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環(huán)網(wǎng)工業(yè)交換機(jī)ERPS技術(shù)解析

瀏覽次數(shù):發(fā)布時(shí)間:2021-08-16

        ERPS(Ethernet Ring Protection Switching,以太環(huán)網(wǎng)保護(hù)切換協(xié)議)是ITU開發(fā)的一種環(huán)網(wǎng)保護(hù)協(xié)議,也稱G.8032。它是一個(gè)專門應(yīng)用于以太環(huán)網(wǎng)的鏈路層協(xié)議。它在以太環(huán)網(wǎng)完整時(shí)能夠防止數(shù)據(jù)環(huán)路引起的廣播風(fēng)暴,而當(dāng)以太環(huán)網(wǎng)上一條鏈路斷開時(shí)能迅速恢復(fù)環(huán)網(wǎng)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信,下面飛暢科技就詳細(xì)介紹下環(huán)網(wǎng)工業(yè)交換機(jī)ERPS技術(shù)解析。
 
  一、ERPS基本概念
環(huán)網(wǎng)工業(yè)交換機(jī)ERPS技術(shù)解析
 
      (一)以太環(huán)
 
  以太環(huán)分為普通以太環(huán)和以太子環(huán):
 
  普通以太環(huán):是一個(gè)環(huán)形連接的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/div>
 
  以太子環(huán):以太子環(huán)為非閉環(huán)拓?fù)?,它通過相交節(jié)點(diǎn)掛接在其它環(huán)或網(wǎng)絡(luò)上,和相交節(jié)點(diǎn)間歸屬于其它環(huán)或網(wǎng)絡(luò)的通道一起形成閉環(huán)拓?fù)洹?/div>
 
  每個(gè)以太環(huán)(不論是普通以太環(huán)還是以太子環(huán))都有以下兩種狀態(tài):
 
  Idle狀態(tài):環(huán)網(wǎng)的每條物理鏈路都是連通的。
 
  Protection狀態(tài):環(huán)網(wǎng)中某條物理鏈路斷開。
 
  (二)節(jié)點(diǎn)
 
  以太環(huán)上的每臺(tái)設(shè)備都稱為一個(gè)節(jié)點(diǎn)。對(duì)于某個(gè)特定的以太環(huán)而言,節(jié)點(diǎn)的角色分為下列幾種:
 
  RPL(Ring Protection Link,環(huán)保護(hù)鏈路) owner節(jié)點(diǎn):緊挨著RPL鏈路,在以太環(huán)處于Idle狀態(tài)時(shí),負(fù)責(zé)阻塞RPL鏈路,防止網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)環(huán)路的節(jié)點(diǎn)。每個(gè)以太環(huán)(不論是普通以太環(huán)還是以太子環(huán))都有且僅有一個(gè)RPL owner節(jié)點(diǎn)(負(fù)載均衡模式下,一個(gè)物理以太環(huán)上跑多個(gè)ERP環(huán),可以有多個(gè)RPL owner節(jié)點(diǎn))。Node1為以太環(huán)ERP1的RPL owner節(jié)點(diǎn);Node5為以太子環(huán)ERP2的RPL owner節(jié)點(diǎn)。
 
  非RPL owner節(jié)點(diǎn):以太環(huán)上除RPL owner節(jié)點(diǎn)外的其它節(jié)點(diǎn)。除Node1和Node5外的其它節(jié)點(diǎn),被稱為各個(gè)環(huán)的非RPL owner節(jié)點(diǎn)。
 
  對(duì)于全局(指不針對(duì)某個(gè)特定的以太環(huán))而言,節(jié)點(diǎn)的角色分為下列幾種:
 
  相交節(jié)點(diǎn):在相交以太環(huán)中,同時(shí)屬于多個(gè)環(huán)的節(jié)點(diǎn)被稱為相交節(jié)點(diǎn)。Node3與Node4被稱為相交節(jié)點(diǎn)。
 
  非相交節(jié)點(diǎn):在相交以太環(huán)中,只屬于某個(gè)以太環(huán)的節(jié)點(diǎn)被稱為非相交節(jié)點(diǎn)。除Node3和Node4外的其它節(jié)點(diǎn),都被稱為非相交節(jié)點(diǎn)。
 
  (三)鏈路與通道
 
  RPL(Ring Protection Link,環(huán)保護(hù)鏈路):每個(gè)以太環(huán)(不論是普通以太環(huán)還是以太子環(huán))都有且僅有一條RPL。當(dāng)以太環(huán)處于Idle狀態(tài)時(shí),RPL鏈路處于阻塞狀態(tài),不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)文,以避免形成環(huán)路。Node1與Node4間的鏈路為以太環(huán)ERP1的RPL鏈路,Node1阻塞RPL端口(RPL鏈路所在的端口);Node4與Node5間的鏈路為以太環(huán)ERP2的RPL鏈路,Node5阻塞RPL端口。
 
  子環(huán)鏈路:在相交環(huán)當(dāng)中,歸屬于子環(huán),由子環(huán)控制的鏈路。假設(shè)ERP1是普通以太環(huán),ERP2是以太子環(huán),則Node4與Node5間的鏈路及Node3與Node5間的鏈路為子環(huán)ERP2的鏈路,其它鏈路歸屬于普通以太環(huán)ERP1(特別注意:Node3與Node4間的鏈路屬于普通以太環(huán)ERP1,不屬于以太子環(huán)ERP2,不受ERP2的控制)。
 
  R-APS (Ring Auto Protection Switch)virtual channel:在相交環(huán)中,相交節(jié)點(diǎn)間,用于傳輸子環(huán)協(xié)議報(bào)文,但不屬于子環(huán)的通路被稱為子環(huán)的R-APS虛擬通道。由于Node1阻塞RPL鏈路,子環(huán)ERP2的協(xié)議報(bào)文在以太環(huán)ERP1中,通過Node3與Node4間的直連鏈路傳播,則Node3與Node4間的直連通路就被稱為子環(huán)ERP2的R-APS虛擬通道。
 
  (四)VLAN
 
  ERPS中有兩種類型的VLAN,一種是R-APS VLAN,另一種是數(shù)據(jù)VLAN。
 
  R-APS VLAN:R-APS VLAN 用來傳遞ERPS協(xié)議報(bào)文。設(shè)備上接入ERP環(huán)的端口都屬于R-APS
 
  VLAN,且只有接入ERP環(huán)的端口可加入此VLAN。不同環(huán)的R-APS VLAN必須不同。R-APS VLAN的接口上不允許配置IP 地址。
 
  數(shù)據(jù)VLAN:與R-APS VLAN 相對(duì),數(shù)據(jù)VLAN 用來傳輸數(shù)據(jù)報(bào)文。數(shù)據(jù)VLAN 中既可包含ERP環(huán)端口,也可包含非ERP環(huán)端口。
 
       二、協(xié)議報(bào)文
 
  ERPS協(xié)議報(bào)文(也稱R-APS報(bào)文)的類型及其作用如下表所示:
 
       環(huán)網(wǎng)工業(yè)交換機(jī)ERPS技術(shù)解析
 
 ?。ㄒ唬〦RPS工作原理
 
  正常狀態(tài)
 
  1、 所有的節(jié)點(diǎn)在物理拓?fù)渖弦原h(huán)的方式連接。
 
  2、 環(huán)路保護(hù)協(xié)議通過阻塞RPL鏈路,確保不會(huì)成環(huán)(Loop)。Node1和Node4間的鏈路為RPL鏈路。
 
  3、 對(duì)相鄰節(jié)點(diǎn)間的每條鏈路進(jìn)行故障檢測(cè)。
 
  4、 與故障鏈路相臨的節(jié)點(diǎn)對(duì)故障鏈路進(jìn)行阻塞,并使用R-APS(SF)消息向環(huán)上的其他節(jié)點(diǎn)報(bào)告故障。假設(shè)Node2,Node3間鏈路故障,則Node2和Node3等待holdoff計(jì)時(shí)器超時(shí)后,會(huì)阻塞故障鏈路,分別向環(huán)網(wǎng)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送R-APS(SF)消息。
 
  5、 R-APS(SF)消息觸發(fā)RPL擁有節(jié)點(diǎn)打開RPL端口。R-APS(SF)消息還觸發(fā)所有的節(jié)點(diǎn)更新各自MAC 表項(xiàng)和ARP/ND表項(xiàng),然后節(jié)點(diǎn)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)(Protection)。
 
  鏈路故障
 
  1、 與故障鏈路相臨的節(jié)點(diǎn)對(duì)故障鏈路進(jìn)行阻塞,并使用R-APS(SF)消息向環(huán)上的其他節(jié)點(diǎn)報(bào)告故障。假設(shè)Node2,Node3間鏈路故障,則Node2和Node3等待holdoff計(jì)時(shí)器超時(shí)后,會(huì)阻塞故障鏈路,分別向環(huán)網(wǎng)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送R-APS(SF)消息。
 
  2、 R-APS(SF)消息觸發(fā)RPL擁有節(jié)點(diǎn)打開RPL端口。R-APS(SF)消息還觸發(fā)所有的節(jié)點(diǎn)更新各自MAC 表項(xiàng)和ARP/ND表項(xiàng),然后節(jié)點(diǎn)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)(Protection)。
 
  鏈路恢復(fù)
 
  1、 當(dāng)故障恢復(fù)時(shí),故障相鄰的節(jié)點(diǎn)繼續(xù)保持阻塞狀態(tài),并發(fā)送R-APS(NR)消息,表示沒有本地故障。
 
  2、 guard計(jì)時(shí)器耗盡后,RPL Owner節(jié)點(diǎn)收到第一個(gè)R-APS(NR)消息后,開始啟動(dòng)WTR定時(shí)器。
 
  3、 當(dāng)WTR定時(shí)器耗盡后,RPL Owner節(jié)點(diǎn)阻塞RPL,并發(fā)送R-APS(NR,RB)消息。
 
  4、 其他節(jié)點(diǎn)收到這個(gè)消息后,更新各自MAC 表項(xiàng)和ARP/ND表項(xiàng),發(fā)送R-APS(NR)消息的那個(gè)節(jié)點(diǎn)停止周期性發(fā)送消息,并打開原先阻塞的端口。環(huán)網(wǎng)又恢復(fù)到了最初的正常狀態(tài)。
 
        三、ERPS技術(shù)特點(diǎn)
 
 ?。ㄒ唬〦RPS負(fù)載均衡
 
  通過在同一個(gè)物理環(huán)網(wǎng)上配置多個(gè)以太環(huán),不同以太環(huán)發(fā)送不同VLAN(稱為保護(hù)VLAN)的流量,實(shí)現(xiàn)不同VLAN的數(shù)據(jù)流量在該環(huán)網(wǎng)中的拓?fù)洳煌?,從而達(dá)到負(fù)載分擔(dān)的目的。
 
  一個(gè)物理環(huán)網(wǎng)對(duì)應(yīng)了兩個(gè)以太環(huán),兩個(gè)以太環(huán)保護(hù)的VLAN不同,Node2為ERP1的RPL owner,Node3為ERP2的RPL owner。通過配置,可以實(shí)現(xiàn)不同VLAN分別阻塞不同的鏈路,從而實(shí)現(xiàn)單環(huán)的負(fù)載分擔(dān)。
 
 ?。ǘ┌踩院?/strong>
 
  ERP中有兩種類型的VLAN,一種是R-APS VLAN,另一種是數(shù)據(jù)VLAN。R-APS VLAN只用于傳輸ERPS的協(xié)議報(bào)文;而ERP也只處理來自R-APS VLAN的協(xié)議報(bào)文,不會(huì)處理任何來自數(shù)據(jù)VLAN的協(xié)議攻擊報(bào)文,提高ERP的安全性。
 
 ?。ㄈ┲С侄喹h(huán)相交相切
 
  ERPS支持在同一節(jié)點(diǎn)(Node4)以相切或者相交形式加入多個(gè)環(huán),大大增加了組網(wǎng)的靈活性。
 
  環(huán)網(wǎng)工業(yè)交換機(jī)全部支持ERPS環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù),大大提升組網(wǎng)的靈活度,且故障收斂時(shí)間≤20ms,確保前端視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)母叻€(wěn)定性。并且支持使用單芯光纖組成ERPS環(huán)網(wǎng),保證視頻數(shù)據(jù)上傳無瓶頸,同時(shí)為客戶大量節(jié)省光纖資源。
 
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