RSTP vs ERPS: qual anel de redundância escolher para redes industriais? 

Toda a infraestrutura industrial se sustenta em uma verdade incontestável: a operação não pode parar. Em um cenário onde cada segundo de inatividade pode representar perdas em todos os lados da operação, a redundância de rede deixa de ser um detalhe opcional para se tornar uma apólice de seguro da continuidade operacional.  

E a distinção entre as redes de TI e OT é fundamental para o desempenho e a confiabilidade de uma aplicação industrial. Enquanto uma falha em uma rede de TI pode gerar apenas lentidão nos sistemas, uma falha em OT (responsável por linhas de produção, subestações de energia ou sistemas de transporte) pode acarretar riscos à segurança, danos ambientais e perdas decorrentes da interrupção da produção.    

Por esse motivo, o princípio fundamental em ambientes de controle industrial é claro: disponibilidade total e alto desempenho em tempo real, com tolerância zero à latência ou variações de atraso. Para garantir essa confiabilidade, engenheiros, integradores e analistas recorrem ao uso de topologias em anel, que asseguram caminhos alternativos de comunicação em caso de falhas. 

A questão, no entanto, é: qual protocolo de redundância em anel oferece o nível de proteção necessário para manter as operações críticas em movimento? A resposta está em uma comparação entre o Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) e o Ethernet Ring Protection Switching (ERPS), que você verá neste artigo.  

A fundação da resiliência operacional 

Antes mesmo de abordar os protocolos de redundância, é essencial compreender que a real resiliência de uma rede começa na robustez do hardware. 

A escolha e adoção de switches industriais projetados para operar em condições extremas (com alta imunidade a ruídos elétricos, ampla faixa de temperatura e componentes de longa vida útil) é o primeiro e mais decisivo passo para garantir a disponibilidade e confiabilidade contínua da comunicação em qualquer aplicação. 

The switches da série Connect da Altus, por exemplo, ilustram as principais características de hardware necessárias para uma automação de alta performance. Estes dispositivos são construídos para resistir a ambientes hostis, apresentando classificação IP30, capacidade de montagem em trilho DIN, e robustez contra vibração e variações extremas de temperatura.  

Outro pilar da resiliência física é a redundância de alimentação. Switches industriais devem ser capazes de operar com entradas de energia duplas e redundantes, geralmente de 12-48 Vdc ou, em modelos PoE, 48-55 Vdc, garantindo que a falha de uma fonte não comprometa o nó da rede. Essa camada de proteção física é o alicerce sobre o qual a inteligência de software dos protocolos de redundância será construída. 

Por que switches gerenciáveis são necessários em aplicações industriais? 

A implementação de um protocolo de anel de alta performance requer, por definição, o uso de switches gerenciáveis. Somente esses modelos, como os ET5, PG5 e EG5 da Altus, permitem configurar e operar protocolos como STP, RSTP, MSTP e ERPS.  

Dessa forma, o switch gerenciável se torna um investimento estratégico, indispensável para alcançar a alta disponibilidade, confiabilidade e segurança que os sistemas de automação moderna exigem.  

Dentro desse contexto, a principal diferença entre RSTP e ERPS vai além da nomenclatura: ela está enraizada metodologia de como cada protocolo detecta e responde a falhas. Compreender essa distinção é essencial para selecionar a tecnologia que melhor atende aos requisitos de desempenho em tempo real e resiliência da rede. 

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RSTP: o protocolo que protege a integridade da topologia de rede 

O Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP), padronizado pelo IEEE 802.1w, é uma evolução direta do Spanning Tree Protocol (STP), desenvolvido para acelerar o tempo de convergência da rede após falhas ou mudanças de topologia. Seu princípio de funcionamento baseia-se na criação de uma árvore lógica livre de loops na Camada 2, bloqueando automaticamente caminhos redundantes, mas garantindo que todos os nós da rede permaneçam conectados. 

Um dos grandes diferenciais do RSTP é sua versatilidade topológica: ele pode operar em arquiteturas estrela, malha (mesh) ou anel, o que o torna um protocolo amplamente adotado em redes corporativas e industriais. Sua operação depende da troca constante de Bridge Protocol Data Units (BPDUs) entre os switches. Essas mensagens carregam informações essenciais, como a identificação da Root Bridge (ponte raiz) e o custo de cada caminho, permitindo que os dispositivos decidam, de forma dinâmica, quais links devem permanecer ativos e quais devem ser bloqueados para evitar redundâncias indesejadas. 

Ainda assim, podem existir limitações decorrentes da latência, pois embora o RSTP tenha reduzido drasticamente o tempo de convergência do STP clássico (que podia variar entre 30 e 50 segundos), ele ainda opera em uma escala de tempo geralmente inadequada para aplicações críticas em tempo real. O tempo típico de recuperação do RSTP costuma ficar entre 1 e 10 segundos, o que pode ser considerado lento quando comparado às exigências de sistemas industriais de alta disponibilidade. 

Essa “lentidão” pode ser influenciada por diversos fatores, como o processo de eleição da Root Bridge e a necessidade de reconfigurar toda a árvore de spanning após uma falha. Quando a falha ocorre em um ponto distante da Root Bridge ou há atrasos na detecção de BPDUs, o tempo de recuperação tende a aumentar, comprometendo, assim, a transparência da falha para a camada de aplicação de controle. 

Mas, embora o RSTP seja eficiente em prover redundância, ele ainda carrega as mesmas vulnerabilidades dos protocolos da família Spanning Tree (STP), particularmente no que diz respeito à segurança e ao controle do tráfego de BPDUs. 

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O risco BPDU 

O RSTP baseia seu cálculo de topologia no intercâmbio de BPDUs (Bridge Protocol Data Units). Se um agente malicioso injetar BPDUs falsos na rede, ele pode iniciar um ataque de manipulação de STP. Isso pode forçar a eleição de um switch não autorizado como o novo Root Bridge, redirecionando o tráfego de dados (e possibilitando a interceptação) ou, pior, causando negação de serviço ao induzir uma reconfiguração da topologia.    

A proteção contra vulnerabilidades desse tipo deve estar incorporada na própria plataforma do switch gerenciável, independentemente do protocolo de redundância utilizado, seja RSTP ou ERPS. 

The switches industriais da Série Connect da Altus contam com mecanismos avançados de segurança, como a Proteção BPDU, projetada para bloquear o processamento de pacotes BPDUs em Edge Ports, portas destinadas exclusivamente à conexão de dispositivos terminais, como CLPs e IHMs.  

Esse recurso previne que ações não autorizadas na borda da rede alterem ou comprometam a topologia principal, assegurando maior integridade e estabilidade operacional. 

ERPS: o protocolo que proporciona a continuidade das redes industriais

O ERPS, definido pela Recomendação ITU-T G.8032/Y.1344, é um protocolo de Camada 2 projetado especificamente para redes em topologia de anel, oferecendo proteção determinística e tempos de recuperação ultrarrápidos, superando as limitações de latência do RSTP.    

E, diferente do RSTP, que constrói uma topologia lógica em forma de árvore, o ERPS foi desenvolvido para gerenciar de forma inteligente os dois caminhos redundantes entre os nós de um anel Ethernet, mantendo um dos caminhos bloqueado e evitando loops de tráfego. 

O núcleo do protocolo é o conceito de RPL (Ring Protection Link), onde um dos enlaces do anel é designado como RPL, e um switch vizinho a esse enlace assume o papel de RPL Owner. Durante o funcionamento, o RPL Owner mantém sua porta associada ao RPL bloqueada. 

Quando ocorre uma falha de link ou de nó, os switches vizinhos à falha detectam o problema e enviam mensagens de controle R-APS (Ring Automatic Protection Switching). Essas mensagens são propagadas a todos os nós do anel, instruindo o RPL Owner a desbloquear imediatamente o RPL, restabelecendo a continuidade da comunicação.  

O resultado desse mecanismo proativo e otimizado para anéis Ethernet é uma recuperação de rede em menos de 50 milissegundos (<50 ms). Esse desempenho garante que falhas de hardware sejam praticamente imperceptíveis para os sistemas de controle e supervisão, especialmente em ambientes onde a disponibilidade contínua é crítica. 

Outro aprimoramento essencial do ERPS foi o uso de uma VLAN de Controle dedicada para o envio das mensagens R-APS, que é um isolamento entre o tráfego de controle e o tráfego de dados assegura que o mecanismo de proteção continue operando de forma estável, mesmo sob condições de congestionamento de rede, aumentando a resiliência e previsibilidade do desempenho. 

A vantagem do ERPS em segurança 

O ERPS oferece uma vantagem estrutural em termos de segurança graças ao seu mecanismo de isolamento de controle. 

Diferentemente de outros protocolos, o ERPS utiliza VLANs distintas para o tráfego de controle (R-APS) e para o tráfego de dados (Protected Data VLANs). Essa segregação lógica entre os canais de comunicação aumenta a robustez do sistema, garantindo que o mecanismo de redundância permaneça imune a interferências causadas por pacotes de dados maliciosos ou tempestades de broadcast que possam comprometer o desempenho da rede. 

Em resumo: tanto o RSTP quanto o ERPS requerem uma infraestrutura sólida para garantir segurança e confiabilidade. A adoção de switches gerenciáveis é o que viabiliza a implementação de camadas adicionais de proteção e monitoramento, elementos indispensáveis para preservar a integridade das redes OT modernas. 

A segurança do sistema é determinada pelas funcionalidades de gestão e filtragem que apenas uma plataforma gerenciável pode oferecer, como: 

1. ACLs (listas de controle de acesso): essenciais para filtrar o tráfego com base em IP, MAC ou porta, limitando a propagação de ameaças e segmentando zonas de segurança.   
    
2. Autenticação 802.1X: garante que apenas dispositivos autorizados (e autenticados) possam se conectar fisicamente ao anel.   
    
3. Proteção de loop: funcionalidades de software que ajudam a mitigar falhas de configuração manual ou problemas na troca de quadros, oferecendo uma segunda linha de defesa além do protocolo de anel.    
    

Além disso, a robustez do hardware também é um componente essencial dessa equação. Certificações como UL e NEMA TS2 atestam que nossos switches industriais atendem a padrões rigorosos de segurança elétrica, resiliência mecânica e confiabilidade operacional, garantindo alto desempenho mesmo sob as condições adversas típicas de ambientes industriais e de infraestrutura crítica. 

As principais diferenças entre os protocolos RSTP e ERPS 

A principal diferença entre RSTP e ERPS está no conceito do design. 
 
O RSTP busca resiliência eliminando loops em uma topologia genérica. Essa abordagem, embora versátil, exige um tempo adicional de cálculo e convergência sempre que ocorre uma falha ou alteração na rede.O ERPS, por outro lado, foi projetado especificamente para topologias em anel. Em vez de recalcular caminhos, ele mantém um trajeto de backup previamente definido, permitindo uma comutação rápida e determinística, independentemente do ponto onde a falha ocorre. 

Veja uma comparação mais detalhada: 

Por isso, a escolha do protocolo de redundância deve ser orientada pela criticidade da aplicação e pelo impacto da inatividade. Em redes OT, o tempo de resposta é o elemento que transforma uma decisão técnica em uma estratégia de negócio. 

O RSTP continua sendo uma solução válida, e, em muitos casos, ideal, para cenários onde a exigência de tempo real não é absoluta e onde a simplicidade da topologia é um fator desejável. Ele se encaixa perfeitamente em pequenas redes industriais ou em segmentos de borda (Edge) que não executam controle em tempo real. 

Nesses ambientes, interrupções de alguns segundos durante a convergência não comprometem a operação. Em aplicações de aquisição de dados não críticos ou em redes de monitoramento de segurança básica, por exemplo, tempos de recuperação entre 1 e 10 segundos são facilmente absorvidos pelos buffers dos dispositivos finais.  

Para empresas de pequeno e médio porte com requisitos de rede menos intrincados, o RSTP pode representar uma opção mais econômica e de mais fácil gestão em comparação com a implementação de ERPS, que, embora mais rápido, exige uma configuração mais específica de anel e VLANs de controle.    

Cenários específicos para aplicação de cada protocolo 

A escolha do protocolo deve ser ditada pela criticidade e a escala da aplicação.O ERPS é a solução de operação e deve ser a escolha padrão para: 

• – Infraestruturas críticas e utilities: subestações de energia, redes de transporte inteligentes e sistemas de tráfego, onde a latência zero e a recuperação em menos de 50 ms são requisitos obrigatórios. Nesses cenários, a perda de um pacote por um tempo maior pode afetar a estabilidade da operação. 

• – Backbones industriais complexos: grandes redes industriais com múltiplos anéis de redundância (usando o ERPS v2, que suporta multi-anéis/topologias em escada) que exigem alta escalabilidade e confiabilidade sem os gargalos de rede do RSTP. 

• – Comunicação em tempo real: aplicações que utilizam protocolos sensíveis ao tempo (como GOOSE em subestações), onde qualquer interrupção acima de 1 segundo pode comprometer a funcionalidade.Já o RSTP e sua versão mais avançada, o Multi Spanning Tree Protocol (MSTP), são ideais para: 
   

• – Redes industriais de pequeno e médio porte: ambientes onde uma recuperação em menos de 1 segundo é suficiente e a rede possui menor complexidade. 

• – Topologias mistas: redes onde o formato do anel não é a única redundância empregada, mas sim uma combinação de malha, árvore e anel (L2). O RSTP se aplica a todas as redes L2. 

• – Otimização de VLANs (usando MSTP): o MSTP é uma excelente escolha para grandes redes que desejam otimizar a distribuição de tráfego, mapeando múltiplas VLANs em um único conjunto de equipamentos para equilibrar o uso dos links. 

Nota: os switches gerenciáveis da Altus (como o modelo ET5-0500) oferecem a flexibilidade de escolher entre STP, RSTP, MSTP e ERPS, permitindo que o usuário configure o protocolo ideal para o seu projeto específico. 

A decisão final entre RSTP e ERPS não é sobre qual é inerentemente “melhor”, mas sim sobre qual atende aos requisitos de tempo e criticidade da sua aplicação industrial. 

Enquanto o ERPS fornece a velocidade de recuperação (<50ms) que define a confiabilidade para aplicações ultrassensíveis, o RSTP oferece uma solução mais versátil e simples para ambientes menos exigentes. Em ambos os casos, a fundação de segurança e a robustez física da Série Connect garantem que a decisão tomada seja implementada em uma plataforma confiável. 

Se a sua prioridade é o tempo de recuperação mais rápido possível para cumprir os requisitos de missão crítica, o ERPS é a escolha técnica superior. Caso o projeto envolva diferentes topologias e o tempo de convergência na casa de 1 segundo seja aceitável, o RSTP/MSTP oferece uma solução mais simples e com excelente custo-benefício. 

A escolha do protocolo certo é a escolha do sucesso operacional. 

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