网络冗余——PRP协议

HSR/PRP协议分别提供独特的冗余机制进行网络链路的冗余备份，简要的机制介绍如下：

名词概念：
SAN： Singly Attached Node，单端口节点，不实现PRP功能
DANP： Doubly Attached Node implementing PRP，PRP的双端口节点，可直接发送PRP流量
RedBox： Redundancy Box，冗余盒，将SAN传入的流量转换成PRP流量发送出去
C Frame：原始信息帧，指代用户想要冗余备份的信息
A Frame、B Frame：附带特定字段的PRP信息帧，由原始信息帧扩展而来

PRP冗余机制的实现，主要依托于两个逻辑或物理分隔的子网（LAN A，LAN B，即所谓的A网、B网），以上图中的信息传输为例：PRP发送方(Source DANP)将原始信息帧（C Frame）复制一份，并在两份帧中添加一特定字段（RCT，下面会提到这个），形成PRP信息帧（A Frame、B Frame），分别从自身的两个端口发送出去（分别对应A网、B网），分别途径两个独立的子网到达同一个PRP接收方（Destination DANP）；PRP接收方从两个端口分别接收到这两份PRP信息帧后，会经过一系列的帧处理算法进行处理，简而言之，就是依据“先来后到”的原则，将后到达的PRP信息帧消除，仅保留一份先到达的PRP信息帧，将特定字段消除后，还原成原来的原始信息，传递给上层。

那么问题来了，“A帧”和“B帧”是如何产生和消除的？具体的帧组成又是怎样的呢？请看下图：

这是DANP节点的简要示意图，主要分为上层（链路层以上）、LRE（Link Redundancy Entity，链路层冗余实体）子层、下层（链路层及物理层）。可以看到PRP设备的内部实现只是在标准以太网设备的MAC层中增添了一个LRE子层，这个子层内部实现了PRP信息帧的产生和消除算法。具体而言，就是在原始信息帧的基础上，增加了一个RCT（Redundancy Control Trailer，冗余控制体）字段，并针对这个字段进行一系列的处理，基于802.3标准以太网的PRP帧格式如下图所示：

RCT字段由6个字节组成，内部又会细分为不同的位域，指代不同的含义，简要介绍如下：

Sequence Number:16位帧序列号，LRE对同一原始信息帧复制而来的PRP帧赋予相同的序列号，并会随PRP帧的发送而递增序列号的值
LSDU size：12位载荷大小，标识Payload字段+RCT字段的总字节大小
Lan id：4位子网ID，仅有两个值可选，0xa、0xb，代表A、B两个子网
PRP Suffix：16位PRP信息帧后缀，固定为0x88fb

LRE所实现的总体功能，就如先前所提到的：发送方向，将原始帧复制一份，打上A、B两个子网的RCT字段，向两个端口分别发送；接收方向，则是根据源MAC、RCT中的帧序列号识别某一PRP帧，后依据“先来后到”的原则，仅保留一份PRP信息帧，褪去RCT字段后传输给上层应用程序。而LRE子层内部的具体实现，有兴趣的读者可以自行移步IEC官网了解。

下面是笔者测试SoC-e MEZU开发板（已搭载SoC-e PRP IP核，用作Redbox）时的一些抓包情况，详细测试环境此处省略，仅供各位读者参考PRP抓包的一些信息：

可以在A网SAN节点中wireshark的抓包情况中看到，MEZU开发板转发ping帧的末尾中已经附带了6字节的RCT字段，也对应了RCT中的各个位域：

00 04：帧序列号
a： LAN ID，指示这是A网
0 5a：即十进制的90，即RCT+Payload段的长度，104减去以太网帧的14个字节的源MAC、目的MAC、帧类型（不包含前导码和FCS）
88 fb： PRP帧后缀

另一边B网中的SAN节点的抓包情况也大同小异，只是LAN ID字段有所不同：
00 04：帧序列号
b： LAN ID，指示这是B网
0 5a：即十进制的90，即RCT+Payload段的长度，104减去以太网帧的14个字节的源MAC、目的MAC、帧类型（不包含前导码和FCS）
88 fb： PRP帧后缀

最后对PRP做一个简要的特点总结：
1、数据热交换，某个子网出现故障时，零恢复延时，不丢数据
2、纯二层的实现，可用于现有的任何工业以太网中，对应用层的程序透明
3、在任何网络拓扑结构中均可使用
4、支持实时应用场景的数据传输
5、需要搭建两个物理或逻辑独立的子网

转载：https://blog.csdn.net/weixin_47677928/article/details/119677481

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