着该路径到达远端数据中心后进行相应数据处理。

图3-2 ERPS环网异常状态示意图

 

       环网故障状态,以Switch4和Switch3之间链路故障为例,见图3-2,Switch4和Switch3检测故障后,立刻通告其他环网设备,并开始重新选路。RPL保护节点Switch1收到ERPS的故障通告,Switch1立即将原有阻塞的备份端口放开,Switch1和Switch4之间的保护链路能够正常工作,即备份链路激活。

       这样环网中设备依据ERPS进行重新自动选路后,Switch4的PLC监控数据直接顺时针通道发往Switch1,即Switch4->Switch1;Switch3的PLC数据还是沿着逆时针到达远端数据处理中心,即Switch3->Switch2->Switch1->远端数据处理中心。

       从上述ERPS故障处理过程介绍可知,ERPS通过控制一条备份链路的逻辑阻塞,当检测到环网有故障时,将阻塞的备份链路开启,保证环网业务正常运行,这样给网络提供链路层面的冗余保护。