Ethernet kruhové topologie STP/RSTP/MSTP, ERPS a PROFINET

FAQ: Ethernet kruhové topologie STP/RSTP/MSTP, ERPS a PROFINET

Spanning, Multiple, Rapid Tree (IEEE 802.1d, IEEE 802.1s, IEEE 802.1w)

Jedná se o protokoly pro potlačení smyček v topologii, ale nejen to… používají se i pro automatické záložní spojení v MAN aplikacích nebo v LAN průmyslovém prostředí.

Základem je síťový graf a analýza spojení cest od kořene „root“, přes mosty „bridge“ po cestách- větvích.

Rozhodující kritéria tato hlavní kritéria hledání alternativní cesty v síti:

Nejnižší náklady na kořenový most – určuje přepínač s nejnižšími náklady na kořenový most
Nejnižší identifikátor mostu– určuje kořenový most
Nejnižší identifikátor odesilatele – v případě více switchů, které mají stejné náklady na kořenový most
Nejnižší číslo port odesílatele – pokud switch má několik možných cest, kde:

Identifikátor mostu = priorita = (16 bitů) + identifikátor mostu + [MAC adresa] (48 bitů), priorita (výchozí most je 32768)
Identifikátor portu = priorita = (8 bitů) + identifikátor + [číslo Interface] (12 bitů), priorita (výchozí port je 128)

Je zde vzdálená parafráze s živým stromem a jeho větvemi.

BPDU (Bridge Protocol Data Units):

protokol pro výměnu stavů portů mezi aktivními prvky, přenáší se i blokovanými porty
3 typy: konfigurační, TCN změna, TCA potvrzení změny
každé 2 sekundy v celé síti

Stavy portů RSTP:

Root port – Port přijímající nejlepší BPDU na přepínači. Root switch je jediný, který nemá žádný root port.
Designated port – Port odesílající nejlepší BPDU na segmentu, ke kterému je připojen.
Alternate port – Blokovaný port, který slouží jako alternativní cesta k root switchi v případě výpadku původní cesty.
Backup port – Blokovaný port, který slouží jako záložní cesta k danému segmentu.

ERPS (Ethernet Ring Protection Switching) dle ITU-T G.8032

metoda spojování v rámci kruhových topologií
kruh ovládaný centrálním uzlem „RPL (Ring Protection Link) owner node“, blokuje RPL spojení~link k druhému konci kruhu „RPL neighbor node“
aktuálně v nabídce modely přepínačů s dobou obnovení kruhu 10~50ms

Protokoly kruhových topologií naleznete ve výbavě téměř každého spravovatelného aktivního přepínače, ERPS bývá součástí funkční výbavy většiny průmyslových aktivních přepínačů (aktivní odkaz).

Jak ERPS funguje:

Fyzický kruh ovládaný centrálním uzlem „RPL (Ring Protection Link) owner node“, blokuje RPL spojení~link k druhému konci kruhu „RPL neighbor node“.

Zásadní jsou parametry konfigurace:

ERPS ID a porty 0+1
Guard time (10~2000ms) - doba života R-APS zpráv pro eliminaci jejich opakovaného příjmu
WTR time – min. doba přepnutí z jednoho směru kruhu na druhý (defaultně 5min)
Hold off time – zpoždění detekce stavu druhé cesty v kruhu
Revertive – znovu obnovení původní cesty když je již OK a po vypršení limitů ochrany přepnutí
VLAN config – posílá rámce v definované VLAN (mimo defaultní 0 nebo 1)
RPL role – zda „owner“ nebo „neighbour“
RPL port – zda jde o levou (east) nebo pravou (west) stranu kruhu

Pro větší zábavu lze použít „kouzelníka"-Wizard, ve kterém se jednoduše definují pouze základní počty zařízení, porty a VLAN; zbytek se nastaví na defaultní hodnoty.

PROFINET (IEC 62439-2)

Označuje síťovou topologii v průmyslovém ethernetovém protokolu PROFINET, která využívá kruhové zapojení (ring topology) pro zvýšení dostupnosti a redundance. Tato topologie umožňuje rychlé zotavení sítě v případě poruchy jednoho z komunikačních spojení. Profinet Ring se využívá hlavně v průmyslové automatizaci, kde je potřeba vysoká spolehlivost sítě, například v automotive, výrobních linkách nebo logistických systémech.

Typická konfigurace Profinet Ring s MRP