IES6200-PN – чем интересен новый коммутатор от 3onedata?

Введение

На дворе середина 2023 года, и наша страна по-прежнему находится под действием беспрецедентных санкций, которые были введены с начала 2022 года. Известные и хорошо обосновавшиеся в нашей стране производители промышленного сетевого оборудования ушли, и перспектив их возврата не предвидится. Список достаточно внушительный: Hirschmann, Siemens, Phoenix и т.д. По итогу основной пул производителей сетевого промышленного оборудования, который массово применялся в нашей промышленности, теперь недоступен. Но сети, построенные на оборудовании описанных выше производителей, остались, и возникает вопрос: что делать, если оборудование выйдет из строя? Да, в первом приближении промышленный коммутатор – это законченное изделие, и по идее смена одного производителя на другого не должна быть чем-то архисложным. Но на практике мы получаем немного иную картину. 

И одна из причин – это протоколы и стандарты, которые используются в сети как общий инструмент.

Возьмём, к примеру, серию популярных промышленных коммутаторов от Hirschmann Open Rail RS30 (рис. 1).

Крайне удачная серия устройств, которая нашла применение в массе проектов из разных сфер промышленности. Отличный и классный коммутатор, на рынке порядка 20 лет и до сих пор производится. RS30 включает практически весь необходимый и требуемый функционал.

Но сейчас возникает вопрос: что делать, если необходимо расширить производство или оборудование начнёт выходить из строя? Да, оно надёжное, но от поломок никто не застрахован. Один из вариантов решения задачи – это замена абсолютно всего сетевого оборудования на производстве, в идеале на отечественное. Этот путь, который видится самым, наверное, очевидным в первом приближении. Но при более детальном анализе можно сделать вывод, что стоимость такого подхода может стать очень существенным финансовым барьером, и решение будет далеко не оптимальным в текущих условиях. И, по сути дела, если нужны дополнительные 20–30 портов, то смена всего оборудования станет дополнительной финансовой нагрузкой. 

Альтернативный вариант, который всё чаще и чаще начинают сейчас рассматривать, – выбрать оборудование, которое будет, с одной стороны, совместимо с уже существующим, а с другой стороны – будет доступным как по цене, так и по срокам поставки. Так сказать, обеспечить планомерный переход от одного оборудования к другому. Но в разрезе сетевого оборудования переход от одного производителя к другому осложняется поиском вариантов с требуемым пулом поддерживаемых протоколов. Самый простой пример – это протоколы кольцевого резервирования.

На примере серии коммутаторов Hirschmann Open Rail RS30, которые являются хорошим примером промышленного коммутатора, можно проследить следующую тенденцию: коммутатор поддерживает ряд протоколов резервирования – это RSTP/MSTP, закрытый Hiper Ring и стандартизованный MRP. Соответственно, если сеть была построена на базе протоколов RSTP/MSTP, то с выбором совместимой альтернативы в разрезе протокола резервирования проблем не должно возникнуть, так как эти протоколы, как правило, есть в базисе любого управляемого коммутатора. Но RSTP/MSTP – это не всегда оптимально, и намного чаще можно встретить промышленную сеть, которая построена по технологиям кольцевого резервирования. По факту мы получаем либо проприетарные технологии, либо стандартизованные. Первые можно исключить сразу, а вот наличие в том же самом RS30 и в принципе во всём оборудовании Hirschmann стандартизованного протокола кольцевого резервирования MRP, он же IEC 62439-2, существенно добавляет гибкости в поиске решения. И в последнее время данный протокол всё чаще и чаще можно встретить в реальных проектах. Да и поддержку данного протокола можно встретить в оборудовании таких производителей, как Hirschmann, Siemens, Advantech, Cisco и т.д.

С одной стороны, поставка оборудования от данных производителей сильно затруднена, а с другой стороны – наличие в них стандартизованных инструментов позволяет сейчас либо расширить существующую сеть, либо намного более плавно осуществить переход от одного производителя к другому, не тратя на это огромные финансовые ресурсы.

Ещё одним примером могут служить проекты, которые построены на базе сетей Profinet. В разрезе промышленного сетевого оборудования коммутатор с поддержкой работы в сетях Profinet – это своего рода нишевое сетевое оборудование с дополнительным функционалом. Проектов, построенных на базе Profinet в нашей стране, было достаточно много, и менять сразу всё оборудование – это достаточно затратно и не всегда реально. А вот использовать доступную и совместимую альтернативу, которая будет работать совместно с тем же самым Hirschmann Open Rail или оборудованием Siemens, – это вариант, который позволит обеспечить дополнительный уровень устойчивости в текущее время.

Одним из подобных коммутаторов, который позволяет рассмотреть подобное применение – это серия IES6200-PN (рис. 2) от нового производителя из материкового Китая 3onedata. Новый игрок, новый производитель, который пришёл на наш рынок [1] и при этом анонсировал ряд устройств, которые могут быть крайне нам полезны в текущее время. 

3onedata IES6200-PN 

Более подробно о компании 3onedata было написано [1]. Но если кратко, то 3onedata – это компания из г. Шеньчжэнь, Китай, которая была основана в 2001 году. И за свою более чем 20-летнюю историю компания прошла путь от производителя самых простых устройств до производителя мощных промышленных сетевых IIOT- и L3-коммутаторов [2]. При этом компания ориентируется не только на локальный рынок Китая, но и на рынки России и Европы, как итог, в его портфолио есть оборудование с поддержкой популярных протоколов, которые используются в европейском сетевом оборудовании. Серия коммутаторов IES6200-PN –  один из подобных примеров.

IES6200-PN – это попытка производителя из материкового Китая сделать более гибкий по функционалу коммутатор, который будет адаптирован для применения в проектах за пределами материкового Китая. В первую очередь для работы с оборудованием, которое оснащено в том числе и наиболее популярными протоколами в европейский проектах. И первым таким коммутатором стала модель IES6200-PN-16T4GS-2P48 (рис. 2).

IES6200-PN-16T4GS-2P48 – это промышленный 20-портовый управляемый Ethernet-коммутатор уровня L2. Коммутатор оснащён 4 гигабитными портами типа Gigabit SFP, а также 16 портами 10/100base-T(X) (RJ45). Форм-фактор подразумевает монтаж на DIN-рейку. Производитель позиционирует его для работы в сетях PROFINET СС-B.

Коммутатор поддерживает различные сетевые протоколы и отраслевые стандарты, такие как PROFINET, STP/RSTP/MSTP, ERPS, MRP, 802.1Q VLAN, функцию QoS, статическую многоадресную рассылку IGMP, SNMP, LLDP, RMON, DHCP, NTP и т.д., имеет развитые функции управления, поддерживает настройку портов, контроль доступа, диагностику сети, быструю настройку, онлайн-обновление и т.д. Имеется поддержка различных методов доступа и конфигурирования SSH, WEB, Telnet, SNMP. Веб-интерфейс представлен на рис. 3. Также есть возможность формирования GSD-файла для простой и последовательной настройки и диагностики с помощью инструмента конфигурации STEP 7 или TIA Portal. 

Модуль электропитания коммутатора представляет собой две независимые резервированные цепи, которые обеспечивают нормальную работу устройства при выходе из строя одного источника питания. Конфигурация DIP-переключателей позволяет восстановить заводские настройки устройства. 

Также коммутатор оснащён сигнализатором тревоги (реле, индикатор), который может быть настроен на определённое событие. 

IES6200-PN-16T4GS-2P48 успешно прошёл ряд испытаний (климатические испытания, вибрационные нагрузки, электромагнитная совместимость), которые позволяют найти применение в самых различных сферах промышленной автоматизации. 

Серия выполнена в металлическом корпусе, предназначена для монтажа на DIN-рейку. Диапазон рабочих температур составляет –40…+75°C.

Функционал коммутатора IES6200-PN-16T4GS-2P48

Наличие различного рода функционала зачастую определяет сферу применения коммутатора.

В текущих условиях зачастую востребован тот функционал, который использовался в оборудовании производителей, ушедших с нашего рынка, и ни для кого не секрет, что это оборудование было от ведущих мировых производителей. При этом тот функционал, фактически те протоколы, которые использовались, хорошо себя зарекомендовали и применялись во множестве проектов, где-то даже были подкреплены техническими политиками.

Хороший пример — это протокол кольцевого резервирования MRP, который описан документом IEC 62439-2.

В рамках данной статьи рассмотрим более подробно именно этот пример.

Протокол MRP – почему он стал у нас популярным?

Media Redundancy Protocol (MRP) – это протокол резервирования сети передачи данных, стандартизированный международной электротехнической комиссией как IEC 62439-2. Он позволяет создавать резервированные кольцевые топологии в базисе Ethernet-коммутаторов и преодолевать любой единичный сбой с гораздо более быстрым временем восстановления, не более 200 мс, для кольца из 50 коммутаторов, чем это достигается с помощью протоколов группы Spanning Tree Protocol [3]. 

MRP работает на уровне L2 и является развитием протокола HiPER-Ring, который разрабатывал Hirschmann в 1998 году. Грубо говоря, данный протокол является итогом многолетней комплексной работы.

Концепция протокола достаточна проста. Есть 2 группы устройств. Главное устройство кольца называется Media Redundancy Manager (MRM), оно отвечает за переход на резервный путь, а кольцевые клиенты называются Media Redundancy Clients (MRC) (рис. 4). 

При базовой настройке нам нужно определить тип устройств в кольце, выбрать кольцевые порты, задать время восстановления, и в целом – всё, протокол будет работать.

При этом лёгкость настройки не соотносится с механизмами контроля состояния кольца, их в MRP несколько, которые позволяют своевременно перейти на резервный путь даже при условии нештатной эксплуатации.

Первый механизм основан на контроле физического подключения между коммутаторами. Логика достаточно проста – если происходит событие типа Link-down, отсутствие связи на кольцевом порту, то любой участник кольца, который отследил данное событие, отправляет многоадресное служебное сообщение о данном событии, тем самым оповещая MRM и запуская процесс перехода на резервный путь.

Второй механизм основан на контроле логического соединения кольцевых устройств. В данном случае контроль чуть более сложный. Реализован он следующим образом. Внутри кольца создаётся специальный служебный VLAN. MRM формирует 2 служебных MAC-адреса для своих кольцевых портов. Далее каждый порт отсылает по кольцу специальное многоадресное watchdog-сообщение. Фактически кольцевые порты MRM друг другу отсылают специальный фрейм. Если происходит потеря 3 фреймов, это знак, что в топологии произошло изменение, далее MRM отправляет сообщение Topology Change, что является сигналом для сброса CAM-таблиц и перехода на резервный путь.

Наличие данных механизмов контроля состояния кольца действительно делают MRP надёжным инструментом, который достоин того, чтобы применяться во многих промышленных проектах.

Плюсом также являлось то, что этот протокол поддерживают производители Hirschmann, Cisco, Siemens и т.д. При этом, если мы говорим про оборудование Siemens, не только коммутаторы, но и ряд ПЛК от данного производителя MRP поддерживают и зачастую подключены в это кольцо непосредственно. Но данные производители, к сожалению, покинули наш рынок, а протокол и стандарт остались. И зачастую присутствуют задачи расширения существующей сети.

Так вот, 3onedata IES6200-PN – это как раз продукт нового производителя из материкового Китая, который пришёл на наш рынок и имеет в своём арсенале возможность работы с MRP кольцами. 

Осталось только оценить возможность работы с уже имеющимся оборудованием. 

Работа MRP кольца в устройствах 3onedata

Рассмотрим более подробно процесс настройки и работы протокола. Рассматривать будем на базе стенда с оборудованием, которое включает ряд устройств (рис. 5), поддерживающих протокол MRP. Как говорится, протокол стандартизованный должен работать.

Первый набор тестов направлен на оценку времени восстановления при условии наличия только коммутаторов 3onedata IES6200-PN и работы по протоколу MRP. Так сказать, полноценно штатная работа. Суть заключается в том, что настраивается MRP-кольцо, к разным устройствам кольца подключаются оконечные устройства. При помощи утилиты LanFTA (LAN Fault Timinig Analysis) устанавливается связь между устройствами на базе протокола ICMP, и далее имитируются разрывы в сети путём размыкания линии связи между участниками MRP кольца. 

Чтобы настроить работу протокола MRP для коммутаторов 3onedata, необходимо произвести ряд простых действий. Если для этого использовать веб-интерфейс (рис. 6а), то фактически надо активировать протокол, выбрать роль устройства, порты, ID номер служебного VLAN и запустить протокол. Для сравнения на рис. 6б приведено окно настройки протокола MRP на устройствах Hirschmann. В целом всё очень схоже, но есть один момент относительно служебного VLAN для MRP. 

В устройствах Hirschmann этот процесс максимально автоматизирован, и при выборе этого VLAN его настройки автоматически добавляются в список VLAN-устройства. В коммутаторе 3onedata необходимо данный VLAN предварительно создать и далее добавить передачу тегированных фреймов данного VLAN через TRUNK-порты, которые будут впоследствии кольцевыми. В целом достаточно простая операция, ведь VLANы, как правило, всё равно необходимо настраивать для работы различных сервисов. 

Получившаяся схема для первого набора тестов приведена на рис. 7а. При разрыве различных соединений между устройствами кольца получены следующие результаты: рис. 7б. Соединения разрывались не только полностью, но и частично, например, только одно оптоволокно дуплексного оптического кабеля. В целом полученные результаты не выходят за 200 мс, что является достаточно хорошим результатом.

Далее второй набор тестов, который направлен на то, чтобы понять, насколько корректно работает механизм логического контроля состояния линии.

Для этого в одно из соединений между кольцевыми портами добавим несколько устройств, например, преобразователь среды, медиаконвертер и неуправляемый коммутатор (рис. 8). Забегая вперёд, хочется сказать, что это совсем не штатный режим работы, при создании кольца порты устройств должны подключаться напрямую друг к другу. Но ситуации бывают разные. Фактически разрывая соединение между медиаконвертером и неуправляемым коммутатором, мы создаём ситуацию, когда на кольцевых портах коммутатора отсутствует событие типа link down, но кольцо при этом разрывается. Результаты данного теста приведены на рис. 8в. В целом мы видим, что коммутатор отрабатывает данную ситуацию, и время восстановления не выходит за рамки 200 мс.

Хочется отметить, что работоспособность в данном режиме обусловлена также логикой работы протокола MRP в целом, что делает его действительно хорошим вариантом для надёжных промышленных систем.
 
Далее рассмотрим работу коммутаторов совместно с оборудованием Hirschmann. 

Взаимодействие c Hirschmann в базисе MRP-кольца

Промышленное сетевое оборудование Hirschmann – это хороший пример надёжного устройства с поддержкой MRP, при этом, как правило, MRP – это основной протокол резервирования для устройств Hirschmann. 

Ранее сами представители производителя настойчиво рекомендовали использовать MRP вместо их проприетарного Hiper-Ring.

Да, конечно, у Hirschmann настроек больше – это и установка фиксированного резервированного пути, и возможность отключения расширенного режима контроля, но фактически это дополнительные настройки, которые не должны существенно влиять на суть работы протокола.

Третий набор тестов был направлен на оценку времени восстановления при условии MRM уже существующего коммутатора, как вариант – пример расширения существующей сети. 

На рис. 9а приведён стенд для оценки времени восстановления.

Один коммутатор Hirschmann настроен как MRM, остальные участники кольца – как MRC, установленное время восстановления 200 мс, fixed backup отключён (рис. 9б).

Оценка времени восстановления кольца приведена на рис. 9г. 

И ещё один тест, при условии, если MRM уже является не Hirschmann, а коммутатор от 3onedata (рис. 9в, 9д). 

Если суммировать результаты, то можно констатировать, что рамки максимального времени восстановления 200 мс были сохранены. По результатам проведённых тестов можно сделать заключение, что коммутаторы от производителя 3onedata серии IES6200-PN поддерживают протокол MRP и в целом могут быть рассмотрены для совместной работы в рамках протокола MRP, как в статусе MRM, так и в статусе MRC. 

Заключение

Серия промышленных коммутаторов IES6200-PN от производителя промышленного сетевого оборудования 3onedata является очень интересным продуктом для нашего рынка с учётом текущих реалий. А реалии говорят, что востребован тот функционал, который использовался в оборудовании производителей, ушедших с нашего рынка, примером может служить поддержка таких протоколов, как MRP и Profinet. С одной стороны, эти протоколы нетипичны для азиатских производителей, а с другой стороны, мы видим, что появляются достаточно нишевые продукты, которые предлагают их поддержку. 3onedata IES6200-PN – это попытка сделать более гибкий по функционалу коммутатор, который будет адаптирован для применения в проектах за пределами материкового Китая.

Ряд проведённых тестов относительно работы протокола MRP показывает, что коммутатор серии IES6200-PN от 3onedata достаточно неплохо взаимодействует с Hirschmann. Конечно, никто не говорит, что это полнофункциональная замена, которая перекроет абсолютно весь функционал. Но, с другой стороны, новая серия заслуживает внимания при рассмотрении в качестве возможной альтернативы. ● 

Литература

1. 3onedata – новый игрок на рынке промышленного Ethernet // Современные технологии автоматизации. 2022. № 4.
2. Сайт компании 3onedata // URL:https://www.3onedata.com/ .
3. Media Redundancy Protocol // URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Media_Redundancy_Protocol . 

Автор – сотрудник фирмы ПРОСОФТ
Телефон: (495) 234-0636
E-mail: info@prosoft.ru