Guidelines for Using DLR(Device Level Ring)with EtherNet/IP
EtherNet/IP와 함께 장치 레벨 링(DLR) 사용하기

DLR의 구현은 지원하는 네트워크 인프라에 특정 요구사항을 부과한다. DLR은 DLR 지원 네트워크에서 DLR 프로토콜을 지원하지 않는 장치의 사용을 본질적으로 배제하지 않는다. 그러나 DLR 네트워크에서 이러한 장치를 사용하면 DLR 작동 및 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 이 글은 DLR에 대한 개요를 제공하고 DLR 프로토콜을 지원하지 않는 DLR 장치 및 기타장치로 구성된 DLR 네트워크를 구현하기 위한 지침을 제공하기 위한 것이다.
 
1. 서론

이더넷은 산업 프로세스 및 애플리케이션을 포함한 모든 수준의 엔터프라이즈에서 인기가 높아지고 있다. 기업 네트워크에서 흔히 볼 수 있는 스타 토폴로지보다 이더넷 링 토폴로지[Ethernet ring topologies]가 선호되는 다양한 산업용 애플리케이션이 있다. 링 네트워크는 고유한 단일 지점 내 결함성을 제공한다. 내장된 스위치 기술이 포함된 링 노드[Ring nodes]는 인프라 스위치의 필요성을 줄이고 네트워크 케이블을 단순화한다.

장치레벨 링(DLR/ Device Level Ring) 프로토콜은 링 기반 네트워크의 장애를 감지, 관리 및 복구하는 수단을 제공한다. DLR의 구현은 지원하는 네트워크 인프라에 특정 요구사항을 부과한다. DLR은 DLR 지원 네트워크에서 DLR 프로토콜을 지원하지 않는 장치의 사용을 본질적으로 배제하지 않는다. 레거시 장치[legacy devices] 및 기타 고려 사항이 DLR 네트워크에서 이러한 장치의 사용을 자주 지시할 것으로 예상된다. 그러나 DLR 네트워크에서 이러한 장치를 사용하면 DLR 작동 및 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있다.

이 글은 DLR에 대한 개요를 제공하고 DLR 프로토콜을 지원하지 않는 DLR 장치 및 기타장치로 구성된 DLR 네트워크를 구현하기 위한 지침을 제공하기 위한 것이다.

2. 장치 레벨 링[DLR]의 개요

앞서 언급한 바와 같이, DLR 프로토콜은 간단한 링 토폴로지를 지원하기 위한 것이다. DLR은 링 슈퍼바이저[Ring Supervisor], 비콘 기반 링[Beacon-based ring]노드, 아나운스 기반[Announce based] 링 노드의 세 가지 클래스를 지원한다.

2.1. 링 관리자[Ring Supervisor]

DLR 네트워크를 사용하려면 하나 이상의 장치가 링 관리자[Ring Supervisor]로 작동하도록 구성되어야 한다. 링 관리자[Ring Supervisor]는 링의 무결 성을 확인하고 장애를 복구하도록 링을 재구성하고 링에 대한 진단 정보를 수집하는 역할을 한다. 활성 링 관리자[Ring Supervisor]는 포트 중 하나(특수 프레임 몇 개 제외)에서 트래픽을 차단하고 한 포트에서 다른 포트로 트래픽을 전송하지 않으므로 네트워크 루프를 방지한다.

적어도 하나의 추가 장치가 백업 링 감독자 역할을 할 수 있는 것이 강력히 권장된다. 각 관리자는 우선 순위 값으로 구성된다. 우선 순위 값이 가장 높은 장치가 활성 링 관리자가 된다. 링의 두 관리자가 동일한 우선 순위 값을 가질 경우, MAC 주소가 가장 높은 장치가 활성 링의 관리자가 된다.

2.2. 비콘 기반 링 노드

일반적으로 링 노드는 링에서 동작하고 DLR 프로토콜에 참여하는 비 감독 장치이다. 링 노드는 결함 감지(인접 프로세스, 결함 감지 프로세스 점검)에 참여한다. 장애가 감지되면 링 노드가 적절하게 재구성되고 네트워크 토폴로지를 다시 학습한다(링 복구 프로세스). 이러한 비콘 기반 링 노드는 지정된 비콘 간격 내에 비콘 프레임을 처리하는 데 필요하다. 기본 신호 간격은 400us이다. 최소 신호 속도는 100us이다. 기본신호 간격은 50노드 링에 대해 3ms 정도의 링 복구 시간을 허용한다. 더 짧은 비콘 간격으로 더 빠른 복구 시간이 가능하다.

2.3. 아나운스 기반 링 노드

공지된 기반 링 노드는 비콘 프레임을 처리하는 능력에서만 비콘 기반 링 노드와 다르다. 이 장치들은 DLR 비콘 프레임을 처리할 필요가 없지만 아나운스 프레임을 처리할 수 있어야 한다. 아나운스 프레임은 또한 링 슈퍼바이저에 의해 생성된다. 방송 프레임의 기본 간격은 1초 또는 링 상태 변경 즉시이다. 알림 기반 노드의 링 복구 시간은 비콘 기반 링의 경우 3ms가 아닌 50 노드 링의 경우 4ms 정도이다.

2.4. DLR 작동

DLR 네트워크는 활성 링 슈퍼바이저와 임의의 수의 링 노드로 구성된다. 링 노드는 최소 2개의 외부 포트에 내장된 스위치 기술을 통합한다. 링 관리자는 “비콘”을 정기적으로 생성할 책임이 있다. 이 비콘들은 고리를 각 방향으로 가로지른다. 또한 링 슈퍼바이저는 초당 한 번씩 두 포트 모두에서 알림 프레임을 전송한다. Announce Frame은 고속 비콘 프레임을 처리할 수 없는 링 노드가 장애 감지 및 링 복구에 참여할 수 있도록 한다.

링 슈퍼바이저는 DLR 및 기타 네트워크 트래픽을 차단하여 링을 통한 프레임의 무한 전파(네트워크 스톰)를 방지할 수 있어야 한다. 장애는 신호 트래픽이 중단되고 인접 노드에 의해 링크/노드 장애가 감지될 때 감지된다. DLR 프로토콜에는 여러 가지 결함 감지 및 링 복구 메커니즘이 포함되어 있다.

2.5. DLR 프로토콜을 지원하지 않는 장치

권장되지는 않지만 DLR 프로토콜을 지원하지 않는 장치를 삽입할 수 있다. 논의의 목적을 위해 이러한 장치 유형에는 Non-DLR 장치와 Non-compliant 장치의 두 가지가 정의되어 있다.

2.5.1. 비 DLR 장치

비 DLR 장치는 DLR 프로토콜을 지원하지 않지만 섹션 3.5.1 및 3.5.2의 모든 지침을 준수하는 모든 장치이다. 이러한 장치는 링 결함의 위치를 찾는 것을 더 어렵게 만들기 때문에 권장되지 않는다.
 
2.5.2. 비 준수 장치

비 준수 장치는 섹션 3.5.1 및 3.5.2의 지침 중 하나 이상을 준수하지 않는 비 DLR 장치이다. 비 준수 장치는 결함 감지 및 링 복구에 예측할 수 없고 악영향을 미칠 수 있으므로 DLR 링에서 금지 된다.

3. 일반적인 고려 사항

DLR은 일반적으로 네트워크 장애로부터 빠른 복구를 필요로 하는 간단한 단일 링 토폴로지를 위해 고안되었다. 프로토콜은 다중 링 또는 중첩 링의 개념을 지원하지 않는다. DLR 링은 임의의 수의 노드를 포함할 수 있지만 권장 링 크기는 50개 미만의 노드이다. 노드 수가 증가함에 따라 DLR 프레임이 링을 통과하는 데 필요한 시간이 증가하여 오류감지 및 복구 시간이 늘어난다(표 1 참조).

또한, 더 큰 링에서는 네트워크의 나머지 부분으로부터 세그먼트가 손실될 수 있는 이중 결함을 포함하여 장애의 확률이 증가한다. 궁극적으로 사용자가 특정 링에 대해 선택하는 노드 수는 사용자가 해당 링에 설정한 성능 요구사항에 따라 달라진다.

3.1. 심플 독립 형 DLR 링

그림 1은 간단한 독립 형 DLR 링의 개념도를 보여준다. 응용 프로그램에는 다양한 I/O 모듈, PAC 형태의 제어, 장치 활동을 모니터링하는 HMI 및 네트워크 구성을 위한 관리자 스테이션이 포함된다. 각 링 노드는 두 개의 EtherNet/IP 포트를 지원한다. 따라서 각 링 노드 또는 슈퍼바이저는 임베디드 이더넷 스위치 기술을 통합할 것으로 예상된다.
 
이 예제의 목적상, 네트워크에 안전 또는 성능에 중요한 제약조건이 없다고 가정한다. 또한 이 애플리케이션의 경우 원하는 장애 감지 및 복구 시간이 수십 밀리 초 정도라고 가정한다. 따라서, 링에 발표된 기반 링 노드의 존재는 성능 및 복구 관점에서 허용될 수 있다.

그림 1에는 DLR 링을 구현할 때 고려해야 할 구성 요소인 DLR 탭[Tap]도 나와 있다. DLR 탭은 네트워크 인프라 스위치, 비 DLR 장치 또는 내장 스위치 기술이 없는 장치를 DLR 링에 연결할 수 있도록 하는 3포트 장치이다. DLR 탭은 링 감독자 역할을 지원할 수도 있고 지원하지 않을 수도 있는 링 노드이다.

3.2. DLR 속성, 상태 표시기 및 진단

DLR 개체 속성은 장애가 발생할 때 유용한 정보를 제공할 수 있다. 링의 모든 노드에서 모든 속성을 사용할 수 있는 것은 아니다. 또한 속성 1인 네트워크 토폴로지가 선형 및 링 토폴로지를 모두 참조하지만, 이것이 DLR이 라인 토폴로지를 지원한다는 것을 의미하지는 않는다는 점에 유의해야 한다.

속성 1은 관리자가 링의 한 방향으로 트래픽을 차단하고 링이 선형 토폴로지[링 정상상태(RING_NORMAL_STATE)]에 있거나 링이 시작 상태이거나 장애 상태이기 때문에 한 방향으로 트래픽을 차단하지 않았음을 나타내는 상태 비트이다. 참가자 목록과 같은 많은 속성은 속성의 데이터를 수집하기 위해 네트워크를 통과하는 비콘 프레임에 의존한다. DLR 개체가 제공하는 서비스 중 일부는 링 진단에서도 유용하다. 특히 “장애 위치 확인” 서비스는 사용자가 장애 위치를 확인할 수 있도록 특성 6과 7을 업데이트한다.