Konfiguracja protokołu redundantnego Turbo Ring na switchach Moxa

Artykuł opisujący konfigurację podstawowego protokołu redundantnego w topologii pierścienia - MOxa Turbo Ring w wersji drugiej.

Praca w sieciach Ethernet z wykorzystaniem ścieżek nadmiarowych (redundantnych) to jedna z podstawowych funkcji przemysłowych switchy Ethernet.Jedną z podstawowych funkcji switchy zarządzalnych, szczególnie przemysłowych, jest możliwość zachowania pełnej funkcjonalności sieci nawet w momencie wystąpienia częściowej awarii okablowania bądź uszkodzenia któregoś z przełączników. Aby można było zapewnić taką funkcjonalność konieczne jest istnienie nadmiarowych ścieżek komunikacyjnych, które zostaną uruchomione w momencie wystąpienia awarii.

Dlaczego by po prostu nie połączyć nadmiarowo portów w  różnych przełącznikach Ethernetowych?

Niestety nie możemy tworzyć jakichkolwiek połączeń nadmiarowych w sieciach Ethernet bez wcześniejszej konfiguracji urządzeń. Specyfika sieci Ethernet powoduje, że bez dodatkowych, działających protokołów taka sieć nie będzie poprawnie działała. Powstanie tzw. pętla w sieci i powielone ramki Ethernetowe zaczną krążyć w nieskończoność na zduplikowanych połączeniach. Przełączniki Moxa mają domyślnie włączoną ochronę przed taką sytuacją i po prostu wyłączą jeden z portów przy nadmiarowym połączeniu (funkcja tzw. port looping). Włączenie takiego portu nastąpi jednak dopiero po odłączeniu patchchcordu i ponownym połączeniu (od tego portu), programowym włączeniu portu albo restarcie switcha. Nie jest to więc redundancja połączeń. Objawami pętli w sieci gdy nie ma uruchomionego żadnego protokołu redundantnego (protokołu ochrony przed pętlą w sieci) może być na przykład nadmierne obciążenie wszystkich łącz bądź utratą komunikacji z poszczególnymi urządzeniami.

Zasada działania, konfiguracja

W tym wpisie zapoznamy się z budową połączeń nadmiarowych (redundantnych) w oparciu o topologię pierścienia i poznamy sposoby konfiguracji takiej sieci na przykładzie protokołu Turbo Ring v2. Jest to protokół dedykowany dla switchy zarządzalnych firmy Moxa.

Na rysunku powyżej widzimy switche połączone w pierścień z działającym już protokołem Turbo Ring. W momencie, kiedy wszystkie ścieżki są sprawne protokół ten blokuje programowo jedną ze ścieżek (zaznaczoną pomarańczową linią przerywaną) i w ten sposób sieć działa w topologii magistrali. Nie powstanie pętla w sieci (looping). W momencie awarii jednego z łącz następuje wznowienie pracy poprzez ścieżkę blokowaną (rysunek poniżej).

Podobnie stanie się gdy np. jeden ze switchy w pierścieniu straci zasilanie. Sieć będzie pracowała prawidłowo (z wyjątkiem tego jednego switcha i urządzeń podłączonych do niego).

Aby skonfigurować switche do pracy w protokole Turbo Ring v2 należy w panelu konfiguracyjnym switcha przejść do zakładki "Redundant Protocol" i wybrać protokół "Turbo Ring v2" (krok 1 na obrazku poniżej).

Następnie wybieramy z pola "Settings" instancję pierścienia. Wszystkie switche w danym pierścieniu muszą należeć do tej samej instancji. Domyślnie zaznaczona jest instancja "Ring 1" (krok 2). Kolejnym krokiem jest wybranie dwóch portów które będą pracowały w protokole pierścienia. Domyślnie wybrane zostaną dwa ostanie porty switcha, ale nic nie stoi na przeszkodzie aby wybrać inne porty (krok 3). Musimy tylko mieć na uwadze, że port skonfigurowany do pracy w protokole Turbo Ring v2 na jednym switchu nie będzie w stanie komunikować się z innym portem nieskonfigurowanym do pracy w tym protokole na innym switchu. Na koniec możemy kliknąć "Apply". Nasz switch został skonfigurowany.

Kolejność konfiguracji przełączników, najczęstsze błędy

Jak zostało to już wspomniane, nie możemy łączyć switchy za pomocą połączeń nadmiarowych bez wcześniejszego uruchomienia protokołu redundantnego. Dlatego też jednym z najpoważniejszych błędów jest podłączenie wszystkich kabli komunikacyjnych tak jak ma być docelowo i następnie przejście do etapu konfiguracji. W tym momencie mamy już pętlę w sieci i konfiguracja może nie być możliwa (sieć przeciążona na skutek pętli).

Drugim poważnym błędem jest niewłaściwa kolejność przy konfiguracji poszczególnych przełączników. Konfigurację należy zacząć bezwzględnie od najdalszego urządzenia w sieci. Jest to spowodowane tym, że porty już skonfigurowane do pracy w protokole Turbo Ring nie mogą się komunikować z portami jeszcze nie skonfigurowanymi.

Rysunek powyżej przedstawia kolejność konfiguracji urządzeń do pracy w protokole Turbo Ring v2. Kabel pomiędzy switchem 1 i 5 powinien pozostać niepołączony na czas konfiguracji. Dopiero po skonfigurowaniu ostatniego przełącznika (switch nr 5) można podłączyć patchcord pomiędzy switchami 1 i 5.

Innym często spotykanym błędem jest skonfigurowanie niewłaściwych portów do pracy w protokole Turbo Ring v2. Spowoduje to, że pierścień cały czas będzie zachowywał się jakby patchcord był uszkodzony.

Należy również zwrócić uwagę, aby wszystkie switche w danym pierścieniu miały skonfigurowaną tę samą instancję pierścienia (np. Ring 1).

Switch Master, detekcja awarii

Jeżeli zakończyliśmy naszą konfigurację sieci i wszystko działa prawidłowo jeden ze switchy w pierścieniu będzie pełnił funkcję switcha sterującego (tzw. Master). Jeżeli nie wskazaliśmy tego w konfiguracji to jako Master zostanie wskazany switch o najmniejszym adresie MAC. Możemy jednak przypisać tę funkcję do wybranego przełącznika poprzez zaznaczenie w konfiguracji "Set as Master".

Wybierając danego switcha jako mastera decydujemy które połączenie w pierścieniu ma być docelowo blokowane. Drugi port redundantny w switchu master jest bowiem domyślnie blokowany.

Jeżeli nie ma problemów z połączeniami w naszym pierścieniu i wszystko działa prawidłowo to dioda "MSTR/HEAD"  na switchu Master świeci się światłem ciągłym. Jeżeli jest problem z którymkolwiek z połączeń w pierścieniu to dioda MSTR/HEAD zaczyna mrugać i użyte zostaje połączenie nadmiarowe (drugi port redundantny na switchu Master staje się aktywny).

Wykorzystanie zworek (DIP-przełączników) na obudowie urządzenia

Niektóre modele switchy Moxa posiadają specjalne zworki (tzw. DIP-switche) na obudowie służące do modyfikacji parametrów pracy. Zworki te służą m.in. do konfiguracji parametrów pracy protokołu Turbo Ring v2.

Rysunek powyżej przedstawia zworki (DIP-switche) dla przełączników serii EDS-405A/408A. Domyślnie wszystkie zworki są przestawione w lewo (pozycja OFF - wyłączone). Przełączając zworkę nr 4 (Turbo Ring) w pozycję ON (w prawo) uruchamiamy protokół redundantny Turbo Ring v2 na dwóch ostatnich portach switcha (przykładowo dla EDSa-405A-MM-SC będą to dwa porty światłowodowe: nr 4 i 5). Aby zmiany stały się aktywne potrzebujemy jeszcze zdjąć zasilanie ze switcha i podłączyć je ponownie. Po ponownym uruchomieniu urządzenia protokół Turbo Ring v2 na naszym switchu będzie aktywny. Przestawienie zworki nr 4 w pozycję ON jest konieczne aby uruchomić opcje dla pozostałych zworek.

W przypadku ustawiania protokołu Turbo Ring v2 za pomocą zworki nie mamy możliwości wyboru numerów portów dla protokołu redundantnego (zawsze będą to dwa ostatnie porty switcha). Konfiguracja poprzez zworki ma również pierwszeństwo przed konfiguracją poprzez przeglądarkę internetową. Jeżeli ktoś skonfiguruje nam urządzenie za pomocą zworek to w menu konfiguracyjnym www odpowiednie pozycje nie będą już aktywne.

Podobnie możemy za pomocą zworki nr 2 wymusić pracę urządzenia jako Master w pierścieniu.

Dodatkowo za pomocą zworki nr 3 (Coupler) możemy z kolei ustawić switcha do pracy w pierścieniu jako tzw. Coupler Primary (tzw. ścieżka redundantna główna łącząca dwa pierścienie). Jako Coupler Primary Port zostanie wybrany czwarty port od końca (w przypadku EDSa-405A będzie to więc port nr 2). Zworka nr 4 musi oczywiście pozostać w pozycji ON.

Przestawiając jednocześnie zworki nr 1, 3 i 4 w pozycję ON (czyli oznaczone jako "Coupler", "-----" oraz "Master") ustawiamy switcha do pracy w trybie Coupler Backup (tzw. ścieżka redundantna zapasowa łącząca dwa pierścienie). Jako Coupler Backup Port zostanie wybrany 3 port od końca (dla EDSa-405A będzie to port nr 3).

Natomiast przestawiając tylko zworkę nr 1 i zworkę nr 4 (czyli zworkę włączającą Turbo Ring v2 oraz oznaczoną "-----", zworka nr 3 pozostaje w pozycji OFF) ustawiamy switcha do pracy w trybie Dual Homing (gdzie port 4 od końca pełni funkcję ścieżki głównej, a port 3 od końca pełni funkcję ścieżki zapasowej).

Tryby redundantnego łączenia ze sobą pierścieni zostaną omówione w osobnym wpisie.