《工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用（微課版）》-教案 第9次 4.4 PRPHSR并行冗余協(xié)議和高可靠性無縫冗余協(xié)議

PAGEPAGE2第9次課程教學(xué)方案備課時間備課教師教學(xué)時間教學(xué)地點周次課時數(shù)4教學(xué)內(nèi)容（章、節(jié)）模塊/單元第4章網(wǎng)絡(luò)冗余技術(shù) 24.4PRP/HSR并行冗余協(xié)議和高可靠性無縫冗余協(xié)議教學(xué)目標和要求掌握PRP和HSR平行冗余協(xié)議基本原理培養(yǎng)學(xué)生具備需求分析的能力培養(yǎng)學(xué)生耐心、細致和認真的工作精神教學(xué)重點PRP和HSR平行冗余協(xié)議基本原理熟練掌握平行冗余配置教學(xué)難點熟練掌握平行冗余配置教學(xué)方法教學(xué)方法：1.啟發(fā)式教學(xué)2.情境教學(xué)法教學(xué)手段：1.講解2.教師演示3.學(xué)生實踐使用媒體資源eq\o\ac(□,√)紙質(zhì)材料eq\o\ac(□,√)多媒體課件□網(wǎng)絡(luò)資源□其他資源：使用教具、設(shè)備、設(shè)施等多媒體計算機、投影機兩臺安裝有博途軟件的電腦、兩臺S7-1200PLC、四臺SCALANCE-XB-208工業(yè)交換機、兩臺SCALANCE-XM-408工業(yè)交換機，兩臺SCALANCEX204RNA交換機及網(wǎng)線若干。。作業(yè)練習(xí)課后記（空白不夠可添加附頁）教學(xué)內(nèi)容（板書）教學(xué)步驟、方法及學(xué)生活動教學(xué)管理：點名記錄考勤，上交手機一、實驗室安全〖實訓(xùn)室日常安全措施〗1、不要隨意更換鼠標和鍵盤，機器使用有問題請及時向老師反映。2、嚴禁在實訓(xùn)室吃各種食物，請將水杯擰緊放好，注意不要將水潑灑在鍵盤上。3、未經(jīng)允許不得隨意使用實訓(xùn)室電源給手機充電或使用其他電子設(shè)備。4、發(fā)現(xiàn)有安全隱患的電子設(shè)備應(yīng)及時報告老師，不要擅自動手。5、下課后請整理好桌面雜物、將機器正常關(guān)閉后再離開。6、每天課后安排2名學(xué)生整理實訓(xùn)室，打掃衛(wèi)生、關(guān)閉電源、關(guān)好門窗。引導(dǎo)學(xué)生了解整個課程的教學(xué)設(shè)計；了解這個課程的組成要素和實施要求二、理論講解4.4PRP/HSR并行冗余協(xié)議和高可靠性無縫冗余協(xié)議HSR/PRP全稱分別為高可靠性無縫冗余（High-availabilitySeamlessRedundancy）與并行冗余協(xié)議（ParallelRedundancyProtocol）。最初，該標準主要目的是為了滿足IEC61850-5中所提到的變電站自動化應(yīng)用中各通信組件或服務(wù)故障所要求的恢復(fù)時間問題，但協(xié)議設(shè)計時的通用性，使得這兩項協(xié)議能不僅僅適用于變電站的應(yīng)用場景下，而是成為一項工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的通用解決方案。HSR/PRP協(xié)議位于IEC62439其中的第3部分，即IEC62439-3，2008年第一版的協(xié)議中只有PRP協(xié)議，HSR協(xié)議是在2010年的第二版中才添加進去的。在應(yīng)用場景上，HSR協(xié)議可以實現(xiàn)單環(huán)網(wǎng)，PRP協(xié)議可以實現(xiàn)雙環(huán)網(wǎng)和雙星網(wǎng)。下面我們介紹PRP協(xié)議的工作原理。1.PRP協(xié)議基本概念PRP協(xié)議在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時，提供了兩條不同的鏈路進行鏈路冗余備份，如圖4-13所示。其中：SAN（SinglyAttachedNode）表示單端口設(shè)備，不實現(xiàn)PRP功能。DANP（DoublyAttachedNodeimplementingPRP）表示PRP的雙端口設(shè)備，可直接發(fā)送PRP流量。REDBOX（RedundancyBox）表示將SAN傳入的流量轉(zhuǎn)換成PRP流量發(fā)送出去的冗余盒。PRP冗余機制主要依靠兩個邏輯或物理獨立的子網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò)A和網(wǎng)絡(luò)B）分別傳送相同的PRP數(shù)據(jù)幀來實現(xiàn)。圖4-13PRP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)拓撲圖2.PRP協(xié)議工作原理發(fā)送方將原始數(shù)據(jù)幀A復(fù)制一份，并在兩份數(shù)據(jù)幀中添加了特定字段RCT，形成PRP數(shù)據(jù)幀，即數(shù)據(jù)幀B和數(shù)據(jù)幀C，分別從自身的兩個端口發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)A和網(wǎng)絡(luò)B，最終都會到達同一個P接收方。接收方從兩個端口分別接收到這兩份帶有PRP信息的數(shù)據(jù)幀后，會經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)幀處理算法，依據(jù)“先來后到”的原則，將后到達的PRP數(shù)據(jù)幀丟棄，僅保留一份先到達的PRP信息數(shù)據(jù)幀，再將特定字段RCT去掉后，還原成原始的數(shù)據(jù)幀A，傳遞給上層。3.PRP數(shù)據(jù)幀PRP協(xié)議在設(shè)備的內(nèi)部實現(xiàn)只是在標準以太網(wǎng)設(shè)備的介質(zhì)訪問控制MAC子層中增添了一個鏈路層冗余實體子層LRE（LinkRedundancyEntity），這個子層內(nèi)部實現(xiàn)了PRP數(shù)據(jù)幀的產(chǎn)生和丟棄算法。協(xié)議在原始數(shù)據(jù)幀的基礎(chǔ)上，增加了一個RCT（RedundancyControlTrailer，冗余控制體）字段，并針對這個字段進行一系列的處理，基于802.3標準以太網(wǎng)的PRP幀格式如圖4-14所示.8字節(jié)6字節(jié)6字節(jié)2字節(jié)46-1500字節(jié)2字節(jié)12位4位2字節(jié)4字節(jié)報頭目標地址源地址L/T數(shù)據(jù)幀序列號載荷大小子網(wǎng)IDPRP數(shù)據(jù)幀后綴FCSRCT字段圖4-14PRP幀格式RCT字段由6個字節(jié)組成：幀序列號（SequenceNumber）:16位，LRE對同一原始信息幀復(fù)制而來的PRP幀賦予相同的序列號，并會隨PRP幀的發(fā)送而遞增序列號的值。載荷大?。↙SDUsize）：12位，標識數(shù)據(jù)字段和RCT字段的總字節(jié)大小。子網(wǎng)ID（LanId）：4位，僅有兩個值可選，0xa、0xb，代表A、B兩個子網(wǎng)PRP數(shù)據(jù)幀后綴（PRPSuffix）：16位，固定為0x88fb理論部分以教師講授為主要形式學(xué)生可以提問，由教師進行進一步的解釋和說明三、實踐講解4.5.5高可靠性無縫冗余配置配置SCALANCEX204RNA將其中一臺S71200配置成PROFINETIOController，另一臺S71200配置成I