Резервируем проводную сеть по Wi-Fi.
Резервирование проводной сети с помощью беспроводной является не самым частым решением. Нельзя сказать, что так никто не делает, но стандартизированные протоколы, как правило, предусматривают резервирование в рамках одной технологии передачи данных. Иногда для смешанных решений используются специальные устройства, которые умеют проверять наличие связи по одному каналу и после истечения определённого таймера переводить поток данных на другой (например, с порта Ethernet на сотовую связь или наоборот). К слову, именно так работают OnCell 5104-HSPA. Однако в данной статье мы будем рассматривать способы резервирования проводной связи с помощью Wi-Fi. Поскольку готовых продуктов, выполняющих такую задачу у нас нет, придётся применять фантазию.
Прежде, чем мы приступим к описанию решений, представим ситуации, в которых может понадобиться такой подход. Самое очевидное – это собственный объект, у которого обменивающиеся данными узлы находятся на больших расстояниях (сотни метров), а окружающая среда небезопасная (есть риск повреждения кабеля). Концептуальная схема показана на рисунке 1.
Мы отталкиваемся от того, что в любой момент может произойти обрыв кабеля. В этом случае необходимо произвести перенаправление потока данных на Wi-Fi с минимальными потерями. Поняв идею, можно перейти к рассмотрению вариантов её реализации.
Решение 1. PRP + Wi-Fi
Существующие протоколы быстрого резервирования Ethernet, такие как Turbo Ring/Turbo Chain, подразумевают обязательное соединение устройств друг с другом по единому стандарту. Поскольку эти протоколы реагируют на физический обрыв линии связи, рассылают друг другу служебные данные и физически блокируют неиспользуемые порты, включить в разрыв кольца Turbo Ring или цепочки Turbo Chain промежуточный участок в виде Wi-Fi точек доступа не представляется возможным (Рисунок 2).
Сама по себе такая схема без резервирования тем более не может работать, потому что внутри закольцованных участков начнётся широковещательный шторм и постоянное переписывание таблицы мак-адресов, что в конечном итоге сделает сеть неработоспособной.
Но существуют и определённые протоколы, которые просто дублируют данные по двум путям, что обеспечивает бесшовное резервирование в случае обрыва одного из путей. В первую очередь это протокол PRP. У нас уже есть статья про его принцип работы, поэтому советуем ознакомиться с ней.
Сеть резервирования PRP + WiFi состоит из PT-G503, который обеспечивает параллельную передачу данных по двум путям, и WiFi точек доступа (рисунок 3).
Напомним, что согласно принципу протокола PRP устройство RedBox делает копию кадра, входящего в его порт Interlink (на рисунке туда включены ноутбуки и сервер), и рассылает два параллельных дубликата в свои порты A и B. Дубликаты помечаются одинаковыми номерами из внутреннего счётчика устройства, но приходят в другой RedBox с двух сторон (один чуть раньше, другой чуть позже). Если в другой RedBox приходят два кадра с одинаковыми номерами, более поздний кадр уничтожается.
Главное преимущество технологии заключается в том, что все её служебные данные, включая порядковый номер, находятся внутри поля данных кадра, а не в заголовке (в отличие от HSR, например). Это видно на Рисунке 4 (Порядковый номер – Sequence counter). Это означает, что Wi-Fi точки доступа даже не «знают», что они обрабатывают кадр PRP, поэтому пересылают их в штатном режиме.
Это, пожалуй, самая совершенная схема резервирования. Если рвётся кабель, дубликаты кадров приходят со стороны Wi-Fi, если помехи на стороне Wi-Fi, данные приходят по проводу. Более того, LAN A и LAN B – это не просто условные обозначения двух линий связи, здесь подразумевается действительно LAN (локальная сеть). На рисунке LAN A – это один Ethernet-кабель, на деле же это может быть целая «плоская» (Layer 2) Ethernet-сеть из десятков коммутаторов, работающая по своим протоколам резервирования (например, RSTP или Turbo Ring); главное, чтобы в конечном итоге эта сеть соединяла два одинаковых порта RedBox’ов между собой. В порты Interlink мы также можем подключить не только конечные устройства, но и коммутаторы. Основной принцип использования RedBox – ставить его в надёжном месте перед выходом в опасную зону.
Ещё одним преимуществом является простота настройки (PRP включается в несколько кликов). Основным недостатком этого решения может оказаться цена, но и это вопрос спорный: экономия на стадии проектировании однажды может привести к многомиллионным убыткам в будущем.
Решение 2. Wi-Fi + OSPF
Еще один нестандартный вариант резервирования может быть организован с помощью маршрутизатора на 3-м уровне модели OSI (Layer 3).
Использование протокола OSPF будет понятно тем, кто знает разницу между работой коммутаторов L2 и L3, и представляет, что такое динамическая маршрутизация. Данные темы мы более глубоко рассматриваем на наших тренингах Industrial Automation Academy, так как практические занятия с оборудованием помогают понять суть работы протокола.
В данном случае основными устройствами может быть связка из компактных маршрутизаторов EDR-810, на которых создаётся по два интерфейса на разных портах (Рисунок 5).
Данное решение является относительно недорогим (стоимость 10-портового роутера EDR-810 сопоставима со стоимостью 10-портового управляемого коммутатора EDS-510E). Трудностью может стать настройка протоколов маршрутизации, потому что это чуть сложнее, чем протоколы резервирования 2 уровня, и требует специальных знаний.
Как работает эта схема? Динамические протоколы маршрутизации, такие, как OSPF или RIP сами находят кратчайшие (согласно своей внутренней логике) пути до адреса назначения. И главное, если эти пути становятся недоступны, протоколы это «понимают» и находят альтернативные маршруты. То есть, когда ноутбук из сети 192.168.128.0 (из примера на Рисунке 5) будет передавать данные на сервер в сеть 192.168.127.0, трафик будет идти либо через подсеть 10.0.1.0, либо через 10.0.2.0 в зависимости от настроек.
Допустим, протокол (OSPF, как на примере) выбрал 10.0.1.0 в качестве предпочтительного маршрута. Если кабель будет повреждён, то по истечении таймера «Router Dead Interval» - время признания роутера недоступным (по умолчанию 40 секунд) маршрутизаторы «поймут», что этого соседства больше не существует, и перепишут таблицы маршрутизации. Будет определён новый маршрут, в данном случае – через точки доступа Wi-Fi.
Это хорошая концепция, но её главный недостаток – скорость такого восстановления, которая складывается из таймера «Router Dead Interval» и времени на выбор нового маршрута. Такая схема не может конкурировать со скоростью восстановления <20 мс для Turbo Ring, однако она, безусловно, имеет право на применение, а иногда может оказаться единственным возможным решением. Особенно оно актуально, если в сети уже существует несколько независимых подсетей.
Решение 3. Wi-Fi + RSTP
Многие ли слышали об использовании RSTP в сетях Wi-Fi? Мы привыкли считать, что RSTP – это проводная технология (так и есть), но зная формат кадра и логику работу RSTP, можно попробовать вклиниться в его процессы. Такую работу провела компания MOXA и добавила поддержку RSTP в свои точки доступа при использовании специального режима.
Неожиданно, но в итоге концепция такой схемы будет выглядеть, как Рисунок 2, который ещё в начале статьи был примером нерабочей схемы для Turbo Ring, но теперь становится рабочим решением для RSTP (Рисунок 6):
В данном методе мы будем использовать управляемые коммутаторы и точки доступа Wi-Fi. Управляемые коммутаторы настраиваются для работы в RSTP, как обычно, без каких-либо особых установок.
А вот для корректной работы точек доступа в этой схеме необходимо настраивать их не в режимах «Точка Доступа – Клиенты», а в режимах «Master – Slave». В этом случае WAN-интерфейс становится одним из портов RSTP-системы, как это видно на снимке экрана web-интерфейса точки доступа (строчка WLAN).
Особенность этой схемы в том, что для протокола RSTP точки доступа логически будут обычными управляемыми коммутаторами, соединение между которыми будет являться избыточной связью. В случае обрыва основного пути в «дереве» между коммутаторами по оптике передача данных будет восстановлена по Wi-Fi и наоборот.
◊ ◊ ◊
Оригинал статьи на сайте moxa.pro.
◊ ◊ ◊
Если у Вас есть вопросы по продукции МОХА, обращайтесь по телефону: +7 (495) 419-1201 или по e-mail: russia@moxa.pro