Протоколы резервирования PRP/HSR

В критически важных системах даже незначительные прерывания связи могут серьезно повлиять на работу системы или создать угрозу безопасности персонала. 

В стандарте МЭК 62439 указано требование к времени восстановления связи на объектах - оно должно составлять не более 10 миллисекунд. В свою очередь по стандарту МЭК 61850 установлено, что на подстанциях не должна присутствовать потеря кадров типа GOOSE и SMV. Это значит, что при построении избыточных топологий связи необходимо организовывать нулевое время переключения между каналами связи или так называемую «бесшовную связь». Поэтому все протоколы, которые рассматривались в наших статьях ранее (MRP, DT-Ring или DRP) не подходят под данную задачу, т.к. их время восстановления составляет до 20мс.

Гарантию бесшовной передачи данных и надежность развертываемой сети помогут обеспечить протоколы PRP/HSR, которые описаны стандартом МЭК 62439 части 3. 

В этой статье рассмотрим эти два протокола подробнее.

Протокол PRP

PRP это протокол параллельного резервирования. При использовании PRP строятся две независимые сети с любыми топологиями. Но при этом топологии в сетях А и В рекомендуется делать идентичными, чтобы кадры проходили через них за приблизительно равное время. Каждый кадр данных дублируется и одновременно передается по обеим сетям. Если до получателя доходят оба кадра, то кадр, который пришел позже, отбрасывается. Таким образом, обеспечивается бесшовная передача данных даже при полном отказе одной из сетей. 

Оборудование в сетях А и В может быть любым, а вот оборудование, которое одновременно подключается к сетям A или B и выполняет прием и отправку дубликатов кадров, должно поддерживать PRP.

1. DANP – устройство с двумя независимыми интерфейсами, которое может напрямую подключаться к двум параллельным сетям, работающим в системе PRP. Кроме того, DANP должны уметь взаимодействовать с дублированными кадрами (создавать и отбрасывать копии кадров). 
2. SAN – конечное оборудование с одним сетевым интерфейсом. 
3. RedBox – устройство с двумя независимыми интерфейсами, служит для подключения SAN-устройств к PRP-сетям.

RedBox или DANP перед отправкой данных дублируют и маркируют кадры. Маркировка осуществляется за счет добавления в конец стандартного Ethernet-кадра идентификатора RCT (Redundancy Сontrol Trailer).

RCT состоит из:

• 16 бит - Номер кадра в последовательности
• 4 бита - Путь или идентификатор сети, по которой будет передаваться кадр
• 12 бит - Размер поля данных (данные + RCT)
• 16 бит - PRP суффикс (0x88FB)

При получении кадра RedBox или DANP анализируют номер последовательности и MAC-адрес отправителя. Если эти параметры совпадают с такими же параметрами предыдущих кадров в течение определенного времени, то кадр будет отброшен. Кадры из разных сетей будут отличаться только контрольной суммой и идентификатором сети.

Настройка PRP на коммутаторах Kyland 

1. В первую очередь необходимо настроить адресацию на ноутбуках, коммутаторах и Redbox в соответствии со схемой. Настройка адресации на Redbox происходит следующим образом:

2. После этого можно производить настройки протокола PRP. Переходим в раздел Functions -> Redundancy, включаем использование резервирования и выбираем режим работы - PRP-Duplicate discard mode. В данном режиме устройство при получение дубликата, отбросит его. Все Redbox имеют одинаковую конфигурацию.

3. После завершения всех настроек необходимо сохранить конфигурацию.

Теперь, даже если оборвется связь с LAN B или A, доступ между устройствами сохранится.

Протокол HSR

HSR это протокол резервирования кольцевого соединения. Все оборудование кольца строится только на устройствах, поддерживающих HSR. Каждый передаваемый кадр дублируется и передается в обоих направления кольца HSR. Если до получателя доходят оба кадра, то кадр, который пришел позже, отбрасывается. Это позволяет обеспечить бесшовную передачу данных при одиночном обрыве линии связи.

В протоколе HSR определены следующие типы устройств:

• DANH – устройство с двумя независимыми интерфейсами, могут напрямую подключаться в кольцо HSR.
• SAN – конечное оборудование с одним сетевым интерфейсом. 
• RedBox - служит для подключения SAN устройств к кольцу HSR и передает дублированные кадры в обоих направлениях кольца.

Как в случае с PRP, RedBox или DANH перед отправкой данных дублируют и маркируют кадры. Но отличие заключается в том, что время обработки кадров HSR меньше, чем кадров PRP, потому что HSR-идентификатор добавляется в начало кадра (перед данными), а RCT - после данных.

Настройка HSR на коммутаторах Kyland

1. В первую очередь необходимо настроить адресацию на ноутбуках и Redbox в соответствии со схемой.
2. После этого можно производить настройки протокола PRP. Переходим в раздел Functions -> Redundancy, включаем протокол и выбираем режим работы - HSR-Mode H, и режим конфигурации - HSR-SAN. Все Redbox имеют одинаковую конфигурацию.

3. После завершения всех настроек необходимо сохранить конфигурацию. Теперь при обрыве связи в любом месте кольца HSR, доступ между устройствами сохранится.