Definition Was ist Ethernet Ring Protection Switching?

Ethernet Ring Protection Switching (ERPS) ist ein von der ITU-T standardisiertes Protokoll für ringförmige Ethernet-Strukturen, wie sie beispielsweise im industriellen Umfeld oder in Campus-Netzen zum Einsatz kommen. Es ermöglicht einen schleifenfreien Betrieb dieser Strukturen und verbessert die Verfügbarkeit, indem es im Fehlerfall für ein schnelles Umschalten sorgt.

Ethernet Ring Protection Switching (ERPS) wurde von der Internationalen Fernmeldeunion (ITU-T) im technischen Standard ITU-T G.8032 spezifiziert. Die ITU-T-Spezifikation basiert in Teilen auf einer von Extreme Networks entwickelten und patentierten Technologie für die automatische Ethernet-Schutzumschaltung.

Es handelt sich um ein Netzwerkprotokoll, das die Ausfallsicherheit und die Verfügbarkeit von ringförmigen Ethernet-Netzwerken verbessert, indem es für einen schleifenfreien Betrieb und schnelle Umschaltzeiten im Fehlerfall sorgt. Beim Ausfall eines Links oder Switches schaltet ERPS in weniger als 50 Millisekunden auf einen Ersatzweg um.

ERPS stellt eine Alternative zu klassischen Loop-Vermeidungsprotokollen wie dem Spanning Tree Protocol (STP) oder dem Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) dar, die deutlich längere Umschaltzeiten aufweisen, und ist dank der Standardisierung herstellerübergreifend einsetzbar. Das Netzwerkprotokoll ist mittlerweile in den zwei Versionen G.8032v1 und G.8032v2 verfügbar.

Während G.8032v1 nur Single-Ring-Topologien unterstützt, lässt sich G.8032v2 auch für komplexere Topologien mit mehreren Ringen einsetzen. Es unterstützt die bidirektionale Fehlererkennung und mehrfache Schutzverbindungen. Typische Einsatzbereiche des Ethernet Ring Protection Switching sind zum Beispiel industrielle Netzwerke, städtische Glasfasernetze, Campus- und Metropolitan-Area-Netze sowie Smart-City-, Verkehrs- und Transportinfrastrukturen.

Prinzipielle Funktionsweise von ERPS

Beim Betrieb von Ethernet-Ringstrukturen ist es zwingend erforderlich, dass Netzwerkschleifen (Loops) vermieden werden. Solche Loops können Broadcast-Stürme auslösen, die zu massiven Beeinträchtigungen oder zum Komplettausfall des Netzwerks führen.

Um Schleifen zu verhindern, weist ERPS den Links und Knoten des Rings verschiedene Rollen und Funktionen zu. Von zentraler Bedeutung ist die so genannte Ringschutzverbindung (RPL). Es handelt sich dabei um den Link im Ethernet-Ring, der zu Verhinderung einer Schleife normalerweise blockiert ist. Der Verkehr kann durch diese Blockierung niemals im Kreis fließen. Realisiert ist die Blockierung, indem der so genannte RPL-Besitzer-Port blockiert wird. Der Knoten mit einem RPL-Besitzer-Port ist der RPL-Eigentümerknoten. Der mit dem RPL-Besitzer-Port verbundene RPL-Nachbar-Port ist ebenfalls blockiert und befindet sich auf dem RPL-Nachbarknoten. Die restlichen Ringports, mit Ausnahme der RPL-Besitzer- und RPL-Nachbar-Ports, sind gewöhnliche Ports auf gewöhnlichen Ringknoten und leiten den Verkehr im Normalbetrieb weiter. Tritt ein Fehler im Ring auf, wie der Ausfall eines Links oder eines Knotens, wird der Blockierstatus der Ringschutzverbindung aufgehoben und so die Konnektivität im Ring wiederhergestellt.

So genannte R-APS-PDUs (Ring Automatic Protection Switching Protocol Data Units) dienen als ERPS-Protokollpakete und Nachrichtenträger zum Austausch von Statusinformationen und zur Schutzumschaltung im Ring. Hierfür existieren verschiedene Nachrichtentypen, über die sich Ereignisinformationen und Umschaltbefehle übertragen lassen. Beispiele für R-APS-PDUs sind Signalfehler (SF) beim Ausfall eines Ring-Links, manueller Schalter (MS, Manual Switch) für manuelles Umschalten oder Zwangschalter (FS, Forced Switch) für erzwungenes Umschalten. R-APS-Nachrichten werden über einen eigenen, mithilfe eines VLANs implementierten Kanal übertragen.

Die Fehlererkennung und das Umschaltverhalten im Fehlerfall sind Timer-gesteuert. Das ERPS-Protokoll sieht hierfür diese vier Timer vor:

• Hold-Off-Timer

• Guard-Timer

• WTB-Timer (Wait-To-Block)

• WTR-Timer (Wait-To-Restore)

Darüber hinaus sieht ERPS revertive und non-revertive Operationen vor. Beim revertiven Verhalten wird, sobald eine Fehlersituation behoben ist, der Ring nach einer vorgegebenen Wartezeit wieder in den normalen Betriebsmodus zurückgeschaltet. Beim non-revertiven Verhalten wechselt der Ring nach der Wiederherstellung eines fehlerhaften Links nicht in den ursprünglichen Betriebsmodus zurück. Das soll unnötiges Umschalten und damit verbundene Auswirkungen wie das Löschen der gelernten MAC-Adresse auf den Ports vermeiden.

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