В критически важных системах нельзя допускать прерывания связи даже на миллисекунды, так как этого времени будет достаточно, чтобы серьезно повлиять на работу системы или поставить под угрозу безопасность персонала.В стандарте МЭК 61850 указано, что на подстанциях не должна присутствовать потеря пакетов типа GOOSE и SMV, то есть при построение избыточных топологий связи необходимо организовывать нулевое время переключения между каналами связи (так называемую «бесшовную связь»). Стандарт МЭК 62439 «Промышленные сети связи. Сети с высокой готовностью к автоматической обработке» диктует, что время восстановления связи на объектах должно быть менее 10 мс.В части 3 стандарта МЭК 62439 описаны протоколы PRP/HSR, которые гарантируют бесшовную передачу данных и надежность развертываемой сети.
Особенности протокола PRP
PRP (Parallel Redundancy Protocol) – протокол параллельного резервирования. При использовании PRP строятся две независимые сети. Каждый пакет данных дублируется и одновременно передается по обеим сетям. Если до получателя доходят оба пакета, то пакет, который пришел позже, отбрасывается. Это позволяет обеспечить бесшовную передачу данных даже при полном отказе одной из сетей.
- Нулевое время восстановление.
- Две независимые сети с любыми топологиями. Оборудование в сетях А и В может быть любым.
- Оборудование, между которым строятся две сети, должны поддерживать PRP.
В протоколе PRP определены следующие типы устройств:
DANP (Double Attached Node for PRP) – устройство с двумя независимыми интерфейсами, может напрямую подключаться к двум параллельным сетям, работающим в системе PRP. Кроме того, DANP должны уметь взаимодействовать с дублированными пакетами (создавать и отбрасывать копии пакетов).
SAN (Single Attached Node) – конечное оборудование с одним сетевым интерфейсом. Для подключения SAN-устройств к PRP-сетям необходимо использовать RedBox.
RedBox (Redundancy Box) – устройство с двумя независимыми интерфейсами, служит для подключения SAN-устройств к PRP-сетям.
RedBox или DANP перед отправкой данных дублируют и маркируют пакеты. Маркировка осуществляется за счет добавления в конец стандартного Ethernet-фрейма идентификатора RCT (Redundancy Сontrol Trailer).
RCT состоит из:
- Номер кадра в последовательности – 16 бит
- Путь - идентификатор сети, по которой будет передаваться пакет – 4 бита
- Размер поля данных – 12 бит (данные + RCT)
- PRP суффикс – 16 бит (0x88FB)
При получении пакета RedBox или DANP анализируют пакет: номер последовательности и MAC-адрес отправителя. Если эти параметры совпадают с такими же параметрами предыдущих пакетов в течение определенного времени, то пакет будет отброшен. Фреймы из разных сетей будут отличаться только контрольной суммой и идентификатором сети.
У коммутаторов Moxa c поддержкой PRP время ожидания дубликата пакета составляет 10 мс для сетей Gigabit Ethernet и 100 мс для сетей Fast Ethernet.
Особенности протокола HSR
HSR (High-availability Seamless Redundancy) – протокол резервирования кольцевого соединения. HSR используют в кольцевых топологиях. Каждый передаваемый кадр дублируется и передается в обоих направления кольца HSR. Если до получателя доходят оба пакета, то пакет, который пришел позже, отбрасывается. Это позволяет обеспечить бесшовную передачу данных при одиночном обрыве линии связи.
- Нулевое время восстановление.
- Только кольцевые топологии.
- Все оборудование кольца строится только на устройствах, поддерживающих HSR.
В протоколе HSR определены следующие типы устройств:
DANH (Double Attached Node for HSR) – устройство с двумя независимыми интерфейсами, могут напрямую подключаться в кольцо HSR.
SAN (Single Attached Node) – конечное оборудование с одним сетевым интерфейсом. Для подключения SAN устройств к кольцу HSR необходимо использовать RedBox.
RedBox (Redundancy Box) - устройство с двумя независимыми интерфейсами, служит для подключения SAN устройств к кольцу HSR и передает дублированные пакеты в обоих направлениях кольца.
Quadbox – устройство для объединения нескольких колец HSR в единую систему.
RedBox или DANH перед отправкой данных дублируют и маркируют пакеты. В отличие от протокола PRP, маркировка осуществляется за счет добавления в начало Ethernet фрейма HSR-идентификатора. За счет этого время на обработку пакетов при прохождении их по кольцу уменьшается.
HSR тег состоит из:
- Типа HSR – 16 бит (0x892F)
- Путь – 4 бита. У коммутаторов Moxa путь всегда равен «0000», так как сеть передачи данных одна.
- Номер последовательности – 16 бит
- Размер поля данных – 12 бит (данные + HSR-тег + тип)
Метод обработки пакетов у HSR такой же, как у PRP – анализируется MAC-адрес отправителя и номер последовательности. Каждое HSR-устройство в кольце анализирует все пакеты и отбирает пакеты со своим адресом в качестве получателя и multicast-пакеты. С unicast-пакетами устройство HSR поступает также, как и PRP – отбрасывает одинаковые пакеты, пришедшие в определенный период времени.
У коммутаторов Moxa c поддержкой HSR время ожидания дубликата пакета составляет 10 мс для сетей Gigabit Ethernet и 100 мс для сетей Fast Ethernet.
При получении multicast-пакета анализируется адрес отправителя: если пакет был отправлен этим же HSR устройством (то есть прошел все кольцо), то такой пакет тоже будет отброшен для предотвращения широковещательного шторма.
Объединение нескольких колец HSR в единую систему
Для масштабирования системы, построенной на кольцах HSR, используют устройства QuadBox.
Данные внутри колец передаются стандартно в двух направлениях. Между кольцами сквозь QuadBox передается только первый пакет, а дубликат отбрасывается.
PRP/HSRCoupling - построение гибкой системы
Чтобы можно было обойти топологические ограничения в технологиях PRP/HSR и построить более сложную резервированную и масштабируемую систему, используют технологию PRP/HSR Coupling.
При переходе кадра из сети PRP в кольцо HSR пограничный RedBox поменяет тег RCT на тег HSR, аналогично - при обратной пересылке кадра (тег HSR будет изменен на тег RCT).
RSTP Grouping
Самой популярной технологией резервирования сетей Ethernet является RSTP, и многие системы связи уже построены на ее основе. Но данная технология имеет ряд ограничений, в том числе достаточно длительное время восстановления и лимит на количество устройств в сети (Подробнее о протоколе RSTP). Компания Moxa разработала технологию RSTP Grouping, которая позволяет преодолеть эти ограничения, а также построить систему RSTP совместно с технологией резервирования HSR.
В классическом варианте сеть RSTP не может быть подключена к кольцу HSR. Стандартное оборудование PRP/HSR не распознаёт служебные пакеты (bpdu) протокола RSTP и не передаёт их в сети HSR. Пакеты bpdu, не достигнув своего получателя, продолжат передаваться по всей RSTP-сети, и этот участок не сможет корректно функционировать.
Специализированные коммутаторы Moxa понимают bpdu-пакеты протокола RSTP и передают их в сети HSR. Кроме того, для преодоления ограничения в количестве устройств в одной сети RSTP Moxa предложила разделять систему на отдельные RSTP домены. При этом bpdu-пакеты каждой из RSTP-групп передаются сквозь сеть HSR только на порты этой же RSTP группы. Как раз это и позволяет преодолеть ограничение по количеству устройств в RSTP системе.
Компания Moxa первая в Мире разработала Redbox с поддержкой всех топологий нулевого резервирования (PTP, HSR, Coupling, Quadbox) – PT-G503-PHR-PTP.
Коммутатор PT-7728-PTP совместно с модулем PM-7200-4GSFP-PHR-PTP или PM-7200-4GTX-PHR-PTP также может быть применен в топологиях PTP/HSR и RSTP Grouping.
Источник: https://www.moxa.ru/tehnologii/power_systems/prp_hsr/
