MRP Ring-Protokoll (IEC 62439-2)
Media Redundancy Protocol (MRP) ist ein auf Standards basierendes Protokoll, das in Ringtopologien verwendet wird, um einzelne Fehlerquellen durch Bereitstellung einer Wiederherstellungszeit von 10ms oder weniger zu vermeiden.
In einem Ring-Netz ist jeder Ethernet Switch mit mindestens zwei weiteren Switches verbunden, um so einen Ring zu formen. Ringtopologienetze erfreuen sich aufgrund der leichten Einrichtung und der besonders schnellen Leistung großer Beliebtheit in Fabriken, Werken und anderen industriellen Ethernet-Umgebungen. Das sind zwei weitere wichtige Vorteile:
- Jeder Switch verfügt über eine redundante Verbindung (Link) in das Netz.
- Sie bietet eine kostengünstigere Verkabelungsinfrastruktur als wenn an einem zentralen Standort ein Aggregation Switch verwendet wird.
Wenn aber ein Knoten oder Port ausfällt, ist das gesamte Netzwerk betroffen. Administratoren benötigen daher einen Wiederherstellungsplan. Der Ausfall einer einzelnen Komponente kann dazu führen, dass die gesamte Produktionsstätte lahmgelegt wird.
Das Problem mit Switch-Loop-Szenarien und Spanning Tree Protokollen
Der Nachteil eines mit Switchen geformten Ring-Netzes besteht darin, dass diese Topologie zu einem „Switch Loop“-Zustand führen kann, welcher Broadcast-Stürme verursacht. Diese Stürme treten auf, wenn die Switche Broadcasts und Multicasts aus jedem Port übertragen. Wenn für die Nachricht kein Ziel gefunden werden kann, wiederholen die Switches die Sendung der Nachrichten immer wieder und überfluten das Netzwerk. Da der Layer-2-Header beim Senden in eine Loop-Topologie keinen Time-to-Live-Wert (TTL) unterstützt, ist der Loop unendlich, wobei die gesamte zur Verfügung stehende Bandbreite für den Loop verwendet und so das Netzwerk unbrauchbar wird. Dieser Zustand kann den restlichen Netzwerkverkehr blockieren und führt letzten Endes zu einem Zusammenbruch des Netzwerks.
Eine Lösung für dieses Problem ist es, den Loop an einer beliebigen Stelle im Ring einfach zu unterbrechen. Spanning Tree Protokolle wie RSTP wurden entwickelt, um diese Switch-Loop-Zustände zu erkennen und das Netzwerk dann auf intelligente Weise neu zu konfigurieren, um diese Unterbrechung auszulösen und den Switch-Loop zu eliminieren. Wenn etwas im Netzwerk passiert wird eine Benachrichtigung über die Topologieänderung verschickt, um einen anderen sicheren Pfad zu erschaffen.
Obwohl Spanning Tree Protokolle für viele Netzwerke effektiv genug ist, nehmen Sie eine relativ lange Zeit in Anspruch, um diese erneute Konvergenz abzuschließen. Im Fall von RSTP kann es beispielsweise ein paar Sekunden dauern, bis das Netzwerk wiederhergestellt ist, was für erfolgskritische industrielle Ethernet-Anwendungen nicht gut genug ist.
Warum wird MRP ICE62439-2 in Ringtopologienetzen benötigt
Das Media Redundancy Protocol (MRP) ist ein standardbasiertes Protokoll (IEC 62439-2), das eine Wiederherstellungszeit von höchstens 10 ms, Fehlertoleranz und Lastverteilung bietet. MRP sorgt dafür, dass ein „Ring Manager“-Switch alle Paketweiterleitungen an einem seiner beiden zugewiesenen Ringports abbricht (blockiert) (Fig 2), um den Switch-Loop zu unterbrechen. Der Verkehr von den mit den Switchen im Loop verbundenen Geräten hat immer noch einen Pfad zwischen den Geräten mit redundanten Links, aber ohne den gefährlichen Switch-Loop.
Der Ring Manager kommuniziert ständig mit seinen MRP-Peers. Wenn einer der zwei Links auf einem der anderen Ringknoten eine Störung erkennt, schickt der Client-Knoten eine Nachricht an den Ring Manager, der dann den blockierten Anschluss freigibt und die Kommunikation zwischen allen Switches wiederherstellt (Fig 3).
Spezielle Abstimmungspakete, die durch blockierte Anschlüsse dringen können, werden um den Ring herum gesendet und vom Ring Manager überwacht. Wenn der Ring Manager seine Abstimmungspakete nicht um den Ring herum zurückkommen sieht, weiß er, dass einer der Switch-Knoten oder sogar ein Switch/Hub, der MRP nicht unterstützt, eine Störung hat. Der Ring Manager gibt dann seinen Anschluss frei und leitet die Pakete wieder auf beiden Ringanschlüssen weiter. Alle Geräte auf den Switches, außer dem fehlgeschlagenen Knoten, haben dann wieder eine Verbindung zueinander.
Während dieser Ereignisse zum Ändern der Topologie werden die verschiedenen Switche auf dem Ring informiert, die MAC-Tabellen zu löschen, die sie aufgebaut haben, damit sie den Anschluss für die Ziel-MAC-Adressen der mit dem Ring verbundenen Geräte erneut erlernen können.
MRP ist der Goldstandard für Netzwerkredundanz. Da es sich um ein intelligentes Protokoll handelt, wird ausdrücklich empfohlen, dass jeder Switch-Knoten im Ring MRP unterstützt, damit er mit anderen großen Anbietern von Ringprotokollen, wie Siemens, Cisco und Belden, interagieren kann.
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