Существует несколько различных протоколов, предназначенных для обеспечения бесперебойной работы сети на канальном уровне. Сегодня мы рассмотрим Ethernet Ring Protection Switching — технологию, обеспечивающую высокую доступность и отказоустойчивость в кольцевых топологиях.

Топология ERPS

Технология защиты кольцевой сети ERPS работает путем реализации основного и резервного путей в кольцевой топологии сети Ethernet. Основной путь — это обычный маршрут для передачи данных, в то время как резервный путь остается свободным, готовым взять на себя управление в случае сбоя.

Для начала нам необходимо создать кольцевую сеть Ethernet, в которой каждый сетевой узел будет соединен по кругу. Данные передаются в однонаправленном режиме, проходя через каждого участника, пока не достигнут пункта назначения. Передача служебного трафика, необходимого для работы ERPS осуществляется через R‑APS VLAN, который назначается в каждом кольце. Трафиковые VLAN«ы, которые нужно защищать от петель и разрывов, объединяются в специальные инстансы, называемые protected VLAN. Также для каждого порта в кольце необходимо выбрать одну из трех возможных ролей: RPL owner, RPL neighbour или common. »

RPL owner должен быть один на кольцо и именно он при нормальных условиях должен выполнять блокировку петли и разблокировку канала в случае разрыва. На рисунке выше это свитчи А и В.

RPL neighbour должен находиться с другой стороны линка от RPL owner и он также может участвовать в блокировке/разблокировке канала. Common‑порт, это обычный порт, входящий в состав кольца, через который ходит служебный трафик в R‑APS VLAN. В соответствии со стандартом G.8032/Y.1344 время сходимости должно составлять не более 50 мс при наличии в кольце не более 16 узлов. Как видим, это время намного меньше, чем у широко распространенного протокола Spanning Tree.

Как работает ERPS

Итак, мы подготовили сетевую топологию ERPS. Теперь посмотрим, что будет происходить в различных ситуациях. Начнем с штатного функционирования сети. Когда в сети нет не единого разрыва разрывов, по кольцу ходят сигнальные сообщения «No Request». В данном режиме порт RPL owner заблокирован и значение «Node State» находится в состоянии «IDLE».

Сделаем ситуацию интересней: произошел разрыв линка между RPL common. В таком случае коммутаторы, которые обнаружили падение линка, после истечения «Hold Off Timer» посылают пакеты «Signal Failing».

Другие коммутаторы, получившие пакет «Signal Failing», выполняют очистку своих таблиц MAC‑адресов, то есть по сути приступают к перестроению топологии. Когда коммутаторы RPL owner и RPL neighbour в свою очередь получают пакет «Signal Failing», они разблокируют соответствующие порты и также выполняют очистку таблицы MAC‑адресов. Затем коммутаторы получают второй «Signal Failing»(от второго коммутатора, который зафиксировал падение линка в кольце) и снова выполняют очистку таблицы MAC‑адресов.«Node State» в состоянии «PROTECTION».

В итоге, сеть продолжает функционировать, но кольцевая топология остается разорванной.

В случае, если коммутаторы обнаруживают восстановление линка, они запускают «Guard Timer» и начинают посылать пакеты «No Request». Коммутаторы, получившие пакет «No Request», снова выполняют очистку таблицы MAC‑адресов. Коммутатор, являющийся RPL owner, запускает еще один таймер «WTR Timer». После истечения времени у таймера «Guard Timer» один из двух коммутаторов, зафиксировавших восстановление линка, получит сообщение No Request c Node ID больше, чем его собственное значение, и разблокирует порт, который восстановился.

Если значение «revertive mode» установлено в «revertive», то после истечения таймера «WTR Timer» коммутатор, один из портов которого RPL owner, посылает пакет «No request, RPL blocked» и блокирует порт RPL owner. После этого второй коммутатор, обнаруживший восстановление линка, разблокирует свой порт и кольцо вернется в исходное состояние «IDLE».

Также возможна ситуация, когда разрыв произойдет между портами RPL owner и RPL neighbour. В таком случае коммутаторы начинают рассылать пакет «Signal Failing, Do not Flush». При получении такого сообщения, остальные коммутаторы не будут сбрасывать таблицу МАС‑адресов.

Процесс восстановления здесь будет аналогичен восстановлению канала между RPL common, за тем исключением, что в данном случае выставляется флаг «Do Not Flush» и коммутаторы не сбрасывают таблицу МАС‑адресов.

Какие факторы следует учитывать при проектировании сетей ERPS

При проектировании сетей ERPS необходимо учитывать несколько факторов для обеспечения оптимальной производительности и надежности. Прежде всего, учитывайте требования к пропускной способности сети и выбирайте соответствующую пропускную способность каналов. Оцените характер трафика и ожидаемые скорости передачи данных, чтобы определить необходимую пропускную способность канала для каждого сегмента кольца.

Также, оцените желаемое время обнаружения неисправностей и восстановления для вашей сети. ERPS обеспечивает быстрое обнаружение неисправностей и восстановление, но важно определить допустимое время простоя для вашего конкретного приложения и спроектировать сеть соответствующим образом.

Прогнозируйте будущий рост и масштабируемость сети. Убедитесь, что проект сети может вместить дополнительные узлы или увеличить объем трафика без ущерба для производительности или отказоустойчивости.

Также рассмотрите возможности управления и мониторинга, необходимые для сети ERPS. Оцените доступность инструментов и протоколов управления сетью, поддерживающих ERPS, и убедитесь, что они соответствуют вашим операционным требованиям.

Большое значение имеет совместимость сетевого оборудования с ERPS. Убедитесь, что коммутаторы, маршрутизаторы и другие сетевые устройства поддерживают протоколы и стандарты ERPS для обеспечения бесшовной интеграции и функциональности.

Заключение

Протокол ERPS является важным протоколом, повышающим надежность и отказоустойчивость кольцевых сетей Ethernet. Благодаря использованию основных и резервных каналов, протокол Ethernet Ring Protection Switching (ERPS) предлагает значительные преимущества по сравнению с традиционным протоколом Spanning Tree Protocol (STP) с точки зрения быстрого обнаружения неисправностей и обеспечения бесперебойной пересылки трафика во время сбоев в сети. ERPS гарантирует непрерывную передачу данных и минимизирует время простоя. Преимущества ERPS, включая отказоустойчивость, быструю конвергенцию сети, упрощенное управление сетью, экономичность и бесшовную интеграцию с существующей инфраструктурой, делают его ценным решением для различных приложений. К недостаткам ERPS можно отнести то, что для его работы в отличии от STP требуется использование кольцевой топологии сети.

В целом, протокол ERPS может использоваться в различных отраслях, от промышленных сетей и критической инфраструктуры до небольших городских и корпоративных сетей.

Если хотите прокачаться в сетях дальше теории, в рамках специализации «Сетевой инженер» собираем базу канального/сетевого уровня (L2/L3) и доводим её до уверенного поиска и устранения неполадок. Разбираем VLAN (виртуальные локальные сети) / STP (протокол остовного дерева), OSPF/BGP (протоколы маршрутизации) и отладку в Wireshark (анализатор сетевого трафика) на практических стендах.

Для знакомства с форматом обучения и экспертами приходите на бесплатные уроки:

  • 10 марта, 20:00. «Использование /31 префикса в сетях на основе интернет-протокола». Записаться

  • 11 марта, 20:00. «Сети ЦОД — SP (сеть провайдера) и DC (сеть дата-центра). Какой же подход к построению сетей оказался более распространен и почему?». Записаться

  • 25 марта, 20:00. «VxLAN (виртуальная расширяемая локальная сеть): как связать цент��ы обработки данных поверх обычной сети». Записаться