Кольцо и звезда: кто кого?
При построении сетей есть две конкурирующие топологии: это звезда (разных вариантов) и кольцо (разных вариантов). У звезды одно преимущество – низкая переподписка. Недостатки звезды — сложная структура, а соответственно сложность эксплуатации и высокая стоимость. Звезда — это решение для собранных в одно место пользователей на доступе: классическая сеть здания управления в предприятии, но не всегда и даже в этом случае. Ведь опорная сеть здания с соблюдением норм пожарной безопасности всегда будет прокладываться через два кабельных стояка в разных частях здания и это снова – кольцо, а не звезда: одно кольцо/жгут оптики через эти два стояка и два центра ядра сети здания/ЦОД.
Выбор конкретной топологии решения зависит от объекта и его особенностей. Кольцо всегда более выгодно для распределенных сетей, так как сделать звезду на большую распределенную сеть очень и очень дорого и в реальности практически невозможно. Поэтому кольцевая топология — это оптимальная топология для крупных предприятий, перерабатывающих заводов, городских сетей, сетей масштабов страны.
Рис. 1. Модуль АСУТП завода.
Работать по топологии звезды могут все производители сетевого оборудования, а работать по топологии кольца на коммутаторах с распределением виртуальных сетей по всему кампусу без использования сложных и дорогостоящих технологий типа MPLS/VPLS могут только ограниченное число производителей – HP, Huawei, Extreme.
К примеру, возьмем парочку типовых простых «кольцевых» объектов: стадион и аэропорт.
Рис. 2. Сеть стадиона.
Для данных объектов кольцевая топология имеет следующие преимущества, по сравнению со звездой:
- Инсталлировать и поддерживать топологию кольца гораздо проще. Инсталлировать и поддерживать топологию кольца гораздо проще, так как устройства доступа через кольцо сразу попадают или в серверную ферму или в ядро, а звезда еще предполагает промежуточный уровень — агрегация каналов с уровня доступа. Причина уровня агрегации у звезды проста: на уровне агрегации цена за порт гораздо ниже, чем на уровне ядра у звезды,, а также для более гибкого применения различных политик.
- Для современных сетей резервирование каналов связи от уровня доступа в уровень аггрегации и/или ядра что является критическим. Если в звезде делать резервирование кабельных трасс по разным путям, тогда физически получиться кольцо, а логически — звезда. Но при этом для каждого коммутатора на доступе придется тащить в места коммутации отдельные кабельные трассы, так как оптика всегда разрезается и сваривается всем жгутом, а не по отдельным жилам. Каждая сварка оптики на пути движения света в волокне увеличивает потери бюджета оптики, и как следствие, сокращает расстояние работы оптических каналов связи. Также надо учитывать, что и работ по сварке оптики будет в несколько раз больше при топологии звезды, чем при топологии кольцо.
- Для стадионов, аэропортов и для сетей предприятий всегда есть как минимум две отдельных физически разделенных сети. Для кольца – это просто, для звезды у распределенных объектов – реальность печальна.
- Сходимость звезды будет всегда хуже, так как всегда будут петли логических путей между коммутаторами доступа, кроме случая когда в ядре два слотовых коммутатора работают как один. Сходимость топологии кольца от 50 ms (одно кольцо) до 200 ms (к основному кольцу подключаются подкольца).
- У звезды сложности с масштабированием: добавление кабельных трасс в любом месте — это протяжка нового дополнительного кабеля, для кольца — добавочная муфта в существующем оптическом жгуте.
- В случае кольца мы выводим с доступа в ядро всегда нужную и планируемую скорость uplink каналами из коммутаторов, которые наиболее нагружены: то есть платим по мере необходимости за рост полосы. А в случае звезды – мы платим сразу за все и реально не используем полосу пропукания подключенных uplink каналов.
Самые крупные примеры использования кольцевых технологий совместно с технологией стекирования в Азии – это город Пекин, в Европе — французские железные дороги. Но у железных дорог Франции просто не было выбора после того как TR «умер». И это проекты реализованные на оборудовании компании HP (бывшего оборудования 3Com), что дает повод для размышлений и применения на практике описанного кольцевого дизайна для проектировщиков сетей передачи данных.
Топология сети кольцо коммутатор
Технологии резервирования сетей Industrial Ethernet позволяют преодолеть основное ограничение, накладываемое технологией Ethernet: топология сети должна иметь вид «звезды» или «дерева», наличие «петель» в сети запрещено. Так, в классических сетях Ethernet не допускается иметь несколько путей связи между двумя точками сети, т.к. это может привести к явлению широковещательного шторма и полной неработоспособности сети.
В коммутаторах Moxa реализованы промышленные технологии резервирования Turbo Ring и Turbo Chain, они позволяют создавать сети с избыточными связями по топологии «Кольцо» или «Цепочка» с временем переключения с основного канала связи на резервный не более 50 мс. Также оборудование Moxa поддерживает технологии резервирования STP/RSTP/MSTP, использование которых в промышленности не всегда возможно из-за долгого времени восстановления – до нескольких секунд.
Топология «Кольцо» строиться с использованием технологии Turbo Ring, которая предотвращает широковещательный шторм и осуществляет резервирование каналов связи при единичном отказе.
Топология «Цепочка» на основе технологии Turbo Chain позволяет подключать коммутаторы Moxa к существующей системе (будь то кольцо Turbo Ring, сеть RSTP или отдельно стоящий коммутатор любого производителя). Применяя Turbo Chain, также осуществляется защита сети от единичного обрыва и передача данных из цепочки по резервированным каналам связи. Кроме того, в этом случае, не нужно перенастраивать оборудованию существующей системы.
Особенности технологии Turbo Ring
Принцип работы Turbo Ring
В кольце Turbo Ring один из коммутаторов назначается на роль «Мастера» (вручную в настройках коммутатора или автоматически на основе МАС-адреса).
Мастер блокирует один из своих портов, чтобы избежать широковещательного шторма. Кольцевая топология логически превращается в шину.
При обрыве соединения между коммутаторами в кольце Мастер активирует ранее заблокированный порт.
Данные будут передаваться через резервное соединение до восстановления основного пути. Как только связь будет восстановлена, Мастер снова заблокирует один из своих портов.
Настройка резервирования по технологии Turbo Ring
Перед соединением коммутаторов в кольцо необходимо их настроить:
1) Настройка адресации – всем коммутаторам должен быть присвоен свой уникальный IP-адрес из одной подсети.
2) Настройка резервирования – на каждом коммутаторе должно быть включено резервирование по протоколу Turbo Ring v2, а также выбраны порты, участвующие в построении кольца.
Только после выполнения указанных действий на всех коммутаторах можно соединять их в кольцо.
Проверка работоспособности сети Turbo Ring
При объединении коммутаторов в кольцо на Мастере должен будет загореться индикатор MSTR, на остальных коммутаторах — только индикаторы штатной работы, STATE и PWR
Если на Мастере в кольце индикатор MSTR мигает, то в сети присутствует обрыв или настройки выполнены неверно. Например, один или несколько коммутаторов в кольце не настроены, или кольцо соединено через порты, неуказанные в настройках резервирования.
Топология сети кольцо коммутатор
Технология Ethernet Ring Protection Switching (ERPS) реализует механизмы защиты от петель коммутации в сетях Ethernet с кольцевой топологией, обеспечивая при этом отказоустойчивость сети.
Кольцо Ethernet состоит как минимум из двух узлов. В случае единственного кольца, это кольцо является главным. Поскольку поле времени жизни (TTL) не определено в кадре Ethernet, зацикливание трафика, передаваемого по кольцу, предотвращается путем его блокировки на одном из каналов кольца. Этот канал называется каналом защиты кольца (Ring Protection Link, RPL).
При нормальных условиях работы (когда не происходит сбоев в работе других каналов кольца) RPL блокируется, то есть не используется для передачи трафика. Таким образом, физическое кольцо будет поддерживать логическую линейную топологию (без петель).
Контролируется RPL специальным узлом кольца, который называется владельцем RPL (RPL owner). Он отвечает за блокирование трафика на своем конце RPL. В случае отказа кольца Ethernet, владелец RPL отвечает за разблокирование своего конца RPL, если RPL не вышел из строя. Это позволяет использовать RPL для передачи трафика. Узел кольца, расположенный на другом конце RPL, называется соседним узлом RPL (RPL neighbor). Он также может участвовать в блокировании или разблокировании своего конца RPL.
По кольцу Ethernet может передаваться трафик разных VLAN. Ethernet Ring Protection (ERP) Instance (экземпляр ERP) — это логическое кольцо, работающее поверх физического кольца. Он отвечает за защиту подмножества VLAN, чьи данные передаются через физическое кольцо. Когда для физического кольца Ethernet настроено несколько экземпляров ERP, каждый из них должен иметь свой собственный RPL, RPL owner node и RPL neighbor node.
R-APS channel VLAN (управляющая VLAN) должна быть создана для каждого ERP Instance, чтобы можно было отправлять и получать управляющие сообщения R-APS. Функцией R-APS channel VLAN является контроль кольца и поддержка его рабочих функций.
Примечание к настройке
Рассматриваемый пример настройки подходит для следующих серий коммутаторов: DGS-1250, DGS-1510, DGS-1520, DGS-3130, DGS-3630, DXS-3610.
В локальной сети, в которой передается трафик разных VLAN, с использованием трех коммутаторов реализована кольцевая топология. Требуется защитить кольцо от петель, одновременно обеспечив его отказоустойчивость.