ЖУРНАЛ «СТА» 4/2008

него при необходимости резервные ветви. Та ким образом, после отказа ветви сеть оказыва ется вновь работоспособной через время, не обходимое для выполнения STP алгоритма. Работоспособность сети сохраняется до тех пор, пока количество отказавших ветвей не станет настолько большим, что протокол не сможет построить «дерево», используя все ре зервные ветви. Для формирования «дерева» с минималь ным временем доставки сообщений использу ются сообщения BPDU (Bridge Protocol Data Unit), встроенные в стандартный (IEEE 802.3) Ethernet фрейм. Протокол BPDU использует два таймера для оценки времени доставки со общений, которое по умолчанию не может превышать 20 секунд. Время построения «дерева» при использо вании STP алгоритма может доходить до 30 секунд и даже единиц минут [19], что для мно гих приложений недопустимо долго. Поэтому в 1998 году был разработан и закреплён стандартом IEEE 802.1w [17], а позже стандартом IEEE 802.1D 2004 [17] более быстрый алгоритм RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol), который строит «дерево» за время не более 2 секунд. Протоколы STP и RSTP поддержи ваются большинством производителей сетевых коммутаторов. Для виртуальных сетей, граф которых представляется не сколькими «деревьями», был разработан протокол MSTP (Multiple Spanning Tree Protocol), который является расширени ем протокола STP и описан в стандартах IEEE 802.1s и IEEE 802.1Q 2005 [18]. Недостатком STP и RSTP протоколов является часто недо пустимо большое время перехода на резерв, а также невозмож ность резервирования связей между коммутатором и устройст вом, которое является участником сети. Метод физического кольца Методы резервирования, основанные даже на усовершенст вованном протоколе RSTP, имеют слишком большое время пе реключения на резерв (до 2 секунд [19]). В то же время ряд приложений требует сокращения этого времени до единиц миллисекунд (как, например, в робототехнике) или до долей секунды (как, например, во многих АСУ химическими техно логическими процессами). Поэтому некоторые фирмы разра ботали собственные нестандартные методы резервирования, которых в настоящее время насчитывается более 15 [19, 22]. В основе этих методов лежит использование сети с кольцевой физической топологией. Одна из ветвей сети блокируется ком мутатором ( Мастер на рис. 19 а ), и поэтому в режиме нормаль ного функционирования сеть приобретает логическую шинную топологию. В случае отказа одной из ветвей мастер включает резервный порт. При этом подключается резервная ветвь, и граф сети вновь становится связным, то есть работоспособ ность сети оказывается полностью восстановленной. Существует два метода обнаружения отказа в сети: цикличе ский опрос и отправка уведомления об отказе. При циклическом опросе мастер периодически посылает в сеть специальный тестирующий пакет через свой основной порт. При нормальном функционировании сети пакет прохо дит по кольцу и возвращается к мастеру через его резервный порт. Если пакет не приходит за время тайм аута, мастер счита ет, что в сети произошел отказ, и немедленно включает резерв ный порт, затем очищает свою таблицу адресов и рассылает всем коммутаторам инструкцию сделать то же самое. После очистки таблиц адресов все коммутаторы автоматически вы полняют «обучение» (обновление таблицы адресов). В резуль тате сеть вновь становится полнофункциональной, но уже с но вой ветвью и новыми таблицами адресов в коммутаторах. Раз рыв 1 на рис. 19 а остаётся в сети до тех пор, пока не будет вы полнен ремонт отказавшей ветви. В методе отправки уведомления об отказе циклический оп рос не выполняется. Вместо этого каждый коммутатор само стоятельно контролирует целостность примыкающих к нему связей и при обнаружении отказа сообщает об этом мастеру с помощью уведомления. Далее мастер поступает точно так, как в методе циклического опроса. После ремонта или замены отказавшей ветви она обнаружи вается тем же методом тестирования кольца. Если связь по кольцу восстановлена, то мастер сразу же блокирует свой ре зервный порт, который был задействован на время выполнения ремонта, сбрасывает таблицу адресов и инструктирует остав шиеся коммутаторы сделать то же самое. В результате все ком мутаторы обновляют таблицы адресов для сети с восстановлен ной ветвью. Метод физического кольца имеет два существенных досто инства: во первых, он предельно экономичен, поскольку спо собен восстановить работу сети при отказе любой её ветви практически без затрат оборудования (дополнительно требует ся всего один кабель для замыкания кольца и два лишних пор та в двух коммутаторах); во вторых, он позволяет примерно на порядок сократить время восстановления сети после отказа по сравнению со стандартным методом, использующим RSTP протокол (табл. 1). К недостаткам метода относятся неудобство кольцевой архи тектуры, невозможность резервирования коммутаторов и сете вых адаптеров, а также ветвей, идущих от коммутаторов к око нечным устройствам. При отказе коммутатора К 3 на рис. 19 а сеть оказывается разорванной и устройства, подключённые че рез коммутатор К 3 , становятся недоступны. Аналогично рас смотренный метод резервирования не даёт эффекта при отказе связи 3 на рис. 19 а . Два последних недостатка можно преодолеть, если в методе физического кольца использовать оконечные сетевые устрой ства с двумя Ethernet портами (устройство У 1 на рис. 19 б ) и ка 93 СТА 4/2008 www.cta.ru В ЗАПИСНУЮ КНИЖК У ИНЖЕ Н Е РА У К 1 К 2 К 3 К 4 У У У У У У У 3 2 1 Основной порт Резервный порт Резервная ветвь Мастер У К 1 К 2 К 3 К 4 К 5 У У У У 1 У У Основной порт Резервный порт Резервная ветвь Мастер а б Рис 19. Метод физического кольца для резервирования линии передачи ( а ) и линии передачи с коммутатором ( б ) ( К 1 ... К 5 – коммутаторы; У – оконечные устройства: компьютеры, серверы, ПЛК)