Protocolo Ring (IEC 62439-2)
El protocolo de redundancia de medios (MRP) es un protocolo basado en normas que se utiliza en topologías de anillo, destinados a evitar puntos únicos de fallo al proporcionar un tiempo de recuperación de 10 ms o menos.
En una red en anillo, cada Switch Ethernet se conecta a un mínimo de otros dos conmutadores para formar un anillo. Las redes de topología de anillos son muy habituales en fábricas, plantas y en la capa de control de las redes industriales porque se configuran fácilmente, por su rendimiento de alta velocidad y sus conexiones redundantes. Otras dos principales ventajas son:
- Cada switch tiene una conexión (enlace) redundante a la red.
- Proporciona una infraestructura de cableado más rentable que el uso de un switch de agregación en una ubicación central.
Sin embargo, si un nodo o puerto falla, toda la red se verá afectada. Por lo tanto, el administrador debe tener preparado un plan de recuperación. El fallo de un solo punto puede provocar la inhabilitación de toda una fábrica.
El problema con los escenarios de bucle de conmutación y los protocolos de árbol de expansión
La desventaja de formar una red en anillo usando switches es que esta topología puede introducir una condición de «bucle de conmutación» que crea tormentas de difusión. Estas tormentas se producen cuando los switches envían difusiones y multidifusiones desde todos los puertos. Si no se puede encontrar un destino para el mensaje, los switches retransmitirán repetidamente los mensajes, lo que inundará la red. Debido a que la cabecera de la Capa 2 no admite un valor para el periodo de vida (TTL, por sus siglas en inglés), si se envía una trama a una topología en bucle, esta podría entrar en un bucle infinito y consumir así todo el ancho de banda disponible en el bucle, lo que inutilizaría la red. Esta condición puede bloquear el resto del tráfico de la red y provocar finalmente un colapso de dicha red.
Una forma de solucionar este problema consiste en romper el bucle en alguna de las partes del anillo. Los protocolos de árbol de expansión, como el RSTP, se desarrollaron para detectar estas condiciones de bucle de switches y reconfigurar la red de forma inteligente para realizar este corte y eliminar así el bucle. Además, si algo más le ocurre a la red, se emite una notificación de cambio de topología para crear una ruta segura distinta.
A pesar de resultar bastante eficaces para la mayoría de redes, los protocolos de árbol de expansión requieren bastante tiempo para completar la nueva convergencia. Por ejemplo, RSTP puede tardar varios segundos en recuperar la red, lo que no es muy positivo para las aplicaciones Ethernet industriales que son esenciales para la empresa.
Por qué es necesario el MRP ICE62439-2 en redes de topología de anillo
El protocolo de redundancia de medios (MRP) es un protocolo basado en normas (IEC 62439-2) que ofrece un tiempo de recuperación de 10 ms o menos, tolerancia a fallos y equilibrio de carga. El MRP funciona de modo que un switch "gestor de anillo" eliminará (bloqueará) todo el reenvío de paquetes en uno de sus dos puertos de anillo designados (Fig. 2) para romper el bucle del switch. All traffic from devices connected to the switches in the loop will still have a path to each other, with redundant links, but without the harmful switch loop.
El Administrador de anillos se encuentra constantemente en contacto con sus pares MRP. Si uno de los dos vínculos de cualquier otro nodo de anillo detecta un fallo, el nodo del cliente enviará un mensaje al Administrador de anillos que desbloqueará el puerto bloqueado permitiendo así que se vuelva a establecer la comunicación entre todos los switches (Fig 3). Para que esto funcione correctamente, todos los nodos del anillo deben ser switches administrados que admitan el protocolo MRP.
Alrededor del anillo se envían paquetes de sondeo especiales gestionados por el Administrador de anillos que pueden atravesar los puertos que se encuentren bloqueados. Si el Administrador de anillos no recibe estos paquetes de sondeo de vuelta significará que uno de los nodos de anillo (o incluso un switch/nodo central que no admita el protocolo MRP) ha fallado. En ese momento el Administrador de anillos desbloquea su puerto y vuelve a enviar los paquetes a sus dos puertos de anillo. De esta manera todos los dispositivos de los switches vuelven a estar comunicados entre sí, excepto el nodo que ha fallado.
Durante estas situaciones de cambio de topología, se le comunica a los diversos switches en el anillo que eliminen las tablas MAC que hayan ido acumulando para que puedan volver a aprender el puerto para las direcciones MAC de destino de los dispositivos conectados al anillo.
El MRP es el estándar de referencia para la redundancia de red. Dada la inteligencia del protocolo, se recomienda encarecidamente que cada nodo de switch del anillo sea compatible con el MRP para garantizar la interoperabilidad con otros proveedores importantes de protocolos de anillo como Siemens, Cisco y Belden.
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