Резервируем проводную сеть по Wi-Fi.

Резервирование проводной сети с помощью беспроводной является не самым частым решением. Нельзя сказать, что так никто не делает, но стандартизированные протоколы, как правило, предусматривают резервирование в рамках одной технологии передачи данных. Иногда для смешанных решений используются специальные устройства, которые умеют проверять наличие связи по одному каналу и после истечения определённого таймера переводить поток данных на другой (например, с порта Ethernet на сотовую связь или наоборот). К слову, именно так работают OnCell 5104-HSPA. Однако в данной статье мы будем рассматривать способы резервирования проводной связи с помощью Wi-Fi. Поскольку готовых продуктов, выполняющих такую задачу у нас нет, придётся применять фантазию.

Прежде, чем мы приступим к описанию решений, представим ситуации, в которых может понадобиться такой подход. Самое очевидное – это собственный объект, у которого обменивающиеся данными узлы находятся на больших расстояниях (сотни метров), а окружающая среда небезопасная (есть риск повреждения кабеля). Концептуальная схема показана на рисунке 1.


Рисунок 1. Удалённый объект передает данные на сервер по двум разным каналам. Концепция.

Мы отталкиваемся от того, что в любой момент может произойти обрыв кабеля. В этом случае необходимо произвести перенаправление потока данных на Wi-Fi с минимальными потерями. Поняв идею, можно перейти к рассмотрению вариантов её реализации.

Решение 1. PRP + Wi-Fi

Существующие протоколы быстрого резервирования Ethernet, такие как Turbo Ring/Turbo Chain, подразумевают обязательное соединение устройств друг с другом по единому стандарту. Поскольку эти протоколы реагируют на физический обрыв линии связи, рассылают друг другу служебные данные и физически блокируют неиспользуемые порты, включить в разрыв кольца Turbo Ring или цепочки Turbo Chain промежуточный участок в виде Wi-Fi точек доступа не представляется возможным (Рисунок 2).


Рисунок 2. Внутри кольца Turbo Ring не должно быть Wi-Fi. Эта схема не может работать.

Сама по себе такая схема без резервирования тем более не может работать, потому что внутри закольцованных участков начнётся широковещательный шторм и постоянное переписывание таблицы мак-адресов, что в конечном итоге сделает сеть неработоспособной.

Но существуют и определённые протоколы, которые просто дублируют данные по двум путям, что обеспечивает бесшовное резервирование в случае обрыва одного из путей. В первую очередь это протокол PRP. У нас уже есть статья про его принцип работы, поэтому советуем ознакомиться с ней:

Сеть резервирования PRP + WiFi состоит из PT-G503, который обеспечивает параллельную передачу данных по двум путям, и WiFi точек доступа (рисунок 3).


Рисунок 3. Использование протокола PRP в сочетании с Wi-Fi.

Напомним, что согласно принципу протокола PRP устройство RedBox делает копию кадра, входящего в его порт Interlink (на рисунке туда включены ноутбуки и сервер), и рассылает два параллельных дубликата в свои порты A и B. Дубликаты помечаются одинаковыми номерами из внутреннего счётчика устройства, но приходят в другой RedBox с двух сторон (один чуть раньше, другой чуть позже). Если в другой RedBox приходят два кадра с одинаковыми номерами, более поздний кадр уничтожается.

Главное преимущество технологии заключается в том, что все её служебные данные, включая порядковый номер, находятся внутри поля данных кадра, а не в заголовке (в отличие от HSR, например). Это видно на Рисунке 4 (Порядковый номер – Sequence counter). Это означает, что Wi-Fi точки доступа даже не «знают», что они обрабатывают кадр PRP, поэтому пересылают их в штатном режиме.


Рисунок 4. PRP-составляющая в обычном кадре Ethernet находится внутри поля данных (Payload).

Это, пожалуй, самая совершенная схема резервирования. Если рвётся кабель, дубликаты кадров приходят со стороны Wi-Fi, если помехи на стороне Wi-Fi, данные приходят по проводу. Более того, LAN A и LAN B – это не просто условные обозначения двух линий связи, здесь подразумевается действительно LAN (локальная сеть). На рисунке LAN A – это один Ethernet-кабель, на деле же это может быть целая «плоская» (Layer 2) Ethernet-сеть из десятков коммутаторов, работающая по своим протоколам резервирования (например, RSTP или Turbo Ring); главное, чтобы в конечном итоге эта сеть соединяла два одинаковых порта RedBox’ов между собой. В порты Interlink мы также можем подключить не только конечные устройства, но и коммутаторы. Основной принцип использования RedBox – ставить его в надёжном месте перед выходом в опасную зону.

Ещё одним преимуществом является простота настройки (PRP включается в несколько кликов). Основным недостатком этого решения может оказаться цена, но и это вопрос спорный: экономия на стадии проектировании однажды может привести к многомиллионным убыткам в будущем.

Решение 2. Wi-Fi + OSPF

Еще один нестандартный вариант резервирования может быть организован с помощью маршрутизатора на 3-м уровне модели OSI (Layer 3).

Использование протокола OSPF будет понятно тем, кто знает разницу между работой коммутаторов L2 и L3, и представляет, что такое динамическая маршрутизация. Данные темы мы более глубоко рассматриваем на наших тренингах Industrial Automation Academy, так как практические занятия с оборудованием помогают понять суть работы протокола.

В данном случае основными устройствами может быть связка из компактных маршрутизаторов EDR-810, на которых создаётся по два интерфейса на разных портах (Рисунок 5).


Рисунок 5. У пары роутеров есть два альтернативных маршрута друг до друга через разные интерфейсы.

Данное решение является относительно недорогим (стоимость 10-портового роутера EDR-810 сопоставима со стоимостью 10-портового управляемого коммутатора EDS-510E). Трудностью может стать настройка протоколов маршрутизации, потому что это чуть сложнее, чем протоколы резервирования 2 уровня, и требует специальных знаний.

Как работает эта схема? Динамические протоколы маршрутизации, такие, как OSPF или RIP сами находят кратчайшие (согласно своей внутренней логике) пути до адреса назначения. И главное, если эти пути становятся недоступны, протоколы это «понимают» и находят альтернативные маршруты. То есть, когда ноутбук из сети 192.168.128.0 (из примера на Рисунке 5) будет передавать данные на сервер в сеть 192.168.127.0, трафик будет идти либо через подсеть 10.0.1.0, либо через 10.0.2.0 в зависимости от настроек.

Допустим, протокол (OSPF, как на примере) выбрал 10.0.1.0 в качестве предпочтительного маршрута. Если кабель будет повреждён, то по истечении таймера «Router Dead Interval» - время признания роутера недоступным (по умолчанию 40 секунд) маршрутизаторы «поймут», что этого соседства больше не существует, и перепишут таблицы маршрутизации. Будет определён новый маршрут, в данном случае – через точки доступа Wi-Fi.

Это хорошая концепция, но её главный недостаток – скорость такого восстановления, которая складывается из таймера «Router Dead Interval» и времени на выбор нового маршрута. Такая схема не может конкурировать со скоростью восстановления <20 мс для Turbo Ring, однако она, безусловно, имеет право на применение, а иногда может оказаться единственным возможным решением. Особенно оно актуально, если в сети уже существует несколько независимых подсетей.

Решение 3. Wi-Fi + RSTP

Многие ли слышали об использовании RSTP в сетях Wi-Fi? Мы привыкли считать, что RSTP – это проводная технология (так и есть), но зная формат кадра и логику работу RSTP, можно попробовать вклиниться в его процессы. Такую работу провела компания MOXA и добавила поддержку RSTP в свои точки доступа при использовании специального режима.

Неожиданно, но в итоге концепция такой схемы будет выглядеть, как Рисунок 2, который ещё в начале статьи был примером нерабочей схемы для Turbo Ring, но теперь становится рабочим решением для RSTP (Рисунок 6):


Рисунок 6: Точки доступа MOXA AWK способны работать в разрыве проводной RSTP-сети.

В данном методе мы будем использовать управляемые коммутаторы и точки доступа Wi-Fi. Управляемые коммутаторы настраиваются для работы в RSTP, как обычно, без каких-либо особых установок.

А вот для корректной работы точек доступа в этой схеме необходимо настраивать их не в режимах «Точка Доступа – Клиенты», а в режимах «Master – Slave». В этом случае WAN-интерфейс становится одним из портов RSTP-системы, как это видно на снимке экрана web-интерфейса точки доступа (строчка WLAN).

Особенность этой схемы в том, что для протокола RSTP точки доступа логически будут обычными управляемыми коммутаторами, соединение между которыми будет являться избыточной связью. В случае обрыва основного пути в «дереве» между коммутаторами по оптике передача данных будет восстановлена по Wi-Fi и наоборот.


Если у Вас есть вопросы по продукции МОХА, обращайтесь по телефону: +7 (495) 419-1201 или по e-mail: russia@moxa.pro

Товары из статьи

PT-G503-PHR-PTP-HVPT-G503-PHR-PTP-HV
PT-G503-PHR-PTP-HV
3-портовое управляемое устройство резервирования RedBox (3 комбо-порта Gigiabit), 2 изолированных входа питания (88 - 300 VDC или 85 - 264 VAC), сертификат IEC 61850-3 и IEC 62439-3
Цена со скидкой$3 260,00 191 659,64 ₽
EDR-810-2GSFPEDR-810-2GSFP
EDR-810-2GSFP
Промышленный маршрутизатор безопасности: 8 портов 10/100 BaseT(X) + 2 Gigabit Ethernet SFP, Firewall/NAT, -10...+60 С
Цена со скидкой$1 275,67 74 998,30 ₽

Рекомендованные продукты

На складе
AWK-3131A-EUAWK-3131A-EU
AWK-3131A-EU
Беспроводная точка доступа (AP/Bridge/Client) 802.11a/b/g/n, 2 дискретных входа, 1 релейный выход, -25...+60С
Цена со скидкой$1 101,62 64 765,67 ₽
AWK-3252A-UN-TAWK-3252A-UN-T
AWK-3252A-UN-T
Беспроводная точка доступа 802.11ac 2.4GHz/5GHz Dual Radio, 29.5 dBm (630 мВт), 2x2:2SS, Dual GbE, PoE+, IP30, универсальная модель, -40...+75С
Цена со скидкой$1 621,33 95 320,10 ₽
AWK-3252A-UNAWK-3252A-UN
AWK-3252A-UN
Беспроводная точка доступа 802.11ac 2.4GHz/5GHz Dual Radio, 29.5 dBm (630 мВт), 2x2:2SS, Dual GbE, PoE+, IP30, универсальная модель, -25...+60С
Цена со скидкой$1 525,09 89 662,02 ₽
AWK-3131A-EU-TAWK-3131A-EU-T
AWK-3131A-EU-T
Беспроводная точка доступа (AP/Bridge/Client) 802.11a/b/g/n, 2 дискретных входа, 1 релейный выход, -40...+75С
Цена со скидкой$1 255,50 73 812,48 ₽
PT-G503-PHR-PTP-HVPT-G503-PHR-PTP-HV
PT-G503-PHR-PTP-HV
3-портовое управляемое устройство резервирования RedBox (3 комбо-порта Gigiabit), 2 изолированных входа питания (88 - 300 VDC или 85 - 264 VAC), сертификат IEC 61850-3 и IEC 62439-3
Цена со скидкой$3 260,00 191 659,64 ₽
AWK-4131A-EU-TAWK-4131A-EU-T
AWK-4131A-EU-T
Беспроводная точка доступа (AP/Bridge/Client) 802.11a/b/g/n, с защитой от пыли и влаги IP68, разъемы М12, -40...+75С
Цена со скидкой$2 064,38 121 367,58 ₽
EDS-510E-3GTXSFP-TEDS-510E-3GTXSFP-T
EDS-510E-3GTXSFP-T
Промышленный 10-портовый управляемый коммутатор: 7 портов 10/100 BaseT(X) Ethernet, 3 комбо-порта Gigabit Ethernet (RJ-45 + SFP), -40...+75С
Цена со скидкой$1 657,04 97 419,54 ₽
AWK-1131A-EU-TAWK-1131A-EU-T
AWK-1131A-EU-T
Промышленная Wi-Fi точка доступа/клиент, 802.11a/b/g/n, -40...+75С
Цена со скидкой$880,75 51 780,44 ₽

Недавно просмотренные