産業用およびミッションクリティカルなネットワーク環境において、信頼性の高い通信は不可欠です。特に、インフラが長距離または分散型の光ファイバーリンクに依存している場合、単一障害点（SPOF）によって運用が中断される可能性があります。そのため、光ファイバーリングネットワーク設計は、パフォーマンスと冗長性の両方を確保するための基本的なアプローチとなっています。
このガイドでは、基本概念からトポロジ図、重要なプロトコルまで、ファイバー リング ネットワークについて知っておく必要のあるすべてのことを説明します。
光ファイバーリングネットワークとは何ですか?
光ファイバーリングネットワークは、デバイス（通常はスイッチ）が光ファイバーケーブルを用いて閉ループ状に接続される物理または論理的なネットワークトポロジーです。各ノードは他の2つのノードに接続され、リング状の構造を形成します。
この設計により、データの双方向の伝送が保証されます。片方のリンクに障害が発生した場合でも、データは反対方向に再ルーティングされるため、ネットワークの稼働時間を維持できます。
ファイバー ネットワークでリング トポロジを使用する理由
イーサネットは冗長性を考慮して設計されたわけではありませんが、産業用途やエンタープライズ用途では、中断のない通信が求められることがよくあります。そこでリング型トポロジが威力を発揮します。
ファイバーリングネットワークの利点:
- 冗長経路: ファイバーの切断やスイッチの障害によるダウンタイムを回避します。
- より高速なフェイルオーバー: SCADA システム、スマート グリッド、監視、その他のリアルタイム環境で重要です。
- スケーラビリティ: 新しいデバイスをリングに簡単に追加できます。
しかし、物理的なリングを形成すると、ブロードキャストストーム（データが際限なく循環し、ネットワーク障害を引き起こす）が発生する可能性があります。これを管理するために、リング保護プロトコルが実装されています。
光ファイバーリングネットワークの設計原則
ファイバーリングネットワークの設計は、スイッチをループ状に接続するだけではありません。優れた設計には、以下の要素が求められます。
- 単一障害点を回避する
- 適切な保護プロトコルを選択する
- 高速収束（回復時間）を確保する
- ネットワークの規模と複雑さを一致させる
光ファイバー リング ネットワークは、信頼性と稼働時間が重要となる産業オートメーション、電力および公共システム、鉄道通信システム、大規模なキャンパスや施設のバックボーン インフラストラクチャでよく使用されます。
ファイバーリングネットワーク図の例
一般的なレイアウトを説明するための簡略化されたファイバー リング ネットワーク図を以下に示します。
シングルリング
これは最も基本的なリング型トポロジであり、光ファイバーケーブルを用いて3台以上のスイッチを閉ループ接続することで形成されます。データは双方向に流れるため、リンクに障害が発生した場合でもネットワークを迅速に回復できます。小規模な産業システムやゾーンネットワークのバックボーンとして広く利用されています。
単一デバイスで複数の呼び出し音
この構成では、1台のセントラルスイッチが、他のスイッチで構成された複数の独立したリングネットワークに参加します。これらのリングは、同じコアスイッチを共有しながら、異なる部門やサブシステムにサービスを提供することができます。これにより、ポート利用率が向上し、データパスをマージすることなく制御を集中化できます。
リングカップリング
2つの独立したリングネットワークは、カップリングスイッチまたはスイッチ群を介して接続されます。各リングはそれぞれ独自の冗長性を維持しますが、カップリングによりリング間での選択的なデータ交換が可能になります。この方法は、トラフィックをセグメント化したまま、異なる建物や運用ゾーンにまたがってカバレッジを拡大する場合に便利です。
接線リング
セカンダリリングは、支線のように単一のスイッチでメインリングに接続されます。これは、近くの機器クラスタやサブネットをメインリングに完全に統合することなく、ネットワーク接続を拡張するために使用されます。この設計は部分的な冗長性を提供し、分散型のフィールドアプリケーションでよく見られます。
交差リング
複数のリングが2つ以上の共通スイッチを共有し、メッシュのような構造を形成します。このトポロジーは、異なる運用エリアでローカルな冗長性だけでなく相互接続も求められる大規模で高可用性のネットワークをサポートします。電力網、交通システム、複雑な工業団地などでよく導入されています。
共通リングネットワーク保護プロトコル
保護機構がなければ、リング型トポロジーは無限ループを引き起こす可能性があります。一般的なリング型保護プロトコルを比較してみましょう。 ファイバースイッチ:
| プロトコル | 利点 | 制限事項 |
|---|---|---|
| STP / RSTP / MSTP | IEEE 標準、ベンダー中立、あらゆるレイヤー 2 ネットワークで動作 | 特に大規模ネットワークでは収束が遅くなる |
| ERPS（G.8032） | ITU-T標準、高速コンバージェンス、複数リングのような複雑なトポロジをサポート | 事前に計画されたトポロジとより複雑な構成が必要 |
| MWリング | 独自の高速リカバリ、産業用ネットワーク向けに最適化 | 同じベンダーの機器に限定されます（他のブランドとは相互運用できません） |
MW-Ring（独自の高速リングプロトコル）について
MW-Ringは、当社が独自に開発した高信頼性産業用制御ネットワーク向けプロトコルです。これにより、以下のことが可能になります。
- リンク切れ時の高速回復
- 自動フェイルオーバー機能を備えた冗長リングリンク
- 指定されたリングポートのシンプルな構成
ベンダー間の互換性よりも、迅速な回復と簡単なセットアップが重要なシナリオに最適です。
ファイバートポロジーに適したリングネットワークスイッチの選択
リングネットワークスイッチとは、互換性のあるプロトコルを使用してリングトポロジを形成または参加できるスイッチです。注目すべき点は以下のとおりです。
主な機能:
- STP、RSTP、ERPS、またはMW-Ringなどの独自のリングプロトコルのサポート
- ファイバーポート（SFPまたは固定ファイバー）
- 産業グレードの設計（温度、振動など）
- DINレールまたはラックマウント可能な形式
アプリケーションが過酷な環境や産業オートメーションを伴う場合は、堅牢で マネージドスイッチ 冗長リングサポート付き。
結論: ファイバーリング設計による耐障害性ネットワークの実現
工場フロアのネットワークからメトロ規模の光ファイバーバックボーンまで、適切に設計された光ファイバーリングネットワークは通信の継続性を確保します。適切なトポロジー、信頼性の高いスイッチ、そして実績のあるリングプロトコルを組み合わせることで、耐障害性の高いシステムを構築できます。
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