瑞斯康達保護倒換技術(shù)白皮書

1、瑞斯康達保護倒換技術(shù)白皮書1.1保護倒換技術(shù)原理故障檢測機制保護倒換機制能夠在發(fā)生故障時迅速切換到備份路徑上，首先能夠及時發(fā)現(xiàn)故障，亦即故障檢測機制。目前常用的故障檢測機制有以下幾種：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 event 等來檢測；c）業(yè)務層 OAM ，如 Y.1731 等，可以通過檢測業(yè)務存活狀態(tài)來檢測，關(guān)于業(yè)務層 OAM ，請參閱瑞斯康達 CFM 技術(shù)白皮書源宿協(xié)商機制對于 1+1 單向保護倒換來說，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。對于其他保護倒換類型來說，存在源宿

2、協(xié)商的問題，源端需要切換流量至備用鏈路，并將這個切換通知宿端，宿端需要選擇在哪條鏈路上接收，并把這個信息也通知到源端。目前一般采用 APS（Auto Protection Switch 自動保護倒換）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，故障恢復消息，定時器超時消息、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通過自身算法來計算應該采取的動作。下文提到的多種具體保護倒換技術(shù)都采用了APS 協(xié)議。護倒換方案，當?shù)讓泳W(wǎng)絡已經(jīng)實施保護倒換之后，其客戶層網(wǎng)絡不需要實施保護倒換；分域的情況與之類似。b) WTR （wait to

3、restore ），該定時器的作用是在返回模式下，檢測到故障恢復后，須等待一定時間再返回主用鏈路。其防止了網(wǎng)絡不穩(wěn)定導致的頻繁切換。c) Guard Timer ，該定時器是在環(huán)網(wǎng)保護中，防止因為循環(huán)發(fā)送而導致收到過時消息，在該定時器時效內(nèi)不處理保護倒換協(xié)議消息d) 其他定時器種類請參閱相關(guān)標準1.2 保護倒換技術(shù)優(yōu)勢保護倒換技術(shù)是一種提高網(wǎng)絡可靠性的手段，通過及時對故障的檢測以及流量的切換、 源宿節(jié)點的協(xié)商， 保證業(yè)務在出現(xiàn)故障時能夠快速得到修復，電信級的保護倒換技術(shù)可以保證業(yè)務中斷時間不超過50ms，使得業(yè)務損傷降到最低。2. 保護倒換的典型技術(shù)不同的網(wǎng)絡技術(shù)適用各種不同的具體的保護倒換技

4、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)，它通過將多個物理端口聚合為一個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 是一項點到點的技術(shù) ，亦即必須在直接相鄰的兩個以太網(wǎng)設備之間啟用。其所遵從的標準是 802.3ad。LAG 方式不保證 50ms保護倒換時間 。LAG技術(shù)關(guān)鍵點如下：LAG 保護模式（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。負載分擔方式LAG 可以工作在負擔

5、分擔方式下， 該方式下每個聚合組最多可以有 16 個端口，流量在組內(nèi)的端口上通過一定的算法進行分配，實現(xiàn)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 端口號進行分配。當組內(nèi)某端口發(fā)生故障時， 分配算法會進行調(diào)整， 將流量分配給組內(nèi)剩余端口，同樣可以提供網(wǎng)絡冗余，恢復業(yè)務的正常發(fā)送。非負載分擔方式該方式下端口之間是n:1 保護的方式，初始狀態(tài)下業(yè)務流量全部在主用鏈路上發(fā)送， 備用鏈路空閑， 當主用鏈路發(fā)生故障時， 聚合組其余端口就選出一條承載流量。該方式業(yè)務倒換速度更快。 一般典型應用是 1：1.G.8031G.8031

6、 是 ITU 定義的以太網(wǎng)業(yè)務 級線性保護 倒換協(xié)議，又叫ELPS （ Ethernet Linear Protection 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)務狀態(tài)， 并通過 Y.1731 的 PDU 來承載其協(xié)議報文，實現(xiàn)源宿的協(xié)商。 G.8031 是一項端到端的技術(shù)，亦即保護的源宿端不必是直接相鄰的，工作和保護鏈路上都可以有其他設備。 G.8031 主要原理如下：保護模型G.8031 保護的是基于 VLAN 的業(yè)務，其采用端口事件和 CFM 進行故障檢測。 G.80

7、31 采用 Y.1731 的 PDU 來承載 APS 協(xié)議報文，其用一步模式進行源宿協(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。協(xié)議報文始終在？備用鏈路？上發(fā)送。在穩(wěn)定狀態(tài)下，協(xié)議報文以較慢的頻率發(fā)送（5s），而當狀態(tài)發(fā)生變化，如鏈路故障或管理員進行保護倒換相關(guān)操作時，為了提高可靠性， 防止報文丟失、 實現(xiàn)快速倒換，該狀態(tài)變化的協(xié)議報文以較快頻率（3.3ms）連續(xù)發(fā)送3 個。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)議報文所攜帶的消息；c)定時器超時觸發(fā)，如上文提到的 hold off timer 以及

8、WTR 。 G.8031 不斷地接收這三類事件， 通過協(xié)議計算出本端所應完成的動作。典型場景本節(jié)試圖舉例說明 G.8031 保護倒換的過程，具體細節(jié)請參閱相關(guān)標準。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)時不一樣d) 故障清除時，源宿互相發(fā)送故障清除但不切換的協(xié)議報文，流量不切換G.8032 是 ITU定義的 以太網(wǎng)業(yè)務 級環(huán)網(wǎng)保護 倒換協(xié)議，又叫ERPS（Ethernet Ri

9、ng Protection Switch）。與 G.8031 類似，該協(xié)議使用 CFM 協(xié)議檢測業(yè)務狀態(tài)， 并通過 Y.1731 的 PDU 來承載其協(xié)議報文，實現(xiàn)源宿的協(xié)商。與 G.8031 不同的是，環(huán)網(wǎng)本身在網(wǎng)絡架構(gòu)上就提供了冗余度，G.8032 所提供的保護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線性網(wǎng)絡，而當網(wǎng)絡中發(fā)生故障時， 再將被阻塞的鏈路啟用，這樣仍然可以保證網(wǎng)絡之間各點的連通性，使得業(yè)務能夠正常轉(zhuǎn)發(fā)。G.8032 最初設計的時候只支持單環(huán)， 如今最新的標準已經(jīng)可以支持相切環(huán)、相交環(huán)等多種復雜拓撲。G.8032 同樣存在返回模式的區(qū)分，其返回模式是指當故障消失

10、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故障消失后， 原阻塞鏈路不阻塞， 故障鏈路保持斷開狀態(tài)， 亦即網(wǎng)絡的邏輯連接在故障恢復前后不發(fā)生變化。協(xié)議機制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)議報文在環(huán)上的節(jié)點，每兩個之間要配置一對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)點發(fā)送G.8032 協(xié)議報文，當發(fā)生狀態(tài)變化時，發(fā)生變化的節(jié)點要發(fā)送協(xié)議報文。與G.8031 類似，穩(wěn)定狀態(tài)下報文發(fā)送周期是5s，而狀態(tài)發(fā)生變化時的發(fā)送周期是 3.3ms。線性保護PTN 網(wǎng)絡中的線性保護倒換， 又稱之為 G.8131

11、，是 MPLS-TP 網(wǎng)絡中的保證網(wǎng)絡高可靠性的協(xié)議。其與G.8031 非常相似，從檢測機制，協(xié)議交互，都是參考了G.8031 的實現(xiàn)。所不同的是其所保護的是 PTN 的端到端業(yè)務， 一般是 LSP 層或 PW 層，其檢測機制依賴的是 MPLS-TP 的 OAM ，即，而其自身協(xié)議報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)議報文的參與。環(huán)網(wǎng)保護和 G.8131 不同的是， PTN 的環(huán)網(wǎng)保護并沒有參考 G.8032 環(huán)網(wǎng)保護的實現(xiàn)，而是采用了 Wrapping 和 Steering 的機制。 由于 PT

12、N 是采用基于標簽的轉(zhuǎn)發(fā)方式， 所以標簽就代表了轉(zhuǎn)發(fā)路徑， 不需要通過阻塞路徑來防止環(huán)路， 而當故障發(fā)生時， 原先經(jīng)過該故障鏈路的路徑就不通了，這時采用將業(yè)務從反方向發(fā)送出去， 并且打上相應的標簽，就可以保證業(yè)務不斷。 Wrapping 和 Steering 的機制分別如下： 正常情況：如圖所示， A、B、C、D 構(gòu)成一個環(huán)網(wǎng)，分為內(nèi)環(huán)和外環(huán)，假設在此種情況下 B->D 的路徑是 B->A->D ，當 A 到 D 之間的鏈路發(fā)生故障時， Wrapping 和 Steering 的處理方式分別如下：如圖所示， B->D 的路徑現(xiàn)在變成 B->A->B->

13、C->D ，亦即從 A 繞路的方式 該方式實現(xiàn)機制簡單，收斂快，但路徑會變長，并且會多占用鏈路帶寬。如圖所示， B->D 的路徑變成直接走另外一個環(huán)，即B->C->D ，即抄近路的方式該方式節(jié)約帶寬、路徑短，但需要收斂時間。這兩種方式都需要有相應的標簽分配機制，目前這方面的標準尚未確定 。雙歸保護網(wǎng)絡中不僅存在鏈路失效，還存在節(jié)點失效，尤其是業(yè)務終結(jié)點失效，此時需要特別的保護倒換技術(shù)來保證業(yè)務及時恢復。PTN 網(wǎng)絡中常用的是 PW 雙歸技術(shù)。相對于G.8131 的同源同宿拓撲，該技術(shù)實現(xiàn)了同源不同宿的保護倒換。如圖， PW2 保護 PW1 ；TUNNEL2 保護 TUNNEL1 ，而 TUNNEL1 承載 PW1；TUNNEL4保護 TUNNEL3 ，而 TUNNEL3 承載 PW2 ； Tunnel 的保護提供了額外的冗余度，而這不是必須的。該保護倒換方式不僅需要傳送設備參與，業(yè)務終結(jié)設備（如 RNC ）也需要參與 與一般的線性保護不同的是，雙歸保護可以保護業(yè)務終結(jié)設備接入鏈路的故障 （包括該設備的板卡故障等） ，在這種情況下，PTN 設備感知相應業(yè)務接