Detalles de implementación para RSTP y redundancia de anillo extendida patentada

En la red puede encontrar muchos materiales sobre el protocolo RSTP. En este artículo, propongo comparar el protocolo RSTP con el protocolo patentado de Phoenix Contact - Redundancia de anillo extendida.

Detalles de implementación de RSTP

Información general

Tiempo de convergencia : 1-10 s
Posibles topologías : cualquiera

Se cree ampliamente que RSTP le permite combinar interruptores solo en un anillo:


Pero RSTP le permite conectar interruptores arbitrariamente. Por ejemplo, RSTP puede manejar esta topología.



Principio de operación

RSTP reduce cualquier topología a un árbol. Uno de los conmutadores se convierte en el centro de la topología: el conmutador raíz. El conmutador raíz pasa la mayoría de los datos a través de sí mismo.

El principio de funcionamiento de RSTP es el siguiente:

1. se suministra energía a los interruptores;
2. se selecciona el interruptor raíz;
3. otros conmutadores determinan la ruta más rápida al conmutador raíz;
4. los canales restantes se bloquean y se vuelven redundantes.

Elegir un interruptor raíz

Los conmutadores RSTP intercambian paquetes BPDU. BPDU es un paquete de servicios que contiene información RSTP. Las BPDU vienen en dos tipos:

• Configuración BPDU.
• Notificación de cambio de topología.

Configuración BPDU se utiliza para construir la topología. Solo el conmutador raíz lo envía. La configuración BPDU contiene:

• ID del remitente (ID del puente);
• ID del puente raíz
• identificador del puerto desde el cual se envió el paquete (ID de puerto);
• El costo de la ruta al conmutador raíz (costo de ruta raíz).

La notificación de cambio de topología se puede enviar mediante cualquier conmutador. Se envían cuando cambia la topología.

Después de encender, todos los interruptores se consideran root. Comienzan a transmitir paquetes BPDU. Tan pronto como el conmutador recibe una BPDU con una ID de puente más pequeña que la suya, deja de considerarse raíz.

La identificación del puente consta de dos valores: dirección MAC y prioridad del puente. No podemos cambiar la dirección MAC. La prioridad de puente es 32768 de forma predeterminada. Si no cambia la prioridad de puente, el conmutador con la dirección MAC más baja se convertirá en la raíz. El conmutador con la dirección MAC más baja es el más antiguo y quizás no el más productivo. Se recomienda que determine manualmente el cambio raíz de topología. Para hacer esto, debe configurar una pequeña prioridad de puente en el conmutador raíz (por ejemplo, 0). También puede definir un conmutador raíz de respaldo dándole una prioridad de puente ligeramente mayor (por ejemplo, 4096).


Elegir una ruta al conmutador raíz

El conmutador raíz envía paquetes BPDU a todos los puertos activos. BPDU tiene un campo Costo de ruta. Costo de ruta significa el costo de la ruta. Cuanto mayor sea el costo de la ruta, más tiempo se transmitirá el paquete. Cuando la BPDU pasa por el puerto, el costo se agrega al campo Costo de ruta. El número agregado se llama Port Cost.



Agrega un valor específico al costo de ruta cuando una BPDU pasa a través de un puerto. El valor que se agrega se llama Costo del puerto y se puede determinar de forma manual o automática. El costo del puerto se puede determinar de forma manual y automática.

Cuando un conmutador no root tiene varias rutas alternativas a la raíz, elige la más rápida. Compara el costo del camino de estos caminos. El puerto desde el cual vino la BPDU con el costo de ruta más bajo se convierte en la raíz (puerto raíz).







El costo de los puertos que se asignan automáticamente se puede encontrar en la tabla:

Roles portuarios y estados

Los puertos de conmutador tienen varios estados y roles de puerto.

Estados de puerto (para STP):

• Deshabilitado - Inactivo.
• Bloqueo: escucha BPDU, pero no transmite. No transmite datos.
• Escuchar: escucha y transmite BPDU. No transmite datos.
• Aprendizaje: escucha y transmite BPDU. Se prepara para la transferencia de datos: completa la tabla de direcciones MAC.
• Reenvío: transmite datos, escucha y transmite BPDU.

El tiempo de convergencia STP es de 30-50 segundos. Después de encender el conmutador, todos los puertos pasan por todos los estados. En cada estado, el puerto es de unos segundos. Debido a este principio operativo, STP tiene un tiempo de convergencia tan largo. RSTP tiene menos estados de puerto.

Estados de puerto (para RSTP):

• Descarte - Inactivo.
• Descartando: escucha BPDU, pero no transmite. No transmite datos.
• Descarte: escucha y transmite BPDU. No transmite datos.
• Aprendizaje: escucha y transmite BPDU. Se prepara para la transferencia de datos: completa la tabla de direcciones MAC.
• Reenvío: transmite datos, escucha y transmite BPDU.
• En RSTP, los estados Desactivado, Bloqueo y Escucha se combinan en uno: Descartar.

Roles portuarios:

• Puerto raíz: puerto a través del cual se transmiten los datos. Sirve como la ruta más rápida al interruptor raíz.
• Puerto designado: puerto a través del cual se transmiten los datos. Definido para cada segmento LAN.
• Puerto alternativo: puerto a través del cual no se transmiten datos. Es una ruta alternativa al conmutador raíz.
• Puerto de respaldo: puerto a través del cual no se transmiten datos. Es la ruta de respaldo para un segmento donde un puerto con soporte RSTP ya está conectado. El puerto de respaldo se usa si dos canales del conmutador están conectados al mismo segmento (lea el concentrador).
• Puerto deshabilitado: RSTP está deshabilitado en este puerto.

La selección del puerto raíz se describe arriba. ¿Cómo se selecciona el puerto designado?

En primer lugar, definamos qué es un segmento LAN. El segmento LAN es un dominio de colisión. Para un conmutador o enrutador, cada puerto forma un dominio de colisión separado. Segmento LAN: un canal entre conmutadores o enrutadores. Si hablamos del concentrador, entonces el concentrador todos los puertos están en el mismo dominio de colisión.

Solo se asigna un puerto designado a un segmento.

En el caso de segmentos donde ya hay puertos raíz, todo está claro. El segundo puerto del segmento se convierte en Puerto designado.



Pero hay canales de respaldo donde habrá un puerto designado y un puerto alternativo. ¿Cómo serán elegidos? El puerto designado se convertirá en el puerto con el menor costo de ruta al conmutador raíz. Si los costos de la ruta son iguales, entonces el puerto designado será el puerto que reside en el conmutador con la ID de puente más baja. Si la ID del puente es igual, el puerto designado se convierte en el puerto con el número más bajo. El segundo puerto será alternativo.





El último momento permanece: ¿cuándo se asigna la función de respaldo al puerto? Como ya se mencionó anteriormente, el puerto de respaldo se usa solo cuando dos canales del conmutador están conectados a un segmento, es decir, al concentrador. En este caso, el puerto designado se selecciona exactamente de acuerdo con el mismo criterio:

• Menor costo de ruta al conmutador raíz.
• Menos identificación del puente.
• ID de puerto mínimo.

Número máximo de dispositivos en la red.

El estándar IEEE 802.1D no impone requisitos estrictos sobre la cantidad de dispositivos en una LAN con RSTP. Pero el estándar recomienda no usar más de 7 interruptores en una rama (no más de 7 saltos), es decir. no más de 15 en el ring. Si se excede este valor, el tiempo de convergencia de la red comienza a aumentar.

Detalles de la implementación de ERR.

Información general

Tiempo de convergencia

Tiempo de convergencia ERR - 15 ms. Con el número máximo de interruptores en el anillo y la presencia de anillos de emparejamiento - 18 ms.

Posibles topologías

ERR no permite que los dispositivos se combinen libremente como RSTP. ERR tiene topologías claras que puede usar:

• Anillo
• Anillo duplicado
• Empareja hasta tres anillos

Anillo



Cuando todos los conmutadores están unidos en un anillo en ERR, en cada conmutador es necesario configurar los puertos que participarán en la construcción del anillo.

Doble anillo


Los interruptores se pueden combinar en un anillo doble, lo que aumenta considerablemente la fiabilidad del anillo.

Limitaciones de doble anillo:

• No se puede usar un anillo doble para emparejar interruptores con otros anillos. Para hacer esto, use el acoplamiento de anillo.
• No se puede usar un anillo doble para un anillo de emparejamiento.

Anillos de emparejamiento



Cuando el emparejamiento en la red no puede tener más de 200 dispositivos.

Emparejar anillos implica combinar los anillos restantes en otro anillo.

Si el anillo está conectado al anillo de emparejamiento a través de un interruptor, esto se llama emparejar los anillos a través de un interruptor . Si dos interruptores del anillo local están conectados al anillo de emparejamiento, se emparejará a través de dos interruptores .

Al emparejar a través de un interruptor en el dispositivo, ambos puertos están habilitados. El tiempo de convergencia en este caso será de aproximadamente 15-17 ms. Con este emparejamiento, el interruptor de emparejamiento será un punto de falla, porque habiendo perdido este interruptor, todo el anillo se pierde inmediatamente. Emparejar a través de dos interruptores evita esto.





Es posible hacer coincidir anillos duplicados.



Control de ruta


La función de control de ruta le permite configurar los puertos a través de los cuales se transmitirán los datos en funcionamiento normal. Si el canal falla y la red se reconstruye a la topología de respaldo, luego de la restauración del canal, la red se reconstruye nuevamente a la topología especificada.

Esta característica ahorra en cable redundante. Además, siempre se conocerá la topología utilizada para solucionar problemas.

La topología principal cambia a copia de seguridad en 15 ms. La conmutación inversa durante la recuperación de la red llevará unos 30 ms.

Limitaciones:

• No se puede usar con doble anillo.
• La función debe estar habilitada en todos los conmutadores de la red.
• Uno de los conmutadores está configurado como un asistente de Control de ruta.
• La transición automática a la topología principal después de la recuperación se lleva a cabo después de 1 segundo de forma predeterminada (este parámetro se puede cambiar usando SNMP en el rango de 0 sa 99 s).

Principio de operación



Principio de funcionamiento de ERR

Por ejemplo, considere seis interruptores: 1-6. Los interruptores están anillados juntos. Cada conmutador utiliza dos puertos para conectarse al anillo y almacena sus estados. Cambia los estados de puerto hacia adelante entre sí. Los datos de este dispositivo se utilizan para establecer el estado inicial de los puertos.


Los puertos solo tienen dos roles: bloqueado y reenvío .

El conmutador con la dirección MAC más alta bloquea el puerto. Todos los demás puertos en el anillo transmiten datos.

Si el puerto bloqueado deja de funcionar, el siguiente puerto con la dirección MAC más grande se bloquea.

Después del arranque, los conmutadores comienzan a enviar la Unidad de datos de protocolo de anillo (R-PDU). R-PDU se transmite mediante multidifusión. La R-PDU es un mensaje de servicio, como las BPDU en RSTP. La R-PDU contiene los estados de puerto del conmutador y su dirección MAC.

Algoritmo de falla de canal
Cuando falla un enlace, los conmutadores envían una R-PDU para notificarles los cambios de estado del puerto.

Algoritmo de recuperación de canal
Cuando se pone en funcionamiento un canal fallido, los conmutadores envían una R-PDU para notificarles un cambio en el estado del puerto.

El conmutador con la dirección MAC más alta se convierte en el nuevo conmutador raíz.

Un canal fallido se convierte en una copia de seguridad.











Después de la recuperación, uno de los puertos del canal permanece bloqueado y el segundo se pone en estado de reenvío. Un puerto bloqueado se convierte en el puerto con la velocidad más alta. Si las velocidades son iguales, entonces el puerto del switch con la dirección MAC más alta se bloqueará. Este principio le permite bloquear un puerto que pasa de bloqueado a reenvío a la velocidad máxima.



Número máximo de dispositivos en la red.

El número máximo de interruptores en un anillo ERR es 200.

Interoperabilidad de ERR y RSTP

RSTP se puede usar en combinación con ERR. Pero el anillo RSTP y el anillo ERR deben cruzar solo a través de un interruptor.



Resumen

ERR es ideal para organizar topologías típicas. Por ejemplo, un anillo o un anillo duplicado.





Con frecuencia se utilizan topologías similares para la redundancia en instalaciones industriales.

Además, con la ayuda de ERR, la segunda topología se puede implementar de manera menos confiable, pero más presupuestaria. Esto se puede hacer usando un anillo duplicado.



Pero no siempre es posible aplicar ERR. Hay esquemas bastante exóticos. Con uno de nuestros clientes, probamos la siguiente topología.



En este caso, ERR no es posible aplicar. Para tal esquema, usamos RSTP. El cliente tenía un estricto requisito de tiempo de convergencia de menos de 3 s. Para lograr este tiempo, era necesario identificar claramente los conmutadores raíz (primario y de respaldo), así como el costo de los puertos en modo manual.

Como resultado, ERR gana notablemente en el tiempo de convergencia, pero no proporciona la flexibilidad que proporciona RSTP.