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环网工業交換機ERPS技术解析

信息來源:本站 日期:2019-06-25 

ERPS(Ethernet Ring Protection Switching,以太環网保护切换协议)是ITU开发的一种环网保护协议,也称G.8032。它是一个专门应用于以太環网的链路层协议。它在以太環网完整时能够防止数据环路引起的广播风暴,而当以太環网上一条链路断开时能迅速恢复环网上各个節點之间的通信。

ERPS基本概念


ERPS环网拓扑图

以太環

以太環分为普通以太環和以太子環:

普通以太環:是一個環形連接的以太網網絡拓撲。

以太子環:以太子環为非闭环拓扑,它通过相交節點挂接在其它环或网络上,和相交節點间归属于其它环或网络的通道一起形成闭环拓扑。

每个以太環(不论是普通以太環还是以太子環)都有以下两种状态:

Idle狀態:環網的每條物理鏈路都是連通的。

Protection狀態:環網中某條物理鏈路斷開。

節點

以太環上的每台设备都称为一个節點。对于某个特定的以太環而言,節點的角色分为下列几种:

RPL(Ring Protection Link,环保护链路) owner節點:紧挨着RPL链路,在以太環处于Idle状态时,负责阻塞RPL链路,防止网络出现环路的節點。每个以太環(不论是普通以太環还是以太子環)都有且仅有一个RPL owner節點(负载均衡模式下,一个物理以太環上跑多个ERP环,可以有多个RPL owner節點)。Node1为以太環ERP1的RPL owner節點;Node5为以太子環ERP2的RPL owner節點。

非RPL owner節點:以太環上除RPL owner節點外的其它節點。除Node1和Node5外的其它節點,被称为各个环的非RPL owner節點。

对于全局(指不针对某个特定的以太環)而言,節點的角色分为下列几种:

相交節點:在相交以太環中,同时属于多个环的節點被称为相交節點。Node3与Node4被称为相交節點。

非相交節點:在相交以太環中,只属于某个以太環的節點被称为非相交節點。除Node3和Node4外的其它節點,都被称为非相交節點。

鏈路與通道

RPL(Ring Protection Link,環保護鏈路):每个以太環(不论是普通以太環还是以太子環)都有且仅有一条RPL。当以太環处于Idle状态时,RPL链路处于阻塞状态,不转发数据报文,以避免形成环路。Node1与Node4间的链路为以太環ERP1的RPL链路,Node1阻塞RPL端口(RPL链路所在的端口);Node4与Node5间的链路为以太環ERP2的RPL链路,Node5阻塞RPL端口。

子環鏈路:在相交环当中,归属于子环,由子环控制的链路。假设ERP1是普通以太環,ERP2是以太子環,则Node4与Node5间的链路及Node3与Node5间的链路为子环ERP2的链路,其它链路归属于普通以太環ERP1(特别注意:Node3与Node4间的链路属于普通以太環ERP1,不属于以太子環ERP2,不受ERP2的控制)。

R-APS (Ring Auto Protection Switch)virtual channel:在相交环中,相交節點间,用于传输子环協議報文,但不属于子环的通路被称为子环的R-APS虚拟通道。由于Node1阻塞RPL链路,子环ERP2的協議報文在以太環ERP1中,通过Node3与Node4间的直连链路传播,则Node3与Node4间的直连通路就被称为子环ERP2的R-APS虚拟通道。

VLAN

ERPS中有两种类型的VLAN,一种是R-APS VLAN,另一种是数据VLAN。

R-APS VLAN:R-APS VLAN 用来传递ERPS協議報文。设备上接入ERP环的端口都属于R-APS

VLAN,且只有接入ERP环的端口可加入此VLAN。不同环的R-APS VLAN必须不同。R-APS VLAN的接口上不允许配置IP 欧美av。

数据VLAN:与R-APS VLAN 相对,数据VLAN 用来传输数据报文。数据VLAN 中既可包含ERP环端口,也可包含非ERP环端口。

協議報文

ERPS協議報文(也称R-APS报文)的类型及其作用如下表所示:

ERPS協議報文的类型及其作用

ERPS工作原理

正常狀態

1、 所有的節點在物理拓扑上以环的方式连接。

2、 环路保护协议通过阻塞RPL链路,确保不会成环(Loop)。Node1和Node4间的链路为RPL链路。

3、 对相邻節點间的每条链路进行故障检测。

4、 与故障链路相临的節點对故障链路进行阻塞,并使用R-APS(SF)消息向环上的其他節點报告故障。假设Node2,Node3间鏈路故障,则Node2和Node3等待holdoff计时器超时后,会阻塞故障链路,分别向环网上各个節點发送R-APS(SF)消息。

5、 R-APS(SF)消息触发RPL拥有節點打开RPL端口。R-APS(SF)消息还触发所有的節點更新各自MAC 表项和ARP/ND表项,然后節點进入保护状态(Protection)。


鏈路故障

1、 与故障链路相临的節點对故障链路进行阻塞,并使用R-APS(SF)消息向环上的其他節點报告故障。假设Node2,Node3间鏈路故障,则Node2和Node3等待holdoff计时器超时后,会阻塞故障链路,分别向环网上各个節點发送R-APS(SF)消息。

2、 R-APS(SF)消息触发RPL拥有節點打开RPL端口。R-APS(SF)消息还触发所有的節點更新各自MAC 表项和ARP/ND表项,然后節點进入保护状态(Protection)。

鏈路恢複

1、 当故障恢复时,故障相邻的節點继续保持阻塞状态,并发送R-APS(NR)消息,表示没有本地故障。

2、 guard计时器耗尽后,RPL Owner節點收到第一个R-APS(NR)消息后,开始启动WTR定时器。

3、 当WTR定时器耗尽后,RPL Owner節點阻塞RPL,并发送R-APS(NR,RB)消息。

4、 其他節點收到这个消息后,更新各自MAC 表项和ARP/ND

表项,发送R-APS(NR)消息的那个節點停止周期性发送消息,并打开原先阻塞的端口。环网又恢复到了最初的正常狀態。

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高耐特ERPS技術特點

ERPS負載均衡

通过在同一个物理环网上配置多个以太環,不同以太環发送不同VLAN(称为保护VLAN)的流量,实现不同VLAN的数据流量在该环网中的拓扑不同,从而达到负载分担的目的。

一个物理环网对应了两个以太環,两个以太環保护的VLAN不同,Node2为ERP1的RPL owner,Node3为ERP2的RPL owner。通過配置,可以實現不同VLAN分別阻塞不同的鏈路,從而實現單環的負載分擔。

安全性好

ERP中有两种类型的VLAN,一种是R-APS VLAN,另一种是数据VLAN。R-APS VLAN只用于传输ERPS的協議報文;而ERP也只处理来自R-APS VLAN的協議報文,不会处理任何来自数据VLAN的协议攻击报文,提高ERP的安全性。


支持多環相交相切

ERPS支持在同一節點(Node4)以相切或者相交形式加入多个环,大大增加了组网的灵活性。


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