ERPS(以太環(huán)網(wǎng)保護切換協(xié)議)環(huán)網(wǎng)工業(yè)交換機技術(shù)解析
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ERPS(Ethernet Ring Protection Switching,以太環(huán)網(wǎng)保護切換協(xié)議)是ITU開發(fā)的一種環(huán)網(wǎng)保護協(xié)議,也稱G.8032。它是一個專門應用于以太環(huán)網(wǎng)的鏈路層協(xié)議。它在以太環(huán)網(wǎng)完整時能夠防止數(shù)據(jù)環(huán)路引起的廣播風暴,而當以太環(huán)網(wǎng)上一條鏈路斷開時能迅速恢復環(huán)網(wǎng)上各個節(jié)點之間的通信,下面
飛暢科技就詳細介紹下環(huán)網(wǎng)
工業(yè)交換機ERPS技術(shù)解析。
一、ERPS基本概念
(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):是一個環(huán)形連接的以太網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲。
以太子環(huán):以太子環(huán)為非閉環(huán)拓撲,它通過相交節(jié)點掛接在其它環(huán)或網(wǎng)絡上,和相交節(jié)點間歸屬于其它環(huán)或網(wǎng)絡的通道一起形成閉環(huán)拓撲。
每個以太環(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
以太環(huán)上的每臺設備都稱為一個節(jié)點。對于某個特定的以太環(huán)而言,節(jié)點的角色分為下列幾種:
RPL(Ring Protection Link,環(huán)保護鏈路) owner節(jié)點:緊挨著RPL鏈路,在以太環(huán)處于Idle狀態(tài)時,負責阻塞RPL鏈路,防止網(wǎng)絡出現(xiàn)環(huán)路的節(jié)點。每個以太環(huán)(不論是普通以太環(huán)還是以太子環(huán))都有且僅有一個RPL owner節(jié)點(負載均衡模式下,一個物理以太環(huán)上跑多個ERP環(huán),可以有多個RPL owner節(jié)點)。Node1為以太環(huán)ERP1的RPL owner節(jié)點;Node5為以太子環(huán)ERP2的RPL owner節(jié)點。
非RPL owner節(jié)點:以太環(huán)上除RPL owner節(jié)點外的其它節(jié)點。除Node1和Node5外的其它節(jié)點,被稱為各個環(huán)的非RPL owner節(jié)點。
對于全局(指不針對某個特定的以太環(huán))而言,節(jié)點的角色分為下列幾種:
相交節(jié)點:在相交以太環(huán)中,同時屬于多個環(huán)的節(jié)點被稱為相交節(jié)點。Node3與Node4被稱為相交節(jié)點。
非相交節(jié)點:在相交以太環(huán)中,只屬于某個以太環(huán)的節(jié)點被稱為非相交節(jié)點。除Node3和Node4外的其它節(jié)點,都被稱為非相交節(jié)點。
?。ㄈ╂溌放c通道
RPL(Ring Protection Link,環(huán)保護鏈路):每個以太環(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。當以太環(huán)處于Idle狀態(tài)時,RPL鏈路處于阻塞狀態(tài),不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報文,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)當中,歸屬于子環(huán),由子環(huán)控制的鏈路。假設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)點間,用于傳輸子環(huán)協(xié)議報文,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。
?。ㄋ模¬LAN
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)議報文。設備上接入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,數(shù)據(jù)VLAN 用來傳輸數(shù)據(jù)報文。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)議報文
ERPS協(xié)議報文(也稱R-APS報文)的類型及其作用如下表所示:
?。ㄒ唬〦RPS工作原理
正常狀態(tài)
1、 所有的節(jié)點在物理拓撲上以環(huán)的方式連接。
2、 環(huán)路保護協(xié)議通過阻塞RPL鏈路,確保不會成環(huán)(Loop)。Node1和Node4間的鏈路為RPL鏈路。
3、 對相鄰節(jié)點間的每條鏈路進行故障檢測。
4、 與故障鏈路相臨的節(jié)點對故障鏈路進行阻塞,并使用R-APS(SF)消息向環(huán)上的其他節(jié)點報告故障。假設Node2,Node3間鏈路故障,則Node2和Node3等待holdoff計時器超時后,會阻塞故障鏈路,分別向環(huán)網(wǎng)上各個節(jié)點發(fā)送R-APS(SF)消息。
5、 R-APS(SF)消息觸發(fā)RPL擁有節(jié)點打開RPL端口。R-APS(SF)消息還觸發(fā)所有的節(jié)點更新各自MAC 表項和ARP/ND表項,然后節(jié)點進入保護狀態(tài)(Protection)。
鏈路故障
1、 與故障鏈路相臨的節(jié)點對故障鏈路進行阻塞,并使用R-APS(SF)消息向環(huán)上的其他節(jié)點報告故障。假設Node2,Node3間鏈路故障,則Node2和Node3等待holdoff計時器超時后,會阻塞故障鏈路,分別向環(huán)網(wǎng)上各個節(jié)點發(fā)送R-APS(SF)消息。
2、 R-APS(SF)消息觸發(fā)RPL擁有節(jié)點打開RPL端口。R-APS(SF)消息還觸發(fā)所有的節(jié)點更新各自MAC 表項和ARP/ND表項,然后節(jié)點進入保護狀態(tài)(Protection)。
鏈路恢復
1、 當故障恢復時,故障相鄰的節(jié)點繼續(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計時器耗盡后,RPL Owner節(jié)點收到第一個R-APS(NR)消息后,開始啟動WTR定時器。
3、 當WTR定時器耗盡后,RPL Owner節(jié)點阻塞RPL,并發(fā)送R-APS(NR,RB)消息。
4、 其他節(jié)點收到這個消息后,更新各自MAC 表項和ARP/ND表項,發(fā)送R-APS(NR)消息的那個節(jié)點停止周期性發(fā)送消息,并打開原先阻塞的端口。環(huán)網(wǎng)又恢復到了最初的正常狀態(tài)。
三、ERPS技術(shù)特點
?。ㄒ唬〦RPS負載均衡
通過在同一個物理環(huán)網(wǎng)上配置多個以太環(huán),不同以太環(huán)發(fā)送不同VLAN(稱為保護VLAN)的流量,實現(xiàn)不同VLAN的數(shù)據(jù)流量在該環(huán)網(wǎng)中的拓撲不同,從而達到負載分擔的目的。
一個物理環(huán)網(wǎng)對應了兩個以太環(huán),兩個以太環(huán)保護的VLAN不同,Node2為ERP1的RPL owner,Node3為ERP2的RPL owner。通過配置,可以實現(xiàn)不同VLAN分別阻塞不同的鏈路,從而實現(xiàn)單環(huán)的負載分擔。
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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)議報文;而ERP也只處理來自R-APS VLAN的協(xié)議報文,不會處理任何來自數(shù)據(jù)VLAN的協(xié)議攻擊報文,提高ERP的安全性。
(三)支持多環(huán)相交相切
ERPS支持在同一節(jié)點(Node4)以相切或者相交形式加入多個環(huán),大大增加了組網(wǎng)的靈活性。
環(huán)網(wǎng)工業(yè)交換機全部支持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,同時為客戶大量節(jié)省光纖資源。