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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

瀏覽次數：發(fā)布時(shí)間：2022-10-10

        ERPS(Ethernet Ring Protection Switching，以太環(huán)網(wǎng)保護切換協(xié)議)是ITU開(kāi)發(fā)的一種環(huán)網(wǎng)保護協(xié)議，也稱(chēng)G.8032。它是一個(gè)專(zhuān)門(mén)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(shí)能夠防止數據環(huán)路引起的廣播風(fēng)暴，而當以太環(huán)網(wǎng)上一條鏈路斷開(kāi)時(shí)能迅速恢復環(huán)網(wǎng)上各個(gè)節點(diǎn)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
環(huán)網(wǎng)工業(yè)交換機ERPS技術(shù)解析
 
      （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(gè)環(huán)形連接的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )拓撲。
 
　　以太子環(huán)：以太子環(huán)為非閉環(huán)拓撲，它通過(guò)相交節點(diǎn)掛接在其它環(huán)或網(wǎng)絡(luò )上，和相交節點(diǎn)間歸屬于其它環(huán)或網(wǎng)絡(luò )的通道一起形成閉環(huán)拓撲。
 
　　每個(gè)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(kāi)。
 
　?。ǘ┕濣c(diǎn)
 
　　以太環(huán)上的每臺設備都稱(chēng)為一個(gè)節點(diǎn)。對于某個(gè)特定的以太環(huán)而言，節點(diǎn)的角色分為下列幾種：
 
　　RPL(Ring Protection Link，環(huán)保護鏈路) owner節點(diǎn)：緊挨著(zhù)RPL鏈路，在以太環(huán)處于Idle狀態(tài)時(shí)，負責阻塞RPL鏈路，防止網(wǎng)絡(luò )出現環(huán)路的節點(diǎn)。每個(gè)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(gè)RPL owner節點(diǎn)(負載均衡模式下，一個(gè)物理以太環(huán)上跑多個(gè)ERP環(huán)，可以有多個(gè)RPL owner節點(diǎn))。Node1為以太環(huán)ERP1的RPL owner節點(diǎn);Node5為以太子環(huán)ERP2的RPL owner節點(diǎn)。
 
　　非RPL owner節點(diǎn)：以太環(huán)上除RPL owner節點(diǎn)外的其它節點(diǎn)。除Node1和Node5外的其它節點(diǎn)，被稱(chēng)為各個(gè)環(huán)的非RPL owner節點(diǎn)。
 
　　對于全局(指不針對某個(gè)特定的以太環(huán))而言，節點(diǎn)的角色分為下列幾種：
 
　　相交節點(diǎn)：在相交以太環(huán)中，同時(shí)屬于多個(gè)環(huán)的節點(diǎn)被稱(chēng)為相交節點(diǎn)。Node3與Node4被稱(chēng)為相交節點(diǎn)。
 
　　非相交節點(diǎn)：在相交以太環(huán)中，只屬于某個(gè)以太環(huán)的節點(diǎn)被稱(chēng)為非相交節點(diǎn)。除Node3和Node4外的其它節點(diǎn)，都被稱(chēng)為非相交節點(diǎn)。
 
　?。ㄈ╂溌放c通道
 
　　RPL(Ring Protection Link，環(huán)保護鏈路)：每個(gè)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(shí)，RPL鏈路處于阻塞狀態(tài)，不轉發(fā)數據報文，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，相交節點(diǎn)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(chēng)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(guò)Node3與Node4間的直連鏈路傳播，則Node3與Node4間的直連通路就被稱(chēng)為子環(huán)ERP2的R-APS虛擬通道。
 
　?。ㄋ模￢LAN
 
　　ERPS中有兩種類(lèi)型的VLAN，一種是R-APS VLAN，另一種是數據VLAN。
 
　　R-APS VLAN：R-APS VLAN 用來(lái)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。
 
　　數據VLAN：與R-APS VLAN 相對，數據VLAN 用來(lái)傳輸數據報文。數據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(chēng)R-APS報文)的類(lèi)型及其作用如下表所示：
 
       環(huán)網(wǎng)工業(yè)交換機ERPS技術(shù)解析
 
　?。ㄒ唬〦RPS工作原理
 
　　正常狀態(tài)
 
　　1、 所有的節點(diǎn)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(guò)阻塞RPL鏈路，確保不會(huì )成環(huán)(Loop)。Node1和Node4間的鏈路為RPL鏈路。
 
　　3、 對相鄰節點(diǎn)間的每條鏈路進(jìn)行故障檢測。
 
　　4、 與故障鏈路相臨的節點(diǎn)對故障鏈路進(jìn)行阻塞，并使用R-APS(SF)消息向環(huán)上的其他節點(diǎn)報告故障。假設Node2，Node3間鏈路故障，則Node2和Node3等待holdoff計時(shí)器超時(shí)后，會(huì )阻塞故障鏈路，分別向環(huán)網(wǎng)上各個(gè)節點(diǎn)發(fā)送R-APS(SF)消息。
 
　　5、 R-APS(SF)消息觸發(fā)RPL擁有節點(diǎn)打開(kāi)RPL端口。R-APS(SF)消息還觸發(fā)所有的節點(diǎn)更新各自MAC 表項和ARP/ND表項，然后節點(diǎn)進(jìn)入保護狀態(tài)(Protection)。
 
　　鏈路故障
 
　　1、 與故障鏈路相臨的節點(diǎn)對故障鏈路進(jìn)行阻塞，并使用R-APS(SF)消息向環(huán)上的其他節點(diǎn)報告故障。假設Node2，Node3間鏈路故障，則Node2和Node3等待holdoff計時(shí)器超時(shí)后，會(huì )阻塞故障鏈路，分別向環(huán)網(wǎng)上各個(gè)節點(diǎn)發(fā)送R-APS(SF)消息。
 
　　2、 R-APS(SF)消息觸發(fā)RPL擁有節點(diǎn)打開(kāi)RPL端口。R-APS(SF)消息還觸發(fā)所有的節點(diǎn)更新各自MAC 表項和ARP/ND表項，然后節點(diǎn)進(jìn)入保護狀態(tài)(Protection)。
 
　　鏈路恢復
 
　　1、 當故障恢復時(shí)，故障相鄰的節點(diǎn)繼續保持阻塞狀態(tài)，并發(fā)送R-APS(NR)消息，表示沒(méi)有本地故障。
 
　　2、 guard計時(shí)器耗盡后，RPL Owner節點(diǎn)收到第一個(gè)R-APS(NR)消息后，開(kāi)始啟動(dòng)WTR定時(shí)器。
 
　　3、 當WTR定時(shí)器耗盡后，RPL Owner節點(diǎn)阻塞RPL，并發(fā)送R-APS(NR，RB)消息。
 
　　4、 其他節點(diǎn)收到這個(gè)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(gè)節點(diǎn)停止周期性發(fā)送消息，并打開(kāi)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(diǎn)
 
　?。ㄒ唬〦RPS負載均衡
 
　　通過(guò)在同一個(gè)物理環(huán)網(wǎng)上配置多個(gè)以太環(huán)，不同以太環(huán)發(fā)送不同VLAN(稱(chēng)為保護VLAN)的流量，實(shí)現不同VLAN的數據流量在該環(huán)網(wǎng)中的拓撲不同，從而達到負載分擔的目的。
 
　　一個(gè)物理環(huán)網(wǎng)對應了兩個(gè)以太環(huán)，兩個(gè)以太環(huán)保護的VLAN不同，Node2為ERP1的RPL owner，Node3為ERP2的RPL owner。通過(guò)配置，可以實(shí)現不同VLAN分別阻塞不同的鏈路，從而實(shí)現單環(huán)的負載分擔。
 
　?。ǘ┌踩院?/strong>
 
　　ERP中有兩種類(lèi)型的VLAN，一種是R-APS VLAN，另一種是數據VLAN。R-APS VLAN只用于傳輸ERPS的協(xié)議報文;而ERP也只處理來(lái)自R-APS VLAN的協(xié)議報文，不會(huì )處理任何來(lái)自數據VLAN的協(xié)議攻擊報文，提高ERP的安全性。
 
　?。ㄈ┲С侄喹h(huán)相交相切
 
　　ERPS支持在同一節點(diǎn)(Node4)以相切或者相交形式加入多個(gè)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(shí)間≤20ms，確保前端視頻數據傳輸的高穩定性。并且支持使用單芯光纖組成ERPS環(huán)網(wǎng)，保證視頻數據上傳無(wú)瓶頸，同時(shí)為客戶(hù)大量節省光纖資源。
 
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