Протокол MRP в оборудовании отечественного производства

Актуальные проблемы на рынке телекоммуникационного оборудования и способы их решения

 

На дворе вторая половина 2024 года. С каждым месяцем на российском телекоммуникационном рынке производителей промышленного сетевого оборудования становится все меньше. Список известных производителей, среди которых Hirschmann, Siemens, Phoenix и т.д. сократился практически до нуля. Но сети, построенные на оборудовании описанных выше производителей, остались, и возникает вопрос: что делать, если оборудование выйдет из строя?

 

Первое решение, которое сразу приходит на ум – обратить внимание на китайских производителей. Однако данное решение не является идеальным, т.к. во-первых, сложная экономическая, а также политическая обстановка не дает гарантий того, что поставки китайских коммутаторов будут стабильны. Во-вторых, известно, что рынок промышленных коммутаторов в Китае достаточно специфичен и гарантии того, что любые коммутаторы из страны восходящего солнца будут соответствовать всем российским требованиям, нет. Это особенно относится к стандартизированным инструментам, которые позволяют плавно осуществить переход от одного производителя к другому. Да, в первом приближении промышленный коммутатор – это законченное изделие.По идее, смена одного производителя на другого не должна быть чем-то сложным, но на практике мы получаем немного иную картину. И одна из причин – это протоколы и стандарты, которые используются в сети как общий инструмент.

 

Альтернативный вариант, который всё чаще и чаще начинают сейчас рассматривать – оборудование, которое будет совместимо с уже существующим. Именно такое решение позволяет обеспечить планомерный переход от одного оборудования к другому без замены уже работающего в сети. Естественно, переход от одного производителя к другому осложняется поиском вариантов с требуемым пулом поддерживаемых протоколов. И самый простой пример – это протоколы кольцевого резервирования.

 

Рассмотрим для примера оборудование известного немецкого бренда Hirschmann, который имеет огромный пул промышленных коммутаторов. Не будем, конечно, идеализировать данного производителя. Но можно с уверенностью сказать, что промышленные коммутаторы от Hirschmann являются хорошим примером для других производителей аналогичного оборудования.

 

Теперь немного подробнее. Коммутаторы Hirschmann поддерживают ряд протоколов резервирования – это RSTP/MSTP, проприетарный Hiper Ring и стандартизованный MRP. Соответственно, если сеть была построена на базе протоколов RSTP/MSTP, то с выбором совместимой альтернативы в разрезе протокола резервирования проблем не должно возникнуть, так как эти протоколы, как правило, есть в базисе любого управляемого коммутатора. Но RSTP/MSTP – это не всегда оптимально. Соответственно, по факту мы получаем либо проприетарные технологии, либо стандартизованные. Первые можно исключить сразу, а вот наличие в Hirschmann стандартизованного протокола кольцевого резервирования MRP, он же IEC 62439-2, существенно добавляет гибкости в поиске решения. И в последнее время данный протокол всё чаще и чаще можно встретить в реальных проектах. Да и поддержку данного протокола можно встретить в оборудовании таких производителей, как Hirschmann, Siemens, Advantech, Cisco и т.д.

 

Ещё одним примером могут служить проекты, которые построены на базе сетей PROFINET. Коммутатор с поддержкой работы в сетях PROFINET – это довольно специфическое, можно сказать, нишевое сетевое оборудование с дополнительным функционалом. Проектов, построенных на базе PROFINET в нашей стране, существует достаточно много. Естественно, менять сразу всё оборудование – это достаточно затратное дело и не всегда реализуемое. А вот использовать доступную и совместимую альтернативу, которая будет работать совместно с тем же самым Hirschmann Open Rail или оборудованием Siemens – это вариант, который позволит довольно безболезненно обеспечить модернизацию сети.

 

Если резюмировать вышесказанное, можно с уверенностью заявить, что единственным и правильным решением будет использовать коммутаторы российских брендов, в частности, довольно известного в среде промышленной телекоммуникации бренда Симанитрон.

 

Серия коммутаторов Симанитрон SEWM20GT-D

 

Давайте рассмотрим довольно интересную и достаточно широкую линейку коммутаторов серии SEWM20GT-D, которые разработаны компанией Симанитрон для систем передачи данных в энергетике, на транспорте, в горнодобывающей промышленности и других промышленных сферах (рис.1).

Рис. 1 – Компактный управляемый коммутатор серии SEWM20GT-D

 

Серия SEWM20GT-D имеет довольно большое количество модификаций и может включать до 12 гигабитных оптических портов SFP и до 16 гигабитных портов Ethernet RJ-45 (табл. 1).

 

Таблица 1 – Описание моделей и интерфейсов коммутаторов серии SEWM20GT-D

	Описание моделей и интерфейсов
Модели	Размер корпуса 66мм×135мм×107.5мм (Тип 1):  SEWM20GT-D-6TX  SEWM20GT-D-8TX  SEWM20GT-D-2SFP-8TX  SEWM20GT-D-2GSFP-8TX  SEWM20GT-D-4SFP-8TX  SEWM20GT-D-4GSFP-8TX  Размер корпуса 88мм×135мм×137мм (Тип 2):  SEWM20GT-D-8GT  SEWM20GT-D-2GSFP-8GT  SSEWM20GT-D-4GSFP-8GT  Размеркорпуса 102мм×135мм×137мм (Тип 3):  SEWM20GT-D-16TX  SEWM20GT-D-16GT  SEWM20GT-D-2GSFP-16TX  SEWM20GT-D-2GSFP-16GT  SEWM20GT-D-4SFP-16TX  SEWM20GT-D-4GSFP-16TX  SEWM20GT-D-4GSFP-16GT  SEWM20GT-D-8SFP-8TX  SEWM20GT-D-8GSFP-8TX  SEWM20GT-D-8GSFP-8GT  SEWM20GT-D-12GSFP-8GT
Порты	6TX: 6 портов 10/100Base-TX RJ45  8TX: 8 портов 10/100Base-TX RJ45  2SFP: 2 порта 100Base-X SFP  2GSFP: 2 порта 100/1000Base-X SFP  4SFP: 4 порта 100Base-X SFP  4GSFP: 4 порта 100/1000Base-X SFP  8GT: 8 портов 10/100/1000Base-TX RJ45  16TX: 16 портов 10/100Base-TX RJ45  16GT: 16 портов 10/100/1000Base-TX RJ45  8SFP: 8 портов 100Base-X SFP  8GSFP: 8 портов 100/1000Base-X SFP  12GSFP: 12 портов 100/1000Base-X SFP
Питание	12E-12E (9-36VDC, двойное резервирования питания)  24E-24E (18-72VDC, двойное резервирования питания)  HI-XX (85-264VAC/77-300VDC)

 

Функционал коммутаторов серии SEWM20GT-D

 

Коммутаторы предназначены для установки на стандартную DIN-рейку или плоскую панель (стену). Металлический корпус, отсутствие вентиляторов и широкий температурный диапазон позволяет оборудованию стабильно работать в тяжелых промышленных условиях. В данном устройстве реализована поддержка протокола синхронизации времени IEEE1588 PTPv2 с точностью синхронизации 100нс. Устройства соответствуют стандартам МЭК61850-3, IEEE1613, что позволяет использовать их в сетях электрических подстанций. Диапазон рабочих температур коммутаторов SEWM20GT-D от -40° до +75°.

 

И главное. Помимо стандартных протоколов резервирования STP/RSTP/MSTP, о которых упоминалось выше, а также проприетарных технологий резервирования Sy2-Ring/Sy2-RP, коммутатор поддерживает протокол MRP (стандарт МЭК 62439-2). А модели с индексом PN обеспечивают поддержку протокола PROFINET.

 

Коммутатор поддерживает также большинство сетевых протоколов и отраслевых стандартов. Например, такие как ERPS, 802.1Q VLAN, функцию QoS, статическую многоадресную рассылку IGMP, SNMP, LLDP, RMON, DHCP, NTP и т.д., имеет развитые функции управления, поддерживает настройку портов, контроль доступа, диагностику сети, быструю настройку и т.д. Имеется поддержка различных методов доступа и конфигурирования SSH, WEB, Telnet, SNMP. Также есть возможность загрузки GSD-файла для простой и последовательной настройки и диагностики с помощью инструмента конфигурации TIA Portal.

 

Веб-интерфейс представлен на рис. 2-4:

 

Рис. 2 – WEB-интерфейс коммутатора SEWM20GT-D

 

 

Рис. 3 – WEB-интерфейс коммутатора SEWM20GT-D с настройками PROFINET

 

 

Рис. 4 – WEB-интерфейс коммутатора SEWM20GT-D с настройками MRP

 

Что такое MRP

 

В этой статье мы предлагаем акцентировать внимание на протоколе MRP. И давайте разберемся, почему этот протокол стал таким популярным у нас.

 

Media Redundancy Protocol (MRP) – это протокол резервирования сети передачи данных, стандартизированный международной электротехнической комиссией как IEC 62439-2. Он позволяет создавать резервированные кольцевые топологии в базисе Ethernet-коммутаторов и преодолевать любой единичный сбой с гораздо более быстрым временем восстановления, не более 200 мс, для кольца из 50 коммутаторов, чем это достигается с помощью протоколов группы Spanning Tree Protocol.

 

MRP работает на уровне L2 и является развитием протокола HiPER-Ring, который разрабатывал Hirschmann в 1998 году. Грубо говоря, данный протокол является итогом многолетней комплексной работы.

 

Концепция протокола достаточно проста. Есть 2 группы устройств. Главное устройство кольца называется Media Redundancy Manager – MRM, оно отвечает за переход на резервный путь, а кольцевые клиенты называются Media Redundancy Clients – MRC (рис. 5):

 

 

Рис. 5 – Протокол резервирования MRP (IEC 62439-2)

 

При базовой настройке нам нужно определить тип устройств в кольце, выбрать кольцевые порты, задать время восстановления, и в целом – всё, протокол будет работать. При этом лёгкость настройки не соотносится с механизмами контроля состояния кольца, их в MRP несколько, которые позволяют своевременно перейти на резервный путь даже при условии нештатной эксплуатации.

 

Первый механизм основан на контроле физического подключения между коммутаторами. Логика достаточно проста – если происходит событие типа Link-down, отсутствие связи на кольцевом порту, то любой участник кольца, который отследил данное событие, отправляет многоадресное служебное сообщение о данном событии, тем самым оповещая MRM и запуская процесс перехода на резервный путь.

 

Второй механизм основан на контроле логического соединения кольцевых устройств. В данном случае контроль чуть более сложный. Реализован он следующим образом. Внутри кольца создаётся специальный служебный VLAN. MRM формирует 2 служебных MAC-адреса для своих кольцевых портов. Далее каждый порт отсылает по кольцу специальное многоадресное watchdog-сообщение. Фактически кольцевые порты MRM друг другу отсылают специальный фрейм. Если происходит потеря 3 фреймов, это знак, что в топологии произошло изменение, далее MRM отправляет сообщение Topology Change, что является сигналом для сброса CAM-таблиц и перехода на резервный путь.

 

Наличие данных механизмов контроля состояния кольца действительно делают MRP надёжным инструментом, который достоин того, чтобы применяться во многих промышленных проектах.

 

Мы уже говорили о том, что этот протокол поддерживают производители Hirschmann, Cisco, Siemens и т.д. При этом, если речь идет об оборудовании Siemens, то не только коммутаторы, но и ряд ПЛК от данного производителя протокол MRP поддерживают и зачастую подключены в это кольцо непосредственно. Эти производители, как мы уже упоминали выше, покинули российский рынок, а вот протоколы и стандарты остались. И зачастую присутствуют задачи расширения существующей сети.

 

Так вот, коммутатор SEWM20GT-D – это как раз тот продукт российского производителя Симанитрон, который имеет в своём арсенале возможность работы с MRP кольцами. Осталось только оценить возможность работы с оборудованием другого бренда, например, Hirschmann. Для чего было проведено соответствующее тестирование.

 

Работа MRP в коммутаторах SEWM20GT-D

При тестировании было использовано следующее оборудование:

SEWM20GT-D-PN-8TX-24E-24E - 2шт.

MACH104-20TX-FR – 1 шт.

MAR1040 – 1 шт.

 

Схема стенда (рис. 6):

 

 

Рис. 6

 

Между коммутаторами создано кольцо на основе протокола MRP. На противоположных концах кольца установлены ПК на платформе Windows, с которых происходила настройка коммутаторов и проверка состояния кольца и связи.

 

Архитектура сети (рис. 7):

 

Рис. 7

 

Настройки кольца:  Hirschmann:  Domain: default-domain  Advanced mode: enable  Recovery delay: 200ms  Primary port: 1/7 (1/3)  Secondary port: 1/8 (1/4)

Symanitron:  Domain: 1  Domain name: 1  Advanced mode: enable  Recovery delay: 200ms  Primary port: 1 (1)  Secondary port: 2 (2)

 

Тестирование было проведено в двух режимах. В первом режиме мастером (Оператором) кольца выступает Hirschmann MAR1040. Во втором режиме роль мастера присвоена одному из коммутаторов Symanitron.

 

Первый режим:

Коммутаторы настроены таким образом, что мастером установлен коммутатор с адресом 172.17.1.253 (рис. 8):

 

 

Рис. 8

 

Зеленый коммутатор в роли мастера.

Красный хоп – программно заблокированная связь.

 

Результат: после замыкания кольца коммутаторы сразу определили протокол, провели «обучение» и мастер определил резервную связь. Широковещательного шторма не произошло (рис. 9).

 

 

 

Рис. 9 

 

Тестирование:

Произведем разрыв кольца между коммутаторами с адресами 172.17.1.253 и 172.17.1.250.

Кольцевой протокол восстановил связь по резервному пути и отобразил ошибку (рис. 10).

 

 

Рис. 10

 

Второй режим:

Настройками коммутаторов мастером установлен коммутатор с адресом 172.17.1.240 (рис. 11).

 

 

 

Рис. 11 

 

Зеленый коммутатор в роли мастера.

Красный хоп – программно заблокированная связь.

 

Результат: после замыкания кольца коммутаторы сразу определили протокол, провели «обучение» и мастер определил резервную связь. Широковещательного шторма не произошло (рис. 12).

 

 

Рис. 12 

 

Тестирование:

Произведем разрыв кольца между коммутаторами с адресами 172.17.1.243 и 172.17.1.240.

Кольцевой протокол восстановил связь по резервному пути и отобразил ошибку (рис. 13):

 

 

Рис. 13 

 

Результат: протокол отрабатывает штатно.

 

Подведем итоги

 

Промышленное сетевое оборудование Hirschmann – это хороший пример надёжного устройства с поддержкой MRP, при этом, как правило, MRP – это основной протокол резервирования для устройств Hirschmann.

 

Ранее сами представители производителя настойчиво рекомендовали использовать MRP вместо их проприетарного Hiper-Ring. Да, конечно, у Hirschmann настроек больше – это и установка фиксированного резервированного пути, и возможность отключения расширенного режима контроля, но фактически это дополнительные настройки, которые не должны существенно влиять на суть работы протокола.

 

Проведенные тесты однозначно показали, что протоколы MRP на коммутаторах Симанитрон и Hirschmann конвергентны и могут использоваться совместно в сетях передачи данных. То есть коммутаторы Симанитрон могут быть использованы для расширения, модификации и замены коммутаторов Hirschmann как уже в действующих сетях, так и в строящихся сетях автоматизации и передачи данных без изменения топологий, систем резервирования и/или потери качества обслуживания.

 

Помимо компании Hirschmann наиболее активным производителем коммутационного оборудования с поддержкой протокола MRP является Siemens. Компания Симанитрон не обошла стороной второго крупнейшего немецкого производителя и провела успешные тесты на совместимость протокола MRP. Для получения подробного описания можно обратиться в техническую поддержку Симанитрон.

 

Версия статьи для скачивания: PDF