Détails d'implémentation pour RSTP et la redondance en anneau étendue propriétaire

Sur le réseau, vous pouvez trouver beaucoup de documents sur le protocole RSTP. Dans cet article, je propose de comparer le protocole RSTP avec le protocole propriétaire de Phoenix Contact - Extended Ring Redundancy.

Détails d'implémentation RSTP

Informations générales

Temps de convergence - 1-10 s
Topologies possibles - toutes

Il est largement admis que RSTP vous permet de combiner les commutateurs uniquement dans un anneau:


Mais RSTP vous permet de connecter arbitrairement des commutateurs. Par exemple, RSTP peut gérer cette topologie.



Principe de fonctionnement

RSTP réduit toute topologie à un arbre. L'un des commutateurs devient le centre de la topologie - le commutateur racine. Le commutateur racine transmet la plupart des données par lui-même.

Le principe de fonctionnement du RSTP est le suivant:

1. l'alimentation est fournie aux commutateurs;
2. le commutateur racine est sélectionné;
3. d'autres commutateurs déterminent le chemin le plus rapide vers le commutateur racine;
4. les canaux restants sont bloqués et deviennent redondants.

Choisir un commutateur racine

Les commutateurs RSTP échangent des paquets BPDU. BPDU est un ensemble de services qui contient des informations RSTP. Les BPDU sont de deux types:

• Configuration BPDU.
• Notification de changement de topologie.

La configuration BPDU est utilisée pour créer la topologie. Seul le commutateur racine l'envoie. La configuration BPDU contient:

• ID de l'expéditeur (ID de pont);
• ID du pont racine
• identifiant du port à partir duquel le paquet a été envoyé (ID de port);
• le coût de la route vers le commutateur racine (Root Path Cost).

La notification de modification de la topologie peut être envoyée par n'importe quel commutateur. Ils sont envoyés lorsque la topologie change.

Après la mise sous tension, tous les commutateurs se considèrent comme root. Ils commencent à transmettre des paquets BPDU. Dès que le commutateur reçoit une BPDU avec un ID de pont plus petit que le sien, il cesse de se considérer comme root.

L'ID de pont se compose de deux valeurs - l'adresse MAC et la priorité du pont. Nous ne pouvons pas changer l'adresse MAC. La priorité du pont est 32 768 par défaut. Si vous ne changez pas la priorité du pont, le commutateur avec l'adresse MAC la plus basse deviendra la racine. Le commutateur avec l'adresse MAC la plus basse est le plus ancien et peut-être pas le plus productif. Il est recommandé de déterminer manuellement le commutateur racine de topologie. Pour ce faire, vous devez configurer une petite priorité de pont sur le commutateur racine (par exemple, 0). Vous pouvez également définir un commutateur racine de sauvegarde en lui donnant une priorité de pont légèrement plus grande (par exemple, 4096).


Choisir un chemin vers le commutateur racine

Le commutateur racine envoie des paquets BPDU à tous les ports actifs. BPDU possède un champ Path Cost. Coût du chemin signifie le coût du chemin. Plus le coût du chemin est élevé, plus le paquet est transmis sur celui-ci. Lorsque le BPDU passe par le port, le coût est ajouté au champ Path Cost. Le numéro ajouté est appelé Coût du port.



Ajoute une valeur spécifique au coût du chemin lorsqu'un BPDU passe par un port. La valeur ajoutée s'appelle le coût du port et peut être déterminée manuellement ou automatiquement. Le coût du port peut être déterminé manuellement et automatiquement.

Lorsqu'un commutateur non root a plusieurs chemins alternatifs vers la racine, il choisit le plus rapide. Il compare le coût du chemin de ces chemins. Le port d'où provient le BPDU avec le coût de chemin le plus bas devient la racine (port racine).







Le coût des ports attribués automatiquement se trouve dans le tableau:

Rôles et statuts des ports

Les ports de commutateur ont plusieurs statuts et rôles de port.

États des ports (pour STP):

• Désactivé - Inactif.
• Blocage - écoute BPDU, mais ne transmet pas. Ne transmet pas de données.
• Écoute - écoute et transmet BPDU. Ne transmet pas de données.
• Apprentissage - écoute et transmet BPDU. Prépare le transfert de données - remplit la table d'adresses MAC.
• Transfert - transmet des données, écoute et transmet BPDU.

Le temps de convergence STP est de 30 à 50 secondes. Une fois le commutateur activé, tous les ports passent par tous les états. Dans chaque état, le port est de quelques secondes. En raison de ce principe de fonctionnement, STP a un temps de convergence si long. RSTP a moins de statuts de port.

États des ports (pour RSTP):

• Rejet - Inactif.
• Rejet - écoute BPDU, mais ne transmet pas. Ne transmet pas de données.
• Rejet - écoute et transmet BPDU. Ne transmet pas de données.
• Apprentissage - écoute et transmet BPDU. Prépare le transfert de données - remplit la table d'adresses MAC.
• Transfert - transmet des données, écoute et transmet BPDU.
• Dans RSTP, les statuts Disabled, Blocking et Listening sont combinés en un seul - Discarding.

Rôles de port:

• Port racine - port par lequel les données sont transmises. Il s'agit de l'itinéraire le plus rapide vers le commutateur racine.
• Port désigné - port par lequel les données sont transmises. Défini pour chaque segment LAN.
• Port alternatif - port par lequel les données ne sont pas transmises. Il s'agit d'un chemin alternatif vers le commutateur racine.
• Port de sauvegarde - port par lequel les données ne sont pas transmises. Il s'agit du chemin de sauvegarde d'un segment où un port prenant en charge RSTP est déjà connecté. Le port de sauvegarde est utilisé si deux canaux du commutateur sont connectés au même segment (lire le concentrateur).
• Port désactivé - RSTP est désactivé sur ce port.

La sélection du port racine est décrite ci-dessus. Comment le port désigné est-il sélectionné?

Tout d'abord, définissons ce qu'est un segment LAN. Le segment LAN est un domaine de collision. Pour un commutateur ou un routeur, chaque port forme un domaine de collision distinct. Segment LAN - un canal entre des commutateurs ou des routeurs. Si nous parlons du concentrateur, alors le concentrateur tous les ports sont dans le même domaine de collision.

Un seul port désigné est affecté à un segment.

Dans le cas de segments où il existe déjà des ports racine, tout est clair. Le deuxième port du segment devient Port désigné.



Mais il existe des canaux de sauvegarde où il y aura un port désigné et un port alternatif. Comment seront-ils choisis? Le port désigné deviendra le port avec le plus petit coût de chemin vers le commutateur racine. Si les coûts de chemin sont égaux, le port désigné sera le port qui réside sur le commutateur avec l'ID de pont le plus bas. Si l'ID de pont est égal, le port désigné devient le port avec le numéro le plus bas. Le deuxième port sera Alternate.





Le dernier moment demeure: quand le rôle de sauvegarde est-il attribué au port? Comme déjà mentionné ci-dessus, le port de sauvegarde n'est utilisé que lorsque deux canaux du commutateur sont connectés à un segment, c'est-à-dire au concentrateur. Dans ce cas, le port désigné est sélectionné exactement selon les mêmes critères:

• Coût le moins élevé pour le commutateur racine.
• ID du pont le plus petit.
• ID du port le plus petit.

Nombre maximum d'appareils sur le réseau

La norme IEEE 802.1D n'impose pas d'exigences strictes sur le nombre d'appareils dans un LAN avec RSTP. Mais la norme recommande d'utiliser pas plus de 7 commutateurs dans une branche (pas plus de 7 sauts), c'est-à-dire pas plus de 15 dans le ring. Si cette valeur est dépassée, le temps de convergence du réseau commence à augmenter.

Détails de la mise en œuvre de l'ERR.

Informations générales

Temps de convergence

Temps de convergence ERR - 15 ms. Avec le nombre maximum de commutateurs dans l'anneau et la présence d'anneaux d'appariement - 18 ms.

Topologies possibles

ERR ne permet pas de combiner librement des appareils en RSTP. ERR a des topologies claires que vous pouvez utiliser:

• Bague
• Bague en double
• Associez jusqu'à trois anneaux

Bague



Lorsque tous les commutateurs sont réunis en un seul anneau dans ERR, puis sur chaque commutateur, il est nécessaire de configurer les ports qui participeront à la construction de l'anneau.

Anneau double


Les commutateurs peuvent être combinés en un double anneau, ce qui augmente considérablement la fiabilité de l'anneau.

Limitations de la double sonnerie:

• Un double anneau ne peut pas être utilisé pour coupler des commutateurs avec d'autres anneaux. Pour ce faire, utilisez l'anneau de couplage.
• Un anneau double ne peut pas être utilisé pour un anneau d'appariement.

Anneaux d'appariement



Lorsque l'appairage dans le réseau ne peut pas dépasser 200 appareils.

L'appariement des anneaux implique la combinaison des anneaux restants dans un autre anneau.

Si l'anneau est connecté à l'anneau de couplage via un commutateur, cela s'appelle couplage des anneaux via un commutateur . Si deux commutateurs de l'anneau local sont connectés à l'anneau de couplage, ce couplage s'effectue via deux commutateurs .

Lors du couplage via un commutateur sur l'appareil, les deux ports sont activés. Le temps de convergence dans ce cas sera d'environ 15-17 ms. Avec ce couplage, le commutateur de couplage sera un point d'échec, car ayant perdu cet interrupteur, l'anneau entier est immédiatement perdu. Le couplage via deux commutateurs évite cela.





Il est possible de faire correspondre des anneaux en double.



Contrôle de chemin


La fonction Path Control vous permet de configurer les ports par lesquels les données seront transmises en fonctionnement normal. Si le canal échoue et que le réseau est reconstruit dans la topologie de sauvegarde, puis après la restauration du canal, le réseau est reconstruit dans la topologie spécifiée.

Cette fonction permet d'économiser sur le câble redondant. De plus, la topologie utilisée pour le dépannage sera toujours connue.

La topologie principale passe à la sauvegarde en 15 ms. La commutation inverse pendant la récupération du réseau prendra environ 30 ms.

Limitations:

• Ne peut pas être utilisé avec Dual Ring.
• La fonction doit être activée sur tous les commutateurs du réseau.
• L'un des commutateurs est configuré comme un assistant de contrôle de chemin.
• La transition automatique vers la topologie principale après la restauration est effectuée après 1 seconde par défaut (ce paramètre peut être modifié à l'aide de SNMP dans la plage de 0 s à 99 s).

Principe de fonctionnement



Principe de fonctionnement ERR

Par exemple, considérons six commutateurs - 1-6. Les interrupteurs sont reliés ensemble. Chaque commutateur utilise deux ports pour se connecter à l'anneau et stocke leurs états. Bascule les états des ports entre eux. Ces données de périphérique sont utilisées pour définir l'état initial des ports.


Les ports n'ont que deux rôles - Bloqué et Transfert .

Le commutateur avec l'adresse MAC la plus élevée bloque le port. Tous les autres ports de l'anneau transmettent des données.

Si le port bloqué cesse de fonctionner, le port suivant avec la plus grande adresse MAC devient bloqué.

Après le démarrage, les commutateurs commencent à envoyer la Ring Protocol Data Unit (R-PDU). La R-PDU est transmise par multidiffusion. La R-PDU est un message de service, comme les BPDU dans RSTP. La R-PDU contient les états de port du commutateur et son adresse MAC.

Algorithme d'échec de canal
Lorsqu'une liaison échoue, les commutateurs envoient une R-PDU pour les informer des changements d'état du port.

Algorithme de récupération de canal
Lorsqu'un canal défaillant est mis en service, les commutateurs envoient une R-PDU pour les informer d'un changement d'état du port.

Le commutateur avec l'adresse MAC la plus élevée devient le nouveau commutateur racine.

Un canal défaillant devient une sauvegarde.











Après la récupération, l'un des ports de canal reste bloqué et le second est mis en état de transfert. Un port bloqué devient le port avec la vitesse la plus élevée. Si les vitesses sont égales, le port de commutateur avec l'adresse MAC la plus élevée sera bloqué. Ce principe vous permet de bloquer un port qui passe du bloqué au transfert à vitesse maximale.



Nombre maximum d'appareils sur le réseau

Le nombre maximum de commutateurs dans un anneau ERR est de 200.

Interopérabilité des ERR et RSTP

RSTP peut être utilisé en combinaison avec ERR. Mais l'anneau RSTP et l'anneau ERR ne doivent traverser que par un seul commutateur.



Résumé

ERR est idéal pour organiser des topologies typiques. Par exemple, un anneau ou un anneau dupliqué.





Des topologies similaires sont souvent utilisées pour la redondance dans les installations industrielles.

De plus, avec l'aide d'ERR, la deuxième topologie peut être implémentée de manière moins fiable, mais plus budgétaire. Cela peut être fait en utilisant un anneau dupliqué.



Mais il n'est pas toujours possible d'appliquer l'ERR. Il existe des schémas assez exotiques. Avec l'un de nos clients, nous avons testé la topologie suivante.



Dans ce cas, ERR n'est pas possible d'appliquer. Pour un tel schéma, nous avons utilisé RSTP. Le client avait une exigence de temps de convergence stricte de moins de 3 s. Pour atteindre ce délai, il était nécessaire d'identifier clairement les commutateurs racine (principal et de secours), ainsi que le coût des ports en mode manuel.

En conséquence, ERR gagne sensiblement en temps de convergence, mais n'offre pas la flexibilité qu'offre RSTP.