High Availability Seamless Redundancy (HSR)

HSR fungiert in erster Linie als Medienredundanzprotokoll und ermöglichen unterbrechungsfreie Kommunikation ("Umschaltzeiten" von 0ms).

HSR (High Availability Seamless Redundancy) ist eine Weiterentwicklung des PRP Gedankens

 

HSR High Availability Seamless Redundancy Logo

HSR in erster Linie ein Protokoll zur Herstellung von Medienredundanz und PRP ist, wie im vorherigen Kapitel beschrieben, ein Protokoll zur Herstellung von Netzwerkredundanz. HSR ist ebenso wie PRP im Standard IEC 62439-3 beschrieben. HSR ist, im Gegensatz zu PRP, primär für den Einsatz in (redundant gekoppelten) Ringtopologien ausgelegt. Hierbei wird, wie bei PRP, mit zwei Netzwerkports gearbeitet. Im Gegensatz zu PRP umfasst eine HSR-Anschaltung jedoch einen DAN H (Double Attached Node for HSR), der die beiden Schnittstellen zu einem Ring verschaltet (siehe Abbildung HSR Ringnetzwerk). Ein Frame von der Anwendung wird durch die HSR Anschaltung mit einem HSR Tag versehen.
Dieser beinhaltet, analog zum PRP-RCT, die Länge der Nutzlast, den Sendeport und die Sequenznummer des Frames.

 

Im Gegensatz zu PRP wird der HSR Header allerdings dazu genutzt, das Ethernet Frame zu kapseln. Dies hat den Vorteil, dass die Duplikaterkennung für jedes einzelne Frame in jedem Gerät unmittelbar nach Empfang des HSR Headers erfolgt. Es muss nicht gewartet werden, bis das gesamte Frame einschließlich RCT empfangen wurde, bevor ein Duplikat als solches erkannt werden kann. Das bedeutet, dass, ähnlich wie beim Cut-Through-Switching, einzelne HSR Verbindungen und RedBoxen mit der Weiterleitung des Frames an den zweiten Ringport beginnen können, sobald dessen HSR Header vollständig empfangen und eine Duplikaterkennung durchgeführt wurde.

 

Jeder HSR Knoten nimmt Frames die nur an ihn selbst adressiert sind vom Netz und leitet sie an die Anwendung weiter. Multicast und Broadcast Nachrichten werden von jedem Knoten im Ring weitergeleitet und zusätzlich an die Anwendung weitergegeben. Um ein permanentes Kreisen von Multicast/Broadcast Frames zu vermeiden, verwirft der Knoten, der das Multicast/Broadcast Frame ursprünglich auf den Ring gelegt hat, dieses nach einem Ringumlauf (siehe Abbildung HSR Ringnetzwerk).

Detailliertes Bild für PRP - Parallel Redundancy Protocol Seite

HSR Ringnetzwerk

 

Im Gegensatz zu PRP ist es nicht möglich, SAN-Knoten direkt in ein HSR-Netzwerk zu integrieren, ohne den Ring aufzubrechen. Zum Schließen des Rings fehlt einem SAN die zweite Netzwerkschnittstelle. Dies ist ein Grund, warum SANs nur über Redundanzboxen an HSR Netzwerke angeschlossen werden können. Der zweite Grund ist, dass der Netzwerkverkehr auf dem Ring durch den HSR Header gekapselt wird. Dies verhindert eine direkte Teilnahme normaler Netzwerkknoten am HSR Verkehr, im Gegensatz zu PRP. Während der PRP RCT von einem SAN Knoten als Padding interpretiert wird, ist dies beim HSR Tag unmöglich: Der HSR Tag wird aufgrund seiner Position im Frame stets als gültige Layer 2 Frameinformation interpretiert, und ein korrektes Auslesen der Nutzlast des Frames durch den SAN Knoten wird verhindert.

 

Da einige HSR Geräte zu Konfigurations- und Diagnosezwecken möglicherweise mit einer Managementstation oder einem Notebook kommunizieren müssen, werden bei HSR Verbindungen vorübergehend Geräte akzeptiert, die Standard Ethernet Frames versenden temporär auch an den Ringports. In diesem Fall kommunizieren die HSR Verbindungen ohne HSR Header Kapselung, obwohl dieser Datenverkehr nicht an das HSR Netzwerk weitergeleitet wird. Er dient lediglich der bidirektionalen Kommunikation zwischen der konfigurierenden Managementstation an einem HSR Port und dem HSR Gerät. Die normale HSR Kommunikation wird erst wieder aufgenommen, wenn der Ring wieder geschlossen wurde. Kopplungen zwischen zwei HSR Ringen werden immer mithilfe von zwei Ringkopplungselementen, so genannten QuadBoxen, realisiert. Diese ermöglichen eine Kopplung zwischen zwei HSR Ringen ohne Single Point of Failure (siehe Abbildung - Gekoppelte HSR Ringe (Auszug aus IEC 62439-3)).

 

Hinsichtlich der Umschaltzeiten verhält sich HSR wie PRP. Durch den doppelten Versand der Frames von beiden Ports einer HSR Anschaltung wird bei einem aufgetretenen Fehler weiterhin ein Frame über den noch intakten Netzwerkpfad übertragen.

Die Redundanz arbeitet somit ebenfalls ohne Umschaltzeit und im Gegensatz zu PRP werden keine zwei parallelen Netzwerke benötigt. Ein HSR Netzwerk hat jedoch immer die Form eines Rings oder einer Struktur aus gekoppelten Ringen, was bedeutet, dass es in der Installationsphase weniger flexibel ist als PRP.

Durch den doppelten Versand von Frames in beide Richtungen stehen effektiv nur 50 % der Netzwerkbandbreite für den Datenverkehr zur Verfügung.

Detailliertes Bild für PRP - Parallel Redundancy Protocol Seite

Gekoppelte HSR Ringe (Auszug aus IEC 62439-3)

 

Passende Ressourcen