Yksityiskohdat RSTP:n ja patentoitujen Extended Ring Redundancy -protokollien toteutuksesta

Löydät Internetistä paljon materiaalia RSTP-protokollasta. Tässä artikkelissa ehdotan RSTP-protokollan vertaamista patentoituun protokollaan Phoenix Yhteydenotto – Laajennettu soittoääni.

RSTP-toteutustiedot

Yleiskatsaus

Lähentymisaika – 1-10 s
Mahdolliset topologiat - minkä tahansa

Yleisesti uskotaan, että RSTP sallii vain kytkimien kytkemisen renkaaksi:

Mutta RSTP mahdollistaa kytkimien yhdistämisen haluamallasi tavalla. Esimerkiksi RSTP voi käsitellä tätä topologiaa.

Toiminnan periaate

RSTP vähentää kaiken topologian puuksi. Yhdestä kytkimestä tulee topologian keskus - juurikytkin. Pääkytkin kuljettaa eniten tietoja itsensä kautta.

RSTP:n toimintaperiaate on seuraava:

1. virta syötetään kytkimiin;
2. juurikytkin on valittu;
3. muut kytkimet määrittävät nopeimman polun juurikytkimeen;
4. muut kanavat estetään ja niistä tulee varmuuskopioita.

Pääkytkimen valitseminen

Kytkimet RSTP:llä vaihtavat BPDU-paketteja. BPDU on palvelupaketti, joka sisältää RSTP-tietoja. BPDU:ta on kahta tyyppiä:

• Määritys BPDU.
• Topologian muutosilmoitus.

Configuration BPDU:ta käytetään topologian rakentamiseen. Vain pääkytkin lähettää sen. BPDU-kokoonpano sisältää:

• lähettäjän tunnus (Bridge ID);
• Root Bridge ID;
• sen portin tunniste, josta tämä paketti lähetettiin (Portin ID);
• juurikytkimen reitin hinta (Root Path Cost).

Mikä tahansa kytkin voi lähettää topologian muutosilmoituksen. Ne lähetetään, kun topologia muuttuu.

Päälle kytkemisen jälkeen kaikki kytkimet pitävät itseään juurikytkiminä. He alkavat lähettää BPDU-paketteja. Heti kun kytkin vastaanottaa BPDU:n, jonka siltatunnus on pienempi kuin sen oma, se ei enää pidä itseään juurikytkimenä.

Bridge ID koostuu kahdesta arvosta - MAC-osoitteesta ja Bridge Priority. Emme voi muuttaa MAC-osoitetta. Bridge Priority on oletuksena 32768. Jos et muuta Bridge Priority -asetusta, kytkimestä, jolla on pienin MAC-osoite, tulee juurikytkin. Kytkin, jolla on pienin MAC-osoite, on vanhin, eikä se välttämättä ole tehokkain. On suositeltavaa määrittää topologian juurikytkin manuaalisesti. Tätä varten sinun on määritettävä pieni Bridge Priority (esimerkiksi 0) juurikytkimeen. Voit myös määrittää varapääkytkimen antamalla sille hieman korkeamman Bridge Priority -arvon (esimerkiksi 4096).

Pääkytkimen polun valitseminen

Juurikytkin lähettää BPDU-paketit kaikkiin aktiivisiin portteihin. BPDU:ssa on Polun hinta -kenttä. Polun hinta ilmaisee polun hintaa. Mitä korkeampi polun hinta on, sitä kauemmin paketin lähettäminen kestää. Kun BPDU kulkee portin kautta, kustannus lisätään Polun hinta -kenttään. Lisätty numero on nimeltään Port Cost.

Lisää tietyn arvon polkukustannuksiin, kun BPDU kulkee portin kautta. Lisäarvoa kutsutaan porttikustannuksiksi ja se voidaan määrittää joko manuaalisesti tai automaattisesti. Porttikustannukset voidaan määrittää joko manuaalisesti tai automaattisesti.

Kun ei-juurikytkimellä on useita vaihtoehtoisia polkuja juureen, se valitsee nopeimman. Se vertaa näiden polkujen polkukustannuksia. Portista, josta BPDU tuli halvimmalla polkuhinnalla, tulee juuriportti.

Automaattisesti määritettyjen porttien kustannukset näkyvät taulukossa:

Portin siirtonopeus
Sataman hinta

10 Mb/s
2 000 000

100 Mb/s
200 000

1 Gb / s
20 000

10 Gb / s
2 000

Portin roolit ja tilat

Kytkinporteilla on useita tiloja ja portin rooleja.

Porttien tilat (STP:lle):

• Ei käytössä – ei-aktiivinen.
• Esto – kuuntelee BPDU:ta, mutta ei lähetä. Ei lähetä tietoja.
• Kuunteleminen – kuuntelee ja lähettää BPDU:ta. Ei lähetä dataa.
• Oppiminen – kuuntelee ja lähettää BPDU:ta. Valmistautuu tiedonsiirtoon - täyttää MAC-osoitetaulukon.
• Edelleenlähetys – välittää dataa, kuuntelee ja lähettää BPDU:ta.

STP-konvergenssiaika on 30-50 sekuntia. Kytkimen päälle kytkemisen jälkeen kaikki portit käyvät läpi kaikki tilat. Portti pysyy kussakin tilassa useita sekunteja. Tämä toimintaperiaate johtuu siitä, että STP:llä on niin pitkä konvergenssiaika. RSTP:llä on vähemmän porttitiloja.

Porttien tilat (RSTP:lle):

• Hävitetään – ei-aktiivinen.
• Discarding – kuuntelee BPDU:ta, mutta ei lähetä. Ei lähetä tietoja.
• Hylkääminen – kuuntelee ja lähettää BPDU:ta. Ei lähetä tietoja.
• Oppiminen – kuuntelee ja lähettää BPDU:ta. Valmistautuu tiedonsiirtoon - täyttää MAC-osoitetaulukon.
• Edelleenlähetys – välittää dataa, kuuntelee ja lähettää BPDU:ta.
• RSTP:ssä Disabled-, Blocking- ja Listening-tilat yhdistetään yhdeksi – Hylkääminen.

Portin roolit:

• Juuriportti – portti, jonka kautta tiedot siirretään. Se toimii nopeimpana poluna juurikytkimeen.
• Osoitettu portti – portti, jonka kautta tiedot siirretään. Määritetty kullekin LAN-segmentille.
• Vaihtoehtoinen portti – portti, jonka kautta tietoja ei siirretä. Se on vaihtoehtoinen polku juurikytkimeen.
• Varaportti – portti, jonka kautta tietoja ei siirretä. Se on varapolku segmentille, johon on jo kytketty yksi RSTP-yhteensopiva portti. Varaporttia käytetään, jos kaksi kytkinkanavaa on kytketty yhteen segmenttiin (lukukeskittimeen).
• Poistettu portti – RSTP ei ole käytössä tässä portissa.

Root Portin valinta on kuvattu yllä. Miten nimetty portti valitaan?

Ensinnäkin määritellään mikä LAN-segmentti on. LAN-segmentti on törmäysalue. Kytkimelle tai reitittimelle jokainen portti muodostaa erillisen törmäysalueen. LAN-segmentti on kanava kytkimien tai reitittimien välillä. Jos puhumme keskittimestä, niin keskittimen kaikki portit ovat samassa törmäysalueella.

Vain yksi määritetty portti on määritetty segmenttiä kohden.

Segmenttien tapauksessa, joissa on jo juuriportteja, kaikki on selvää. Segmentin toisesta portista tulee nimetty portti.

Jäljellä on kuitenkin varakanavia, joissa on yksi määritetty portti ja yksi vaihtoehtoinen portti. Miten heidät valitaan? Osoitettu portti on portti, jolla on alhaisin polkukustannus juurikytkimeen. Jos polkukustannukset ovat samat, määritetty portti on portti, joka sijaitsee kytkimessä, jolla on pienin siltatunnus. Jos ja Bridge ID ovat samat, määrätystä portista tulee portti, jonka numero on pienin. Toinen portti on vaihtoehtoinen.

Viimeinen asia: milloin varmuuskopiointirooli on määritetty portille? Kuten edellä on jo kirjoitettu, Backup-porttia käytetään vain, kun kaksi kytkinkanavaa on kytketty samaan segmenttiin, eli keskittimeen. Tässä tapauksessa nimetty portti valitaan täsmälleen samoilla kriteereillä:

• Alin polkukustannus juurikytkimeen.
• Pienin sillan tunnus.
• Pienin portin tunnus.

Verkossa olevien laitteiden enimmäismäärä

IEEE 802.1D -standardissa ei ole tiukkoja vaatimuksia RSTP:llä varustetun lähiverkon laitteiden lukumäärälle. Mutta standardi suosittelee käyttämään enintään 7 kytkintä yhdessä haarassa (enintään 7 hyppyä), ts. enintään 15 kehässä. Kun tämä arvo ylittyy, verkon konvergenssiaika alkaa kasvaa.

ERR:n toteutustiedot.

Yleiskatsaus

Lähentymisaika

ERR-konvergenssiaika – 15 ms. Kytkimien enimmäismäärä renkaassa ja rengaspariliitos – 18 ms.

Mahdolliset topologiat

ERR ei salli laitteiden vapaata yhdistämistä RSTP:ksi. ERR:ssä on selkeät topologiat, joita voidaan käyttää:

• Ring
• Kaksoissormus
• Yhdistä enintään kolme rengasta

Ring

Kun ERR yhdistää kaikki kytkimet yhdeksi renkaaksi, jokaisessa kytkimessä on tarpeen määrittää portit, jotka osallistuvat renkaan rakentamiseen.

Kaksoisrengas


Kytkimet voidaan yhdistää kaksoisrenkaaksi, mikä lisää merkittävästi renkaan luotettavuutta.

Kaksoisrenkaan rajoitukset:

• Kaksoisrengasta ei voida käyttää kytkimien liittämiseen muihin renkaisiin. Tätä varten sinun on käytettävä Ring Couplingia.
• Kaksoisrengasta ei voida käyttää paritusrenkaana.

Sormusten yhdistäminen

Pariliitoksen muodostamisen yhteydessä verkossa voi olla enintään 200 laitetta.

Sormusten parittaminen edellyttää jäljellä olevien renkaiden yhdistämistä toiseksi renkaaksi.

Jos rengas on kytketty liitäntärenkaaseen yhden kytkimen kautta, tätä kutsutaan renkaiden yhdistäminen yhden kytkimen kautta. Jos kaksi kytkintä paikallisesta renkaasta on kytketty liitäntärenkaaseen, tämä on pariliitos kahden kytkimen kautta.

Kun laitepari muodostetaan yhden kytkimen kautta, käytetään molempia portteja. Konvergenssiaika on tässä tapauksessa noin 15-17 ms. Tällaisella pariliitoksella pariliitoskytkin on vikapiste, koska Kun tämä kytkin on kadonnut, koko rengas katoaa kerralla. Pariliitos kahden kytkimen kautta välttää tämän.

On mahdollista sovittaa päällekkäisiä sormuksia.

Polun ohjaus


Path Control -toiminnon avulla voit määrittää portit, joiden kautta tiedot siirretään normaalikäytössä. Jos kanava epäonnistuu ja verkko rakennetaan uudelleen varatopologiaan, kanavan palauttamisen jälkeen verkko rakennetaan takaisin määritettyyn topologiaan.

Tämän ominaisuuden avulla voit säästää varakaapelia. Lisäksi vianmääritykseen käytetty topologia on aina tiedossa.

Päätopologia vaihtaa varatopologiaan 15 ms:ssa. Takaisinkytkentä, kun verkko palautuu, kestää noin 30 ms.

rajoituksia:

• Ei voida käyttää Dual Ringin kanssa.
• Ominaisuuden on oltava käytössä kaikissa verkon kytkimissä.
• Yksi kytkimistä on konfiguroitu Path Control -masteriksi.
• Automaattinen siirtyminen päätopologiaan palautuksen jälkeen tapahtuu oletusarvoisesti 1 sekunnin kuluttua (tätä parametria voidaan muuttaa SNMP:n avulla välillä 0 s - 99 s).

Toiminnan periaate

ERR:n toimintaperiaate

Harkitse esimerkiksi kuutta kytkintä – 1-6. Kytkimet yhdistetään renkaaksi. Jokainen kytkin käyttää kahta porttia muodostaakseen yhteyden renkaaseen ja tallentaa niiden tilat. Vaihtaa eteenpäinporttien tilat toisilleen. Laitteet käyttävät näitä tietoja porttien alkutilan asettamiseen.

Porteilla on vain kaksi roolia - tukossa и Huolinta.

Kytkin, jolla on korkein MAC-osoite, estää sen portin. Kaikki muut renkaan portit lähettävät dataa.

Jos estetty portti lakkaa toimimasta, seuraavasta portista, jolla on korkein MAC-osoite, tulee Estetty.

Käynnistyksen jälkeen kytkimet alkavat lähettää R-PDU:ita (Ring Protocol Data Units). R-PDU lähetetään monilähetyksenä. R-PDU on palveluviesti, aivan kuten BPDU RSTP:ssä. R-PDU sisältää kytkinportin tilat ja sen MAC-osoitteen.

Toimintojen algoritmi kanavavian sattuessa
Kun linkki epäonnistuu, kytkimet lähettävät R-PDU:ita ilmoittamaan, että porttien tila on muuttunut.

Toimintojen algoritmi kanavaa palautettaessa
Kun epäonnistunut linkki tulee online-tilaan, kytkimet lähettävät R-PDU:ita ilmoittamaan porteille tilan muutoksesta.

Kytkimestä, jolla on korkein MAC-osoite, tulee uusi pääkytkin.

Epäonnistunut kanava muuttuu varakanavaksi.

Palautuksen jälkeen yksi kanavaporteista pysyy lukittuna ja toinen siirretään edelleenlähetystilaan. Estetystä portista tulee nopein portti. Jos nopeudet ovat samat, kytkinportti, jolla on suurin MAC-osoite, lukittuu. Tämän periaatteen avulla voit estää portin, joka siirtyy estetystä tilasta edelleenlähetystilaan suurimmalla nopeudella.

Verkossa olevien laitteiden enimmäismäärä

Kytkimien enimmäismäärä ERR-renkaassa on 200.

Vuorovaikutus ERR:n ja RSTP:n välillä

RSTP:tä voidaan käyttää yhdessä ERR:n kanssa. Mutta RSTP-rengas ja ERR-rengas saavat leikata vain yhden kytkimen.

Yhteenveto

ERR sopii erinomaisesti tyypillisten topologioiden järjestämiseen. Esimerkiksi sormus tai kopioitu sormus.

Tällaisia ​​topologioita käytetään usein redundanssiin teollisuuslaitoksissa.

Lisäksi ERR:n avulla toinen topologia voidaan toteuttaa vähemmän luotettavasti, mutta kustannustehokkaammin. Tämä voidaan tehdä käyttämällä kaksoisrengasta.

Mutta aina ei ole mahdollista käyttää ERR:ää. On olemassa melko eksoottisia suunnitelmia. Testasimme seuraavan topologian yhden asiakkaamme kanssa.

Tässä tapauksessa ERR:ää ei voi hakea. Tässä järjestelmässä käytimme RSTP:tä. Asiakkaalla oli tiukka vaatimus konvergenssiajasta - alle 3 s. Tämän ajan saavuttamiseksi oli tarpeen määritellä selkeästi juurikytkimet (ensisijainen ja vara) sekä porttien kustannukset manuaalisessa tilassa.

Tämän seurauksena ERR:llä on huomattava etu konvergenssiajassa, mutta se ei tarjoa RSTP:n tarjoamaa joustavuutta.

Lähde: will.com