Pojedinosti implementacije RSTP-a i vlasničkih protokola Extended Ring Redundancy

Na Internetu možete pronaći mnogo materijala o RSTP protokolu. U ovom članku predlažem usporedbu RSTP protokola s vlasničkim protokolom iz Phoenix Contact – Proširena redundantnost prstena.

Detalji implementacije RSTP-a

Pregled

Vrijeme konvergencije – 1-10 s
Moguće topologije – bilo koji

Uvriježeno je mišljenje da RSTP dopušta samo povezivanje sklopki u prsten:

Ali RSTP vam omogućuje spajanje preklopnika na bilo koji način. Na primjer, RSTP može obraditi ovu topologiju.

Načelo rada

RSTP svodi svaku topologiju na stablo. Jedan od preklopnika postaje središte topologije – korijenski preklopnik. Root switch kroz sebe nosi najviše podataka.

Princip rada RSTP-a je sljedeći:

1. napajanje se dovodi do prekidača;
2. odabran je korijenski prekidač;
3. preostali prekidači određuju najbrži put do korijenskog prekidača;
4. preostali kanali su blokirani i postaju rezervni.

Odabir korijenskog prekidača

Prekidači s RSTP-om razmjenjuju BPDU pakete. BPDU je servisni paket koji sadrži RSTP informacije. BPDU postoji u dvije vrste:

• Konfiguracija BPDU.
• Obavijest o promjeni topologije.

Konfiguracijski BPDU koristi se za izgradnju topologije. Šalje ga samo root switch. Konfiguracijski BPDU sadrži:

• ID pošiljatelja (Bridge ID);
• ID korijenskog mosta;
• identifikator porta s kojeg je ovaj paket poslan (Port ID);
• trošak rute do korijenskog preklopnika (Root Path Cost).

Svaki prekidač može poslati obavijest o promjeni topologije. Šalju se kada se topologija promijeni.

Nakon uključivanja, svi prekidači sebe smatraju root prekidačima. Počinju slati BPDU pakete. Čim prekidač primi BPDU s nižim Bridge ID-om od vlastitog, više se ne smatra glavnim prekidačem.

Bridge ID se sastoji od dvije vrijednosti - MAC adrese i Bridge Priority. Ne možemo promijeniti MAC adresu. Prioritet mosta prema zadanim postavkama je 32768. Ako ne promijenite prioritet mosta, prekidač s najnižom MAC adresom postat će glavni prekidač. Prekidač s najmanjom MAC adresom je najstariji i možda nema najučinkovitiji. Preporuča se da ručno definirate root switch vaše topologije. Da biste to učinili, trebate konfigurirati mali prioritet mosta (na primjer, 0) na glavnom prekidaču. Također možete definirati rezervnu korijensku sklopku tako da joj date malo viši Bridge prioritet (na primjer, 4096).

Odabir putanje do root switcha

Root switch šalje BPDU pakete svim aktivnim portovima. BPDU ima polje Path Cost. Path Cost označava trošak puta. Što je veća cijena puta, to je duže potrebno za prijenos paketa. Kada BPDU prolazi kroz port, trošak se dodaje polju Path Cost. Dodani broj naziva se trošak luke.

Dodaje određenu vrijednost trošku puta kada BPDU prolazi kroz priključak. Vrijednost koja se dodaje naziva se trošak luke i može se odrediti ručno ili automatski. Trošak luke može se odrediti ručno ili automatski.

Kada prekidač koji nije root ima nekoliko alternativnih puteva do roota, odabire najbrži. Uspoređuje trošak puta ovih putova. Port iz kojeg je BPDU došao s najnižim troškom puta postaje glavni port.

Troškove priključaka koji se automatski dodjeljuju možete vidjeti u tablici:

Brzina prijenosa porta
Trošak luke

10 Mbps
2 000 000

100 Mbps
200 000

1 Gb / s
20 000

10 Gb / s
2 000

Uloge i statusi luka

Priključci prekidača imaju nekoliko statusa i uloga priključaka.

Statusi priključaka (za STP):

• Onemogućeno – neaktivno.
• Blokiranje – sluša BPDU, ali ne prenosi. Ne prenosi podatke.
• Slušanje – sluša i odašilje BPDU. Ne prenosi podatke.
• Učenje – sluša i prenosi BPDU. Priprema za prijenos podataka - popunjava tablicu MAC adresa.
• Prosljeđivanje – prosljeđuje podatke, sluša i odašilje BPDU.

Vrijeme konvergencije STP-a je 30-50 sekundi. Nakon uključivanja switcha, svi portovi prolaze kroz sve statuse. Port ostaje u svakom statusu nekoliko sekundi. Ovo načelo rada je razlog zašto STP ima tako dugo vrijeme konvergencije. RSTP ima manje portova.

Statusi priključaka (za RSTP):

• Odbacivanje – neaktivno.
• Odbacivanje – sluša BPDU, ali ne prenosi. Ne prenosi podatke.
• Odbacivanje – sluša i odašilje BPDU. Ne prenosi podatke.
• Učenje – sluša i prenosi BPDU. Priprema za prijenos podataka - popunjava tablicu MAC adresa.
• Prosljeđivanje – prosljeđuje podatke, sluša i odašilje BPDU.
• U RSTP-u statusi Onemogućeno, Blokiranje i Slušanje kombinirani su u jedan – Odbacivanje.

Uloge luka:

• Root port – port preko kojeg se podaci prenose. Služi kao najbrži put do root switcha.
• Određeni priključak – priključak kroz koji se podaci prenose. Definirano za svaki LAN segment.
• Alternativni port – port preko kojeg se podaci ne prenose. To je alternativni put do root switcha.
• Rezervni port – port preko kojeg se podaci ne prenose. To je rezervni put za segment na kojem je već spojen jedan port s omogućenim RSTP-om. Rezervni port se koristi ako su dva preklopna kanala spojena na jedan segment (čitaj čvorište).
• Onemogućeni priključak – RSTP je onemogućen na ovom priključku.

Gore je opisan izbor korijenskog priključka. Kako se odabire određeni priključak?

Prije svega, definirajmo što je LAN segment. LAN segment je domena kolizije. Za preklopnik ili usmjerivač, svaki port tvori zasebnu domenu kolizije. LAN segment je kanal između preklopnika ili usmjerivača. Ako govorimo o hubu, onda hub ima sve svoje portove u istoj domeni kolizije.

Samo jedan određeni priključak je dodijeljen po segmentu.

U slučaju segmenata gdje već postoje Root Portovi, sve je jasno. Drugi priključak na segmentu postaje označeni priključak.

Ali ostaju rezervni kanali, gdje će postojati jedan određeni port i jedan alternativni port. Kako će oni biti odabrani? Određeni priključak bit će priključak s najnižim troškom puta do korijenskog preklopnika. Ako su troškovi staze jednaki, tada će određeni priključak biti priključak koji se nalazi na preklopniku s najnižim ID-om mosta. Ako su i Bridge ID jednaki, tada Određeni port postaje port s najmanjim brojem. Drugi port će biti Alternate.

Postoji još jedna posljednja točka: kada se uloga sigurnosne kopije dodjeljuje priključku? Kao što je već gore napisano, Backup port se koristi samo kada su dva switch kanala spojena na isti segment, odnosno na hub. U ovom slučaju, Određena luka odabire se prema točno istim kriterijima:

• Najniža cijena puta do root switcha.
• Najmanji ID mosta.
• Najmanji ID priključka.

Maksimalan broj uređaja na mreži

Standard IEEE 802.1D nema stroge zahtjeve za broj uređaja na LAN-u s RSTP-om. Ali standard preporučuje korištenje ne više od 7 prekidača u jednoj grani (ne više od 7 skokova), tj. ne više od 15 u prstenu. Kada se ova vrijednost premaši, vrijeme konvergencije mreže počinje se povećavati.

Detalji implementacije ERR-a.

Pregled

Vrijeme konvergencije

Vrijeme konvergencije ERR-a je 15 ms. S maksimalnim brojem prekidača u prstenu i prisustvom uparivanja prstena – 18 ms.

Moguće topologije

ERR ne dopušta slobodno kombiniranje uređaja kao RSTP. ERR ima jasne topologije koje se mogu koristiti:

• Prsten
• Dvostruki prsten
• Uparite do tri prstena

Prsten

Kada ERR spaja sve preklopnike u jedan prsten, tada je na svakom preklopniku potrebno konfigurirati portove koji će sudjelovati u izgradnji prstena.

Dupli prsten


Prekidači se mogu kombinirati u dvostruki prsten, što značajno povećava pouzdanost prstena.

Ograničenja dvostrukih zvona:

• Dvostruki prsten ne može se koristiti za povezivanje prekidača s drugim prstenovima. Da biste to učinili, morate koristiti prstenastu spojku.
• Dvostruki prsten ne može se koristiti za parni prsten.

Prstenje za uparivanje

Prilikom uparivanja ne smije biti više od 200 uređaja na mreži.

Uparivanje prstenova uključuje kombiniranje preostalih prstenova u drugi prsten.

Ako je prsten spojen na prsten sučelja preko jednog prekidača, tada se to zove uparivanje prstenova preko jednog prekidača. Ako su dva preklopnika iz lokalnog prstena spojena na prsten sučelja, tada će to biti uparivanje preko dva prekidača.

Prilikom uparivanja putem jednog prekidača na uređaju koriste se oba priključka. Vrijeme konvergencije u ovom slučaju bit će približno 15-17 ms. S takvim uparivanjem, prekidač za uparivanje bit će točka kvara, jer Gubitkom ovog prekidača gubi se cijeli prsten odjednom. Uparivanje putem dva prekidača to izbjegava.

Moguće je spojiti duple prstenove.

Kontrola putanje


Funkcija Path Control omogućuje vam da konfigurirate priključke kroz koje će se podaci prenositi u normalnom radu. Ako kanal ne uspije i mreža se ponovno izgradi na rezervnu topologiju, tada će se nakon vraćanja kanala mreža ponovno izgraditi na navedenu topologiju.

Ova vam značajka omogućuje uštedu na rezervnom kabelu. Štoviše, topologija koja se koristi za rješavanje problema uvijek će biti poznata.

Glavna topologija se prebacuje na pričuvnu topologiju za 15 ms. Vraćanje nakon ponovnog uspostavljanja mreže trajat će oko 30 ms.

ograničenja:

• Ne može se koristiti u kombinaciji s Dual Ring.
• Značajka mora biti omogućena na svim preklopnicima u mreži.
• Jedan od prekidača je konfiguriran kao Path Control master.
• Automatski prijelaz na glavnu topologiju nakon oporavka prema zadanim postavkama događa se nakon 1 sekunde (ovaj parametar se može promijeniti pomoću SNMP-a u rasponu od 0 s do 99 s).

Načelo rada

Princip rada ERR-a

Na primjer, razmotrite šest prekidača - 1-6. Prekidači su spojeni u prsten. Svaki prekidač koristi dva porta za spajanje na prsten i pohranjuje njihove statuse. Međusobno prebacuje statuse priključaka. Uređaji koriste te podatke za postavljanje početnog stanja portova.

Portovi imaju samo dvije uloge - Blokiran и prosljeđivanje.

Prekidač s najvišom MAC adresom blokira svoj port. Svi ostali portovi u prstenu šalju podatke.

Ako blokirani port prestane raditi, tada sljedeći port s najvišom MAC adresom postaje blokiran.

Nakon pokretanja, sklopke počinju slati Ring Protocol Data Units (R-PDU). R-PDU se prenosi multicastom. R-PDU je servisna poruka, baš kao BPDU u RSTP-u. R-PDU sadrži statuse priključaka preklopnika i njegovu MAC adresu.

Algoritam radnji u slučaju kvara kanala
Kada veza ne uspije, preklopnici šalju R-PDU-ove da obavijeste da se status portova promijenio.

Algoritam radnji prilikom vraćanja kanala
Kada neuspješna veza dođe na mrežu, preklopnici šalju R-PDU-ove da obavijeste portove o promjeni statusa.

Prekidač s najvišom MAC adresom postaje novi glavni preklopnik.

Kanal koji nije uspio postaje rezervni.

Nakon vraćanja, jedan od portova kanala ostaje blokiran, a drugi se prebacuje u stanje prosljeđivanja. Blokirani port postaje port s najvećom brzinom. Ako su brzine jednake, tada će port preklopnika s najvišom MAC adresom biti blokiran. Ovo načelo omogućuje blokiranje porta koji će se maksimalnom brzinom pomaknuti iz blokiranog stanja u stanje prosljeđivanja.

Maksimalan broj uređaja na mreži

Maksimalni broj prekidača u ERR prstenu je 200.

Interakcija između ERR-a i RSTP-a

RSTP se može koristiti u kombinaciji s ERR. Ali RSTP prsten i ERR prsten moraju se presijecati samo kroz jedan prekidač.

Rezime

ERR je odličan za organiziranje tipičnih topologija. Na primjer, prsten ili duplicirani prsten.

Takve se topologije često koriste za redundanciju u industrijskim objektima.

Štoviše, uz pomoć ERR-a, druga topologija može se implementirati manje pouzdano, ali isplativije. To se može učiniti pomoću duplikata prstena.

Ali nije uvijek moguće koristiti ERR. Postoje prilično egzotične sheme. Testirali smo sljedeću topologiju s jednim od naših kupaca.

U ovom slučaju nije moguće primijeniti ERR. Za ovu shemu koristili smo RSTP. Kupac je imao strog zahtjev za vremenom konvergencije - manje od 3 s. Da bi se to vrijeme postiglo, bilo je potrebno jasno definirati root preklopnike (primarne i rezervne), kao i cijenu portova u ručnom načinu rada.

Kao rezultat toga, ERR ima primjetnu prednost u smislu vremena konvergencije, ali ne pruža fleksibilnost koju pruža RSTP.

Izvor: www.habr.com