PRP/HSR
Стандарт МЭК 61850 требуют максимальную отказоустойчивость и отсутствие потерь пакетов типа GOOSE и SMV, т.е. при построении сложных современных систем (таких как, например, Цифровая подстанция) необходимым условием является организация нулевого времени переключения между каналами связи (так называемая «бесшовная связь»).
Международный стандарт МЭК 62439-3 предлагает два протокола резервирования для сетей Ethernet:
- PRP — протокол параллельного резервирования (Parallel Redundancy Protocol);
- HSR — высоконадежное бесшовное резервирование (High-availability Seamless Redundancy).
Резервирование в протоколах PRP и HSR выполняется за счет того, что источник информации дублирует пакеты данных, и каждый из них передается разными путями, а приемник информации обрабатывает пакет, пришедший первым, и отбрасывает второй. Данная схема резервирования не требует изменения сети, что обеспечивает близкое к нулю время переключения между каналами связи.
Построение СЕТИ
Одним из самых важных отличий протоколов PRP и HSR от других протоколов резервирования является то, что резервирование передачи данных выполняется на конечных устройствах (источниках и приемниках информации), а не на компонентах построения сети. Коммутаторы сети работают независимо от самих протоколов и, соответственно, не должны обладать никакой специальной аппаратной или программной поддержкой. Для включения в сети PRP и HSR конечных устройств, не обладающих аппаратной или программной поддержкой этих протоколов, используется устройства RedBox (Redundancy Box).
ПРОТОКОЛ PRP
PRP (Parallel Redundancy Protocol) – протокол параллельного резервирования.
При использовании протокола PRP конечный устройство должно обладать двумя Ethernet-портами, которые подключаются к двум паралельным независимым друг от друга сетям. Эти две сети обычно называются LAN A и LAN B. Эти сети могут иметь различные топологии, а также различную производительность.
В протоколе PRP определены следующие типы устройств:
DANP (Double Attached Node for PRP) – конечное устройство с двумя независимыми интерфейсами Ethernet, которое может напрямую подключаться к двум независимым сетям, работающим по протоколу PRP. Кроме того, DANP должны уметь взаимодействовать с дублированными пакетами (создавать и отбрасывать копии пакетов).
SAN (Single Attached Node) – конечное устройтсво с одним сетевым интерфейсом (Ethernet, RS-485). Для подключения SAN-устройств к PRP-сетям необходимо использовать RedBox.
RedBox (Redundancy Box) – устройство с двумя независимыми интерфейсами Ethernet. RedBox предназначено для подключения SAN-устройств к PRP-сетям. На RedBox пакет от SAN-устройств дублируется и передается в сеть PRP, так словно данные передаются от DANP. Более того, устройство, которое находится за RedBox, видится для остальных устройств как DANP.
Особенности протокола PRP
— Нулевое время восстановление.
— Две независимые сети с любыми топологиями.
— Оборудование в сетях LAN A и LAN B может быть любым.
— Оборудование, между которым строятся две сети, должны поддерживать PRP.
— RedBox или DANP перед отправкой данных дублируют и маркируют пакеты. Маркировка осуществляется за счет добавления в конец стандартного Ethernet-фрейма специального контрольного маркера RCT (Redundancy Сontrol Trailer)
RCT состоит из:
- 16-битный номер кадра в последовательности
- 4-битный идентификатор сети, по которой будет передаваться пакет
- 12-битный размер поля данных
- 16-битный PRP маркер (суффикс)
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.
ПРОТОКОЛ HSR
HSR (High-availability Seamless Redundancy) – протокол резервирования кольцевого соединения.
HSR используют в кольцевых топологиях — все устройства объединяются в кольцо и все пакеты дублируются и передается в обоих направления кольца HSR. Если до получателя доходят оба пакета, то принимается только первый.
DANH (Double Attached Node for HSR) – конечное устройство с двумя независимыми интерфейсами Ethernet, которое может напрямую подключаться в кольцо HSR.
SAN (Single Attached Node) – конечное устройство с одним сетевым интерфейсом (Ethernet, RS-485). Для подключения SAN устройств к кольцу HSR необходимо использовать RedBox.
RedBox (Redundancy Box) — устройство с двумя независимыми интерфейсами Ethernet, служит для подключения SAN устройств к кольцу HSR и передает дублированные пакеты в обоих направлениях кольца.
Особенности протокола HSR
— Нулевое время восстановления.
— Только кольцевые топологии.
— Все оборудование кольца строится только на устройствах, поддерживающих HSR.
— RedBox или DANH перед отправкой данных дублируют и маркируют пакеты. Маркировка осуществляется за счет добавления в начало Ethernet фрейма HSR-идентификатора.
HSR тег состоит из:
- 16 битный тип HSR
- 16 битный номер последовательности
- 4 битный идентификатор пути
- 12 битный размер поля данных
При обработке пакетов HSR 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.
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.
PRP/HSR COUPLING - ПОСТРОЕНИЕ ГИБКОЙ СИСТЕМЫ
При необходимости построения сложной разветвленной резервированной и легко масштабируемой системы используют технологию PRP/HSR Coupling.
При переходе кадра из сети PRP в кольцо HSR пограничный RedBox поменяет тег RCT на тег HSR, при обратной пересылке кадра тег HSR будет изменен на тег RCT.
