1. Что такое MRP и зачем он нужен
2. Как устроено MRP-кольцо
3. Как MRP работает в нормальном режиме и при отказе
4. Время восстановления MRP
5. MRM, MRC и Auto Manager
6. MRP Interconnection: резервирование между несколькими кольцами
7. Примеры многокольцевой сети DIGICOM
8. Типовые схемы применения MRP
9. Где применяется MRP
10. MRP и другие технологии резервирования
11. Типичные ошибки при проектировании MRP
12. Когда стоит выбирать MRP
13. Какие коммутаторы DIGICOM поддерживают MRP
14. Часто задаваемые вопросы о MRP

 

Промышленная Ethernet-сеть должна сохранять работоспособность не только в штатном режиме, но и при повреждении линии связи, отказе сетевого оборудования или проведении ремонтных работ. На производственном предприятии, энергетическом объекте, в транспортной инфраструктуре или системе АСУ ТП даже кратковременная потеря связи между узлами может нарушить обмен технологическими данными.

Один из распространённых способов повысить отказоустойчивость промышленной сети — использовать кольцевую топологию. Коммутаторы соединяются таким образом, что между большинством узлов существуют два физических направления передачи данных. Если один участок сети становится недоступен, трафик может пройти в противоположную сторону кольца.

Однако простого физического соединения Ethernet-коммутаторов в кольцо недостаточно. Замкнутый контур уровня L2 способен создать Ethernet-петлю, многократное распространение широковещательных кадров и перегрузку сети. Поэтому кольцевая сеть требует специального механизма, который в обычном состоянии логически размыкает кольцо, а при отказе автоматически вводит резервный путь.

Для решения этой задачи в промышленном Ethernet применяется MRP — Media Redundancy Protocol. Протокол стандартизован в IEC 62439-2 и предназначен для высокодоступных Ethernet-сетей автоматизации. Актуальная редакция IEC 62439-2:2021 определяет MRP как протокол восстановления для кольцевой топологии, рассчитанный на детерминированную реакцию на одиночный отказ межкоммутаторной линии или коммутатора.

В этой статье рассмотрим принципы работы MRP, роли участников кольца, время восстановления, MRP Interconnection, типовые топологии и области применения, а также сравним MRP с другими технологиями резервирования Ethernet.

Практические вопросы пошаговой настройки, диагностики и проверки состояния сети рассматриваются в отдельном руководстве, которое может быть выслано по запросу. Для получения руководства обращайтесь на support@dgsys.ru  

 

1. Что такое MRP и зачем он нужен

MRP (Media Redundancy Protocol) — протокол резервирования среды передачи данных в Ethernet-сетях с кольцевой топологией.

Базовая идея выглядит просто. Несколько коммутаторов соединяются последовательно:

SW1 ─── SW2 ─── SW3 ─── SW4

а затем последний коммутатор соединяется с первым:

В результате появляется физически замкнутый маршрут. Если линия между SW2 и SW3 будет повреждена, связь между оставшимися узлами потенциально можно сохранить через противоположную сторону кольца:

SW2 ── X ── SW3

│                         │

SW1 ────── SW4

Именно эту возможность использует MRP.

  

Почему нельзя просто замкнуть Ethernet в кольцо

В обычной Ethernet-сети замкнутый контур создаёт L2-петлю. Один и тот же широковещательный или неизвестный unicast-кадр может многократно проходить через коммутаторы и размножаться.

На уровне Ethernet у такого кадра нет аналога IP-параметра TTL, который автоматически прекратил бы его циркуляцию после определённого количества переходов. Поэтому неконтролируемая петля может привести к:

• широковещательному шторму;
• многократному дублированию кадров;
• нестабильности MAC-таблиц;
• перегрузке каналов и процессоров коммутаторов;
• резкому ухудшению или полной потере сетевой связи.

Следовательно, физическое кольцо должно быть логически разомкнуто для обычного пользовательского трафика.

MRP решает эту задачу следующим образом: в нормальном состоянии один из путей блокируется, а протокол постоянно контролирует целостность резервного направления. Если происходит одиночный разрыв, ранее заблокированный путь активируется.

MRP — это протокол восстановления, а не бесшовного дублирования

Важно понимать принципиальное отличие MRP от технологий, которые постоянно передают каждый пакет сразу по двум независимым каналам.

MRP относится к механизмам recovery redundancy. После отказа протокол должен:

1. обнаружить изменение топологии;
2. определить, что кольцо разорвано;
3. разблокировать резервный путь;
4. обновить информацию о направлении передачи трафика;
5. восстановить связность сети.

Поэтому при переключении возможен кратковременный перерыв в передаче данных.

Это нормальное свойство MRP и одна из причин, по которой при проектировании промышленной сети важно учитывать допустимое время восстановления для конкретной АСУ ТП.

  

2. Как устроено MRP-кольцо

В простейшем MRP-кольце есть один управляющий узел и несколько клиентских.

У каждого участника кольца используются два интерфейса:

• Ring Port 1;
• Ring Port 2.

Через них коммутатор соединяется с двумя соседними узлами.

Не каждый порт коммутатора является кольцевым. Остальные интерфейсы могут использоваться для подключения:

• ПЛК;
• панелей оператора;
• промышленных компьютеров;
• серверов;
• IP-камер;
• контроллеров;
• преобразователей;
• других Ethernet-устройств.

 

Поэтому MRP обычно формирует именно резервированную транспортную инфраструктуру, а конечное оборудование подключается к ней обычным способом.

MRM — Media Redundancy Manager

Управляющий узел кольца называется:

MRM — Media Redundancy Manager.

Он выполняет основные функции управления резервированием:

• контролирует состояние кольца;
• отправляет служебные MRP-сообщения;
• определяет потерю связности;
• управляет состоянием резервного пути;
• инициирует реконфигурацию при отказе;
• возвращает сеть в штатное состояние после восстановления связи.

 

В классической статической конфигурации один коммутатор назначается MRM заранее.

MRC — Media Redundancy Client

Остальные участники работают как:

MRC — Media Redundancy Client.

MRC передаёт пользовательский трафик и участвует в служебном обмене MRP, но не выполняет функции основного управляющего узла кольца.

Условно сеть можно представить так:

MRP Domain

Все устройства одного MRP-кольца образуют MRP Domain — домен резервирования.

В большой промышленной сети может существовать сразу несколько MRP-доменов:

Ring 1Ring 2Ring 3

Каждое кольцо имеет собственную логику резервирования и своего Manager.

Такое разделение удобно, когда сеть состоит из отдельных технологических участков, производственных линий, зданий или функциональных зон.

 

Control VLAN / Ring VLAN

В реализации MRP на коммутаторах могут использоваться служебные VLAN для передачи управляющих сообщений.

В коммутаторах DIGICOM этот параметр обозначается как Control VLAN или Ring VLAN. В различных конфигурациях сети отдельные MRP-кольца могут использовать разные VLAN, например 10, 11, 12 и 13.

Эти номера не являются фиксированными значениями стандарта — это параметры конкретной конфигурации.

Разделение управляющих VLAN особенно важно в сети, содержащей несколько MRP-доменов и MRP Interconnection.

 

3. Как MRP работает в нормальном режиме и при отказе

Рассмотрим кольцо из четырёх коммутаторов:

SW1 выполняет роль Manager, остальные устройства являются Clients.

 

Нормальное состояние

Когда физическое кольцо полностью исправно, MRM не позволяет пользовательскому Ethernet-трафику циркулировать по замкнутому маршруту.

Один из кольцевых путей логически блокируется.

В результате физически сеть остаётся кольцом, но с точки зрения пользовательского трафика она работает как разомкнутый маршрут:

SW1 → SW2 → SW3 → SW4

резервная связь SW4 → SW1 временно блокируется

При этом сам резервный канал физически существует и контролируется протоколом.

 

Как MRM контролирует кольцо

Manager регулярно передаёт по кольцу специальные MRP Test frames.

Благодаря этому он контролирует, существует ли полный путь через сеть.

В интерфейсе коммутаторов DIGICOM работу механизма можно наблюдать по счётчикам Rx Test / Tx Test, которые отражают передачу и приём MRP Test-пакетов на кольцевых портах.

Таким образом, резервная линия не является просто «запасным кабелем». Её состояние постоянно контролируется.

 

Что происходит при разрыве

Предположим, повреждается линия между SW2 и SW3:

В обычной линейной сети SW2 оказался бы отделён от SW3 и SW4.

В MRP-кольце остаётся другой маршрут:

SW2 → SW1 → SW4 → SW3

После обнаружения отказа MRM разблокирует ранее резервный путь.

Состояние кольца изменяется:

Closed → Open

Здесь термин Open означает, что физическое кольцо больше не замкнуто. Это не обязательно означает потерю всей сети: при исправной работе MRP пользовательский трафик продолжает передаваться по оставшемуся линейному маршруту.

 

Обновление MAC-таблиц

После изменения топологии направление к части MAC-адресов меняется.

Поэтому коммутаторам необходимо обновить forwarding database. В интерфейсе коммутаторов DIGICOM такие события отражаются, в частности, счётчиком Flushes.

Изменение состояния кольца также фиксируется параметром Ring Transitions.

 

После восстановления линии

Когда повреждение устранено, физическое кольцо снова замыкается.

MRP обнаруживает восстановление соединения, возвращает сеть к штатной конфигурации и снова блокирует один из путей, чтобы исключить образование L2-петли.

Состояние возвращается:

Open → Closed

Таким образом MRP автоматически обрабатывает оба события:

• появление отказа;
• последующее восстановление соединения.

 

4. Время восстановления MRP

Для промышленной сети принципиально важно не только наличие резервного пути, но и время, необходимое для его активации.

Recovery Time — время реконфигурации после изменения топологии.

Оно включает несколько процессов:

• обнаружение потери соединения;
• обработку события MRP;
• изменение состояния кольцевого порта;
• актуализацию таблиц коммутации;
• возобновление передачи пользовательского трафика.

IEC 62439-2 определяет MRP как протокол, предназначенный для детерминированной реакции на одиночный отказ линии между коммутаторами или самого коммутатора.

 

Recovery Profile

В MRP используется понятие профиля восстановления.

Один из возможных профилей в коммутаторах DIGICOM:

Recovery Profile: 200 ms.

Это не означает, что при каждом отказе связь обязательно будет отсутствовать ровно 200 мс.

Профиль задаёт параметры работы протокола и целевое ограничение реконфигурации, а реальное время может оказаться меньше.

Например, Cisco для ряда промышленных коммутаторов поддерживает стандартные MRP-профили 200 и 500 мс.

 

Результаты стендового теста DIGICOM

В представленной конфигурации тестовой схемы, реализованной на коммутаторах DIGICOM проводились физические разрывы различных линий.

Получены следующие значения:

Разрываемое соединение	Измеренное время переключения
SW22 — SW12	28 мс
SW16 — SW46	39 мс
SW13 — SW14	84 мс

Эти цифры относятся к конкретному испытательному стенду и не должны восприниматься как универсально гарантированное время для любой MRP-сети.

Фактический результат зависит от:

• топологии;
• места отказа;
• количества узлов;
• версии программного обеспечения;
• используемого Recovery Profile;
• наличия MRP Interconnection;
• особенностей конечного оборудования.

Поэтому для критичных систем корректно проводить проверку времени восстановления уже на реальной конфигурации объекта.

 

5. MRM, MRC и Auto Manager

Классический вариант предполагает статическое назначение Manager:

SW1 — MRM

SW2 — MRC

SW3 — MRC

SW4 — MRC

Такой вариант прост и предсказуем: заранее известно, какое устройство управляет кольцом.

Однако стандарт MRP также предусматривает механизм автоматического выбора Manager.

Вторая редакция IEC 62439-2 добавила расширение для автоматического выбора MRM, а также механизм резервированного соединения MRP-колец.

MRA — Media Redundancy Automanager

Устройство может быть настроено в административной роли MRA — Media Redundancy Automanager.

Несколько кандидатов участвуют в процедуре выбора MRM. После завершения выбора один из них становится Manager, а остальные работают как MRC.

Важно, что MRA — не постоянная рабочая роль, аналогичная MRM или MRC. Например, Cisco прямо описывает её как временное административное состояние, необходимое для процедуры выбора Manager; после этого устройство переходит либо в MRM, либо в MRC.

В рассматриваемой реализации коммутаторов DIGICOM параметр Auto Manager также присутствует в интерфейсе MRP.

При этом в представленной выше четырёхкольцевой тестовой топологии используется более простой и наглядный вариант — статически назначенные MRM для каждого кольца.

Автоматический выбор Manager полезен прежде всего там, где архитектура сети требует снизить зависимость конфигурации от одного заранее выбранного управляющего устройства.

 

6. MRP Interconnection: резервирование между несколькими кольцами

Одно MRP-кольцо хорошо подходит для локального технологического сегмента. Однако большой объект может содержать несколько самостоятельных колец.

Например:

Ring 1 — производственный участок

Ring 2 — энергетический участок

Ring 3 — складская зона

Ring 4 — транспортная инфраструктура

Каждое кольцо может быть защищено собственным MRP. Но появляется новая задача: как резервировать соединения между кольцами?

 

Проблема одного межкольцевого соединения

Если соединить два MRP-домена одной линией:

эта линия становится отдельной точкой отказа.

Внутри обоих колец MRP может продолжать нормально работать, но связь между Ring 1 и Ring 2 при повреждении соединительной линии исчезнет.

Можно добавить вторую линию:

но обычное параллельное соединение может создать дополнительную Ethernet-петлю.

Именно эту задачу решает MRP Interconnection.

Стандарт IEC 62439-2 предусматривает протокол резервированного соединения MRP-колец. Эта возможность была добавлена во второй редакции IEC 62439-2.

 

Отдельный Interconnection Domain

MRP Interconnection следует рассматривать как отдельный уровень резервирования.

Существуют:

уровень 1:

MRP внутри каждого кольца

уровень 2:

MRP Interconnection между кольцами

У самого кольца есть:

• MRM/MRC;
• Ring Ports;
• Ring Domain;
• Control VLAN.

У межкольцевого соединения:

• собственный Interconnection Domain;
• отдельные роли;
• Interconnection Ports;
• ID;
• служебный VLAN.

 

MIM и MIC

Для MRP Interconnection используются две основные группы ролей:

MIM — Media Redundancy Interconnection Manager;

MIC — Media Redundancy Interconnection Client.

При этом одно физическое устройство одновременно может выполнять две совершенно разные функции.

Например:

в своём MRP-кольце: MRM

в межкольцевой связи: MIM

либо:

в своём MRP-кольце: MRC

в Interconnection: MIC

Это принципиальный момент: роль устройства внутри кольца и его роль в межкольцевом резервировании независимы друг от друга.

В стандартной архитектуре MRP Interconnection основной и резервный пути между кольцами контролируются так, чтобы в нормальном состоянии не возникала L2-петля. Приотказе primary link вторичный interconnection path переводитсяв Forwarding. Такой механизм описывается и в документации Siemens по IEC 62439-2.

 

7. Примеры многокольцевой сети DIGICOM

Вариант топологии из четырех самостоятельных MRP-кольца, которые объединены в общую отказоустойчивую Ethernet-сеть, построенную на коммутаторах DIGICOM показывает значительно более сложный вариант применения MRP, чем простое одиночное кольцо.

В ней используются четыре отдельных MRP-домена:

• Ring 1: SW11–SW16;
• Ring 2: SW21–SW23;
• Ring 3: SW33–SW35;
• Ring 4: SW45–SW47.

Ring 2, Ring 3 и Ring 4 соединены с Ring 1 через отдельные Interconnection Domains.

Логическую архитектуру можно представить так:

Ring 1

Центральный домен включает:

SW11, SW12, SW13, SW14, SW15, SW16.

В качестве MRM используется SW11.

Управляющий VLAN:

VLAN 10.

Кроме участия в собственном кольце, отдельные узлы Ring 1 одновременно входят в три interconnection domains:

• SW11/SW12 — связь с Ring 2;
• SW13/SW14 — связь с Ring 3;
• SW15/SW16 — связь с Ring 4.

Ring 2

Ring 2 включает:

• SW21 — MRM;
• SW22 — MRC;
• SW23 — MRC.

Control VLAN — 11.

Соединение Ring 1 ↔ Ring 2 использует:

• Interconnection ID 21;
• Control VLAN 22.

SW21 одновременно работает как:

• MRM собственного кольца;
• MIM межкольцевого соединения.

SW22, в свою очередь:

• MRC внутри Ring 2;
• MIC в Interconnection Domain.

Ring 3

В Ring 3 входят:

• SW33 — MRM;
• SW34 — MRC;
• SW35 — MRC.

Control VLAN — 12.

Interconnection с Ring 1:

• ID 33;
• VLAN 23.

SW33 выполняет одновременно роли MRM и MIM.

Ring 4

В Ring 4 входят:

• SW45 — MRM;
• SW46 — MRC;
• SW47 — MRC.

Control VLAN — 13.

Interconnection с Ring 1:

• ID 45;
• VLAN 21.

SW45 является MRM кольцаи MIM interconnection domain.

 

Общая логика

В этой топологии фактически действуют семь отдельных механизмов резервирования:

четыре MRP-кольца:

• Ring 1;
• Ring 2;
• Ring 3;
• Ring 4;

и три MRP Interconnection:

• Ring 1 ↔ Ring 2;
• Ring 1 ↔ Ring 3;
• Ring 1 ↔ Ring 4.

Это хороший пример того, как MRP можно масштабировать от простой локальной схемы до распределённой промышленной Ethernet-инфраструктуры.

Вместо одного большого кольца сеть делится на отдельные домены. Каждый из них самостоятельно реагирует на отказ внутри своего сегмента, а межкольцевые соединения имеют собственный механизм резервирования.

Такой подход удобен для объектов, разбитых на технологические или территориальные зоны.

 

Вариант линейной топологии из четырех последовательно соединённых MRP-колец из коммутаторов DIGICOM

В этой топологии также используются четыре самостоятельных MRP-кольца, однако, в отличие от рассмотренной ранее схемы с центральным Ring 1 и тремя подключёнными к нему кольцами, здесь MRP-домены соединены последовательно:

Таким образом, структура является линейной не на уровне отдельных Ethernet-коммутаторов, а на уровне четырёх MRP-доменов. Каждое кольцо сохраняет собственный механизм резервирования, а соседние кольца соединены между собой отдельными MRP Interconnection Domains.

Ещё одна особенность этой схемы — использование одного VLAN 10 как для всех четырёх MRP-колец, так и для interconnection-соединений между ними.

Длякаждого MRP instance задаются Role, Ring Domain ID, два Ring Ports, Recovery Profile и Ring VLAN, адля MRP Interconnection — роль Manager/Client, ID, Interconnection Port, VLAN и Recovery Profile. Кольцевые и interconnection-порты работают в Trunk, а Recovery Profile установлен в 200 ms.

 

8. Типовые схемы применения MRP

Несмотря на достаточно строгую кольцевую основу протокола, MRP можно использовать в нескольких характерных архитектурах.

Простое кольцо

Базовый вариант:

Подходит для небольшого производственного участка, локальной АСУ ТП, группы шкафов автоматизации или отдельного технологического объекта.

Преимущество — минимальная сложность.

 

Кольцевая магистраль с конечными устройствами

MRP-коммутаторы образуют транспортное кольцо, а к обычным портам подключается технологическое оборудование:

Конечным устройствам не требуется поддерживать MRP, если они сами не являются участниками кольца.

Это важное практическое достоинство: резервирование можно реализовать на уровне сетевой инфраструктуры, не меняя всю периферию.

 

Кольцо протяжённого объекта

Кольцевая архитектура естественно подходит для систем, расположенных вдоль протяжённой трассы:

Примеры:

• производственная линия;
• конвейер;
• железнодорожная инфраструктура;
• тоннель;
• энергетический объект;
• комплекс видеонаблюдения;
• распределённая инженерная система.

 

Несколько независимых колец

Для крупного объекта одну сеть можно разделить на несколько MRP Domains:

Отказ внутри одного сегмента не требует перестройки остальных колец.

 

Несколько колец с MRP Interconnection

Самый развитый вариант:

Такой подход позволяет строить иерархическую промышленную сеть, где резервируется как локальная передача внутри участков, так и магистральное соединение между ними.

 

9. Где применяется MRP

MRP прежде всего ориентирован на промышленную автоматизацию и высокодоступные Ethernet-сети. Именно эта область указана в IEC 62439-2.

АСУ ТП и промышленная автоматизация

Классический сценарий — кольцо промышленных коммутаторов, связывающих:

• ПЛК;
• удалённые I/O;
• SCADA;
• HMI;
• контроллеры;
• промышленные ПК;
• инженерные станции.

Коммутаторы могут размещаться в разных шкафах или вдоль технологической линии.

При разрыве одного магистрального соединения связь между оставшимися узлами восстанавливается через противоположную сторону кольца.

 

Энергетика

На энергетическом объекте сеть часто объединяет территориально разнесённое оборудование.

Кольцевая топология позволяет резервировать магистраль между шкафами, распределительными пунктами, подстанционным оборудованием или отдельными функциональными зонами.

В линейке DIGICOM имеются промышленные коммутаторы с поддержкой МЭК 61850 и одновременно MRP, а также других механизмов резервирования. Например, для ZIRCON3828HP / ZIRCON2828HP это STP/RSTP/MSTP, ERPS, MRP и DG-Ring.

 

Транспорт

Для транспортной инфраструктуры характерно линейное расположение узлов:

• вдоль железнодорожной линии;
• внутри тоннеля;
• по территории депо;
• на станции;
• вдоль дорожной инфраструктуры.

Поэтому физическое кольцо является естественным способом добавить резервный путь.

В транспортных коммутаторах DIGICOM AGATE серии H также реализованы MRP и другие технологии резервирования. Например, AGATE8624H поддерживает STP/RSTP/MSTP, ERPS, MRP, DG-Ring, DRR и предназначен для эксплуатации в транспортных условиях с M12-интерфейсами и исполнением IP67.

 

Видеонаблюдение

Группы IP-камер могут подключаться к промышленным коммутаторам, которые объединяются кольцевой магистралью.

При повреждении одной линии видеотрафик перенаправляется в противоположную сторону.

При этом необходимо учитывать пропускную способность: после аварийного переключения нагрузка на оставшийся маршрут может измениться.

 

Производственные и распределённые объекты

MRP удобно применять там, где сеть повторяет физическую структуру объекта и оборудование размещено в нескольких шкафах автоматики или зданиях:

Каждый коммутатор обслуживает собственную группу оборудования, а кольцо выполняет роль общей резервированной магистрали.

Для крупной инфраструктуры несколько таких сегментов могут объединяться через MRP Interconnection.

 

10. MRP и другие технологии резервирования

Промышленные коммутаторы часто поддерживают несколько технологий одновременно:

• RSTP;
• MSTP;
• MRP;
• ERPS;
• фирменные кольцевые протоколы, например DG-Ring.

Эти технологии нельзя считать полными аналогами друг друга. Они решают близкие задачи, но рассчитаны на разные архитектуры сети.

 

RSTP

RSTP — Rapid Spanning Tree Protocolотноситсяксемейству Spanning Tree.

Его задача — построить Ethernet-топологию без активных петель при наличии резервных физических связей.

RSTP не требует кольцевой структуры. Сеть может иметь разветвлённую архитектуру с несколькими резервными путями.

Поэтому RSTP универсальнее с точки зрения формы топологии, но логика его работы отличается от специализированного кольцевого MRP.

 

MSTP

MSTP — Multiple Spanning Tree ProtocolразвиваетидеюSpanning Tree и позволяет использовать несколько экземпляров дерева для различных групп VLAN.

Такой подход удобен в сложных L2-сетях, где требуется более гибко распределять потоки по инфраструктуре.

IEEE продолжает стандартизировать RSTP и MSTP в рамках семейства 802.1Q.

 

MRP

MRP, напротив, изначально рассчитан на чётко определённую кольцевую топологию промышленного Ethernet.

Его ключевые понятия:

• MRM;
• MRC;
• Ring Ports;
• MRP Domain;
• Recovery Profile;
• MRP Interconnection.

Это делает MRP особенно естественным выбором для промышленной сети, которая физически уже строится в виде кольца.

 

ERPS

ERPS — Ethernet Ring Protection Switchingстандартизованв ITU-T G.8032/Y.1344.

Как и MRP, он предназначен специально для Ethernet-кольца.

ITU-T G.8032 определяетмеханизмы automatic protection switching ипротокол R-APS — Ring Automatic Protection Switching.

Поэтому ERPS концептуально ближе к MRP, чем RSTP или MSTP.

Главное различие — используемый стандарт и область исторического применения:

MRP→ IEC 62439-2

ERPS → ITU-T G.8032

 

DG-Ring и другие фирменные протоколы

Коммутаторы DIGICOM поддерживают проприетарный протокол DG-Ring — кольцевой механизм резервирования, поддерживаемый рядом серий промышленных коммутаторов.

Время самовосстановления DG-Ring составляет до 15–20 мс.

В транспортных коммутаторах DIGICOM AGATE серии H также используется механизм DRR (Dynamic Ring Redundancy) на основе DG-Ring, предназначенный для динамически изменяемой сетевой структуры подвижного состава.

Производители промышленных коммутаторов могут дополнительно реализовывать собственные кольцевые протоколы с малым временем переключения.

Их преимуществом может быть высокая скорость реконфигурации или дополнительные функции в рамках оборудования одного производителя.

MRP отличается тем, что является открытым международным стандартом IEC, а не фирменным механизмом одной аппаратной платформы.

 

Краткое сравнение

Технология	Основная топология	Стандартизация	Основной подход
RSTP	произвольная L2-сеть с резервными связями	IEEE 802.1Q	построение loop-free topology
MSTP	сложная VLAN/L2-сеть	IEEE 802.1Q	несколько spanning-tree instances
MRP	промышленное Ethernet-кольцо	IEC 62439-2	кольцевое recovery redundancy
ERPS	Ethernet-кольцо	ITU-T G.8032	ring protection switching
DG-Ring	кольцо	фирменная реализация	Время переключения порядка 15–20 мс

 

Выбирать протокол только по минимальному числу миллисекунд некорректно.

Нужно учитывать:

• топологию;
• требования приложения;
• совместимость оборудования;
• необходимость открытого стандарта;
• масштаб сети;
• требования к взаимодействию устройств разных производителей.

 

11. Типичные ошибки при проектировании MRP

MRP сам по себе имеет достаточно понятную логику. На практике большинство проблем возникает из-за несогласованной конфигурации или неправильной физической топологии.

 

Ошибка 1. Неправильно выбраны кольцевые порты

Если физически кольцо собрано через порты №1 и №2, а в MRP назначены, например, №1 и №3, протокол будет контролировать не ту структуру сети, которая существует на самом деле.

Поэтому Ring Port 1 и Ring Port 2 должны точно соответствовать реальному подключению.

 

Ошибка 2. Некорректно назначены роли

Для статической конфигурации нужно чётко определить:

• один MRM;
• остальные устройства — MRC.

Если используется Auto Manager, конфигурация строится по другой логике.

Смешивание статически назначенного Manager и автоматического выбора без учёта требований конкретной реализации может привести к некорректной работе. Cisco, например, отдельно указывает, что вручную назначенный MRM и MRA не должны использоваться совместно в одном ring domain в описываемой реализации.

 

Ошибка 3. Несогласован MRP Domain

Участники одного физического кольца должны принадлежать одному MRP Domain.

Одного соединения кабелями недостаточно: протокол должен логически воспринимать устройства как участников одного домена.

 

Ошибка 4. Ошибки VLAN

MRP Control VLAN и пользовательские VLAN — не одно и то же.

В конфигурации необходимо отдельно проверить:

• служебный VLAN MRP;
• режим Ring Ports;
• список VLAN, разрешённых через Trunk;
• соответствие VLAN на соседних устройствах.

В приведенных выше тестовых схемах на коммутаторах DIGICOM кольцевые порты G1/G2 переводятся в Trunk и через них разрешаются соответствующие VLAN.

 

Ошибка 5. Кольцо физически не замкнуто

Сеть:

SW1 ─── SW2 ─── SW3 ─── SW4

может прекрасно передавать Ethernet-трафик, но для MRP это будет разомкнутая топология.

Чтобы получить штатное состояние Closed, должен существовать обратный физический путь:

 

Ошибка 6. Путаница между MRP и MRP Interconnection

В многокольцевой системе существуют два независимых набора ролей:

MRP: MRM / MRC

Interconnection: MIM / MIC

Устройство может быть MRM и одновременно MIC либо MRC и одновременно MIM — роли относятся к разным логическим доменам.

 

Ошибка 7. Не совпадает Interconnection ID

На устройствах одного interconnection domain должны быть согласованы его параметры.

В тестовой сети DIGICOM для разных связей используются ID 21, 33 и 45.

Эти значения выбраны для конкретной топологии. Главное требование — чтобы устройства, относящиеся к одной межкольцевой связи, использовали согласованный ID.

 

Ошибка 8. Несогласован Interconnection VLAN

MRP-кольцо может использовать один Control VLAN, а interconnection domain — другой.

Например, в первой тестовой конфигурации Ring 2 использует VLAN 11, а его связь с Ring 1 — VLAN 22.

Смешивание этих параметров приведёт к неправильной конфигурации.

 

Ошибка 9. Резервирование проверили только «по интерфейсу»

Наличие состояния Closed подтверждает, что кольцо замкнуто, но само по себе ещё не заменяет испытание отказа.

При вводе критичной промышленной сети в эксплуатацию необходимо проверить реальное поведение при физическом разрыве линии и убедиться, что приложение переносит фактическое время восстановления.

 

12. Когда стоит выбирать MRP

MRP наиболее логичен в тех случаях, когда сама архитектура промышленной сети естественным образом соответствует кольцевой топологии.

Примеры:

• несколько шкафов вдоль производственной линии;
• распределённые узлы технологического объекта;
• железнодорожная или транспортная инфраструктура;
• система электроснабжения;
• территориально разнесённые участки АСУ ТП;
• промышленное видеонаблюдение.

В таких системах физическое соединение первого и последнего узла позволяет получить дополнительный путь без строительства двух полностью независимых Ethernet-сетей.

 

MRP стоит рассматривать, если требуется

Стандартизованное кольцевое резервирование.
MRP определён международным стандартом IEC 62439-2, что важно для проектов, где предпочтительны открытые технологии.

Детерминированная реакция на одиночный отказ.
Архитектура протокола изначально рассчитана на повреждение межкоммутаторной линии или одного узла кольца.

Автоматическое восстановление без вмешательства оператора.
После обнаружения отказа резервный путь активируется средствами сетевой инфраструктуры.

Возможность масштабирования до нескольких колец.
MRP Interconnection позволяет строить более сложные структуры без превращения всей сети в один огромный домен.

Совместимость с обычными конечными Ethernet-устройствами.
Если ПЛК, сервер или камера подключены к обычному порту MRP-коммутатора и сами не входят в кольцо, от них не требуется поддержка MRP.

 

Когда лучше рассмотреть другие технологии

MRP не является универсальной заменой всем механизмам резервирования.

Если топология представляет собой сложную сеть с большим количеством перекрёстных соединений:

искусственно превращать её в кольцо необязательно.

Для таких структур могут быть уместнее RSTP/MSTP или другие протоколы.

Если же приложение не допускает даже короткого перерыва в доставке кадров, необходимо рассматривать технологии seamless redundancy, где резервирование строится иначе и не требует ожидания реконфигурации после отказа.

Поэтому выбор протокола должен начинаться не с вопроса «какой протокол быстрее», а с трёх более важных вопросов:

1. Какая физическая и логическая топология нужна объекту?
2. Какой перерыв связи допускает технологический процесс?
3. Требуется ли стандартная совместимость между оборудованием разных производителей?

 

13. Какие коммутаторы DIGICOM поддерживают MRP

Поддержка Media Redundancy Protocol реализована в разных классах промышленного Ethernet-оборудования DIGICOM — от DIN-rail-коммутаторов до стоечных и транспортных устройств.

По рабочей таблице оборудования, использованной при подготовке этой статьи, MRP предусматривается в ряде моделей следующих серий:

Серия DIGICOM	Основной класс оборудования
ZIRCON	управляемые промышленные L2/L3-коммутаторы, стоечного исполнения, включая решения для энергетики
CITRINE	управляемые промышленные L2/L3-коммутаторы на DIN-рейку
AGATE	защищённые транспортные управляемые коммутаторы
CORUND	управляемые промышленные PoE-коммутаторы на DIN-рейку
BERYL	управляемые промышленные PoE-коммутаторы стоечного исполнения

 

Поддержка MRP зависит от конкретной серии, модели, аппаратной платформы и версии программного обеспечения, поэтому при выборе оборудования следует проверять характеристику MRP именно для требуемой модификации.

MRP доступен, например, для серий ZIRCON2528HP, CITRINE2520HP, CITRINE2512HP и AGATE8612H.

Для отдельных стоечных PoE-коммутаторов BERYL также присутствует поддержка MRP. Например, для BERYL3828HP, BERYL3836HP и BERYL3840HP.

Модульный коммутатор ZIRCON3828SMP поддерживает одновременно MRP, ERPS, DG-Ring, PRP/HSR, а также TSN и PTPIEEE 1588v2.

Таким образом, MRP в линейке DIGICOM не привязан к одному форм-фактору. Его можно использовать как в магистральных стоечных коммутаторах, так и в компактных DIN-rail и защищённых транспортных решениях.

 

14. Часто задаваемые вопросы о MRP

 

Заключение

MRP — Media Redundancy Protocol — специализированная технология кольцевого резервирования промышленного Ethernet, стандартизованная IEC 62439-2.

В обычном MRP-кольце один коммутатор выполняет функцию Media Redundancy Manager, остальныеработаюткак Media Redundancy Clients. В штатном состоянии один из физических путей логически блокируется, что исключает Ethernet-петлю. При одиночном повреждении линии или узла MRP перестраивает топологию и активирует оставшийся путь.

Для более крупных сетей стандарт предусматривает MRP Interconnection, позволяющий резервированно объединять несколько самостоятельных MRP-колец. В этом случае кольцевая сеть превращается в модульную архитектуру из отдельных доменов, каждый из которых сохраняет собственный механизм резервирования.

Тестовая топология DIGICOM с четырьмя кольцами показывает именно такой подход: четыре независимых MRP Domain объединены тремя interconnection domains с отдельными MRM/MRC, MIM/MIC, Control VLAN и Interconnection ID.

MRP особенно полезен там, где промышленная сеть физически тяготеет к кольцевой структуре и требуется стандартизованное автоматическое восстановление после одиночного отказа. При этом его следует рассматривать не изолированно, а наряду с RSTP, MSTP, ERPS и другими технологиями — с учётом архитектуры объекта, требуемого времени восстановления и требований технологического процесса.