Технологии резервирования связи в промышленных сетях

Промышленная сфера требует использования надежных коммуникационных средств с возможностью резервирования каналов связи и ее быстрым восстановлением. В некоторых приложениях также требуется обеспечить поддержку кольцевых топологий, безопасность информации и соблюдение баланса нагрузки. Чтобы обеспечить все это, в 1990 году были разработаны различные протоколы резервирования – STP, RSTP, PVST и MSTP. Однако эти протоколы предназначались для использования в сетях коммерческого назначения, а при использовании в промышленном применении был выявлен ряд недостатков, таких как длительное время восстановления связи, ограничения, накладываемые на использование в кольцевых топологиях и др.

Ethernet-сети промышленных объектов, несомненно, требуют серьезной адаптации для новых непростых условий. Это касается и самого оборудования, и принципов построения сетей. Прежде всего архитектура построения промышленных сетей направлена на повышение отказоустойчивости. Традиционные топологии сетей Ethernet которые обычно имеет форму «звезды» или «дерева» не могут обеспечить должного уровня надежности, т.к. не имеют избыточных связей. В классических сетях Ethernet не допускается иметь несколько путей передачи данных между двумя точками, так как это может привести к возникновению широковещательного шторма и полной неработоспособности сети. Однако с использованием технологий резервирования в сетях Industrial Ethernet стало возможным наличие избыточных путей для обеспечения надежности и отказоустойчивости сети. Технологии резервирования в сетях Industrial Ethernet позволяют преодолеть ограничения, накладываемые традиционными Ethernet-топологиями.

Разработки компании Kyland направлены, главным образом, на создание более продвинутых протоколов резервирования Industrial Ethernet, которые обеспечивают избыточность, быстрое восстановление и баланс нагрузки для промышленных коммутаторов.

В коммутаторах Kyland реализованы промышленные технологии резервирования DT-Ring и DT-Ring+, которые позволяют создавать сети с избыточными связями с топологиями «кольцо» и «объединённое кольцо» с временем переключения с основного канала на резервный не более 50 мс.

Особенности протокола DT-Ring/DT-Ring+

Конфигурация DT-Ring/DT-Ring+ должна отвечать следующим условиям:

• Все коммутаторы кольца должны иметь один и тот же номер домена;
• В одном кольце может быть сконфигурирована только одна роль Master, при этом остальные коммутаторы будут иметь роль Slave;
• На каждом коммутаторе кольца может использоваться только два кольцевых порта;
• При объединении колец роль резервного порта должна быть настроена только в одном из колец;
• При объединении колец роль можно использовать максимум две связи; 
• Для каждого из колец может быть сконфигурирован только один резервный кольцевой порт;
• Коммутатор не может быть сконфигурирован одновременно с DT-Ring-Port и DT-Ring-VLAN.

Принцип работы DT-Ring

Протокол DT-Ring имеет два режима работы:

DT-Ring-Port — режим, в котором указываются порты для передачи или блокировки пакетов.

DT-Ring-VLAN — режим, в котором указываются порты для передачи или блокировки пакетов конкретной VLAN. Это позволяет одному порту коммутатора быть участником разных резервных топологий, принадлежащих разным VLAN.

Роли коммутаторов в кольце:

Master — отправляет сообщения протокола DT-Ring и определяет состояние кольца. Master программно блокирует один из своих портов, чтобы избежать широковещательного шторма. Кольцевая топология логически превращается в линейную. При обрыве соединения Master активирует ранее заблокированный порт, тем самым восстанавливая резервное соединение.

Slave — прослушивает и пересылает сообщения протокола DT-Ring и сообщает об ошибках Master-устройству.

Принцип работы DT-Ring+

DT-Ring+ может обеспечивать резервированное соединение между двумя кольцами DT-Ring. Порт 3 коммутаторов B и C сконфигурирован как порт объединения колец, статус которого определяется на основании старшинства MAC-адресов коммутаторов B или C.
Если основная связь объединения выйдет из строя, то данные будут пересылаться по резервному каналу, чтобы обеспечить нормальную связь между кольцами.

В версии протокола DT-Ring+ добавляются следующие понятия:

Backup port — порт для связи между DT-кольцами.

Master backup port — порт с большим MAC-адресом является Master backup port. В нормальном режиме он находится в состоянии forwarding.

Slave backup port — порт второй избыточной связи имеет роль Slave backup port. В нормальном режиме он находится в состоянии blocked.

Настройка резервирования по протоколу DT-Ring/DT-Ring+

Подробное описание и особенности настройки изложены в презентации >>

Сравнение DT-Ring/DT-Ring+ с некоторыми известными протоколами резервирования