Allied Telesis Ethernet Protected Switched Rings (EPSR)

HanaLink said:

Như chúng ta vẫn biết việc thiết kế các thiết bị Ethernet Switch theo mô hình Ring topology là một cách đơn giản để tăng khả năng phục hồi của mạng. Tuy nhiên trong trường hợp đó ta cần phải xem xét đến việc phòng chống loop cho cấu trúc Ring này. Mặc định thì ta có giao thức STP (Spanning Tree Protocol) để ngăn chặn loop nhưng xét về mặt tốc độ hồi phục sau sự cố thì lại khá chậm, vì vậy trong nhiều trường hợp giao thức STP không thực sự hiệu quả như các đường truyền liên quan đến lưu lượng thoại hoặc video.
Chính vì vậy mà giải pháp EPSR được ra đời nhằm giải quyết được vấn đề này. Trong bài viết này sẽ giới thiệu về giải pháp EPSR cũng như cách nó vận hành hệ thống và những ưu điểm mà nó mang lại.

I. Giới thiệu EPSR
Giải pháp EPSR là công nghệ giúp người quản trị bảo vệ hệ thống khỏi lỗi vòng lặp trong cấu hình liên kết Ring Ethernet. Bên cạnh đó, EPSR cũng giải quyết được vấn đề hồi phục chậm của giao thức STP. EPSR cho phép các vòng phục hồi nhanh chóng sau các lỗi về liên kết hoặc nút - trong vòng chưa đến 50ms, tùy thuộc vào loại cổng và cấu hình - hữu ích cho các dịch vụ thoại, video, giúp giảm thời gian ngừng hoạt động trong mạng doanh nghiệp hoặc nhà cung cấp dịch vụ. Ngoài ra EPSR còn dễ dàng kết hợp với các chức năng khác trong Ethernet như QoS, IGMP, Q-in-Q, hay Filtering.
Chung quy lại ta có thể điểm qua 3 ưu điểm của giải pháp EPSR như sau:

• Đơn giản: không cần cấu hình thương lượng hoặc trao đổi giữa các nút hàng xóm với nhau hay thiết lập quan hệ, hầu như tất cả việc vận hành là do Master quyết định và điều khiển.
• Linh hoạt: có thể hoạt động giữa các liên kết đồng hoặc quang, hỗ trợ cho tất cả các tốc độ kết nối và hoạt động được trên các liên kết tổng hợp (như LACP), Q-in-Q...
• Giảm chi phí vận hành: không chỉ hỗ trợ các dòng Switch của Allied Telesis mà còn hỗ trợ các dòng switch cấp thấp khác, không bị giới hạn về số nút tham gia hay khoảng cách giữa các nút.

Sau đây là bảng thống kê cho thấy thiết bị nào có thể trở thành Master và số lượng vòng Ring có thể tham gia:
View attachment 5829
View attachment 5831

II. Cách thức EPSR hoạt động
View attachment 5832

EPSR hoạt động trên vòng vật lý của thiết bị Switch (không phải trên mạng chia lưới). Khi tất cả các nút và liên kết trong vòng ring được thiết lập, EPSR sẽ ngăn chặn vòng lặp bằng cách chặn dữ liệu truyền qua 1 cổng của nó. Khi một nút hoặc kết nối bị lỗi, EPSR dễ dàng phát hiện lỗi nhanh chóng và phản hồi bằng cách mở cổng đã bị chặn trước đó để dữ liệu có thể đi qua cả 2 cổng của Master.
Trong EPSR, mỗi vòng các thiết bị Switch tạo thành một miền EPSR. Một trong các nút sẽ trở thành Master (mỗi miền EPSR chỉ có 1 Master) và các nút còn lại gọi là Transit node, mỗi nút kết nối với vòng thông qua 2 cổng.
Trong EPSR sẽ có 2 loại VLAN hoạt động là VLAN điều khiển và VLAN dữ liệu. Đối với VLAN dữ liệu thì sẽ được dùng để gửi dữ liệu trong vòng EPSR còn với VLAN điều khiển chỉ được sử dụng để gửi thông điệp EPSR. Trên Master sẽ có 2 cổng đóng vai trò là cổng chính và cổng phụ. Khi tất cả các nút trong vòng được kết nối hoàn tất, EPSR sẽ ngăn chặn không cho các VLAN dữ liệu đi qua cổng phụ, còn VLAN điều khiển thì không bị chặn bởi vì vòng lặp sẽ không bao giờ hình thành trên VLAN điều khiển do Master sẽ không chuyển tiếp các thông điệp EPSR (được truyền trên VLAN điều khiển) mà nó nhận được.
1. Cách hoạt động
Cụ thể khi cấu hình EPSR thì mạng sẽ hoạt động theo các bước sau:

• Master tạo ra thông điệp EPSR Health và gửi nó ra khỏi cổng chính. Sau đó bộ đếm Healthcheck sẽ được kích hoạt.
• Nút Transit đầu tiên nhận được thông điệp EPSR Health sẽ sử dụng dụng bộ lọc phần cứng và chuyển tiếp thông điệp ra cổng còn lại của nó.
• Thông điệp này tiếp tục di chuyển đến các nút Transit khác, được sao chép vào CPU rồi chuyển tiếp trong vòng ring.
• Master cuối cùng sẽ nhận lại thông điệp này trên cổng phụ của nó và biết rằng tất cả các nút và liên kết trong miền đều đang hoạt động bình thường. Khi đó nó sẽ đặt lại bộ đếm Healthcheck. Trong trường hợp nếu bộ đếm Healthcheck hết hạn trước khi Master nhận lại được thông điệp EPSR Health trên cổng phụ thì Master sẽ kết luận rằng đã vòng đã bị lỗi.

2. Cách EPSR phục hồi lỗi
Trong trường hợp bị lỗi một liên kết hoặc Transit node, Master sẽ:

• Thông báo và xác nhận vòng ring đang ở trong trạng thái lỗi.
• Mở cổng phụ cho phép VLAN dữ liệu cũng đi qua cổng chính và phụ.
• Gửi cơ sở dữ liệu của nó qua cả 2 cổng (FDB).
• Gửi thông điệp điều khiển EPSR Ring-Down-Flush-FDB đến tất cả các nút Transit thông qua cổng chính và cổng phụ. Các nút Transit phản hồi thông điệp này bằng cách gửi cơ sở dữ liệu của chúng qua cả 2 cổng kết nối ring. Khi dữ liệu bắt đầu lưu chuyển trong cấu hình mới của vòng ring, cả Master lẫn Transit đều sẽ học lại địa chỉ Layer 2 của chúng. Trong thời gian này Master vẫn gửi các thông điệp EPSR Health thông qua VLAN điều khiển. Tình trạng này sẽ được duy trì cho đến khi liên kết hoặc nút bị lỗi được phục hồi.

View attachment 5834
Trong trường hợp nếu Master bị lỗi:

• Nếu trong trường hợp Master gặp trục trặc thì các nút Transit chỉ tiếp tục chuyển tiếp lưu lượng truy cập xung quanh vòng rung, nghĩa là hoạt động cơ bản của chúng không thay đổi.
• Các nút Transit sẽ ngừng nhận các thông điệp EPSR Health và các bản tin khác từ Master.
• Chung quy thì điều này không ảnh hưởng đến hoạt động mà các nút Transit chuyển tiếp lưu lượng, khi Master được phục hồi thì nó lại tiếp tục chức năng của mình.

3. Enhanced Recovery
Tạm dịch là cơ chế Tăng cường phục hồi, giúp tăng tốc độ phục hồi của một nút khi lỗi từ trạng thái Pre-forwarding sang Forwarding mà không cần chờ quá trình khôi phục kết nối vòng ring hoàn tất.
Cụ thể là trong trường hợp nếu không sử dụng cơ chế này mà có 1 liên kết của nút Transit bị lỗi, thì sau khi được phục hồi, mỗi nút Transit kết nối bằng liên kết đó sẽ nhận thấy liên kết đã được khôi phục. Chúng sẽ chuyển trạng thái của cổng từ "Link Down" sang "Pre-Forwarding" và đợi Master gửi thông báo điều khiển Ring-Up-Flush-FDB. Khi nhận được thông báo này thì 2 nút Transit sẽ gửi đi các cơ sở dữ liệu FDB ra cả 2 cổng kết nối ring đồng thời thay đổi trạng thái của cổng từ "blocking" sang "forwarding" và cho phép VLAN dữ liệu được lưu chuyển.
Cơ chế Enhanced Recovery được thực hiện theo 1 trong 2 cách sau:

• Khi vào trạng thái Pre-Forwarding, nút Transit sẽ gửi một bản tin Link-Forwarding-Request cho Master và chờ phản hồi từ Master. (Khi Master nhận được thông báo này, nó sẽ gửi một thông báo Healthcheck đặc biệt, nếu Master không nhận lại được Healthcheck đó trong một khoảng thời gian nhất định, Master sẽ gửi thông báo Permission-Link-Down tới nút Transit. Sau đó nút Transit có thể đưa cổng từ trạng thái Pre-forwarding sang Forwarding)
• Nếu nút Transit không nhận được thông báo Permission-Link-Down trong một khoảng thời gian nhất định, nó sẽ cho rằng không thể truy cập được Master và trực tiếp chuyển sang Forwarding.

III. Cách cấu hình EPSR
Giải pháp EPSR được sử dụng trong một vòng ring, nếu bạn đã có sẵn một mô hình kiết nối ring thì trước khi cấu hình EPSR bạn có thể rút 1 kết nối giữa 2 thiết bị switch bất kỳ để đảm bảm không bị loop.
Cấu hình EPSR trên mỗi Switch (lệnh được cấu hình trên Master lẫn Transit)
1. Cấu hình VLAN điều khiển và VLAN dữ liệu:

Code:

awplus(config)#vlan database
awplus(config-vlan)#vlan <control-vid> name <control-vlan-name>
awplus(config-vlan)#vlan <data-vid> name <data-vlan-name>

2. Cấu hình cổng kết nối cho vòng ring:

Code:

awplus(config)#interface <port-numbers>
awplus(config-if)#switchport mode trunk
awplus(config-if)#switchport trunk allowed vlan add <control-vid,datavid>
awplus(config-if)#switchport trunk native vlan none

3. Cấu hình miền EPSR:
Trên Master:

Code:

awplus(config)#epsr configuration
awplus(config-epsr)#epsr <name> mode master
controlvlan <control-vid> primaryport <port-numbers>
awplus(config-epsr)#epsr <name> datavlan <data-vid>

Trên Transit:

Code:

awplus(config)#epsr configuration
awplus(config-epsr)#epsr <name> mode transit controlvlan <control-vid>
awplus(config-epsr)#epsr <name> datavlan <data-vid>

5. Ngoài ra ta có thể thay đổi các thông số thời gian nếu cần thiết:

Code:

awplus(config)#epsr configuration
awplus(config-epsr)#epsr <name> failovertime <2-65535>
awplus(config-epsr)#epsr <name> hellotime <1-32767>
awplus(config-epsr)#epsr <name> ringflaptime <0-65535>

6. Cuối cùng là kích hoạt EPSR và kết nối các Switch thành vòng ring:

Code:

awplus(config-epsr)#epsr <name> state enabled

Mong rằng bài viết có thể hỗ trợ thêm thông tin cho các bạn. Chúc các bạn thành công :">

Click to expand...