MRP – Media Redundancy Protocol¶
Übersicht¶
MRP (Media Redundancy Protocol) ist ein industrielles Netzwerkredundanzprotokoll, standardisiert in IEC 62439-2. Es ermöglicht eine schnelle Wiederherstellung der Netzwerkkommunikation bei einem Leitungsausfall in einer Ringtopologie – typischerweise in unter 200 ms, in optimierten Konfigurationen unter 30 ms. MRP ist besonders verbreitet in PROFINET-Umgebungen und der industriellen Automatisierung.
Funktionsweise¶
MRP basiert auf einem aktiven Ringmanager-Konzept: Ein dedizierter Knoten überwacht kontinuierlich den Ring und reagiert bei Ausfall.
Normalbetrieb¶
- MRM (Media Redundancy Manager): Ein ausgezeichneter Knoten im Ring übernimmt die Rolle des Managers. Er blockiert einen seiner beiden Ring-Ports aktiv, um eine logische Unterbrechung zu erzeugen und Loops (Layer-2-Schleifen) zu verhindern.
- MRC (Media Redundancy Client): Alle anderen Knoten im Ring sind Clients. Sie leiten Frames normal weiter.
- Test-Frames: Der MRM sendet kontinuierlich MRP_Test-Frames in beide Ringrichtungen. Kommen diese beim MRM an, ist der Ring intakt.
MRM ──[Port A]── MRC B ──── MRC C ──[Port B]── MRM
(offen) (geblockt)
Test-Frames laufen im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn.
Fehlerfall¶
- Ein Segment bricht – Test-Frames kommen beim MRM nicht mehr an.
- Der MRM erkennt den Ausfall (nach Ablauf der konfigurierten Überwachungszeit).
- Der MRM öffnet seinen blockierten Port → Der Ring wird zu einem Bus-Segment, Kommunikation bleibt erhalten.
- Der MRM sendet MRP_TopologyChange-Frames, damit alle Clients ihre MAC-Tabellen (FDB) sofort leeren und neu lernen.
Wiederherstellung¶
Sobald der Fehler behoben ist, erkennt der MRM wieder eintreffende Test-Frames und blockiert seinen Port erneut – der Normalzustand ist wiederhergestellt.
Aufbau¶
Ringtopologie¶
MRP erfordert eine geschlossene Ringtopologie. Im Gegensatz zu HSR wird der Ring jedoch logisch an einer Stelle unterbrochen (blockierter Port am MRM).
Knotenrollen¶
| Rolle | Kürzel | Beschreibung |
|---|---|---|
| Media Redundancy Manager | MRM | Einziger aktiver Manager; überwacht den Ring, blockiert einen Port |
| Media Redundancy Client | MRC | Passiver Teilnehmer; leitet Frames weiter, reagiert auf Topology-Change |
| Media Redundancy Automanager | MRA | Kann automatisch die MRM-Rolle übernehmen (Aushandlung per Priorität) |
Im Ring darf es immer nur einen aktiven MRM geben. Bei MRA-fähigen Geräten wird die Rolle automatisch per Prioritätswert ausgehandelt.
MRP-Frame-Typen¶
| Frame-Typ | Richtung | Zweck |
|---|---|---|
MRP_Test |
MRM → Ring → MRM | Ringüberwachung |
MRP_TopologyChange |
MRM → alle MRC | Aufforderung zum FDB-Flush |
MRP_LinkDown / MRP_LinkUp |
MRC → MRM | Schnelle Fehlermeldung bei Port-Statusänderung |
MRP_InTest |
MRM → Interconnection | Für gekoppelte Ringe (MRP Interconnection) |
OSI-Schichtenmodell¶
MRP operiert wie HSR hauptsächlich auf den unteren OSI-Schichten:
| OSI-Schicht | Nr. | Relevanz für MRP |
|---|---|---|
| Anwendung | 7 | Nicht direkt betroffen; MRP ist transparent für Applikationen |
| Darstellung | 6 | Nicht direkt betroffen |
| Sitzung | 5 | Nicht direkt betroffen |
| Transport | 4 | Nicht direkt betroffen |
| Netzwerk | 3 | Nicht direkt betroffen (IP/PROFINET läuft transparent darüber) |
| Sicherung | 2 | Kernschicht von MRP – Ringmanagement, Port-Blocking, FDB-Flush, MAC-basierte Steuerung |
| Bitübertragung | 1 | Standard-Ethernet-PHY (100BASE-TX / 1000BASE-T / Fiber), physikalischer Ring |
Schicht-2-Details¶
- MRP-Frames verwenden eine reservierte Multicast-Adresse (
01:15:4E:00:00:01) und einen eigenen EtherType (0x88E3). - Das Protokoll arbeitet vollständig auf Layer 2 und ist damit für alle höheren Protokolle (PROFINET, Modbus TCP, EtherNet/IP etc.) vollständig transparent.
- Die FDB-Verwaltung (Forwarding Database) auf Layer 2 ist zentral für die schnelle Rekonfiguration nach einem Topologiewechsel.
Anwendungsgebiete¶
MRP ist der De-facto-Standard für Ringredundanz in PROFINET-Netzwerken und darüber hinaus weit verbreitet:
Fertigungs- und Produktionsautomatisierung¶
- PROFINET-Netzwerke mit SPS (Siemens SIMATIC, etc.)
- Fertigungsstrassen mit hohen Anforderungen an Netzwerkverfügbarkeit
- Roboterzellen und CNC-Anlagen
Prozessautomatisierung¶
- Chemische und petrochemische Industrie
- Wasseraufbereitung und Versorgungsnetze
Maschinen- und Anlagenbau¶
- Verpackungsmaschinen, Druckmaschinen, Textilmaschinen
- Überall dort, wo Managed Switches im Ring verbaut sind
Gebäudeautomation¶
- Industrielle Gebäudeleitsysteme
- Hochverfügbare Etagen- oder Gebäudenetze
Konfigurationsparameter¶
| Parameter | Typischer Wert | Beschreibung |
|---|---|---|
| MRP_TOPchgT | 10 ms | Intervall für TopologyChange-Frames |
| MRP_TOPNRmax | 3 | Anzahl TopologyChange-Wiederholungen |
| MRP_TSTdefaultT | 20 ms | Standard-Testframe-Intervall |
| MRP_TSTshortT | 1 ms | Kurzes Intervall (schneller Modus) |
| MRP_TSTNRmax | 3–5 | Max. verpasste Testframes vor Fehlerdeklaration |
Die Wiederherstellungszeit ergibt sich grob aus:
MRP_TSTdefaultT × MRP_TSTNRmax + Verarbeitungszeit. Im Schnellmodus sind < 30 ms erreichbar.
Vergleich mit verwandten Protokollen¶
| Merkmal | MRP | HSR | RSTP |
|---|---|---|---|
| Wiederherstellungszeit | < 200 ms / < 30 ms | 0 ms | ~1–30 s |
| Topologie | Ring | Ring | Beliebig |
| Aktiver Manager nötig | Ja (MRM) | Nein | Ja (Root Bridge) |
| Frame-Duplizierung | Nein | Ja | Nein |
| Bandbreitenverbrauch | 1× (+ Test-Overhead) | 2× | 1× |
| Hauptanwendung | PROFINET | IEC 61850 / Energie | Allgemeines IT-Netz |
| Standard | IEC 62439-2 | IEC 62439-3 | IEEE 802.1D |
Vor- und Nachteile¶
✅ Vorteile¶
- Schnelle Wiederherstellung (< 200 ms, im Schnellmodus < 30 ms)
- Kein doppelter Netzwerkverkehr (effiziente Bandbreitennutzung)
- Weitverbreitet und gut unterstützt in der Industrie (besonders PROFINET)
- Einfache Konfiguration auf Managed Switches
- Standardisiert (IEC 62439-2), herstellerübergreifend interoperabel
⚠️ Nachteile¶
- Nicht unterbrechungsfrei – kurze Ausfallzeit bei Rekonfiguration (kein Zero Recovery Time)
- Nur Ringtopologie möglich
- Exakt ein MRM erforderlich – Fehlkonfiguration (zwei MRM) kann zu Loops führen
- Alle Geräte müssen Managed Switches oder MRP-fähige Knoten sein
MRP Interconnection (MRP-I)¶
Für grössere Anlagen können mehrere MRP-Ringe über MRP Interconnection miteinander gekoppelt werden:
- Verbindet zwei unabhängige MRP-Ringe zu einer gemeinsamen, redundanten Struktur
- Eigener Protokollmechanismus mit
MRP_InTest-Frames - Ermöglicht skalierbare, redundante Netzwerke über Ringgrenzen hinaus
Normative Grundlage¶
| Standard | Inhalt |
|---|---|
| IEC 62439-2 | Definition des MRP-Protokolls |
| IEC 61158 / IEC 61784 | PROFINET (häufigster Anwendungsrahmen) |
| IEEE 802.3 | Ethernet-Grundlage (physikalische Schicht) |
Zuletzt aktualisiert: Mai 2026