В транспортной или промышленной сети коммутаторы нередко соединяют последовательно: каждый узел обслуживает местные устройства и передаёт данные следующему. Такое построение удобно для вагонов поезда, производственных линий и протяжённых объектов. Однако отключение промежуточного коммутатора может нарушить связь с оборудованием, расположенным дальше по линии.
Для сохранения транзитного соединения применяют аппаратный байпас — обходной тракт, который соединяет соседние участки сети при исключении коммутатора из пути передачи. Возможности этого механизма зависят от среды передачи, конструкции устройства и условий срабатывания. Далее разберём, как работает байпас, сколько портов он использует и чем различаются электрические и оптические решения.
1. Что такое байпас в Ethernet-коммутаторе
Байпас (Bypass) в коммутаторе — это аппаратный механизм обхода, который соединяет две внешние линии связи, исключая из транзитного пути сетевую электронику устройства. В транспортном и промышленном оборудовании применяется реализация, автоматически включающая обход при потере питания. Возможны и другие условия срабатывания, если они предусмотрены конструкцией.
Рассмотрим условную линию из трёх коммутаторов: А, Б и В. В штатном состоянии Б принимает Ethernet-кадры от А и пересылает их к В в соответствии со своей конфигурацией. При обесточивании Б обычная пересылка прекращается. Если на двух соответствующих портах предусмотрен байпас, их внешние линии соединяются между собой, и А получает возможность установить прямую связь с В.
Состояние промежуточного узла |
Путь передачи |
Участие коммутатора Б |
Штатная работа |
Через сетевую электронику Б |
Принимает и пересылает кадры, обслуживает локальные устройства |
Включённый байпас |
Через физический обходной тракт |
Исключён из обработки транзитного трафика |
Байпас сохраняет возможность связи между оставшимися узлами. Он не возвращает работоспособность отключённому коммутатору: подключённые только к нему камеры, контроллеры и другие устройства остаются недоступными. Для сохранения их связи нужны самостоятельное резервное подключение или восстановление самого узла.
В режиме пассивного обхода настройки отключённого коммутатора не обрабатывают проходящий сигнал. Из этого следует проектное требование: два оставшихся соседа должны быть совместимы при непосредственном соединении. Значение имеют скорость, параметры оптики, конфигурация виртуальных локальных сетей (Virtual LAN, VLAN) и другие условия, ранее обеспечивавшиеся промежуточным устройством.
Программная пересылка между портами сама по себе такую функцию не обеспечивает. Для работы без питания нужен физический тракт, сохраняющий соединение независимо от основной электроники.
2. Где и для чего применяется Bypass
Байпас полезен прежде всего там, где коммутатор одновременно обслуживает локальные устройства и является промежуточным звеном связи с другими узлами.
Характерный пример — вагонная сеть. Если установленные в вагонах коммутаторы соединены последовательно, отключение одного из них может нарушить транзит к следующим вагонам. Обходной тракт позволяет исключить обесточенный узел из линии. Возможность фактического восстановления связи при этом зависит от получившейся длины соединения, состояния кабелей и сетевой конфигурации. Производители транспортных коммутаторов предусматривают релейный байпас для таких применений.
Аналогичный подход можно использовать в условной сети вдоль конвейера, тоннеля или другого протяжённого объекта. Обход уменьшает зависимость транзитной связи от питания каждого промежуточного устройства. Внешнее байпасное устройство также позволяет организовать плановое исключение оборудования из тракта для обслуживания, если поддерживает соответствующее управление.
При выборе схемы важно разделять три задачи. Резервный источник питания поддерживает работу коммутатора. Протокол сетевого резервирования управляет доступными путями передачи. Байпас физически соединяет линии в обход исключённого узла. Эти механизмы могут дополнять друг друга, но требуют согласованного применения.
Польза байпаса ограничена выбранной топологией. Если коммутатор подключён к сети одной линией, а остальные порты используются только для конечных устройств, его обход обычно не создаёт полезного транзитного соединения. Обрыв внешнего кабеля байпас также не устраняет: повреждённый участок остаётся повреждённым.
Применение в кольце требует отдельной проверки. После обхода меняется физическое соединение, что должно корректно обрабатываться протоколом резервирования. Для некоторых устройств производитель прямо ограничивает использование байпаса в кольцевых сетях.
3. Виды байпасов и способы реализации
Байпасы различаются по среде передачи, размещению переключающего механизма и способу управления.
Признак |
Варианты |
Что проверять |
Среда передачи |
Электрический, оптический |
Совместимость с кабелем, скоростью и интерфейсами |
Размещение |
Встроенный, внешний |
Схему подключения, питание и условия обслуживания |
Управление |
По питанию, по контролю работоспособности, принудительное |
Какие отказы действительно вызывают обход |
Поведение переключателя |
С фиксацией состояния или с возвратом в заданное положение |
Какое соединение сохраняется без питания |
Электрический и оптический байпас
Электрический байпас переключает цепи медных Ethernet-линий. В релейной реализации при штатной работе линии подключены к сетевой электронике коммутатора, а при обходе соединяются друг с другом через контакты. Поддержка конкретной скорости определяется характеристиками всего тракта.
Оптический байпас переключает пути прохождения света. В рабочем состоянии внешние волокна соединены с оптическими приёмопередатчиками узла; в обходном состоянии сигнал направляется между соседними участками без преобразования в электрическую форму в исключённом коммутаторе.
Оптические переключатели могут быть механическими или использовать микроэлектромеханические системы (Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS). Название «оптический байпас» не определяет конкретную элементную базу: её устанавливают по документации модуля.
Встроенное и внешнее исполнение
У встроенного байпаса переключающие элементы находятся внутри коммутатора. Их соединения с портами предусмотрены разработчиком.
Внешний байпас устанавливают между магистральными линиями и двумя портами защищаемого устройства. Такой вариант позволяет добавить обход к оборудованию без собственного байпасного модуля. Например, внешние оптические блоки предусматривают два подключения к сети и два — к локальному коммутатору.
Состояние без питания
Переключатель с фиксацией состояния (Latching) сохраняет выбранное положение после снятия управляющего воздействия. Переключатель без фиксации (Non-Latching) возвращается в предусмотренное конструкцией исходное положение.
Для автоматического обхода при обесточивании нужно, чтобы схема гарантированно устанавливала именно обходной тракт. Сохранение любого последнего состояния этому требованию не равнозначно. Переключатель с фиксацией также может применяться в составе специально разработанной схемы, однако перевод при отказе питания должен быть обеспечен отдельно.
Пассивность обходного тракта не означает полного отсутствия потребления у устройства. Контроллер, индикация и привод переключателя могут требовать питания; принципиально, чтобы установленное аварийное соединение сохранялось без питания основной системы.
4. Какие порты используются для байпаса
Один обычный обходной тракт обслуживает два Ethernet-порта — одну байпасную пару. Две пары охватывают четыре порта. При этом каждый порт в штатном режиме остаётся самостоятельным сетевым интерфейсом; непосредственное физическое соединение между линиями появляется при включении обхода.
Конфигурация |
Порты коммутатора |
Обходные пары |
Одна пара |
2 |
1 |
Две пары |
4 |
2 |
Три пары |
6 |
3 |
Внешнее байпасное устройство на один тракт обычно имеет четыре порта: два магистральных и два для подключения защищаемого оборудования. Это не означает использования четырёх портов самого коммутатора: к нему по-прежнему подключаются два.
Обязательны ли uplink-порты
Привязка к восходящим портам связи (Uplink) не является обязательным техническим условием. Производитель может разместить байпас на портах, предназначенных для межкоммутаторных соединений, но его возможность определяется аппаратной схемой.
Байпас реализуют и в коммутаторах, у которых все порты медные 10/100 Мбит/с. Выделенные гигабитные аплинки этому устройству не требуются.
Поэтому при выборе проверяют номера портов и их объединение в пары. Наличие байпаса на одной группе не распространяет функцию на остальные интерфейсы. Произвольное переназначение пар возможно только при специально предусмотренной аппаратной архитектуре; обычной программной настройки для этого недостаточно.
5. Электрический байпас: особенности медного Ethernet
В медной сети обходной модуль должен передавать электрические сигналы между двумя внешними линиями с характеристиками, достаточными для выбранного Ethernet-интерфейса. Количество переключаемых проводников и требования к тракту зависят от реализации и скорости.
Само наличие реле не определяет предельную скорость. Помимо решений 10/100 Мбит/с и 1G, существуют транспортные коммутаторы с релейным байпасом на медных портах до 10 Гбит/с. Однако поддержку скорости необходимо подтверждать для конкретного устройства.
Длина объединённого соединения
Основное ограничение — суммарная длина после обхода. При исправном коммутаторе каждый подключённый к нему кабель является частью отдельного соединения. После обхода эти кабели становятся одним каналом без промежуточного активного узла.
Для распространённых интерфейсов 100BASE-TX и 1000BASE-T ориентиром служит канал до 100 м при выполнении требований к кабелю и соединениям. Отдельно требуется учитывать сумму участков при релейном обходе.
В условном примере два участка по 30 м после обхода дают 60 м кабеля, а два по 70 м — 140 м. Во втором случае исходные участки по отдельности укладывались в ограничение, объединённое соединение — уже нет. Даже меньшая длина сама по себе не подтверждает работоспособность: учитываются разъёмы, контакты обхода, качество кабеля и весь канал.
После переключения соседним устройствам может потребоваться заново установить физическое соединение. Поэтому время перемещения контактов не равно полному перерыву Ethernet-обмена.
Байпас, M12 и PoE
Разъём M12 обеспечивает определённую конструкцию соединения, но не подтверждает наличие обхода. Байпас должен быть прямо указан для выбранных портов и исполнения.
Питание по Ethernet (Power over Ethernet, PoE) также рассматривают отдельно. Обесточенный коммутатор не продолжает питать свои конечные устройства только благодаря байпасу данных. Если PoE заявлено на байпасных портах, необходимо проверить допустимую схему подключения, электрическую развязку и поведение питания при переключении. Возможность передачи данных и возможность передачи питания нельзя считать одной характеристикой.
6. Оптический байпас: двухволоконные и одноволоконные решения
Оптический обход формирует непрерывный путь между работающими передатчиком и приёмником соседних узлов. Приёмопередатчики отключённого коммутатора исключаются из этого пути.
Обычная пересылка через два оптических модуля не обеспечивает обход без питания: модули и коммутационная электроника должны работать. Для пассивного аварийного соединения нужен отдельный переключающий элемент в оптическом тракте.
Двухволоконный оптический байпас
В двухволоконном подключении один порт использует отдельное волокно для передачи и отдельное — для приёма. Для обходной пары предусмотрены два порта и четыре внешних волокна.
При включении байпаса сигнал от левого соседа направляется к приёмнику правого, а сигнал от правого — к приёмнику левого. Необходимо согласованное переключение обоих направлений и правильная полярность соединений.
Исполнение |
Ethernet-порты одной байпасной пары |
Внешние волокна для этой пары |
Двухволоконное |
2 |
4 |
Одноволоконное BiDi |
2 |
2 |
Число портов, волокон и разъёмов — разные величины. Например, один двухволоконный разъём обслуживает один Ethernet-порт, а два волокна внутри него не являются двумя сетевыми портами.
Выбор одномодового или многомодового волокна определяется выбранной оптикой и условиями линии. Для гигабитного Ethernet используются, в частности, многомодовые интерфейсы 1000BASE-SX и одномодовые исполнения на основе 1000BASE-LX. Байпасный модуль подбирают под соответствующий тип волокна и рабочие длины волн.
Одноволоконный байпас BiDi
При двунаправленной передаче по одному волокну (Bidirectional, BiDi) встречные сигналы используют разные длины волн. Их разделяет оптика спектрального уплотнения (Wavelength Division Multiplexing, WDM).
Например, стандартная гигабитная пара 1000BASE-BX10 включает взаимодополняющие исполнения:
Тип |
Передача |
Приём |
U |
1310 нм |
1490 нм |
D |
1490 нм |
1310 нм |
Порт U соединяется с D. Для обхода двух таких портов внешний одноволоконный тракт переключается между локальными приёмопередатчиками и непосредственным соединением соседей. Байпас должен пропускать обе длины волн и работать в обоих направлениях; такие переключающие конфигурации предусмотрены производителями оптических байпасов.
При проектировании цепочки проверяют совместимость портов после исключения узлов. Возможное решение для указанной пары — установить на каждом коммутаторе левый порт U и правый D и соблюдать одинаковую ориентацию устройств. Тогда и до обхода, и после него соседями остаются взаимодополняющие порты. Это пример схемного решения, а не универсальное правило маркировки для любой BiDi-оптики.
Фиксированные порты и защищённые разъёмы
Оптический байпас можно встроить в коммутатор с фиксированными портами: приёмопередатчики и переключающий модуль находятся внутри, наружу выведены волоконные разъёмы. Доступный пользователю слот сменного оптического модуля для этого не требуется.
Для транспортного исполнения важны защита разъёма, фиксация кабеля, стойкость к вибрации и возможность очистки. Например, выпускаются защищённые двухволоконные семейства с характеристиками IP67 и IP68. Однако класс защиты и условия его обеспечения проверяют по конкретной розетке, ответной части и сборке; обозначение семейства само по себе недостаточно.
Наличие IP67 не определяет скорость, число волокон или вносимые потери. Эти параметры задаются отдельно.
Чем отличаются порты 1G и 1/10G
Для порта только 1G достаточно гигабитного приёмопередатчика и соответствующей электроники. Исполнение 1/10G требует поддержки обеих скоростей всеми активными составляющими порта. Двухскоростные оптические приёмопередатчики выпускаются, но совместимость и условия каждого режима должны быть подтверждены документацией.
Пассивная схема обхода при этом может остаться той же, если её характеристики подходят для обоих режимов. Она не преобразует скорость. Если исправный коммутатор соединял участок 1G с участком 10G, после его обхода соседям потребуется общий совместимый режим.
После обхода нескольких узлов увеличиваются длина и потери линии. Поэтому заявленная дальность отдельного оптического интерфейса не определяет автоматически число допустимых байпасов: необходим расчёт всего получившегося тракта.
7. Когда включается байпас и как устройство возвращается в сеть
Условие срабатывания — одна из основных характеристик коммутатора с байпасом. Наличие обходного модуля ещё не означает реакцию на любой отказ.
Потеря питания
В базовом исполнении обход включается при обесточивании устройства. Некоторые внешние модули также позволяют настроить порог снижения напряжения.
Для коммутатора с резервированием питания следует уточнить, контролируется ли потеря отдельного входа или исчезновение рабочего питания устройства. Отключение одного источника при исправном втором не обязательно должно выводить работающий коммутатор из сети.
Особого внимания требует питание внешнего байпаса. Если он реагирует только на собственное обесточивание, независимый источник может оставить его в штатном положении при отключённом коммутаторе. Например, для Moxa OBU-102 предусмотрено питание от общего с защищаемым узлом источника. При другой схеме требуется предусмотренный механизм контроля или управления.
Зависание и контроль работоспособности
При зависании питание может сохраняться. Байпас, реагирующий только на напряжение, такой отказ самостоятельно не обнаружит.
Для контроля применяют сторожевой таймер (Watchdog Timer, WDT). Контролируемая система регулярно подтверждает работоспособность; при отсутствии подтверждений независимый контроллер по истечении установленного времени включает обход. Подобная схема описана в документации сетевого оборудования.
Управляемые внешние байпасы могут использовать контрольные пакеты (Heartbeat), проходящие через защищаемое устройство. Отсутствие возвращаемых пакетов служит признаком неисправности. Этот способ тоже проверяет конкретный тракт, а не все функции многопортового коммутатора: успешный контрольный обмен не доказывает исправность каждого порта, VLAN или сервиса.
Принудительный обход
Управляющий вход или команда позволяют исключить узел для обслуживания, если такая функция предусмотрена. При этом сохраняется физический обходной тракт, но обработка трафика устройством прекращается.
Для оборудования, выполняющего фильтрацию или другие функции безопасности, последствия обхода должны быть учтены в проекте. Если продолжение передачи без такой обработки недопустимо, требуется другое аварийное поведение. Некоторые управляемые устройства наряду с нормальным режимом и обходом поддерживают размыкание соединения (Disconnect).
Возврат после включения питания
Появление напряжения ещё не означает готовность коммутатора: требуется загрузка, применение конфигурации и запуск сетевых функций. Если вернуть линии к электронике раньше, чем она готова передавать данные, можно получить дополнительный перерыв.
Поэтому в байпасных устройствах применяется задержка возврата. Например, производители внешних оптических модулей предусматривают настраиваемую задержку после восстановления питания. В проектируемом управляемом устройстве её целесообразно согласовывать с готовностью сетевых функций и устойчивостью питания.
Пока коммутатор загружается, обмен может продолжаться через обход. Следовательно, время загрузки, задержка возврата, время переключения и фактический перерыв связи должны рассматриваться как отдельные показатели. Их взаимодействие с протоколами резервирования требует самостоятельной проверки.
8. Время переключения байпаса и время восстановления связи
В характеристиках оборудования могут быть указаны время переключения обходного модуля и время восстановления кольцевого протокола. Ни одно из этих значений само по себе не определяет продолжительность перерыва пользовательского обмена. Производители отдельно разграничивают переключение байпаса и восстановление связи.
При отказе узла происходят несколько событий: обнаружение неисправности, включение обхода, установление физического соединения между новыми соседями, обработка изменения топологии и возобновление передачи. Часть процессов может выполняться параллельно. Например, кольцевой протокол способен восстановить обмен по оставшейся части сети раньше, чем установится соединение через байпас.
Показатель |
Что характеризует |
Время обнаружения отказа |
Задержку до регистрации неисправности |
Время переключения байпаса |
Изменение состояния обходного тракта |
Время установления соединения |
Готовность физических интерфейсов новых соседей |
Время реконфигурации сети |
Обработку изменения путей сетевым протоколом |
Перерыв пользовательского обмена |
Фактическую недоступность передачи для выбранного потока |
Поэтому нельзя безусловно складывать паспортные времена байпаса и MRP. Нельзя и считать меньшее из них гарантированным результатом: восстановленный физический тракт ещё может быть заблокирован протоколом, а изменившиеся пути — требовать обновления таблиц пересылки.
При возврате питания ситуация повторяется. Пока узел загружается, данные могут проходить через обход. После переключения линий к восстановленному коммутатору возникает новое изменение топологии. Следовательно, длительность загрузки не равна длительности перерыва, а успешное аварийное переключение не подтверждает столь же благоприятный возврат.
Для технического задания полезнее задавать допустимые потери кадров и максимальный перерыв в конкретных сценариях: отключение питания, обрыв кабеля, восстановление линии и возврат узла.
9. Совместная работа байпаса с MRP, RSTP, PRP и HSR
Байпас меняет физические соединения. Протокол резервирования должен корректно работать с получившейся топологией как после переключения, так и при восстановлении устройства. Одинаковое число портов не делает разные протокольные режимы взаимозаменяемыми.
MRP: обход клиента и менеджера кольца
В протоколе резервирования среды передачи (Media Redundancy Protocol, MRP) менеджер кольца (Media Redundancy Manager, MRM) контролирует его целостность. При исправном кольце один из его портов блокирует пользовательский трафик. При разрыве менеджер разрешает передачу через резервный путь. Остальные участники выполняют функции клиентов (Media Redundancy Client, MRC).
Инженерно можно рассматривать обход клиента: его бывшие соседи устанавливают прямое соединение, а в кольце остаётся работающий менеджер. Однако совместимость выбранного байпаса с этой процедурой необходимо подтвердить.
Обход единственного фиксированного менеджера опасен. Если после его отключения байпас замкнёт бывших соседей, получится физическое кольцо без узла, ранее обеспечивавшего блокировку. При отсутствии другого согласованного механизма защиты это создаёт условия для Ethernet-петли.
Автоматический выбор менеджера — отдельная возможность MRP, поддерживаемая не всеми реализациями. Рассчитывать на неё только по наличию аббревиатуры MRP в характеристиках нельзя.
Обрыв и восстановление кабеля в MRP-кольце
Если байпас управляется только питанием, обычный обрыв кабеля не должен вызывать его переключение. Клиенты обнаруживают потерю соединения и могут сообщить менеджеру; менеджер также контролирует прохождение тестовых кадров. Восстановление обмена происходит средствами MRP. Добавлять к его времени ещё и время неподвижного байпаса оснований нет.
После ремонта кабеля обмен уже может идти по резервному пути. Задача MRP — вернуть сеть к штатному состоянию без образования петли. Восстановленный порт клиента временно блокируется для обычного трафика, пока согласуется изменение топологии.
При отказе коммутатора возможна более сложная последовательность. Сначала MRP открывает резервный путь, затем байпас соединяет соседей и снова замыкает кольцо. Вместо одного события сеть обрабатывает два. Если обход устанавливается раньше реакции MRP, последовательность будет другой. Это условные сценарии, результат которых проверяют на конкретном оборудовании.
RSTP: новое соседство и роли портов
Протокол быстрого связующего дерева (Rapid Spanning Tree Protocol, RSTP) определяет корневой мост и роли портов, исключая активные петли. После обхода узла его соседи становятся непосредственно соединёнными. Если исключён корневой мост, оставшимся устройствам требуется выбрать новый. Механизмы изменения ролей и согласования состояний предусмотрены RSTP.
Тем не менее поддержка RSTP и наличие байпаса по отдельности не подтверждают их совместную работу. Проверяют обход узла с блокирующим портом, исчезновение корневого моста и возврат устройства. Межкоммутаторные порты не следует настраивать как подключения конечных устройств с безусловным немедленным разрешением передачи.
Ограничения производителя имеют приоритет при выборе схемы. Например, для отдельных транспортных коммутаторов Moxa применение байпаса в кольцах с RSTP не рекомендуется из-за риска петель.
PRP: обход только внутри отдельной LAN
Протокол параллельного резервирования (Parallel Redundancy Protocol, PRP) передаёт копии кадров по двум независимым сетям — LAN A и LAN B.
Можно рассматривать обход транзитного коммутатора внутри LAN A или отдельно внутри LAN B. После переключения разделение сетей должно сохраняться. Если сама LAN построена кольцом, дополнительно действуют ограничения её кольцевого протокола.
Нельзя соединять обычным байпасом порты A и B PRP-устройства. Они принадлежат разным сетям, а не двум сторонам последовательного участка. Их замыкание объединит LAN A и LAN B, что противоречит требованиям построения PRP. Это относится и к устройству сопряжения RedBox в режиме PRP.
HSR: обход между портами одного кольца
Высокодоступное бесшовное резервирование (High-availability Seamless Redundancy, HSR) передаёт копии кадров в противоположных направлениях кольца. Обработку специальных тегов и дубликатов выполняют HSR-узлы.
Инженерно возможен обход между двумя портами одного HSR-кольца: отключённый узел исключается, его соседи соединяются непосредственно. При этом исправный узел должен поддерживать HSR; наличие байпаса не позволяет заменить его обычным коммутатором.
Проверяют переключение обоих направлений, возврат узла и работу после нескольких отказов. Гарантию бесшовного резервирования при предусмотренном одиночном отказе нельзя автоматически распространять на произвольную последовательность нескольких отключений и переключений байпасов.
Протокол |
Рассматриваемый вариант обхода |
Основное ограничение |
MRP |
Между кольцевыми портами клиента |
Сохранение работающего менеджера и согласованного переключения |
RSTP |
Исключение промежуточного моста |
Корректное изменение ролей и отсутствие петель |
PRP |
Внутри LAN A либо внутри LAN B |
Независимость двух сетей |
HSR |
Между портами одного HSR-кольца |
Корректная работа оставшихся HSR-узлов |
10. Сколько коммутаторов можно последовательно обойти
Универсального допустимого количества байпасов нет. После обхода N соседних коммутаторов объединяются N + 1 кабельных участков. Для оптики нужно рассчитать непрерывный тракт между двумя оставшимися работающими приёмопередатчиками.
Основное условие по потерям:
В расчёт входят волокна, разъёмные соединения, сварки, обходные модули и внутренние тракты работающих концов, если последние ещё не включены в гарантированные параметры портов. Точки задания мощности и чувствительности нужно согласовать, чтобы не учитывать одни потери дважды.
Разность минимальной мощности передатчика и требуемой мощности приёмника даёт первоначальную энергетическую оценку. Если производитель задаёт отдельное ограничение потерь канала, оно также обязательно: передача может ограничиваться дисперсией и другими факторами.
Условный пример для оптической линии 1G
Все значения ниже приняты для иллюстрации метода
Параметр |
Значение |
Допустимый бюджет потерь |
12 дБ |
Проектный запас |
3 дБ |
Длина каждого кабельного участка |
200 м |
Затухание волокна |
0,4 дБ/км |
Потери одного внешнего соединения |
0,25 дБ |
Потери внутреннего обходного тракта узла без внешних соединений |
0,8 дБ |
Внутренние потери каждого работающего конца |
0,5 дБ |
Предположим, каждый участок имеет два внешних соединения, дополнительных кроссов и сварок нет. Потери участка составят:
Для N обходимых узлов:
Обходимые узлы |
Объединённая длина |
Потери тракта |
Потери с запасом 3 дБ |
Проверка бюджета 12 дБ |
1 |
400 м |
2,96 дБ |
5,96 дБ |
Проходит |
3 |
800 м |
5,72 дБ |
8,72 дБ |
Проходит |
5 |
1200 м |
8,48 дБ |
11,48 дБ |
Проходит |
6 |
1400 м |
9,86 дБ |
12,86 дБ |
Не проходит |
В этом примере по затуханию допустим обход пяти узлов. Для подтверждения работоспособности отдельно проверяют длину, параметры сигнала, перегрузку приёмника на коротких трактах и сетевую топологию.
Оба направления рассчитываются отдельно. Для BiDi учитывают различия на двух длинах волн и принимают худший результат. При неодинаковой длине участков проверяют все предусмотренные группы отключений: одинаковое число байпасов в разных местах может давать разные потери.
Для медных линий сохраняется ограничение объединённого канала, рассмотренное в разделе 5. После монтажа расчёт оптики подтверждают измерением потерь; соответствие энергетическому бюджету не отменяет ограничений по длине.
11. Как выбирать коммутатор с байпасом
Выбор начинается с перечня отказов, которые должна выдерживать сеть. Нужно определить, требуется ли обход только при полном обесточивании, при зависании, во время обслуживания или при сочетании событий.
Группа требований |
Что зафиксировать |
Порты |
Количество пар, номера портов, скорость и среду передачи |
Срабатывание |
Контролируемые отказы, пороги, таймеры и доступное управление |
Аварийное состояние |
Соединение при полном отсутствии питания |
Возврат |
Задержку, готовность устройства и поведение при нестабильном питании |
Тракт |
Потери, допустимую длину, параметры оптики и разъёмов |
Совместимость |
Протоколы резервирования и проверенные топологии |
Эксплуатация |
Температуру, вибрацию, защиту корпуса и обслуживание |
Существенна совместимость соседей после исключения узла. Если коммутатор преобразовывал конфигурацию трафика, разделял сети или соединял разные скорости, прямое подключение его соседей может не обеспечить прежнюю работу.
Для оптического байпаса запрашивают гарантированные потери в штатном и обходном состояниях, включая условия измерения. Для медного — ограничения канала после объединения участков. Возможность работы без питания должна быть описана прямо.
Наконец, в требованиях задают измеримый результат: какие устройства должны сохранять связь, при каких отказах и с каким допустимым перерывом. Формулировка «наличие Bypass» для этого недостаточна.
12. Реализация байпаса в коммутаторах DIGICOM AGATE серий A и H
В транспортных коммутаторах DIGICOM AGATE предусмотрены исполнения с электрическим и оптическим обходом. В обозначениях соответствующих модификаций используются индексы B и BF.
Электрический байпас
В линейке A электрический байпас представлен в исполнениях AGATE8612A-B, AGATE8616A-B, AGATE8620A-B и AGATE8624A-B. Для обхода используются четыре медных гигабитных порта с разъёмами M12 X-coded, образующие две пары.
В линейке H соответствующие исполнения применяются в семействах AGATE8612H / AGATE8112H, AGATE8616GH / AGATE8116H, AGATE8618H / AGATE8118H, AGATE8620H / AGATE8120H, AGATE8624H / AGATE8124H. Наличие функции проверяют по полному артикулу. Например, у AGATE8624H-B четыре гигабитных порта с байпасом — две пары.
Обходной модуль переключает предусмотренные линии при потере питания.
Оптический байпас, серия AGATE8112H-BF
Исполнения BF-2GLC2GE8T и BF-2GLC2GE8P имеют два оптических порта 1G с одной обходной парой, два медных гигабитных порта и восемь медных портов 10/100 Мбит/с. В варианте 8P последние поддерживают PoE. Для подключения оптических линий используются защищённые разъёмы LH24 с LC коннектором. Корпус имеет класс защиты IP67.
Для оптики применяются параметры 1310 нм, одномодовое исполнение до 10 км и многомодовое до 2 км. Отдельно предусмотрена заказная модификация SM20 до 20 км. Это данные интерфейсов: допустимое число последовательных обходов определяется расчётом. Предусмотрено также стоечное исполнение AGATE8112H-1U-BF с IP40.
13. Проверка байпаса перед вводом сети в эксплуатацию
Испытания должны воспроизводить проектную конфигурацию: версии программного обеспечения, настройки резервирования, длины кабелей и рабочую нагрузку.
Начальная проверка — отключение питания промежуточного узла с контролем связи между оставшимися устройствами. Затем проверяют его включение и возврат линий к электронике. Для двух входов питания отдельно испытывают потерю одного источника и полное обесточивание.
Испытание |
Что контролировать |
Обрыв и восстановление кабеля |
Реакцию протокола и сохранение штатного состояния байпаса |
Отключение клиента кольца |
Обход, реконфигурацию и отсутствие петель |
Возврат питания |
Работу во время загрузки и перерыв при обратном переключении |
Несколько отключённых узлов |
Предусмотренные последовательные и разнесённые отказы |
Нестабильное питание |
Повторные переключения и возможность устойчивого восстановления |
Рабочая нагрузка |
Потери кадров, задержки и устойчивость сервисов |
Для измерений целесообразен непрерывный поток с номерами кадров и временными отметками. Период отправки выбирают существенно меньше допустимого перерыва. Редкие проверки доступности могут пропустить кратковременные нарушения.
В отчёте фиксируют максимальный непрерывный перерыв, суммарные потери, дубликаты и время стабилизации. Для кольца полезно сопоставить трафик с состояниями портов и протокола. Одного успешного переключения недостаточно: испытания повторяют при разных моментах возникновения отказа.
Для оптики измеряют потери объединённых трактов и проверяют обмен через нужное число байпасов. Если в проекте важны точная синхронизация, видеонаблюдение или управление, их работоспособность контролируют отдельно от обычной сетевой доступности.
14. Частые вопросы о байпасе коммутаторов
Работает ли байпас без питания?
Аппаратный байпас, предназначенный для обхода обесточенного узла, должен сохранять аварийное соединение без питания основной электроники. Но поведение конкретного исполнения необходимо проверить: сохранение последнего положения переключателя не всегда означает переход в обход.
Может ли байпас устранить обрыв кабеля?
Нет. Он исключает узел из пути передачи, но не восстанавливает повреждённый внешний кабель. Для обхода такого повреждения нужен другой физический путь.
Нужен ли байпас при наличии MRP?
Его можно рассматривать как дополнительную возможность восстановления физического кольца после отключения клиента. Полезность зависит от топологии и совместимости оборудования. Автоматически включать обход на единственном менеджере MRP нельзя без решения проблемы замкнутого кольца без управления.
Можно ли включить байпас на любых портах?
Только если это позволяет аппаратная конструкция. Обычно используются заданные пары. Переназначение кольцевых портов в настройках протокола само по себе не меняет физическую схему байпаса.
Сохраняется ли PoE при обходе?
Сохранение передачи данных не подтверждает сохранение питания. Обесточенный коммутатор перестаёт питать свои PoE-устройства, если их питание не обеспечено отдельным решением.
Обеспечивает ли байпас переключение без потери кадров?
Само наличие байпаса такой гарантии не даёт. Проверяются весь процесс восстановления и конкретные потоки трафика, включая обратное переключение после загрузки узла.
Нужно ли настраивать байпас?
Простой обход по питанию может не требовать настройки. У управляемых решений задаются условия срабатывания, таймеры, команды и порядок возврата. Даже ненастраиваемый байпас требует правильного включения в топологию и проверки кабельных ограничений.
15. Словарь терминов и сокращений
Англоязычные термины и сокращения
Термин |
Расшифровка и русский перевод |
Значение |
BiDi |
Bidirectional — двунаправленный |
В контексте статьи — передача и приём по одному оптическому волокну с использованием разных длин волн. |
Bypass |
Обход; байпас |
Аппаратное соединение двух внешних линий в обход сетевой электроники устройства. |
DG-Ring |
Фирменное название технологии кольцевого резервирования DIGICOM |
Механизм резервирования Ethernet-кольца. Название не является общепринятым сетевым сокращением. |
Disconnect |
Размыкание; отключение соединения |
Режим, в котором соединение между внешними линиями разрывается. |
Heartbeat |
Дословно «сердцебиение»; контроль работоспособности |
Периодические контрольные сообщения или сигналы, отсутствие которых может использоваться для обнаружения отказа. |
HSR |
High-availability Seamless Redundancy — бесшовное резервирование высокой доступности |
Механизм передачи копий кадров по двум направлениям HSR-кольца с обработкой дубликатов в узлах. |
IP |
International Protection — международное обозначение степени защиты оболочки |
Буквенная часть кода, характеризующего защиту от доступа к опасным частям, проникновения твёрдых предметов и вредного воздействия воды. |
LAN |
Local Area Network — локальная вычислительная сеть |
Сеть устройств в пределах объекта или ограниченной территории. В PRP используются две независимые сети — LAN A и LAN B. |
Latching |
С фиксацией состояния |
Исполнение переключателя, сохраняющее выбранное положение после снятия управляющего воздействия. |
LC |
Lucent Connector — оптическийразъём LC |
Компактный волоконно-оптический разъём с наконечником диаметром 1,25 мм. |
MEMS |
Micro-Electro-Mechanical Systems — микроэлектромеханическиесистемы |
Миниатюрные системы с механическими элементами и электрическим управлением. Используются, в частности, в оптических переключателях. |
MRC |
Media Redundancy Client — клиент резервирования среды передачи |
Участник MRP-кольца, работающий под управлением менеджера. |
MRM |
Media Redundancy Manager — менеджер резервирования среды передачи |
Узел, контролирующий целостность MRP-кольца и управляющий блокировкой резервного пути. |
MRP |
Media Redundancy Protocol — протокол резервирования среды передачи |
Протокол резервирования Ethernet-кольца, восстанавливающий связь при предусмотренном отказе линии или узла. |
Non-Latching |
Без фиксации состояния |
Исполнение переключателя, возвращающееся в заданное исходное положение при снятии управляющего воздействия. |
PoE |
Power over Ethernet — питаниепо Ethernet |
Передача электрического питания по медному Ethernet-кабелю вместе с данными. |
PRP |
Parallel Redundancy Protocol — протокол параллельного резервирования |
Механизм передачи копий кадров по двум независимым сетям LAN A и LAN B с удалением дубликатов на принимающей стороне. |
RedBox |
Redundancy Box — устройство сопряжения с резервированной сетью |
Устройство, подключающее обычное оборудование к PRP или HSR. Отдельные исполнения также обеспечивают сопряжение резервированных сетей. |
RSTP |
Rapid Spanning Tree Protocol — протокол быстрого связующего дерева |
Протокол, формирующий топологию Ethernet без активных петель и перестраивающий пути при изменениях сети. |
Uplink |
Восходящее соединение; порт связи с вышестоящей сетью |
Порт, предназначенный или используемый для подключения к другому коммутатору либо уровню сети. Назначение uplink само по себе не означает наличие байпаса. |
VLAN |
Virtual Local Area Network — виртуальная локальная сеть |
Логически выделенная локальная сеть в общей Ethernet-инфраструктуре. |
WDM |
Wavelength Division Multiplexing — спектральное уплотнение, или мультиплексирование с разделением по длинам волн |
Передача нескольких оптических каналов по одному волокну на разных длинах волн. |
WDT |
Watchdog Timer — сторожевой таймер |
Таймер, срабатывающий, если контролируемая система перестаёт регулярно подтверждать работоспособность. |
Обозначения Ethernet-интерфейсов и разъёмов
Обозначение |
Значение |
1G |
Ethernet-интерфейс со скоростью 1 Гбит/с. |
10G |
Ethernet-интерфейс со скоростью 10 Гбит/с. |
1/10G |
Порт, поддерживающий режимы 1 и 10 Гбит/с. Само обозначение не подтверждает автоматическое согласование скорости. |
100BASE-TX |
Медный Ethernet-интерфейс 100 Мбит/с, использующий две витые пары. |
1000BASE-T |
Медный Ethernet-интерфейс 1 Гбит/с, использующий четыре витые пары. |
1000BASE-SX |
Гигабитный оптический Ethernet-интерфейс с коротковолновой оптикой около 850 нм для многомодового волокна. |
1000BASE-LX |
Гигабитный оптический Ethernet-интерфейс с оптикой около 1310 нм. В статье рассматривается прежде всего одномодовое подключение; работа по многомодовому волокну имеет дополнительные условия. |
1000BASE-BX10 |
Гигабитный одноволоконный интерфейс BiDi с расчётной дальностью до 10 км при выполнении требований к линии. Использует взаимодополняющие исполнения U и D. |
U / D |
Upstream / Downstream — восходящее / нисходящее направление. В обозначениях 1000BASE-BX10 исполнение U передаёт на 1310 нм и принимает на 1490 нм; D — наоборот. |
M12 |
Семейство круглых электрических разъёмов. Количество контактов, кодировка и назначение определяются конкретным исполнением. |
M12 X-coded |
Разъём M12 с X-кодировкой. Применяется для высокоскоростного Ethernet; наличие такого разъёма само по себе не определяет скорость порта или поддержку байпаса. |
LH24 |
Обозначение защищённого оптического разъёма, используемого в рассматриваемом исполнении AGATE8112H-BF с интерфейсом LC. |
Степени защиты
Обозначение |
Значение |
IP40 |
Защита от проникновения твёрдых предметов диаметром 1 мм и более. Защита от воды соответствующей цифрой кода не предусмотрена. |
IP67 |
Пыленепроницаемая оболочка и защита от вредного воздействия воды при временном погружении в установленных условиях испытания. |
IP68 |
Пыленепроницаемая оболочка и защита от вредного воздействия воды при длительном погружении в установленных для изделия условиях. |
Коды IP определяются стандартом IEC 60529.
Основные технические термины
Термин |
Определение |
Аппаратный байпас |
Обход, реализованный физическими переключающими элементами. |
Байпасная пара |
Два порта, внешние линии которых соединяются между собой при включении обхода. |
Бюджет оптических потерь |
Допустимые суммарные потери между передатчиком и приёмником для выбранных интерфейсов и условий передачи. |
Внешний байпас |
Отдельное устройство, включаемое между линиями сети и портами защищаемого оборудования. |
Вносимые потери |
Уменьшение мощности сигнала при прохождении через добавленный компонент: разъём, байпасный модуль или другой элемент тракта. |
Встроенный байпас |
Обходной модуль, размещённый внутри коммутатора и соединённый с предусмотренными конструкцией портами. |
Время восстановления связи |
Интервал от заданного события отказа до возобновления обмена по принятому критерию. |
Время переключения байпаса |
Время перехода обходного механизма между состояниями. Это лишь одна из составляющих общего времени восстановления связи. |
Двухволоконное подключение |
Оптическое соединение с отдельными волокнами для передачи в каждом направлении. |
Дисперсия |
Расширение оптических импульсов во времени, ограничивающее допустимое сочетание длины линии и скорости передачи. |
Дубликат кадра |
Повторная копия того же кадра, которую протокол резервирования должен корректно распознать и обработать. |
Задержка возврата |
Интервал, в течение которого обход сохраняется после восстановления питания до возвращения линий к электронике устройства. |
Затухание |
Уменьшение мощности сигнала при распространении по линии. Для волокна часто задаётся в дБ/км. |
Кадр Ethernet |
Единица передачи данных Ethernet, содержащая служебные поля и передаваемые данные. |
Кольцевая топология |
Построение сети, при котором межузловые соединения образуют замкнутый контур. |
Коммутатор |
Сетевое устройство, пересылающее Ethernet-кадры между портами по адресной информации и заданным правилам. |
Коммутационная микросхема |
Электронный компонент, выполняющий основные операции обработки и пересылки трафика между портами. |
Корневой мост |
Опорный коммутатор, относительно которого протокол связующего дерева определяет пути и роли портов. |
Линейная топология |
Последовательное соединение узлов, в котором промежуточные устройства обеспечивают транзит между участками. |
Многомодовое волокно |
Оптическое волокно, в котором могут распространяться несколько пространственных мод света. |
Обходной тракт |
Физический путь передачи сигнала в обход основной сетевой электроники узла. |
Одноволоконное подключение |
Оптическое соединение с передачей в обоих направлениях по одному волокну. В статье рассматривается BiDi с разными длинами волн. |
Одномодовое волокно |
Оптическое волокно, рассчитанное на распространение одной пространственной моды в рабочем диапазоне длин волн. |
Оптический байпас |
Обход с переключением оптических путей между внешними волоконными линиями. |
Оптический приёмопередатчик |
Компонент с передатчиком и приёмником, преобразующий электрические сигналы в оптические и обратно. |
Пассивный обходной тракт |
Тракт, передающий сигнал без активной регенерации или обработки кадров в исключённом узле. |
Петля Ethernet |
Замкнутый путь, по которому кадры могут многократно циркулировать при отсутствии корректной защиты от петель. |
Полярность оптического соединения |
Соответствие волокон передачи и приёма, обеспечивающее подключение передатчика одного узла к приёмнику другого. |
Порт |
Сетевой интерфейс устройства для подключения линии связи. |
Проектный запас |
Часть доступного бюджета, оставленная для учёта разброса параметров, условий эксплуатации, старения и возможных изменений линии. |
Реконфигурация сети |
Изменение путей передачи и состояний портов после изменения топологии или обнаружения отказа. |
Резервирование питания |
Использование дополнительных источников или входов питания для сохранения работы устройства при предусмотренном отказе. |
Сторожевой таймер |
Средство обнаружения прекращения регулярных подтверждений работоспособности системы. См. WDT. |
Таблица пересылки |
Набор записей, по которым коммутатор определяет порты передачи кадров с учётом адресной и иной предусмотренной информации. |
Транзитный трафик |
Данные, проходящие через промежуточный узел между другими устройствами сети. |
Физическое соединение |
Соединение, при котором физические интерфейсы способны передавать сигналы. Его наличие ещё не подтверждает разрешение пользовательской пересылки. |
Фиксированный оптический порт |
Оптический интерфейс с заданными параметрами, не предусматривающий доступной пользователю замены приёмопередатчика через внешний модульный слот. |
Чувствительность приёмника |
Минимальный уровень входной мощности, необходимый для работы приёмника с заданным качеством передачи и в установленных условиях. |
Электрический байпас |
Обход с физическим переключением электрических цепей между медными Ethernet-линиями. |
Индексы исполнений в артикулах DIGICOM AGATE
Эти обозначения относятся к номенклатуре рассматриваемого оборудования.
Индекс |
Значение |
B |
Исполнение с электрическим байпасом. |
BF |
Исполнение с оптическим байпасом. |
SM20 |
Single Mode, 20 km — одномодовое исполнение с заявленной дальностью до 20 км. Индекс не определяет допустимое число последовательно включённых байпасов. |
Единицы измерения
Обозначение |
Расшифровка |
Мбит/с |
Мегабит в секунду; 10⁶ бит/с. |
Гбит/с |
Гигабит в секунду; 10⁹ бит/с. |
дБ |
Децибел; логарифмическая единица отношения величин, используемая в статье для выражения потерь и запасов. |
нм |
Нанометр; 10⁻⁹ метра. Используется для указания длины волны света. |
