Ethernet Protection Switched Ring (EPSRing)

Ethernet Protection Switched Ring (EPSRing) là một hệ thống bảo vệ ngăn chặn các vòng lặp trong cấu trúc liên kết dựa trên vòng Ethernet. EPSRing cung cấp tốc độ phát hiện và khôi phục chuyển đổi dự phòng nhanh chóng dưới 50 mili giây, một tốc độ tương đương với tốc độ được cung cấp bởi thiết bị chuyển mạch vòng.

Tốc độ phục hồi nhanh chóng của EPSRing cho phép gián đoạn dịch vụ không bị chú ý trong thoại, video hoặc dữ liệu (triple-play). Sự phục hồi nhanh chóng này làm cho EPSR trở thành một giải pháp thay thế hiệu quả cho tùy chọn có tốc độ chậm hơn là spanning tree khi tạo mạng Ethernet có khả năng phục hồi.

Điều quan trọng là phải ngăn ngừa mất mát dữ liệu trong các mạng dịch vụ hội tụ, đặc biệt vì dữ liệu Triple-play được phân phối qua cùng một mạng truy cập. Thiết kế đơn giản và đáng tin cậy của EPSRing đảm bảo độ tin cậy cao và do đó thời gian hoạt động rất cao trong các mạng dịch vụ.

Bài viết này cung cấp tổng quan về công nghệ Ethernet Protection Switched Ring của Allied Telesis, như một giải pháp kỹ thuật để đảm bảo độ tin cậy trong mạng truy cập dựa trên Ethernet.

Tổng quan về EPSRing

IP qua Ethernet hiện là một công nghệ đã được chứng minh rõ ràng trong việc cung cấp các dịch vụ hội tụ. Các dịch vụ Triple-play dựa trên Ethernet đã trở thành một thực tế thương mại được thiết lập trên toàn thế giới, với các nhà cung cấp dịch vụ cung cấp các gói dữ liệu, video và thoại tiên tiến cho khách hàng của họ.

Cơ sở hạ tầng mạng phải có tính khả dụng cao và hoạt động tốt trong điều kiện tải năng để nhà cung cấp dịch vụ đáp ứng được cả thỏa thuận cấp dịch vụ và mong đợi của khách hàng về trải nghiệm đa phương tiện liền mạch. Các doanh nghiệp kinh doanh cũng yêu cầu tính sẵn sàng cao trong LAN để chạy nhiều ứng dụng như giám sát, điều khiển tự động phát video và thoại qua IP (VoIP) ngay cùng với dữ liệu và truy cập Internet.

EPSR có thể đem lại cho bạn rất nhiều điều.

Giảm downtime của mạng

Chìa khóa để duy trì mạng khả dụng là chuyển đổi dự phòng cực nhanh trong trường hợp liên kết hoặc lỗi nút.

Nhiều mạng Ethernet sử dụng Spanning-Tree (STP) và Rapid Spanning-Tree (RSTP) để ngăn chặn các vọng lặp và đảm bảo có sẵn các đường dẫn dự phòng. Cả hai giao thức đều phản hồi chậm đối với các lỗi mạng – 30s trở lên. Các mạng ngày nay cần một công nghệ hoạt động tốt hơn STP hoặc RSTP.

EPSRing là giải pháp hàng đầu của Allied Telesis để cung cấp khả năng chuyển đổi dự phòng cực nhanh giữa các nút trong một vòng đàn hồi. EPSRing cho phép các vòng phục hồi trong vòng ít nhất là 50ms, ngăn chặn sự cố nút hoặc liên kết ảnh hưởng đến trải nghiệm của khách hàng, ngay cả với các ứng dụng đòi hỏi như điện thoại IP và video trực tuyến.

EPSRing có thể bảo vệ các cấu trúc liên kết phức tạp hơn là chỉ một vòng đơn lẻ. Với các phần mở rộng SuperLoop. EPSRing có thể bảo vệ một mạng bảo gồm bất kỳ số lượng vòng nào với nhiều điểm tiếp xúc.

EPSR của Allied Telesis cực kỳ linh hoạt và tương thích với các chức năng Ethernet tiêu chuẩn khác.

Đơn giản và đáng tin cậy

• EPSR không có sự trao đổi về các vai trò của các nút ở trong vòng. Chúng được cấu hình tĩnh.
• Giao thức không cần phải khám phá và thiết lập mối quan hệ với các giao thức khác ở cạnh nó.
• Cấu trúc liên kết của miền EPSR chỉ là một vòng duy nhất sử dụng một số loại gói đơn giản để kiểm tra xem một liên kết lên hay xuống. Một mã thông báo kiểm tra tình trạng duy nhất có thể được gửi bởi Master trên cổng chính của nó và có một con đường xác định du nhất mà mã thông báo này sẽ đi theo để đến cổng phụ của Master.
• Hâu hết mọi việc ra quyết định đều do Master thực hiện. Các nút chuyển tuyến chỉ cho Master biết những gì họ đã thấy (liên kết đi xuống hoặc liên kết đi leen0 và sau đó chở hướng dẫn từ Master.

Sự linh hoạt

• SuperLoop cung cấp sự linh hoạt về số lượng vòng kết nối với nhau mà EPSR có thể được sử dụng
• EPSR không bị ràng buộc với bất kỳ loại giao diện Ethernet cụ thể nào – nó hoạt động trên cáp đồng và cáp quang., ở mọi tốc độ dữ liệu và có thể hoạt động trên các liên kết tổng hợp.
• Các Vlan lồng nhau ( Q-in-Q) có thể được thực hiện trên một vòng EPSR.
• EPSR có thể được sử dụng trong một vòng có hỗn hợp các loại liên kết và tốc độ liên kết.

Hiệu quả về chi phí và có thể mở rộng

• EPSR không chỉ giới hạn ở thiết bị Allied Telesis cao cấp, mà được thực hiện trên thiết bị cấp thấp hơn, vì nó không cần phần cứng chuyên dụng
• Không có giới hạn về số lượng nút trong một vòng EPSR
• Không có giới hạn về khoảng cách giữa các nút trên vòng EPSR
• EPSR cung cấp kết nối mạng có độ tin cậy cao trên 1m hoặc 100km

Khả năng phục hồi của EPSRing

Tính năng quan trọng nhất của EPSR là khôi phục lỗi. EPSR có hai cơ chế khôi phục vòng:

1. Phục hồi chậm – một lỗi ring được phát hiện do mất các gói Healthcheck
2. Phục hồi nhanh – các nút ở hai bên của liên kết bị hỏng thông báo cho Master và nó thực hiện quy trình khôi phục ngay lập tức.

Cấu trúc của giao thức tập trung vào việc cho phép các quá trình khôi phục này, đặc biệt là khôi phục nhanh, hoạt động đáng tin cậy, không có lỗi False Positives.

Phục hồi chậm – Phát hiện lỗi thăm dò nút chính

Phương pháp này sử dụng quy trình Healthcheck

Đây có thể là một phương pháp phát hiện tương đối chậm, vì nó phụ thuộc vào tần suất nút gửi thông báo Healthcheck

Phục hồi nhanh – Phát hiện lỗi không mong muốn của nút chuyển tuyến

Để tăng tốc độ phát hiện lỗi, các nút EPSR trực tiếp giao tiếp khi một trong các giao diện của chúng gặp sự cố. Khi một nút Transit phát hiện lỗi tại một trong các giao diện của nó, nó sẽ ngay lập tức gửi một thông báo Link-Down qua liên kết vẫn còn hoạt động. Điều này thông báo cho nút Master rằng vòng bị hỏng và khiến nó phản hồi ngay lập tức. Đây là cơ chế có thể phục hồi vòng nhanh nhất là 50ms.

Khi một nút hoặc liên kết bị lỗi, EPSR phát hiện lỗi nhanh chóng và phản hồi bằng cách bỏ chặn cổng bị chặn để dữ liệu có thể lưu chuyển xung quanh vòng.

Đây là phương pháp chính để phát hiện lỗi. Phương pháp Healthcheck là một bản sao lưu cho cơ chế này.

Nguyên lý hoạt động của EPSR

EPSR hoạt động trên các vòng vật lý của switch, không phải trên mạng lưới. Trong EPSR, mỗi vòng chuyển mạch tạo thành một miền EPSR. Mỗi miền EPSR có một nút Master duy nhất và các nút chuyển khác được gọi là nút Transit. Mỗi nút kết nối với vòng thông qua hai cổng Ethernet.

Trên nút Master, một cổng được cấu hình là cổng chính và các cổng còn lại là cổng phụ. Khi tất cả các nút trong vòng kết thúc, EPSR ngăn các vòng lặp bằng cách chặn các dữ liệu VLAN trên các cổng phụ.

Nút Master không cần chặn bất kỳ cổng nào trên VLAN điều khiển vì các vòng lặp không bao giờ hình thành trên VLAN điều khiển. Điều này là do nút Master không bao giờ chuyển tiếp bất kỳ thông điệp EPSR nào mà nó nhận được trong VLAN điều khiển.

Thay đổi cấu trúc liên kết trong G.8032 và EPSR

Allied Telesis Ethernet Protection Switched Ring (EPSRing), G.8032 Ethernet Ring Protection và Media Redundancy Protocol (MRP) đảm bảo rằng các phân đoạn mạng dựa trên vòng phân tán có khả năng truy cập linh hoạt vào các tài nguyên trực tuyến. G.8032 là một tiêu chuẩn của International Telecommunication Union (ITU) cho EPRS. Nó cung cấp khả năng bảo vệ vòng tốc độ cao dựa trên tiêu chuẩn, có thể được triển khai độc lập hoặc tương tác với Allied Telesis EPSR.

Vòng đơn đơn giản với tất cả các switch

Quy trình khôi phục lỗi EPSRing

Mạch vòng với 2 điểm lỗi

Hai lần ngắt tạo thành một vòng chia

Khi tắt và bật tính năng khôi phục nâng cao

Ví dụ về SuperLoop

Kết luận

Ethernet đang trở thành phương tiện truyền tải dữ liệu phổ biến trên thế giới. Với sự đa dạng hóa của các ứng dụng mà truyền dữ liệu Ethernet được sử dụng, các yêu cầu về hiệu suất của Ethernet ngày càng tăng. Đặc biệt, việc ứng dụng Ethernet vào việc truyền tải các giao tiếp video và thoại thời gian thực đã yêu cầu Ethernet phải cung cấp các cơ chế khôi phục lỗi cực kỳ nhanh chóng. Quá trình chuyển đổi dự phòng trong trường hợp liên kết hoặc lỗi nút cần phải nhanh đến mức mắt người hoặc tai người khó nhận biết được. Hơn nữa, một mạng Ethernet có khả năng chịu lỗi cao cũng phải tiếp tục cung cấp các ưu điểm chính của Ethernet – hiệu quả về chi phí, tính đơn giản và tính linh hoạt.

EPSRing của Allied Telesis cung cấp một giải pháp hiệu quả để giải quyết thách thức này, nó giám sát miền của vòng và duy trì các chức năng hoạt động, để phát hiện lỗi và phản hồi ngay lập tức để khôi phục vòng nhanh nhất là 50ms. Nó cho phép các kỹ sư mạng quản lý nhiều VLAN dữ liệu bằng một giao thức đơn giản, đáng tin cậy. Nó linh hoạt, tiết kiệm chi phí, có thể mở rộng và cải thiện đáng kể khả năng phục hồi của mạng. EPSR của Allied Telesis đảm bảo mạng vòng Ethernet có thể xử lý căng thẳng khi cung cấp các dịch vụ thoại, video và dữ liệu.