第八讲：工业网络——单环冗余（理论）

Posted 2021-05-17 軒邈

单环冗余（理论）

• 1. 学习内容
• 2. 单环冗余的原理
• 3. 总结

1. 学习内容

  a) 单环冗余
  b) 环间耦合
               

2. 单环冗余的原理

a) 工业网络可靠性需求：除了要求能够将车间中的数据通过工业网络传输到控制中心，还要求车间与控制中心任意一条通讯线路故障（网络的单点故障问题），工业网络都能自动判断和进行网络重构，保障通讯的不间断——冗余网络。
b) 环网冗余网络结构：除了线路连接成冗余结构外，还要具备冗余协议-HRP（西门子开发特有）。
               
c) 环网通讯原理

   为什么要连接成环？
    因为可以提供两条数据传输路径；
   具备冗余协议目的：
    防止环网中间形成广播风暴；广播风暴：如下图中例如P8端口转发给P4端口，P4端口接收到了之后，会通过P1和连接另一台设备的端口转发出去，同样P5端口转发转发给P1端口，P1端口接收到了之后，会通过P4和连接另一台设备的端口转发出去，这样P4、P1又会转发到P8和P5，这样会形成一个环状的结构，当数据在其中进行转发的时候，会因为数据量过大等问题，导致设备出现传输故障，最终设备瘫痪。
               
   环网中的角色：一个环网中只能由一个冗余管理器，冗余客户端可以多个；环网隔离端口和环网接通端口是最开始随机分配的。
               
   正常情况下的HRP：
    如果分别从P5和P8端口发送出去的检测帧，又分别被P8和P5端口接收到检测帧，那么说明环网是正常的。当HRP判断环网是正常的情况下之后，他会选择一个接收端口和一个阻塞端口，当一个端口是接收端口时，另一个端口就是阻塞端口，形成的链路就是虚拟链路。
    检测帧包含以下数据：（1）发送冗余管理器的MAC地址：用于检测环网中是否有其他的RM，如果发现有其他RM的时，设备会进行报错。（2）自冗余管理器启动以来，之前环网切换次数，也就是环网从断开到恢复一共经历了几次。（3）RM的状态（主动/被动）：环网正常时RM处于被动状态，当环网有链路断开时RM处于主动状态。注意：RM就是冗余管理器。
               
   故障情况（当链路发生故障时）下的HRP：
    如果从一个环网端口发送的检测帧无法被第二个网络端口接受，则说明环网故障。接下来数据传输路径切换。
               
    此时将冗余管理器的原先的阻塞端口切换为转发状态：
               

3. 总结

（1）HRP是高速冗余协议(High Speed Redundancy Protocol)的缩写。
（2）交换机通过环网端口互连。其中只能有一台交换机组态为冗余管理器(RMRedundancy Manager)，其它交换机为冗余客户端。
（3）如果要组成HRP环，环中所有交换机都必须支持此功能。
（4）高速冗余协议(HRP)，最长0.3s重构时间，环网中可具有100台交换机。