《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于分布式的电信级以太网双归保护技术
来源:电信网技术
摘要: 传统以太网双归保护是一种由一个以太网节点通过主备两条链路连接到另外一个网络区域的组网和保护技术,提高了以太网的可靠性,但是不能适应电信级以太网的分布式组网和新技术高可靠性要求。本文阐述了基于分布式的电信级以太网双归保护技术,研究了该技术的组网模型、保护倒换、恢复切换等关键技术。
關(guān)鍵詞: 以太网 网络 电信
Abstract:
Key words :

  1  引言
        以太網(wǎng)的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大,正迅速地從局域網(wǎng)向城域網(wǎng)甚至廣域網(wǎng)等大范圍的組網(wǎng)技術(shù)發(fā)展,成為一種電信級技術(shù),特別是當(dāng)前以太網(wǎng)在電信網(wǎng)中承載了越來越多的高服務(wù)質(zhì)量電信業(yè)務(wù),如3G移動通信,NGN語音,IPTV視頻等,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障不能迅速恢復(fù)時(shí),就會產(chǎn)生明顯的語音、視頻抖動,甚至業(yè)務(wù)掛起或者斷鏈,導(dǎo)致業(yè)務(wù)質(zhì)量無法滿足需求,因此低可靠性已經(jīng)成為以太網(wǎng)發(fā)展的一個瓶頸。MEF(Metro
        Ethernet Form,城域以太網(wǎng)論壇)定義了電信級以太網(wǎng)的概念,可靠性是其必要條件,電信級以太網(wǎng)雙歸保護(hù)技術(shù)也隨之應(yīng)運(yùn)而生。
    2  雙歸保護(hù)技術(shù)
    2.1  傳統(tǒng)的以太網(wǎng)雙歸保護(hù)

        傳統(tǒng)的以太網(wǎng)雙歸保護(hù)通常定義為由一個以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通過主、備兩條鏈路連接到另外一個網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的組網(wǎng)和保護(hù)技術(shù),主要原理為:在以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)上引入雙歸組網(wǎng),即以太網(wǎng)雙歸節(jié)點(diǎn),當(dāng)以太網(wǎng)雙歸節(jié)點(diǎn)和其他區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)連接時(shí),該節(jié)點(diǎn)和其他區(qū)域網(wǎng)絡(luò)之間建立兩條鏈路,其中一條為主鏈路,另外一條為備鏈路,該雙歸節(jié)點(diǎn)成為一個雙歸保護(hù)域。當(dāng)主鏈路和備鏈路都完好時(shí),雙歸節(jié)點(diǎn)打開主鏈路的端口,阻塞備鏈路的端口,流量在主鏈路上傳輸(見圖1a);當(dāng)主鏈路出現(xiàn)故障時(shí),雙歸節(jié)點(diǎn)阻塞主鏈路的端口,打開備鏈路的端口,流量切換到備鏈路上傳輸,形成新的傳輸路徑(見圖1b)。

                  圖1  傳統(tǒng)的以太網(wǎng)雙歸保護(hù)
        這種傳統(tǒng)的以太網(wǎng)雙歸組網(wǎng)技術(shù)的雙歸保護(hù)域中只有一個節(jié)點(diǎn),保護(hù)倒換動作只在該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行,因此也稱為集中式雙歸保護(hù)。集中式雙歸的組網(wǎng)模型相對比較簡單靈活,保護(hù)倒換時(shí)間在50ms以內(nèi),特別適用于城域網(wǎng)中的接入層網(wǎng)絡(luò),因此在接入網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。集中式雙歸的組網(wǎng)中,每個雙歸節(jié)點(diǎn)都有兩條鏈路與其它網(wǎng)絡(luò)區(qū)域連接,通常情況下,只有一條鏈路可用于傳輸流量,鏈路的利用率較低。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中雙歸節(jié)點(diǎn)過多時(shí),鏈路資源的浪費(fèi)很大,而且網(wǎng)絡(luò)中鏈路連接復(fù)雜,使得以太網(wǎng)經(jīng)濟(jì)簡單的優(yōu)勢大為減少。此外,當(dāng)雙歸節(jié)點(diǎn)本身故障時(shí),該節(jié)點(diǎn)無法保護(hù)倒換,所承載的業(yè)務(wù)將全部丟失,可靠性較低。因此,集中式雙歸的組網(wǎng)模型主要適用于節(jié)點(diǎn)比較少,鏈路資源比較豐富并且可靠性不是很高的網(wǎng)絡(luò),無法滿足電信級的大規(guī)模分布式網(wǎng)絡(luò)和高可靠性要求。
     2.2  分布式的電信級以太網(wǎng)雙歸保護(hù)
         (1)雙歸保護(hù)概念的擴(kuò)展
         為了滿足電信級以太網(wǎng)的分布式網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、可靠性要求高的要求,對傳統(tǒng)的以太網(wǎng)雙歸保護(hù)概念進(jìn)行了擴(kuò)展,定義雙歸保護(hù)為由一個以太網(wǎng)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)通過主、備兩條鏈路連接到另外一個網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的組網(wǎng)和保護(hù)技術(shù),因此雙歸域不再限定為單個節(jié)點(diǎn),而可能是分布式的多個節(jié)點(diǎn)甚至為一個網(wǎng)絡(luò)云,由此引入了多節(jié)點(diǎn)和多網(wǎng)絡(luò)層次的分布式電信級以太網(wǎng)雙歸保護(hù)。
        (2)分布式多節(jié)點(diǎn)雙歸保護(hù)
        分布式多節(jié)點(diǎn)雙歸的組網(wǎng)模型中,多個以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間連接組成一個以太網(wǎng)絡(luò),這個以太網(wǎng)絡(luò)通過主、備兩條鏈路與另外一個網(wǎng)絡(luò)區(qū)域相連接。多節(jié)點(diǎn)雙歸網(wǎng)絡(luò)與外部連接的主、備鏈路、多節(jié)點(diǎn)雙歸網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)和鏈路組成了一個雙歸保護(hù)域。當(dāng)雙歸保護(hù)域中的鏈路都為完好時(shí),備鏈路相鄰的節(jié)點(diǎn)阻塞備鏈路的端口;當(dāng)雙歸保護(hù)域中出現(xiàn)鏈路故障時(shí),故障鏈路相鄰的節(jié)點(diǎn)檢測到鏈路故障后,通過發(fā)送協(xié)議幀的方法通知備鏈路相鄰節(jié)點(diǎn)打開原先阻塞的備鏈路的端口。
        分布式多節(jié)點(diǎn)雙歸的組網(wǎng)中,備鏈路還可以選擇為雙歸保護(hù)域內(nèi)部節(jié)點(diǎn)之間的連接鏈路,這樣使得雙歸保護(hù)域中節(jié)點(diǎn)同其他網(wǎng)絡(luò)區(qū)域通信時(shí),不同節(jié)點(diǎn)的流量從不同的路徑傳輸,分散了鏈路的負(fù)擔(dān)(見圖2)。
                              圖2  分布式多節(jié)點(diǎn)雙歸保護(hù)組網(wǎng)模
         進(jìn)一步擴(kuò)大雙歸保護(hù)域的范圍,甚至能夠?qū)⑵涠x為一個能夠傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)和雙歸保護(hù)協(xié)議幀的網(wǎng)絡(luò)云,分布式電信級以太網(wǎng)雙歸保護(hù)應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)⒏鼜V,例如兩個網(wǎng)絡(luò)區(qū)域之間的NNI(Network to Network Interface,網(wǎng)絡(luò)間接口)接口保護(hù)等,圖3所示為兩個PBB(Provider Backbone Bridge,運(yùn)營商骨干橋接,標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.1ah)域之間的NNI接口用分布式電信級以太網(wǎng)雙歸保護(hù)技術(shù)的組網(wǎng)。
                  圖3  NNI的雙歸保護(hù)組網(wǎng)模型
        在分布式多節(jié)點(diǎn)以太網(wǎng)雙歸保護(hù)技術(shù)中,多個以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)共享了主備鏈路,有效地節(jié)省了鏈路資源,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)較多時(shí),整體的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較簡單和統(tǒng)一,因此能夠支持較大規(guī)模的以太網(wǎng)組網(wǎng)。當(dāng)雙歸保護(hù)域中出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)故障時(shí),其他節(jié)點(diǎn)會進(jìn)行保護(hù)倒換,流量繞過故障節(jié)點(diǎn)保持連通,只有通過故障節(jié)點(diǎn)接入的流量會受到影響,提高了整個雙歸網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)可靠性。
        (3)分布式多網(wǎng)絡(luò)層次雙歸保護(hù)
        隨著以太網(wǎng)的規(guī)模越來越大,網(wǎng)絡(luò)層次化的需求越來越多,單獨(dú)的集中式雙歸組網(wǎng)和分布式多節(jié)點(diǎn)雙歸組網(wǎng)技術(shù)都難以應(yīng)對這些組網(wǎng)需求,因此進(jìn)一步引入分布式多網(wǎng)絡(luò)層次的雙歸組網(wǎng)。
        圖4所示的是分布式多網(wǎng)絡(luò)層次的雙歸組網(wǎng)模型示意圖,其中包括了集中式雙歸組網(wǎng)和分布式多節(jié)點(diǎn)雙歸組網(wǎng)技術(shù)的綜合應(yīng)用。每層雙歸組網(wǎng)之間各自進(jìn)行保護(hù)倒換,不需要協(xié)議的互通。當(dāng)每層網(wǎng)絡(luò)的鏈路正常時(shí),分別阻塞各自的備鏈路;當(dāng)某個雙歸組網(wǎng)的鏈路出現(xiàn)故障時(shí),本雙歸域打開備鏈路,形成新的通信路徑,其他層次的雙歸網(wǎng)絡(luò)不需要感知這個故障,對網(wǎng)絡(luò)故障的影響范圍進(jìn)行了隔離,簡化了不同層次網(wǎng)絡(luò)之間的耦合性。
                  圖4  分布式多網(wǎng)絡(luò)層次的雙歸組網(wǎng)模型
        在分布式多網(wǎng)絡(luò)層次的雙歸組網(wǎng)模型中,集成了集中式雙歸和分布式多節(jié)點(diǎn)雙歸技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),并引入了層次化的概念,使得網(wǎng)絡(luò)之間容易隔離,安全性更好,有效控制廣播域,提高了以太網(wǎng)的組網(wǎng)能力,適應(yīng)于大規(guī)模的城域以太網(wǎng),因此能夠廣泛應(yīng)用于電信級以太網(wǎng)的各個層次組網(wǎng)。
    2.3  分布式以太網(wǎng)雙歸保護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)
        傳統(tǒng)的集中式以太網(wǎng)雙歸保護(hù)中,雙歸域只有單個節(jié)點(diǎn),保護(hù)倒換時(shí)只需要在本地完成,不需要和其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)商,實(shí)現(xiàn)比較簡單。而在分布式電信級以太網(wǎng)雙歸保護(hù)技術(shù)中,雙歸域中有多個節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)之間需要通過協(xié)議來相互請求事件,并且切換時(shí)間要求低于50ms。
        (1)保護(hù)倒換
        在分布式電信級以太網(wǎng)雙歸組網(wǎng)中,當(dāng)雙歸保護(hù)域中的節(jié)點(diǎn)檢測到雙歸保護(hù)域內(nèi)的鏈路出現(xiàn)故障,或者收到保護(hù)倒換請求(如手工切換、強(qiáng)行切換命令)時(shí),檢測到保護(hù)倒換請求的雙歸節(jié)點(diǎn)啟動保護(hù)倒換進(jìn)程。
        檢測到保護(hù)倒換請求的雙歸節(jié)點(diǎn)還需要通知其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)倒換,首先阻塞自身的故障端口或者保護(hù)倒換指定端口,接著打開自身的其他非故障端口,然后通過發(fā)送保護(hù)倒換協(xié)議幀,通知其他節(jié)點(diǎn)保護(hù)倒換。為了防止協(xié)議幀丟失,通常該節(jié)點(diǎn)需要持續(xù)地發(fā)送協(xié)議幀,其他節(jié)點(diǎn)收到保護(hù)倒換協(xié)議幀后,打開非故障端口,使得流量可以從原先的備鏈路通過。由于流量的傳輸路徑發(fā)生了變化,雙歸保護(hù)域中的每個節(jié)點(diǎn)還需要刷新地址表,然后流量會重新廣播和地址學(xué)習(xí),建立新的傳輸路徑,完成保護(hù)倒換過程。故障保護(hù)倒換的流程如圖5所示。
                   
                  圖5  故障保護(hù)倒換的流程圖
        (2)恢復(fù)切換
        當(dāng)雙歸保護(hù)域的鏈路處于故障狀態(tài),或者已經(jīng)收到保護(hù)倒換請求進(jìn)行倒換后,如果出現(xiàn)故障恢復(fù)或者保護(hù)倒換命令清除事件,則需要進(jìn)行恢復(fù)切換。在分布式電信級以太網(wǎng)雙歸保護(hù)技術(shù)中,有兩種切換模式,即反轉(zhuǎn)模式和非反轉(zhuǎn)模式。
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