一、以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)保護(hù)協(xié)議概述

       隨著以太網(wǎng)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越普及，對(duì)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)保護(hù)與故障恢復(fù)能力的要求也越來(lái)越高。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外通信廠商普遍采用以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)保護(hù)協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)保護(hù)和故障恢復(fù)，并將恢復(fù)時(shí)間從秒級(jí)提升到毫秒級(jí)。

       目前，越來(lái)越多的廠商采用了基于EAPS和ERPS的以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)保護(hù)協(xié)議。

•        EAPS（Ethernet Automatic Protection Swiching），IETF RFC-3619
•        ERPS（Ethernet Ring Protection Switching），ITU G.8032

       有一些廠商的私有環(huán)網(wǎng)協(xié)議，基于EAPS的工作原理對(duì)報(bào)文做了優(yōu)化，能夠達(dá)到良好的業(yè)務(wù)保護(hù)與故障恢復(fù)效果，但不同廠家的私有協(xié)議無(wú)法互通，影響了網(wǎng)絡(luò)的兼容性。而ERPS基于國(guó)際電信聯(lián)盟ITU-T G.8032公有標(biāo)準(zhǔn)，支持該協(xié)議的不同廠家設(shè)備間能夠完全的兼容互通。

       為了更好地滿足工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展，更好地兼容各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，海斯科工業(yè)交換機(jī)已經(jīng)開(kāi)始支持標(biāo)準(zhǔn)的ERPS，環(huán)網(wǎng)自愈時(shí)間可達(dá)50ms以內(nèi)。

二、海斯科工業(yè)交換機(jī)支持的環(huán)網(wǎng)拓?fù)?/span>

       用戶對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)越來(lái)越復(fù)雜及多樣性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性也愈發(fā)嚴(yán)格，海斯科工業(yè)交換機(jī)采用ERPS協(xié)議，可以支持各類(lèi)型環(huán)形冗余網(wǎng)絡(luò)。

       常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)形拓?fù)浒ǎ?/p>

       單環(huán)網(wǎng)絡(luò)（見(jiàn)圖2-1）：可以解決單點(diǎn)，當(dāng)環(huán)中某單一鏈路出故障時(shí)，交換機(jī)能自動(dòng)切換到備份鏈路，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)網(wǎng)自愈功能。

圖2-1單環(huán)示意圖

       相切環(huán)網(wǎng)絡(luò)（見(jiàn)圖2-2）：兩個(gè)單環(huán)共用一臺(tái)設(shè)備做為環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備。

圖2-2多環(huán)-相切環(huán)示意圖

       多環(huán)相交網(wǎng)絡(luò)（見(jiàn)圖2-3）：可以解決多點(diǎn)故障問(wèn)題，該組網(wǎng)由一個(gè)主環(huán)網(wǎng)，一個(gè)或多個(gè)子環(huán)網(wǎng)構(gòu)成，各個(gè)環(huán)分別通過(guò)自己的環(huán)網(wǎng)協(xié)議組成自愈環(huán)網(wǎng)，提高了網(wǎng)絡(luò)的整體容錯(cuò)率。

圖2-3多環(huán)-相交子環(huán)示意圖

三、海斯科ERPS工作流程簡(jiǎn)介

       ERPS本質(zhì)是用于鏈路層拓?fù)淇刂疲诃h(huán)形拓?fù)渲校罁?jù)環(huán)網(wǎng)協(xié)議，邏輯上阻塞一條鏈備份路，以保證拓?fù)渥兓瘯r(shí)，環(huán)網(wǎng)協(xié)議將邏輯阻塞的鏈路放開(kāi)，并控制交換機(jī)MAC地址表的老化從而重新選路，這樣數(shù)據(jù)報(bào)文可以被發(fā)送到正確的鏈路。

       以下以海斯科導(dǎo)軌工業(yè)交換機(jī)在工業(yè)控制PLC環(huán)網(wǎng)中的應(yīng)用為例， ERPS工作流程做簡(jiǎn)要說(shuō)明。

圖3-1 ERPS環(huán)網(wǎng)正常狀態(tài)示意圖

       圖3-1是一個(gè)典型的工業(yè)交換機(jī)控制環(huán)網(wǎng)示意圖。環(huán)網(wǎng)中手動(dòng)指定或自動(dòng)通過(guò)ERPS環(huán)網(wǎng)協(xié)議選出一臺(tái)交換機(jī)（Switch1）作為環(huán)網(wǎng)保護(hù)節(jié)點(diǎn)RPL節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)的作用是在環(huán)形的物理網(wǎng)絡(luò)中，邏輯上阻塞一個(gè)端口，并將與相鄰節(jié)點(diǎn)的交換機(jī)（Switch4）之間的鏈路作為備份保護(hù)鏈路（見(jiàn)紅色六角星標(biāo)注）。

       環(huán)網(wǎng)正常狀態(tài)下，保護(hù)備份鏈路是阻塞的，處于熱備份的狀態(tài)，Switch4接入的PLC監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過(guò)逆時(shí)針順序（Switch4->Switch3->Switch2->Switch1->遠(yuǎn)端控制處理中心），ERPS環(huán)網(wǎng)上各交換機(jī)的PLC數(shù)據(jù)同樣也是沿著該路徑到達(dá)遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)中心后進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)處理。

圖3-2 ERPS環(huán)網(wǎng)異常狀態(tài)示意圖

       環(huán)網(wǎng)故障狀態(tài)，以Switch4和Switch3之間鏈路故障為例，見(jiàn)圖3-2，Switch4和Switch3檢測(cè)故障后，立刻通告其他環(huán)網(wǎng)設(shè)備，并開(kāi)始重新選路。RPL保護(hù)節(jié)點(diǎn)Switch1收到ERPS的故障通告，Switch1立即將原有阻塞的備份端口放開(kāi)，Switch1和Switch4之間的保護(hù)鏈路能夠正常工作，即備份鏈路激活。

       這樣環(huán)網(wǎng)中設(shè)備依據(jù)ERPS進(jìn)行重新自動(dòng)選路后，Switch4的PLC監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)直接順時(shí)針通道發(fā)往Switch1，即Switch4->Switch1；Switch3的PLC數(shù)據(jù)還是沿著逆時(shí)針到達(dá)遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)處理中心，即Switch3->Switch2->Switch1->遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)處理中心。

       從上述ERPS故障處理過(guò)程介紹可知，ERPS通過(guò)控制一條備份鏈路的邏輯阻塞，當(dāng)檢測(cè)到環(huán)網(wǎng)有故障時(shí)，將阻塞的備份鏈路開(kāi)啟，保證環(huán)網(wǎng)業(yè)務(wù)正常運(yùn)行，這樣給網(wǎng)絡(luò)提供鏈路層面的冗余保護(hù)。

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