http://www.hirschmann.ru/industrial/tech/

Отказоустойчивая технология HIPER-Ring

Одним из важнейших требований, предъявляемых к современным сетям передачи данных, бесспорно, является надежность. Для индустриальных сетей крайне необходимо свойство «детерминированности», т.е. гарантированной доставки информации в обусловленные сроки. Потеря данных означает здесь потерю управления. На промышленных и транспортных предприятиях это может повлечь катастрофичные последствия. Можете себе представить, что может случиться за считанные минуты сбоя, например, в системе сигнализации метрополитена или в системе управления роботами на конвейере автомобильного завода, или потере информации о финансовой операции банка?

Учитывая вышеуказанные требования к сетям, компания Hirschmann разработала отказоустойчивую технологию HIPER-Ring, в основу которой положена концепция резервных соединений, однако качественно она значительно превосходит «офисную» технологию Spanning Tree.

Особенностью технологии HIPER-Ring является полное восстановление работоспособности сети в случае аварии не более, чем через 300 мс. (по технологии Spanning Tree время восстановления может достигать нескольких минут). Коммутаторы соединяются друг с другом, образуя кольцо, в котором одно из соединений является резервным. Управляющий коммутатор рассылает тест-пакеты и проверяет исправность сети. В случае обнаружения сбоя, оно активизирует резервную связь и перенаправляет данные по ней без потери информации.

Таким образом, в случае какой-либо аварии в сети (обрыв кабеля, поломка оборудования, потеря электропитания и т.п.) работоспособность сети будет полностью восстановлена менее, чем через 300 миллисекунд, причем передаваемые данные не будут потеряны.

Описание алгоритма и принципов работы

Следует отметить, что Ethernet является шинной архитектурой, и если образуется кольцо или петля, то любой кадр Ethernet-вещания будет послан вокруг петли, что вызовет широковещательный шторм и приведет к остановке сети. Однако HIPER-Ring учитывает это ограничение. Hirschmann разработала "Менеджер Резерва" – Redundancy Manager – коммутатор Ethernet, в который добавлены способности для преодоления архитектурных ограничений Ethernet, описанных выше. В дополнение ко всем стандартным Ethernet функциям коммутации, "Менеджер Резерва" позволяет создать физическое 200Mbps (для оборудования серии Industrial-Line) или 2 Gbps (для коммутаторов МАСН 3000) кольцо путем соединения обоих концов традиционной Ethernet Шины. Хотя Ethernet шина физически замкнута, "Менеджер Резерва" логически разрывает её. Результат этого разрыва – передающиеся кадры не будут зациклены петлей.

Логически у Менеджера Резерва имеются две стороны (соединение между ними и есть резервная связь), каждая из которых по кольцу непрерывно передает другой стороне и принимает от неё в режиме реального времени диагностические сообщения. При посылке сообщениям присваивают идентификатор и приоритет по стандарту 802.1p. Идентификатор позволяет отдаленному порту приема "подсчитывать" их в нем, а высокий приоритет позволяет фреймам пройти наиболее быстрым путем через любой коммутатор в кольце, поддерживающий 802.1p стандарт. Результат этого – получение в режиме реального времени сообщения о фактическом состоянии сети в любой момент.

В случае сбоя в кольце, то есть когда выходят из строя узел или кабель, Менеджер Резерва все еще будет передавать на оба кольцевых порта, однако, из-за неисправности не все устройства в кольце получат диагностические сообщения. В этом случае обе стороны Менеджера Резерва интерпретируют эту потерю диагностических данных, как аварию в сети. При обнаружении аварии, Менеджер Резерва задействует внутреннюю связь, соединяя обе стороны, что возвращает сеть к полностью работоспособному состоянию. На обнаружение поломки и процесс «заживления» сети уйдет в среднем от 20 до 300 мс, в зависимости от размеров кольца.

Кроме того, система сама определит место неисправности и всю информацию о ней немедленно вышлет обслуживающему персоналу. Локализация поломки теперь занимает намного меньше времени, а значит, сокращается и время ее устранения.

Раньше Менеджер Резерва был представлен в виде специального коммутатора Rail RM1

Сегодня функции "Redundancy Manager" встроены в коммутаторы RS2 семейства Rail и MS2 семейства MICE. У этих коммутаторов имеется переключатель, активировав который в положение "RM", устройство принимает на себя функции «Менеджера резерва».

HIPER-Ring также поддерживается коммутаторами МАСН 3000, которые позволяют создать Gigabit-кольцо со скоростью 2 Гбит/сек

Основные достоинства

Одним из важнейших требований, предъявляемых к современным сетям передачи данных, является надежность. Для индустриальных сетей важно понятие детерминированности, т.е. гарантированной доставки информации в обусловленные сроки.

Потеря данных означает потерю управления. На промышленных и транспортных предприятиях это может привести к катастрофе. Нетрудно себе представить, что может случиться, если произойдет сбой на несколько минут, например, в системе сигнализации метрополитена или в системе управлениям роботами на конвейере автомобильного завода, или если потеряется информация о финансовой операции банка.

Учитывая эти проблемы, компания Hirschmann разработала отказоустойчивую технологию HIPER-Ring. В ее основу положена концепция резервных соединений, однако она значительно превосходит «офисную» технологию Spanning Tree.

Технология "Spanning Tree", определенная стандартом IEEE 802.1d, имеет большой недостаток – если в сети имеется более 7 коммутаторов, то для восстановления связи может потребоваться несколько минут, чтобы обнаружить и обойти аварию линии связи. Причем все сетевые устройства будут изолированы все это время. Это решение приемлемо для применения в рамках системы Автоматизации Офиса, но на промышленных и транспортных предприятиях, финансовых учреждениях и охранных системах такие задержки не допустимы.

Особенность технологии HIPER-Ring заключается в том, что все коммутаторы сети объединяются друг с другом, образуя кольцо, а в случае аварии работоспособность сети будет восстановлена не более, чем через 300 мс.

Кроме того, HIPER-Ring позволяет объединить до 50 коммутаторов. Представьте, сколько потребуется времени в технологии Spanning Tree для восстановления работоспособности сети таких размеров

Для обеспечения отказоустойчивости всей сети требуется всего одно дополнительное соединение. Для сравнения: по технологии резервных линий (Redundant Link) необходимо продублировать все связи. Эта особенность делает "Ethernet Кольцо" экономически более выгодным решением.

Благодаря большим возможностям, заложенным в принципы HIPER-Ring, обеспечивается гибкость для расширения и увеличения сети без оказания влияния на траффик.

HIPER-Ring работает на скоростях Fast-Ethernet (для коммутаторов Rail и MICE) и Gigabit Ethernet (для коммутаторов МАСН 3000), что удовлетворяет самым современным требованиям к сети