[기고] EtherNet/IP와 함께 장치 레벨 링(DLR) 사용하기(2)
  • 2022-08-08
  • 글/ ODVA ACTIVITY MANAGER I. Y. Cho


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.
 

3.3. DLR, 고성능 애플리케이션 및 IEEE-1588

그림 2는 두 가지 다른 링 유형을 보여준다. 왼쪽에는 그림 1(1편 참조)에 표시된 것과 동일한 단순하고 비교적 낮은 성능의 링이 있다. 오른쪽의 그림 2는 비콘 기반 DLR 네트워크에서 제공하는 빠른 복구 시간을 요구하는 고성능 링을 보여준다.

DLR 프로토콜은 다중 링 또는 중첩 링의 존재를 인식하지 않는다. 그러나 링이 분리되어 다른 링에 DLR 프로토콜 메시지가 존재하지 않는 한 네트워크는 둘 이상의 DLR 링을 포함할 수 있다. DLR 프로토콜은 IEEE-1588에 대한 지원이 필요하지 않지만 고성능 애플리케이션은 IEEE-1588의 시간 동기화 및 DLR 프로토콜 고유의 빠른 오류 감지 및 링 복구의 이점을 모두 누릴 수 있다.
 

IEEE-1588 시간 동기화를 지원하지 않는 노드는 링에 추가적인 메시징 지터를 도입하여 시간 동기화의 정확성에 영향을 미친다. 따라서 이러한 고성능 링에 참여하는 모든 노드가 IEEE-1588 및 CIP 시간 동기화 개체를 지원하는 것이 좋다. 좀 더 구체적으로, 장치 자체가 시간 인식일 필요는 없지만(즉, IEEE-1588 메시지를 로컬로 처리할 필요는 없음), 엔드 투 엔드(E2E) 투명 클럭에 대한 지원을 포함해야 한다. 동시에, 비 DLR 노드를 고성능 링에 삽입하면 오류 감지 및 링 복구에 필요한 시간이 늘어난다.

CIP 모션과 같은 고성능 애플리케이션의 경우 그림 2와 같이 DLR 호환 Tap을 통해 Non-DLR 장치를 연결하는 것이 좋다. 그림 2는 DLR 프로토콜(S3)을 준수하는 스위치와 그렇지 않은 스위치(S2)를 모두 나타낸다. 스위치 S2는 DLR 탭을 통해 링에 연결된다. DLR을 특별히 지원하지 않는 인프라 스위치는 DLR 링에 직접 연결할 수 없다.

3.4. DLR 및 퀵컨넥트

퀵컨넥트[QuickConnect]는 자동차 제조의 특정 용도에 대응하기 위한 ODVA 기술이다. 로봇, 공구 교환기 및 프레임과 같은 애플리케이션은 산업 네트워크의 섹션 또는 세그먼트를 포함하는 툴링 고정장치를 신속하게 교환해야 한다. 이를 위해서는 네트워크와 노드가 기계적으로나 논리적으로 신속하게 연결 및 연결을 끊을 수 있어야 한다. 따라서 강제 속도 및 이중 모드용으로 구성된 포트인 퀵컨넥트 모드에서 퀵컨넥트 장치는 필요한 케이블 연결 유형 감지(Auto-MDIX)를 사용하지 않는다.

Auto-MDIX는 퀵컨넥트 애플리케이션의 경우 비활성화 되므로 케이블 연결이 올바른지 각별히 주의해야 한다.

3.5. DLR 링에 비 DLR 장치삽입

그림 3과 같이 사용자는 DLR 링에 Non-DLR 장치를 삽입할 수 있다. 비 DLR 장치는 링에 삽입되므로 최악의 경우 고장 감지 시간에 악영향을 미치지 않는다(참고: 섹션 3.5.1 및 3.5.2의 모든 지침을 충족하려면 비 DLR 장치가 필요하므로 MAC 학습을 비활성화해야 한다). 관리자는 여전히 신호 프레임의 부족을 감지하고 링 복구를 시작한다. 그러나 상당수의 Non-DLR 장치가 링에 포함된 경우 두 Non-DLR 노드 간에 고장이 발생할 경우 고장을 격리하고 진단하는 데 문제가 있다.
 

예를 들어, 그림 4의 토폴로지를 생각해 보기 바란다. 이 간단한 링은 감독자(S1), 4개의 DLR 노드(D1 ~ D4) 및 단일 비 DLR 장치(N1)로 구성된다. DLR 관점에서 N1은 존재하지 않는다. D4는 D2를 DLR의 “인접 역”으로 간주한다. N1과 D4(빨간색 “X”로 표시됨) 사이에 링크 장애가 발생한다고 가정한다. D4는 고장을 감지하고 즉시 감독관에게 알린다. 관리자는 오류 감지 프로세스를 진행하여 D2를 “포트 1의 마지막 활성 노드”로, D4를 “포트 2의 마지막 활성 노드”로 식별한다.
 

또한 네Report트워크 관리자는 이더넷 링크 개체를 통해 D2 및 D4에 대한 링크 상태를 쿼리 할 수 있다. 따라서 네트워크 관리자는 D4의 관점에서 보면 D2와의 링크는 다운된 반면 D2의 관점에서는 링크가 여전히 업 상태라는 것을 알고 있다. 슈퍼바이저는 포트 2에서 트래픽 차단을 해제하고 네트워크 트래픽은 재개되며 네트워크 관리자는 장애가 D4의 낮은 포트, N1의 오른쪽 포트 또는 이러한 노드 간의 케이블링에 있다고 합리적으로 추론할 수 있다.

이제 그림 5에 설명된 경우를 생각해 보기 바란다. 이 경우 단순 링에 N2 및 N3 비 DLR 장치가 추가되었다. 이전과 마찬가지로 D4는 D2를 DLR “인접”으로 간주하고 그 반대도 마찬가지이다. N2와 N3 사이의 링크 오류를 가정하기 바란다. 이 경우 해당 링크가 DLR 지원 장치에 직접 연결되어 있지 않기 때문에 이더넷 링크 개체를 통해 링크 오류를 보고할 수 없다.
 

감독자가 문제를 인식하기 전에 신호시간 초과가 발생해야 한다. 감독자가 다시 오류 감지 프로세스를 진행하여 D2를 “포트 1의 마지막 활성 노드”로, D4를 “포트 2의 마지막 활성 노드”로 식별한다. 관리자가 포트 2에서 트래픽 차단을 해제하고 네트워크 트래픽이 재개된다. 그러나 장애는 D2와 D4 사이에 존재할 수 있으므로 네트워크 관리자는 장애를 분리하는 데 더 많은 어려움을 겪을 수 있다.

여러 개의 Non-DLR 장치를 링에 삽입해야 하는 경우 결함을 더 잘 격리하기 위해 이러한 장치 사이에 DLR 노드를 삽입하는 것이 좋다(그림 6).
 

3.5.1. DLR을 지원하지 않는 장치의 요구 사항

프로토콜 DLR 프로토콜에 대한 간섭을 방지하려면 내장형 스위치를 포함하지만 DLR 프로토콜을 지원하지 않는 장치를 신중하게 구성해야 한다. 일반적으로 유니캐스트 MAC 학습은 DLR 링에 연결된 포트에서 비활성화되어야 한다. 비 DLR 장치를 사용하면 링 결함 또는 복원 후 일정 시간 동안 유니캐스트 프레임이 손실될 수 있다.

링 장애/복원 후 장치가 다른 포트를 통해 연결할 수 있으므로 장치의 MAC 학습 테이블이 잘못될 수 있다. MAC 학습 테이블이 프레임을 전송하는 장치의 결과로 업데이트될 때까지 유니캐스트 프레임은 대상 장치에 도달하지 못할 수 있다. 이러한 PUB00316R2? 2017 - 2018 ODVA, Inc. 18개 구성 요건 중 14페이지에서는 DLR 링에서 다음 기능을 지원하는 장치의 사용을 의무화하고 있다. DLR 링에 이러한 기능이 없는 장치를 사용하면 DLR 프로토콜에 방해가 된다. 이러한 장치는 비 준수 장치로 간주되므로 링에서 금지된다.

필수 기능
• DLR 링에 연결된 포트에서 유니캐스트 MAC 학습 사용 안 함
• IEEE 802.3 작동:
• 자동 협상(10/100Mbps, 전 이중/반 이중)
• 속도/이중 강제 설정
• Auto MDIX(중간 종속 인터페이스 크로스오버), 자동 협상 모드 및 강제 속도/이중 모드 모두. 참고: 이는 PHY 및 변압기 문제이지 내장 스위치 문제가 아니다.
• QoS:
• 큐 2개
• DLR 프레임에 대한 높은 우선 순위 대기 열, 높은 우선 순위 대기 열에 대한 엄격한 우선 순위 스케줄링
• 802.1Q/D를 통한 우선순위 지정. 사용방법은 표 3에 나타낸 EtherNet/IP QoS 체계와 일치해야 한다. 비 IP 프레임의 경우 802의 우선 순위 이다. 1Q 헤더를 사용해야 한다.

권장 기능
• QoS
• 큐 4개
• DSCP 사용을 통한 우선 순위는 표 3에 나타낸 이더넷/IP QoS 방식과 일치해야 한다. IP 프레임의 경우 스위치는 DSCP 값을 사용해야 한다.

DLR 링에서 DLR 프로토콜(섹션 3.4.1에서 설명한 대로)을 지원하지 않는 장치의 적절한 작동을 보장하려면 사용자는 다음 섹션에 설명된 대로 장치를 구성해야 한다. VLAN 라우팅(VLAN 기반 링 네트워크)을 사용하는 네트워크와 VLAN 라우팅(비 VLAN 기반 링 네트워크)을 사용하지 않는 네트워크를 지원하는 데 필요한 구성 단계는 아래에 설명된 대로 다르다.

3.5.2. DLR 프로토콜을 지원하지 않는 장치의 일반 구성 요구 사항

DLR 링에서 DLR 프로토콜을 지원하지 않는 장치를 사용하면 오류 감지 및 링 복구 후 원치 않는 유니캐스트 프레임 손실이 발생할 수 있다. 사용자는 DLR 링에 연결된 포트에서 유니캐스트 MAC 학습을 비활성화하여 이 상황을 방지할 수 있다.

3.5.3. 링 네트워크의 구성 요구 사항

1. IPv4 헤더의 TOS(Type of Service) 필드에 포함된 DSCP(Differentiated Services Code Point) 또는 IEEE 802.1에 지정된 VLAN ID에 포함된 3비트 우선 순위 필드에 기반한 서비스 품질(QoS)D/Q. QoS에는 DSCP를 사용하는 것이 좋다. DSCP 및 IEEE 802.1 D에 대한 EtherNet/IP 트래픽의 기본 매핑은 표 3에 나와 있다. 사양에 따라 두 개의 우선 순위 대기 열이 허용되고 저 성능 응용 프로그램에 허용될 가능성이 높지만, 네 개의 우선 순위 대기 열을 사용하면 높은 우선 순위 트래픽의 보다 결정론적 전달을 보장할 수 있다. 사용자는 자신의 애플리케이션에 대한 QoS 체계를 구현할 때 결함 감지 및 링 복구 시간 요구사항을 신중하게 고려해야 한다.

2. 링에 직접 연결된 스위치 포트는 IEEE 802를 보존하도록 구성해야 합니다. 포트를 통과할 때 링 프로토콜 프레임의 1Q 태그 우선 순위이다.

3. 링에 연결된 스위치의 두 포트에서 IP 멀티캐스트 필터링을 사용하지 않도록 설정한다. 이 단계는 링 재구성 후 EtherNet/IP 멀티캐스트 연결 데이터의 중단 없는 전송을 보장한다.

4. 링에 연결된 스위치의 두 포트에서만 링 프로토콜에 사용되는 세 개의 멀티캐스트 주소를 포워딩 하도록 정적으로 구성한다. 멀티캐스트 링 프로토콜 프레임이 스위치의 다른 포트에서 전달되지 않도록 하려면 이 단계를 수행해야 한다. 이 주소는 다음과 같다.



5. 구성된 모든 링 슈퍼바이저의 유니캐스트 MAC 주소를 스위치의 MAC 테이블에 정적으로 구성하여 링 슈퍼바이저 앞으로 유니캐스트 트래픽이 링에 연결된 스위치의 두 포트를 통해 전달되도록 한다. 이 단계를 수행하여 활성 링 감독자의 양방향 링 비콘에 의해 스위치가 혼돈되는 것을 방지해야 한다.

3.6. DLR 및 복원 프로토콜

MSTP와 같은 스위치 복원 프로토콜에는 루프를 방지하기 위해 스위치에서 하나 이상의 포트를 차단하는 기능이 있다. 일부 관리 형 스위치에는 복원 프로토콜 외에도 고급 네트워크 보호 PUB00316R2 ? 2017-2018 ODVA, Inc. 18개 기능 중 16페이지에서 스위치의 포트를 차단하거나 비활성화할 수 있다. 이러한 복원력 및 관리 프로토콜은 종종 스위치가 서로 직접 인접하며 링에서 DLR 장치를 분리하는 포트를 차단하거나 비활성화할 수 있다고 가정한다.

DLR 링에 연결된 포트를 비활성화하거나 차단할 수 있는 복원력 또는 관리 프로토콜을 비활성화하는 것이 중요하다. 비 DLR 장치는 링의 패시브 장치여야 하며 링의 루프 프리 토폴로지를 유지하기 위해 DLR 비콘 프로토콜에 의존해야 한다. 예를 들어, 그림 2와 같이, DLR 링은 IEEE 스패닝 트리 프로토콜(RSTP, MSTP)을 지원하는 네트워크에 연결될 수 있다. 이러한 프로토콜이 DLR과 간섭하지 않도록 주의해야 하며, 그 반대도 마찬가지이다.



스패닝 트리 프로토콜은 BPDU(Bridge Protocol Data Units)라는 특수제어 프레임을 사용하여 네트워크 연결 및 해당 비용에 대한 정보를 교환한다. 활성 링 슈퍼바이저는 주소가 01:80인 멀티캐스트 메시지를 전달하지 않는다. 링 상태에 관계없이 한 링 포트에서 다른 링 포트로 C2:00:00:00(BPDU 프레임) 이 기능은 스패닝 트리 프로토콜이 DLR 링을 인식하고 관리하려고 시도하지 않도록 한다.

3.6.1. DLR 링을 통과하는 비 DLR 루프

DLR 링은 스패닝 트리 및 기타 복원 프로토콜과 공존할 수 있지만 적절히 분리되어야 한다. 그림 7의 예를 살펴보자. 스위치 S2와 S3는 각각 DLR 탭을 통해 DLR 링에 연결된다. 링 슈퍼바이저는 각 스위치에서 보낸 BPDU 패킷을 차단하기 때문에 RSTP 알고리즘은 네트워크 구조를 해결할 수 없으며, 이로 인해 주소가 지정되지 않은 노드, 관리되지 않는 링 및 네트워크 스톰이 발생할 수 있다. 이러한 이유로, 주어진 네트워크에서 DLR 링으로의 다중 연결을 피해야 한다.

3.6.2. DLR 중복 게이트웨이

그림 7에 표시된 상황을 피하기 위해 프로토콜은 중복 게이트웨이 장치를 통해 DLR 네트워크에 대한 다중 연결을 지원한다. 그림 8과 같이, 게이트웨이 에는 DLR 네트워크에 연결하기 위한 2개의 DLR 포트와 DLR 네트워크 외부의 네트워크 인프라에 연결하기 위한 1개 이상의 업 링크 포트가 있다. 게이트웨이 장치는 두 개의 DLR 포트에 DLR 프로토콜을 구현한다. 업 링크 포트에 IEEE 802.1D RSTP 또는 IEEE 802.1Q MSTP를 구현한다. 선택적으로, STP와 같은 다른 프로토콜들이 업 링크 포트 상에 구현될 수 있다.
 

지정된 시간에 하나의 게이트웨이 만 활성화된다. 그림 8의 경우 RDG1은 활성 게이트웨이이고, RDG2는 백업 게이트웨이 이다. RDG1은 링 감독자 역할도 한다. DLR 프로토콜은 가 활성 게이트웨이를 자동으로 선택하고 활성 게이트웨이를 사용할 수 없게 될 경우 자동 전환을 위한 메커니즘을 제공한다.
 

나머지 또는 백업 게이트웨이 장치는 DLR과 업 링크 포트 간에 트래픽이 전달되지 않도록 차단한다. 백업 모드에서 트래픽을 차단하는 동안 백업 게이트웨이는 두 DLR 포트 간에 DLR 트래픽만 전달하므로 그림 7에 설명된 대로 관리되지 않는 링은 생성되지 않는다. 따라서 이러한 게이트웨이 장치를 통해 DLR 네트워크 외부의 네트워크 인프라에 여러 번 연결할 것을 강력히 권장한다.

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