瑞斯康達(dá)保護(hù)倒換技術(shù)白皮書

1、1.1 保護(hù)倒換技術(shù)原理1.1.1 故障檢測機(jī)制 保護(hù)倒換機(jī)制能夠在發(fā)生故障時(shí)迅速切換到備份路徑上，首先 能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，亦即故障檢測機(jī)制。目前常用的故障檢測機(jī)制有以下幾種：a) 物理層檢測方法， 直接檢測物理端口的狀態(tài)、 接收光功率 等；b) 鏈路層OAM檢測方法，如802.3ah，可以通過link eve nt 等來檢測；c) 業(yè)務(wù)層 OAM ，如 Y.1731 等，可以通過檢測業(yè)務(wù)存活狀態(tài)來檢測，關(guān)于業(yè)務(wù)層 OAM ，請參閱瑞斯康達(dá) CFM 技術(shù)白皮書1.1.2 源宿協(xié)商機(jī)制對于 1+1 單向保護(hù)倒換來說， 源宿不存在協(xié)商問題， 源端 永久將流量發(fā)送到主備鏈路上。對于其他保護(hù)倒換類型來

2、說，存在源宿協(xié)商的問題，源端 需要切換流量至備用鏈路，并將這個(gè)切換通知宿端，宿端需要 選擇在哪條鏈路上接收，并把這個(gè)信息也通知到源端。目前一 般采用 APS(Auto Protection Switch 自動(dòng)保護(hù)倒換)協(xié)議，APS協(xié)議可以承載在多種PDU上。APS協(xié)議定義了正常狀態(tài) 消息，故障狀態(tài)消息，故障恢復(fù)消息，定時(shí)器超時(shí)消息、管理 員指令等多種消息類型，這些消息有優(yōu)先級高低的區(qū)分。 APS 通過自身算法來計(jì)算應(yīng)該采取的動(dòng)作。下文提到的多種具體保 護(hù)倒換技術(shù)都采用了 APS 協(xié)議。源宿協(xié)商機(jī)制一般有一步法，兩步法，三步法等三種工作 模式，這里的一步兩步三步指的是協(xié)議報(bào)文的交互次數(shù)a) 一步

3、法，宿端通知源端故障，然后源宿同時(shí)切換， 該模式僅適用于 1+1 或 1:1b) 兩步法，宿端通知源端故障，源端再通知宿端其所 選擇路徑，然后源宿完成切換c) 三步法，宿端通知源端故障，源端通知宿端其所選 擇路徑，宿端再通知源端其所選擇路徑，適用于所 有場景，但也最復(fù)雜1.1.3 返回機(jī)制當(dāng)流量倒換到備用路徑之后， 主用鏈路如果從故障中恢復(fù)了， 那 么保護(hù)倒換機(jī)制面臨兩種選擇， 是將流量再切換至原主用鏈路， 還是 保持不變，這稱之為返回機(jī)制。切換回原主用鏈路的，稱之為返回模 式，保持不變的， 稱之為非返回模式。返回模式的優(yōu)點(diǎn)是一般主用鏈 路往往有更好的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量， 或者備用鏈路有其他的流量。 而

4、非返回模 式的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)簡單。1.1.4 定時(shí)機(jī)制 保護(hù)倒換機(jī)制需要各種定時(shí)器來維護(hù)源宿兩端及鏈路的狀態(tài)， 主要的定時(shí)器有：a) Hold off timer ，該定時(shí)器在故障被檢測到時(shí)啟動(dòng)，定時(shí)器 超時(shí)后再次檢測故障，如果還存在則啟動(dòng)倒換。該定時(shí)器的作 用在于，網(wǎng)絡(luò)是分層分域的，如 EoS，每一層都可能有自己的 保護(hù)倒換方案，當(dāng)?shù)讓泳W(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實(shí)施保護(hù)倒換之后，其客戶層 網(wǎng)絡(luò)不需要實(shí)施保護(hù)倒換；分域的情況與之類似。b) WTR(wait to restore )，該定時(shí)器的作用是在返回模式下， 檢測到故障恢復(fù)后，須等待一定時(shí)間再返回主用鏈路。其防止 了網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定導(dǎo)致的頻繁切換。c) Guard

5、 Timer ，該定時(shí)器是在環(huán)網(wǎng)保護(hù)中，防止因?yàn)檠h(huán)發(fā) 送而導(dǎo)致收到過時(shí)消息，在該定時(shí)器時(shí)效內(nèi)不處理保護(hù)倒換協(xié) 議消息d) 其他定時(shí)器種類請參閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)1.2 保護(hù)倒換技術(shù)優(yōu)勢 保護(hù)倒換技術(shù)是一種提高網(wǎng)絡(luò)可靠性的手段，通過及時(shí)對故障的 檢測以及流量的切換、 源宿節(jié)點(diǎn)的協(xié)商， 保證業(yè)務(wù)在出現(xiàn)故障時(shí)能夠 快速得到修復(fù)， 電信級的保護(hù)倒換技術(shù)可以保證業(yè)務(wù)中斷時(shí)間不超過 50ms ，使得業(yè)務(wù)損傷降到最低。2. 保護(hù)倒換的典型技術(shù)不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)適用各種不同的具體的保護(hù)倒換技術(shù)。鏈路聚合 LAG鏈路聚合( Link aggregation /LAG )是一種端口級的冗余技 術(shù)，它通過將多個(gè)物理端口聚合為一

6、個(gè)邏輯端口來提供額外的冗余性 或更高的帶寬，這些物理端口的工作模式必須是一樣的。 LAG 是一 項(xiàng)點(diǎn)到點(diǎn)的技術(shù)，亦即必須在直接相鄰的兩個(gè)以太網(wǎng)設(shè)備之間啟用。 其所遵從的標(biāo)準(zhǔn)是802.3ad °LAG方式不保證50ms保護(hù)倒換時(shí)間。 LAG 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)如下：LAG 保護(hù)模式(靜態(tài)或手工)LAG 有兩種工作模式：靜態(tài)模式和手工模式， 在靜態(tài)模式下， 兩端啟用 LACP 協(xié)議進(jìn)行協(xié)商；手工方式下，由管理員指定聚合端口。 在任何情況下，兩端的配置必須一致。負(fù)載分擔(dān)方式LAG 可以工作在負(fù)擔(dān)分擔(dān)方式下，該方式下每個(gè)聚合組最多可以 有 16 個(gè)端口，流量在組內(nèi)的端口上通過一定的算法進(jìn)行分配，實(shí)現(xiàn)

7、 帶寬的聚合功能。常用的分配算法有根據(jù)源或者目的 MAC 分配、根 據(jù)源或者目的IP分配，根據(jù)源或者目的TCP/IP端口號進(jìn)行分配。當(dāng) 組內(nèi)某端口發(fā)生故障時(shí)， 分配算法會(huì)進(jìn)行調(diào)整， 將流量分配給組內(nèi)剩 余端口，同樣可以提供網(wǎng)絡(luò)冗余，恢復(fù)業(yè)務(wù)的正常發(fā)送。非負(fù)載分擔(dān)方式該方式下端口之間是n:1保護(hù)的方式，初始狀態(tài)下業(yè)務(wù)流量全部 在主用鏈路上發(fā)送，備用鏈路空閑，當(dāng)主用鏈路發(fā)生故障時(shí)，聚合組 其余端口就選出一條承載流量。該方式業(yè)務(wù)倒換速度更快。一般典型 應(yīng)用是1 : 1.2.1.2 G.8031G.8031是ITU定義的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)級線性保護(hù)倒換協(xié)議，又叫ELPS（ Ethernet Linear Pr

8、otection Switch ）。該協(xié)議使用CFM（connectivity fault management連接性故障管理，是一種二層以太網(wǎng)OAM協(xié)議）協(xié)議檢測業(yè)務(wù)狀態(tài)，并通過 Y.1731的PDU來承 載其協(xié)議報(bào)文，實(shí)現(xiàn)源宿的協(xié)商。G.8031是一項(xiàng)端到端的技術(shù)，亦 即保護(hù)的源宿端不必是直接相鄰的，工作和保護(hù)鏈路上都可以有其他 設(shè)備。G.8031主要原理如下：保護(hù)模型G.8031保護(hù)的是基于VLAN的業(yè)務(wù)，其采用端口事件和CFM進(jìn) 行故障檢測。G.8031采用Y.1731的PDU來承載APS協(xié)議報(bào)文， 其用一步模式進(jìn)行源宿協(xié)商，支持返回和非返回模式，支持單向和雙 向1 + 1或雙向1:1

9、。協(xié)議報(bào)文始終在？備用鏈路？上發(fā)送。在穩(wěn)定狀態(tài)下，協(xié)議 報(bào)文以較慢的頻率發(fā)送（5s），而當(dāng)狀態(tài)發(fā)生變化，如鏈路故障或管 理員進(jìn)行保護(hù)倒換相關(guān)操作時(shí)，為了提高可靠性，防止報(bào)文丟失、實(shí) 現(xiàn)快速倒換，該狀態(tài)變化的協(xié)議報(bào)文以較快頻率（3.3ms ）連續(xù)發(fā)送 3個(gè)。事件處理G.8031c 處理來自三種事件：a) 本地的事件如本地故障、管理員指令等；b) 對端的事件，也就是協(xié)議報(bào)文所攜帶的消息；c) 定時(shí)器超時(shí)觸發(fā)，如上文提到的 hold off timer 以及WTR。G.8031 不斷地接收這三類事件， 通過協(xié)議計(jì)算出本端所應(yīng)完成的 動(dòng)作。典型場景本節(jié)試圖舉例說明 G.8031 保護(hù)倒換的過程，具體細(xì)

10、節(jié)請參閱相 關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。該場景是非返回模式的 1:1 雙向倒換：a) 宿端檢測到故障，切換自己的發(fā)送和接收鏈路，并將檢測到的 故障通知源端b) 源端收到故障通知，切換發(fā)送和接收鏈路c) 進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后， 源宿按照上文提及的 5s 的頻率發(fā)送穩(wěn)定狀態(tài) 協(xié)議消息，但該消息內(nèi)容與鏈路無故障狀態(tài)時(shí)不一樣d) 故障清除時(shí)，源宿互相發(fā)送故障清除但不切換的協(xié)議報(bào)文，流 量不切換2.1.3 G.8032G.8032 是 ITU 定義的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)級環(huán)網(wǎng)保護(hù)倒換協(xié)議，又叫ERPS(Ethernet Ring Protection Switch )。與 G.8031 類似，該 協(xié)議使用 CFM 協(xié)議檢測業(yè)務(wù)狀態(tài)， 并通

11、過 Y.1731 的 PDU 來承載其 協(xié)議報(bào)文，實(shí)現(xiàn)源宿的協(xié)商。與 G.8031 不同的是，環(huán)網(wǎng)本身在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上就提供了冗余度， G.8032 所提供的保護(hù)倒換方式是首先將一段鏈路阻塞，這樣環(huán)網(wǎng)從 邏輯上就成為了一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)， 而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生故障時(shí)， 再將被阻塞 的鏈路啟用， 這樣仍然可以保證網(wǎng)絡(luò)之間各點(diǎn)的連通性， 使得業(yè)務(wù)能 夠正常轉(zhuǎn)發(fā)。G.8032 最初設(shè)計(jì)的時(shí)候只支持單環(huán)， 如今最新的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)可以支 持相切環(huán)、相交環(huán)等多種復(fù)雜拓?fù)?。G.8032 同樣存在返回模式的區(qū)分， 其返回模式是指當(dāng)故障消失后， 原被阻塞鏈路再次被阻塞， 故障鏈路投入使用； 其非返回模式是指當(dāng) 故障消失后，原阻塞鏈

12、路不阻塞，故障鏈路保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，亦即網(wǎng)絡(luò) 的邏輯連接在故障恢復(fù)前后不發(fā)生變化。協(xié)議機(jī)制G.8032 同樣采用 CFM 來檢測鏈路故障，并且通過 Y.1731 的 PDU 來攜帶其協(xié)議報(bào)文 在環(huán)上的節(jié)點(diǎn)， 每兩個(gè)之間要配置一對 MEP 來監(jiān) 測它們之間鏈路狀態(tài)。穩(wěn)定情況下，只有環(huán)的主節(jié)點(diǎn)發(fā)送 G.8032 協(xié) 議報(bào)文，當(dāng)發(fā)生狀態(tài)變化時(shí)，發(fā)生變化的節(jié)點(diǎn)要發(fā)送協(xié)議報(bào)文。與 G.8031類似，穩(wěn)定狀態(tài)下報(bào)文發(fā)送周期是 5s，而狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)的 發(fā)送周期是 3.3ms。2.1.4 PTN 線性保護(hù)PTN 網(wǎng)絡(luò)中的線性保護(hù)倒換，又稱之為 G.8131 ，是 MPLS-TP 網(wǎng)絡(luò)中的保證網(wǎng)絡(luò)高可靠性的協(xié)議。

13、其與 G.8031 非常相似，從檢測 機(jī)制，協(xié)議交互，都是參考了 G.8031 的實(shí)現(xiàn)。所不同的是其所保護(hù) 的是PTN的端到端業(yè)務(wù)，一般是LSP層或PW層，其檢測機(jī)制依賴 的是 MPLS-TP 的 OAM ，即 ，而其自身協(xié)議報(bào)文的封裝也 是采用 的 PDU ，封裝了 APS 協(xié)議消息。G.8131 同樣支持 1+1 和 1:1，在 1+1 單向的情況下，不需要協(xié) 議報(bào)文的參與。2.1.5 PTN 環(huán)網(wǎng)保護(hù)和 G.8131 不同的是， PTN 的環(huán)網(wǎng)保護(hù)并沒有參考 G.8032 環(huán)網(wǎng) 保護(hù)的實(shí)現(xiàn)， 而是采用了 Wrapping 和 Steering 的機(jī)制。由于 PTN 是采用基于標(biāo)簽的轉(zhuǎn)發(fā)方

14、式， 所以標(biāo)簽就代表了轉(zhuǎn)發(fā)路徑， 不需要通 過阻塞路徑來防止環(huán)路， 而當(dāng)故障發(fā)生時(shí)， 原先經(jīng)過該故障鏈路的路 徑就不通了， 這時(shí)采用將業(yè)務(wù)從反方向發(fā)送出去， 并且打上相應(yīng)的標(biāo) 簽，就可以保證業(yè)務(wù)不斷。 Wrapping 和 Steering 的機(jī)制分別如 下： 正常情況：如圖所示，A、B、C、D構(gòu)成一個(gè)環(huán)網(wǎng)，分為內(nèi)環(huán)和外環(huán)，假設(shè) 在此種情況下B->D的路徑是B->A->D ，當(dāng)A到D之間的鏈路發(fā)生故障時(shí)，Wrapping 和Steering的處理方式分別如下:WrappingsC圖2-4 PTN環(huán)網(wǎng)故障后Wrapping ji'J換如圖所示，B->D的路徑現(xiàn)在變

15、成B->A->B->C->D ，亦即從A 繞路的方式 該方式實(shí)現(xiàn)機(jī)制簡單，收斂快，但路徑會(huì)變長，并且會(huì) 多占用鏈路帶寬。SteeringAIIIc圖2巧PTN環(huán)網(wǎng)故障后Steenng倒換如圖所示，B->D的路徑變成直接走另外一個(gè)環(huán)，即 B->C->D， 即抄近路的方式 該方式節(jié)約帶寬、路徑短，但需要收斂時(shí)間。這兩種方式都需要有相應(yīng)的標(biāo)簽分配機(jī)制，目前這方面的標(biāo)準(zhǔn)尚 未確定。2.1.6 PW雙歸保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中不僅存在鏈路失效，還存在節(jié)點(diǎn)失效，尤其是業(yè)務(wù)終結(jié)點(diǎn)失效，此時(shí)需要特別的保護(hù)倒換技術(shù)來保證業(yè)務(wù)及時(shí)恢復(fù)。PTN網(wǎng)絡(luò)中常用的是PW雙歸技術(shù)。相對于G.813

16、1的同源同宿拓?fù)?，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了同源不同宿的保護(hù)倒換戲歸保護(hù)倒換的典型應(yīng)用場景如下,TUNNEL3TUNNEL4N /'、E業(yè)務(wù)接入點(diǎn)®2-6 PTN網(wǎng)絡(luò)PW雙歸保護(hù)如圖，PW2保護(hù)PW1 ;TUNNEL2 保護(hù) TUNNEL1，而 TUNNEL1 承載 PW1 ; TUNNEL4 保護(hù)TUNNEL3，而TUNNEL3承載PW2 ; Tunnel的保護(hù)提供了 額外的冗余度，而這不是必須的。該保護(hù)倒換方式不僅需要傳送設(shè)備參與， 業(yè)務(wù)終結(jié)設(shè)備（如 RNC ） 也需要參與 與一般的線性保護(hù)不同的是，雙歸保護(hù)可以保護(hù)業(yè)務(wù)終 結(jié)設(shè)備接入鏈路的故障 （包括該設(shè)備的板卡故障等） ，在這種情況下， PTN設(shè)備