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Tormenta de tráfico en la red de la subestación

Por qué se satura la red Ethernet de la subestación: bucles sin RSTP, redundancia mal configurada, GOOSE y SV sin filtrar o un equipo defectuoso.

Por Shadai García, ingeniero electricista, fundador y CEO de Tiza Group. Revisado por el equipo de ingeniería de Tiza Group · .

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RSTP y redundancia Ethernet: anillos, puertos bloqueados y reconvergencia. Ubicación en el sistema, principio de funcionamiento e IEC 61850. Ilustrativo: los valores reales salen de la placa y del manual del fabricante.
Respuesta corta

Una tormenta de tráfico en la red de la subestación casi siempre la causa un bucle: un cable de prueba, un equipo con dos puertos puenteados o un puerto entre switches sin RSTP. Otras causas son la redundancia mal configurada, el multicast de GOOSE y valores muestreados que los switches reenvían a todos los puertos y un equipo dañado que transmite sin control. Los IED se saturan, los GOOSE se retrasan y la HMI pierde la comunicación.

Síntoma

La HMI pierde la comunicación con varias bahías a la vez, los switches muestran los LED de actividad encendidos de forma continua, algunos IED dejan de responder o reinician sus puertos, y llegan alarmas de GOOSE perdidos. Suele ocurrir después de una intervención: un técnico conectó un portátil, se agregó un equipo o se reemplazó un switch.

Una red Ethernet no tolera bucles. Una trama de difusión que encuentra un lazo gira sin fin, se duplica en cada switch y satura la red en segundos. Los protocolos de redundancia como RSTP bloquean un enlace para evitarlo; PRP y HSR duplican las tramas por caminos independientes y descartan la copia. Cuando uno de esos mecanismos no cubre un enlace, o cuando el tráfico multicast de la subestación no se filtra, la red se llena.

Causas posibles, de la más a la menos probable

CausaPor qué ocurreQué la delata
Bucle por un cable o un equipo nuevoCable de prueba entre dos puertos, portátil con dos interfaces puenteadas, IED con dos puertos conectados al mismo switchLa tormenta empezó al conectar algo; desaparece al desconectarlo
Puerto entre switches sin RSTPRSTP deshabilitado en un enlace troncal o mezcla de protocolos de anillo incompatiblesCambios de topología continuos en los registros; bucle sin bloquear
Redundancia PRP o HSR mal conectadaLAN A y LAN B unidas, o un equipo sin HSR insertado en el anilloDuplicados excesivos, tramas que circulan o anillo abierto
Multicast de GOOSE o SV sin filtrarLos switches reenvían el multicast de capa 2 a todos los puertos si no hay VLAN ni filtrosIED con carga alta, sin bucle; tráfico multicast en puertos que no lo necesitan
Equipo dañado que transmite sin controlTarjeta de red defectuosa o firmware con errorUn solo puerto con tráfico muy alto de un mismo origen

Qué revisar primero

  1. Cambios recientes: equipos o cables conectados, switches reemplazados, configuraciones cargadas. La mayoría de las tormentas empiezan en ese punto.
  2. Contadores por puerto de los switches: tráfico de difusión, multicast y errores. El puerto con el tráfico disparado señala el tramo.
  3. Registros de RSTP: cambios de topología, puerto raíz y puertos bloqueados. Un puerto entre switches debe correr RSTP; los puertos hacia equipos finales se configuran como borde con protección ante BPDU.
  4. Topología de redundancia: que las LAN A y B de PRP no se toquen y que el anillo HSR solo tenga equipos HSR o RedBox.
  5. VLAN y filtrado multicast del GOOSE y de los valores muestreados. El IGMP snooping no los filtra porque no son tráfico IP. Ver VLAN y prioridad IEEE 802.1Q y el switch Ethernet de subestación.
Origen de la tormenta de tráfico
  • ¿La red se saturó al conectar un equipo o un cable?
    • SíBucle físico: desconecte ese elemento y revise si el puerto corría RSTP
    • No¿El tráfico excesivo es de difusión?
      • Sí¿Hay un puerto entre switches sin RSTP o redes PRP unidas?
        • SíBucle no detectado: corrija la configuración de redundancia
        • NoEquipo que transmite sin control: ubíquelo por los contadores de puerto
      • NoMulticast de GOOSE o SV sin filtrar: revise VLAN y filtros multicast

Cómo se confirma

  • Captura de tráfico en un puerto espejo: tipo de trama dominante, dirección de origen y si las mismas tramas se repiten (bucle) o vienen de un solo emisor (equipo defectuoso).
  • Desconexión ordenada de enlaces en una ventana coordinada con la operación, empezando por los cambios recientes, mientras se observan los contadores.
  • Prueba de bucle controlada: conectar un cable entre dos puertos de borde y verificar que el switch lo bloquea.
  • Medición de la carga de GOOSE y SV por puerto, comparada con la capacidad de los IED conectados.

Cómo evitar que se repita

  • Habilite RSTP en todos los puertos entre switches y configure los puertos hacia equipos finales como borde con protección ante BPDU.
  • Configure el control de tormentas en los switches: un límite de difusión y de multicast por puerto acota el daño de un bucle.
  • Separe el tráfico con VLAN y filtros multicast estáticos, para que cada IED reciba solo el GOOSE y los SV que necesita.
  • Deshabilite los puertos libres de los switches y controle quién conecta equipos a la red.
  • Pruebe la red con carga en la puesta en servicio, incluidos los tiempos de GOOSE durante una reconvergencia. Ver GOOSE que no llega o llega tarde.
  • Documente la topología física y lógica en la red de comunicaciones de subestación.

Qué no hacer

  • No reinicie todos los switches a la vez. Si el bucle sigue conectado, la tormenta vuelve; y pierde los contadores que lo ubican.
  • No deshabilite RSTP para «simplificar» un enlace entre switches.
  • No conecte portátiles con dos interfaces a la red de la subestación sin revisar que no puentean.
  • No una las LAN A y B de PRP para «dar redundancia» a un equipo sencillo: use una RedBox.

Cuándo llamarnos

Si la red de su subestación se satura y no está claro dónde está el bucle o qué tráfico la llena, nuestro equipo revisa la configuración de los switches, la redundancia y el filtrado de GOOSE y SV, y le indica qué corregir. Configuramos la red en sitio con la ingeniería IEC 61850 y la diseñamos desde la ingeniería de comunicaciones. Escríbanos.

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Referencias

  • IEEE 802.1Q, Bridges and Bridged Networks (incluye RSTP y VLAN).
  • IEC 62439-3, Industrial communication networks – High availability automation networks – Part 3: PRP and HSR.
  • IEC 61850-90-4, Network engineering guidelines.
  • IEC 61850-3, General requirements (requisitos ambientales de los equipos de red de subestación).

Preguntas frecuentes

¿Qué es una tormenta de difusión en una red Ethernet?

Es la saturación de la red por tramas de difusión que se multiplican sin fin, normalmente porque un bucle hace que cada trama vuelva a entrar al switch y se reenvíe otra vez a todos los puertos. En segundos ocupa el ancho de banda y la capacidad de proceso de los equipos conectados.

¿Una tormenta de tráfico puede afectar a las protecciones?

Sí, en las que dependen de la red. Los relés siguen protegiendo con sus entradas cableadas, pero los disparos, bloqueos y permisivos por GOOSE pueden retrasarse o perderse, y algunos IED con el procesador saturado reinician sus comunicaciones. Por eso las funciones por GOOSE se prueban con la red cargada.

¿Cómo se ubica el bucle en una red de subestación?

Con los contadores de tráfico de difusión por puerto de los switches y sus registros de RSTP: el puerto donde el tráfico se dispara o donde la topología cambia sin parar señala el tramo. Desconectar los enlaces de forma ordenada, empezando por los cambios recientes, confirma el punto.

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