1. 서 론

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 더 단순화한다. 장치 레벨 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 백서는 DLR에 대한 개요를 제공하고, DLR 프로토콜을 지원하지 않는 DLR 장치 및 기타 장치로 구성된 DLR 네트워크를 구현하기 위한 지침을 제공하기 위한 것이다.

2. 장치 레벨 링(DLR : Device Level Ring)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
DLR 네트워크를 사용하려면 하나 이상의 장치가 링 관리자(Ring Supervisor)로 작동하도록 구성되어야 한다. 링 관리자(Ring Supervisor)는 링의 무결성을 확인하고, 장애를 복구하도록 링을 재구성하고, 링에 대한 진단 정보를 수집하는 역할을 한다. 활성 링 관리자(Ring Super visor)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 우선순위 값으로 구성된다. 우선순위 값이 가장 높은 장치가 활성 링 관리자가 된다. 링의 두 관리자가 동일한 우선순위 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 노드(Beacon-based Ring Node)는 지정된 비콘 간격 내에 비콘 프레임을 처리하는 데 필요하다. 기본 신호 간격은 400us이다. 최소 신호 속도는 100us이다. 기본 신호 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 아나운스 기반 링 노드(Announce-based Ring Node)는 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 50노드 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. 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 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 위한 장치 유형에는 Non-DLR 장치와 Non-compliant 장치 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 금지된다.

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 오류 감지 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 독립형 DLR 링
그림 1은 간단한 독립형 DLR 링의 개념도를 보여준다. 응용 프로그램에는 다양한 I/O 모듈, PAC 형태의 제어, 장치 활동을 모니터링하는 HMI 및 네트워크 구성을 위한 관리자 스테이션이 포함된다. 또 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 제약 조건이 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 구성요소인 DLR 탭도 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.