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Parallel Redundancy Protocol

Das Parallel Redundancy Protocol (PRP) ermöglicht eine völlig unterbrechungsfreie Bewältigung von Einzelausfällen des Netzwerks (Kabel, Stromversorgung, Switches etc.).

Für das PRP werden zwei völlig unabhängige Netzwerke parallel betrieben (LAN_A und LAN_B). Angeschlossene hochverfügbare Dual Attached Nodes (DANs) besitzen zwei Netzanschlüsse, wobei je einer mit dem LAN_A und einer mit dem LAN_B verbunden wird. Die Topologie der Netze ist grundsätzlich frei wählbar. Sie können auch mit anderen Redundanzkonzepten betrieben werden.

Alle Pakete werden immer über beide Anschlüsse respektive über beide LANs gesendet. Der Empfänger nimmt auf beiden Anschlüssen die Pakete entgegen und ignoriert das später eintreffende Paket.

PRP kann in einer zusätzlichen Softwareschicht oder als vorgeschaltete Hardwarelösung (RedBox) realisiert werden. Das Redundanzkonzept benötigt daher keine Umschaltung oder Rekonfiguration.

PRP Technologie

DAN: Dual Attached Node, hochverfügbarer Knoten mit zwei Netzanschlüssen
SAN: Single Attached Node, normaler Knoten mit nur einem Netzanschluss
RedBox: Redundancy Box
VDAN: Virtual Dual Attached Node 

Eine Redundancy Box (RedBox) verbindet normale Knoten, also solche mit nur einem Netz-Interface, mit beiden LANs eines PRP-Netzes. Weil ein solcher Knoten anderen Knoten (DAN) wie Knoten mit zwei Interfaces erscheint, werden sie Virtual Dual Attached Nodes (VDAN) genannt.

Die Vorgänge der Verdoppelung der Pakete und Ausfiltern der Duplikate erfolgt in der RedBox. Die Vorgänge sind für die VDANs vollkommen transparent, das heisst, die RedBox übernimmt alle PRP-Funktionen der angeschalteten Knoten, insbesondere sendet sie auch die notwendigen Supervision-Pakete.

Für das Netzwerk-Management kann die RedBox auch als selbständiger DAN mit eigener IP-Adresse in Erscheinung treten und entsprechende Funktionen zur Verfügung stellen.

Standardisierung

PRP ist im Standard IEC 62439 «Industrial communication networks: high availability automation networks» definiert. Ziel dieses Standards sind  Redundanzverfahren mit definierten Erholungszeiten. Die Verfahren sollen von höheren Protokollen unabhängige sein und sich für die Real-time-Ethernet-Mechanismen eignen, die in IEC 61784 beschrieben sind.

Nach der Standardisierung von PRP in IEC 62439-3 (2010) ist mit High-availability Seamless Redundancy (HSR) ein neuer umschaltungsfreier Redundanzmechanismus vorgeschlagen worden. HSR beruht auf demselben Grundprinzip wie PRP, nämlich Frames zu duplizieren und auf zwei unabhängigen Pfaden zu übertragen. Während PRP dafür zwei unabhängige Netzwerke verwendet, nutzt HSR die zwei Richtungen auf einem Ring und reduziert damit die Kosten. Zur Vereinfachung wurde für HSR eine neue Sequenznummerierung definiert, welche pro Quelle einen Nummernraum unterhält. PRP stellt für jede Verbindung einen eigenen Nummernraum bereit. Diese Modifikation verhindert eine direkte Kopplung von HSR- und PRP-Netzwerken.

Der überarbeitete Standard IEC 62439-3 (2012) gleicht PRP so an HSR an, dass die beiden Protokolle zusammenarbeiten können. Das neu überarbeitete Protokoll wird als PRP-1 bezeichnet, während die Vorgängervariante als PRP-0 oder IEC 62439-3 (2010) referenziert wird.
PRP-1 und PRP-0 sind nicht kompatibel.
 
Unterschiede zwischen den beiden Varianten:

  • Eine PRP-1-Quelle unterhält einen einzigen Sequenznummernraum. Der für PRP-0 vorgeschlagene «drop window algorithm» zur Detektion von Duplikaten ist daher nicht mehr anwendbar. Wie Duplikate detektiert und entfernt werden, ist der Implementierung überlassen.
  • Die Duplikaterkennung von PRP-1 erfordert einen Aging-Mechanismus um sicherzustellen, dass ein Knoten in allen Situation sicher neu hochgefahren werden kann.
  • Die Padding-Regeln sind leicht unterschiedlich. In PRP-1 ist der Trailer immer am Ende des Frames und darum einfacher zu detektieren.
  • Der PRP-1 Trailer ist mit einem Suffix ergänzt worden. Damit wird die Erkennung eines Trailers sicherer und es werden künftige Erweiterungen sowie die Koexistenz mit anderen Protokollen, die auch einen Trailer verwenden, ermöglicht.
  • Die Node Tables sind für PRP-1 optional, um einfachere Implementierungen zu ermöglichen.
  • Die MIB von PRP-1 ist jener von HSR angeglichen worden.