parallel redundancy protocol - prp

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Parallel Redundancy Protocol - PRP Descrição de um método para implementar redes de automação de alta disponibilidade usando PRP, padronizado pela IEC 62439-3 Cláusula 4 1

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Compreendendo o PRP - Parallel Redundancy Protocol

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Parallel Redundancy Protocol - PRP

Parallel Redundancy Protocol - PRPDescrio de um mtodo para implementar redes de automao de alta disponibilidade usando PRP, padronizado pela IEC 62439-3 Clusula 41PRP (IEC 62439-3 Clusula 4)Mtodo de redundncia Ethernet independente de qualquer protocolo Ethernet industrial.Supervisiona redundncia continuamente para gerenciamento de dispositivos.Adequado para hot swap - 24h / 365d - operao em subestaes.Permite a existncia de dispositivos com uma ou duas ethernets na mesma LAN.Suporta qualquer topologia.Indicada especialmente para automao de subestaes.2Redes de alta disponibilidadeIEC SC65C WG15 padronizou, na IEC 62439, mtodos para implementar redes de alta disponibilidade.Os mtodos so divididos em duas categorias principais:Redundncia na rede: por exemplo, anis redundantes, com dispositivos conectados a um nico switch (dispositivos isoladamente conectados), enquanto os switches implementam a redundncia.Redundncia nos dispositivos: uso de dispositivos com duas interfaces de rede (dispositivos duplamente conectados) ligados a redes redundantes.3switchDANPswitchlocal area network BDANPswitchswitchswitchSANswitchDANPDANPlocal area network ADANPDANPDuas LANs completamente separadas, de topologia semelhante, operando em paralelo.Cada n duplamente conectado com PRP (DANP) tem uma interface para cada LAN.Uma fonte DANP envia um frame simultaneamente para ambas as LANs.Um DANP de destino recebe, em funcionamento normal, os dois frames e descarta a duplicata.Um n isoladamente conectado (SAN) de destino recebe apenas um.Se uma LAN falhar, o DANP de destino opera com os frames vindos da outra LAN.DANP = Doubly Attached Node using PRPDANPSANPRP A framesPRP B framesstandard framesSAN = Singly Attached NodeSANSANsourcedestinationsdestinations44Operao do n PRPABsendTxRxTxTxRxTxRxreceiveenvio em ambas as LANs: o LRE envia cada frame simultaneamente nas LANs A e B.transferncia: frames nas LANs A e B transitam com diferentes atrasos.recebimento em ambas as LANs: o n recebe ambos os frames, o LRE entre a camada de enlace e os controladores Ethernet manipula os frames e filtra as duplicatas. network layertransport layersendRxreceiveEthernet controllerslink redundancy entity (LRE)transceiversABABpublisher/subscriberupper layersLAN A LAN B applicationsnetwork layertransport layerpublisher/subscriberapplicationslink layersource node Xdestination node Y55inter-switch linkedge portsswitchDANPswitchlocal area network Bleaf linkDANPswitchswitchinter-switch portswitchSANleaf linkswitchDANPDANPlocal area network ASANSANSANRed boxSANNs isoladamente conectados (SAN):Preferencialmente, conectados a uma mesma LAN. Podem ser conectados atravs de uma redundancy box (red box).DANPDANP = Doubly Attached Node with PRPConectando ns no redundantes6Redundancy box (redbox)Usada quando um SAN precisa ser conectado a ambas as redes. Um SAN atrs de uma red box denominado VDAN (Virtual DAN), pois aparece para os outros ns como um DAN.A prpria RedBox um DAN e atua como um proxy em nome de seus VDANs. A RedBox tem seu prprio endereo IP para fins de gesto.7Descarte de duplicatasO TCP j descarta as duplicatas, entretanto, aplicaes que utilizam UDP ou que trabalham em camadas superiores devem ser capazes de ignorar as duplicatas.8Link Redundancy Entity (LRE)Gera e manipula duplicatas. Possui duas tarefas: Manipulao de duplicatas.Gesto de redundncia. Para supervisionar a redundncia, o LRE anexa a cada frame enviado um trailer de controle de redundncia (RCT) de 32-bit e remove o RCT na recepo. 9Descarte com contador de sequnciaCada frame extendido por um contador de sequncia (16 bits), um identificador da LAN (4 bits, 1010 (0xA) para LAN A e 1011 (0xB) para LAN B), um campo de tamanho (12 bits) e um sufixo inseridos aps o payload (o que o torna invisvel ao trfego normal da rede, uma vez que o que vem aps o payload naturalmente descartado pelo TCP). O remetente insere o mesmo contador de sequncia em ambos os frames de um par e incrementa de um para cada frame enviado.timedestinationsourceLLCFCSpayloadpreamblesizesequencecounterlanPRPsuffixFrame Ethernet original 10RCTConsideraes sobre RCTAnexando o RCT pode gerar frames de grandes dimenses que excedam o tamanho mximo de frame permitido pelo IEEE 802.3-2005. Para manter a conformidade com o padro IEEE 802.3-2.005, o software de comunicao em um DAN usando RCT deve ser configurado para um tamanho mximo de payload de 1496 octetos.11Clculo do SizeTamanho do payload + Tamanho do RCT.

12timedestinationsourceLLCFCSpayloadpreamblesizesequencelanePRPsuffixDistinguindo frames redundantesO receptor rastreia os frames a partir do final. Caso detecte os 12 bits antes do fim correspondendo ao tamanho do frame e se o identificador da LAN casa com a LAN a qual est conectado, o frame veio de um DANP e se torna candidato ao descarte.O frame ser descartado quando as condies abaixo forem verdadeiras:Vier da outra LAN.For do mesmo MAC.Tiver o mesmo contador de sequncia.Chegar dentro do tempo wrap-mnimo (prximo slide).Para superviso, cada n mantm uma tabela de todos os outros ns, com base na observao da rede (permite deteco de ns ausentes e erros de bus).13Wrap-around do nmero de sequnciaO nmero de sequncia possui um tamanho fixo (16 bits), ou seja, se repete aps 65.535 frames.O tempo de wrap mnimo pode ser calculado:@ 100 Mbit/s: 6.72 s 65536 = 440 ms@ 1 Gbit/s: 0.67 s 65536 = 44 msUm frame ser detectado como duplicado quando o segundo frame de um par chegar com um delay inferior ao wrap mnimo, alm das demais condies j descritas. 14Superviso de rede e deteco de faltasPRP checa continuamente todos os caminhos.Periodicamente (alguns segundos), cada DANP envia um frame de superviso que indica o seu estado.Todos os ns mantm uma tabela de todos os parceiros detectados e registram a ltima vez que um n foi observado, bem como o nmero de frames recebidos a partir de cada n em ambas as interfaces.O modo de descarte duplicado permite manter o controle de todos os ns da rede.As mudanas na topologia so comunicadas via SNMP ou para o LRE.15Gerenciamento de redesingly-attachednodes

172.16.1.14172.16.1.66node 1node 2node 4node65node66switch A"red box"LAN ALAN Bswitch B2172.16.1.11172.16.1.12172.16.1.129172.16.1.192doubly-attached nodes switch B3172.16.1.195COTS NM tool172.16.1.14switch B1172.16.1.193Os switches possuem IPs diferents em cada LAN.Cada n PRP tem um agente SNMP para manter o controle de redundncia.16