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Stossfreie Redundanz mit PRP und HSR
Das Parallel Redundancy Protocol (PRP) und das High-Availability Seamless Redundancy Protocol (HSR) ermöglichen eine völlig unterbrechungsfreie Bewältigung von Einzelausfällen des Netzwerks (Kabel, Stromversorgung, Switches etc.) und sind von der IEC als IEC 62439-3 normiert.
Für das PRP werden zwei völlig unabhängige Netzwerke parallel betrieben (LAN_A und LAN_B). Angeschlossene hochverfügbare Dual Attached Nodes (DANs) besitzen zwei Netzanschlüsse, wobei je einer mit dem LAN_A und einer mit dem LAN_B verbunden wird. Die Topologie der Netze ist grundsätzlich frei wählbar. Sie können auch mit anderen Redundanzkonzepten betrieben werden.
Alle Pakete werden immer über beide Anschlüsse respektive über beide LANs gesendet. Der Empfänger nimmt auf beiden Anschlüssen die Pakete entgegen und ignoriert das später eintreffende Paket.
PRP kann in einer zusätzlichen Softwareschicht oder als vorgeschaltete Hardwarelösung (RedBox) realisiert werden. Das Redundanzkonzept benötigt daher keine Umschaltung oder Rekonfiguration.
DAN: Dual Attached Node Implementing PRP, hochverfügbarer Knoten mit zwei Netzanschlüssen
SAN: Single Attached Node, normaler Knoten mit nur einem Netzanschluss
RedBox: Redundancy Box
VDAN: Virtual Dual Attached Node
Eine Redundancy Box (RedBox) verbindet normale Knoten, also solche mit nur einem Netz-Interface, mit beiden LANs eines PRP-Netzes. Weil ein solcher Knoten anderen Knoten (DAN) wie Knoten mit zwei Interfaces erscheint, werden sie Virtual Dual Attached Nodes (VDAN) genannt.
Die Vorgänge der Verdoppelung der Pakete und Ausfiltern der Duplikate erfolgt in der RedBox. Die Vorgänge sind für die VDANs vollkommen transparent, das heisst, die RedBox übernimmt alle PRP-Funktionen der angeschalteten Knoten, insbesondere sendet sie auch die notwendigen Supervision-Pakete.
Für das Netzwerk-Management kann die RedBox auch als selbständiger DAN mit eigener IP-Adresse in Erscheinung treten und entsprechende Funktionen zur Verfügung stellen.
Beim HSR Protokoll wird die stossfreie Redundanz nicht durch zwei komplett getrennte Netze, sondern durch die simultane Übertragung in beide Richtungen auf einem geschlossenen Ring erzielt.
Das HSR-Konzept beinhaltet folgende Netzelemente und Möglichkeiten (siehe Bild):
- Ein direkt in den Ring eingefügter Endknoten wird als Double Attached Node Implementing HSR (DANH) bezeichnet. Dabei handelt es sich um ein Gerät mit integriertem Dreiport-HSR-Switch (zwei externe und ein interner Port). Von einem zu sendenden Frame werden zwei Kopien erstellt und im Ring gleichzeitig in beiden Richtungen übertragen. Zwischenknoten leiten Frames im Ring weiter. Unicast-Frames werden durch den Empfänger vom Ring entfernt, Multicast- und Broadcast-Frames vom Sender. Der Empfänger verwendet das erste empfangene Frame und eliminiert das später eintreffende Duplikat.
- HSR-Frames verfügen über einen speziellen Vorspann, der sie als solche kennzeichnet.
- Zur Anschaltung nicht-HSR-fähiger Geräte wird eine Redundancy Box (RedBox) verwendet. Diese erbringt die HSR-Funktionen stellvertretend für alle an ihr angeschlossenen Knoten. Knoten hinter einer RedBox erscheinen also dank dieser Proxy-Funktion wie doppelt angebundene und werden darum als Virtual Doubly Attached Node (VDAN) bezeichnet.
- HSR-Ringe können über Quadboxes gekoppelt werden. Für eine redundante Kopplung braucht es deren zwei.
- Teilnetze, die mit dem Parallel Redundancy Protocol (PRP) arbeiten, können über RedBoxes an HSR-Netze angebunden werden. Endknoten im PRP-Netz heissen Double Attached Node Implementing PRP (DANP).
Das InES hat verschiedene Redundanzlösungen implementiert, kontaktieren Sie uns bei Interesse!