《電子技術應用》
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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。
關鍵詞: 以太网 网络 电信
Abstract:
Key words :

  1  引言
        以太網的應用范圍逐漸擴大,正迅速地從局域網向城域網甚至廣域網等大范圍的組網技術發展,成為一種電信級技術,特別是當前以太網在電信網中承載了越來越多的高服務質量電信業務,如3G移動通信,NGN語音,IPTV視頻等,當網絡出現故障不能迅速恢復時,就會產生明顯的語音、視頻抖動,甚至業務掛起或者斷鏈,導致業務質量無法滿足需求,因此低可靠性已經成為以太網發展的一個瓶頸。MEF(Metro
        Ethernet Form,城域以太網論壇)定義了電信級以太網的概念,可靠性是其必要條件,電信級以太網雙歸保護技術也隨之應運而生。
    2  雙歸保護技術
    2.1  傳統的以太網雙歸保護

        傳統的以太網雙歸保護通常定義為由一個以太網節點通過主、備兩條鏈路連接到另外一個網絡區域的組網和保護技術,主要原理為:在以太網節點上引入雙歸組網,即以太網雙歸節點,當以太網雙歸節點和其他區域的網絡連接時,該節點和其他區域網絡之間建立兩條鏈路,其中一條為主鏈路,另外一條為備鏈路,該雙歸節點成為一個雙歸保護域。當主鏈路和備鏈路都完好時,雙歸節點打開主鏈路的端口,阻塞備鏈路的端口,流量在主鏈路上傳輸(見圖1a);當主鏈路出現故障時,雙歸節點阻塞主鏈路的端口,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  傳統的以太網雙歸保護
        這種傳統的以太網雙歸組網技術的雙歸保護域中只有一個節點,保護倒換動作只在該節點進行,因此也稱為集中式雙歸保護。集中式雙歸的組網模型相對比較簡單靈活,保護倒換時間在50ms以內,特別適用于城域網中的接入層網絡,因此在接入網中得到了廣泛的應用。集中式雙歸的組網中,每個雙歸節點都有兩條鏈路與其它網絡區域連接,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。當網絡中雙歸節點過多時,鏈路資源的浪費很大,而且網絡中鏈路連接復雜,使得以太網經濟簡單的優勢大為減少。此外,當雙歸節點本身故障時,該節點無法保護倒換,所承載的業務將全部丟失,可靠性較低。因此,集中式雙歸的組網模型主要適用于節點比較少,鏈路資源比較豐富并且可靠性不是很高的網絡,無法滿足電信級的大規模分布式網絡和高可靠性要求。
     2.2  分布式的電信級以太網雙歸保護
         (1)雙歸保護概念的擴展
         為了滿足電信級以太網的分布式網絡規模大、可靠性要求高的要求,對傳統的以太網雙歸保護概念進行了擴展,定義雙歸保護為由一個以太網區域網絡通過主、備兩條鏈路連接到另外一個網絡區域的組網和保護技術,因此雙歸域不再限定為單個節點,而可能是分布式的多個節點甚至為一個網絡云,由此引入了多節點和多網絡層次的分布式電信級以太網雙歸保護。
        (2)分布式多節點雙歸保護
        分布式多節點雙歸的組網模型中,多個以太網節點之間連接組成一個以太網絡,這個以太網絡通過主、備兩條鏈路與另外一個網絡區域相連接。多節點雙歸網絡與外部連接的主、備鏈路、多節點雙歸網絡的內部節點和鏈路組成了一個雙歸保護域。當雙歸保護域中的鏈路都為完好時,備鏈路相鄰的節點阻塞備鏈路的端口;當雙歸保護域中出現鏈路故障時,故障鏈路相鄰的節點檢測到鏈路故障后,通過發送協議幀的方法通知備鏈路相鄰節點打開原先阻塞的備鏈路的端口。
        分布式多節點雙歸的組網中,備鏈路還可以選擇為雙歸保護域內部節點之間的連接鏈路,這樣使得雙歸保護域中節點同其他網絡區域通信時,不同節點的流量從不同的路徑傳輸,分散了鏈路的負擔(見圖2)。
                              圖2  分布式多節點雙歸保護組網模
         進一步擴大雙歸保護域的范圍,甚至能夠將其定義為一個能夠傳輸以太網數據和雙歸保護協議幀的網絡云,分布式電信級以太網雙歸保護應用的領域將更廣,例如兩個網絡區域之間的NNI(Network to Network Interface,網絡間接口)接口保護等,圖3所示為兩個PBB(Provider Backbone Bridge,運營商骨干橋接,標準為IEEE802.1ah)域之間的NNI接口用分布式電信級以太網雙歸保護技術的組網。
                  圖3  NNI的雙歸保護組網模型
        在分布式多節點以太網雙歸保護技術中,多個以太網節點共享了主備鏈路,有效地節省了鏈路資源,當網絡中節點較多時,整體的組網結構比較簡單和統一,因此能夠支持較大規模的以太網組網。當雙歸保護域中出現節點故障時,其他節點會進行保護倒換,流量繞過故障節點保持連通,只有通過故障節點接入的流量會受到影響,提高了整個雙歸網絡的保護可靠性。
        (3)分布式多網絡層次雙歸保護
        隨著以太網的規模越來越大,網絡層次化的需求越來越多,單獨的集中式雙歸組網和分布式多節點雙歸組網技術都難以應對這些組網需求,因此進一步引入分布式多網絡層次的雙歸組網。
        圖4所示的是分布式多網絡層次的雙歸組網模型示意圖,其中包括了集中式雙歸組網和分布式多節點雙歸組網技術的綜合應用。每層雙歸組網之間各自進行保護倒換,不需要協議的互通。當每層網絡的鏈路正常時,分別阻塞各自的備鏈路;當某個雙歸組網的鏈路出現故障時,本雙歸域打開備鏈路,形成新的通信路徑,其他層次的雙歸網絡不需要感知這個故障,對網絡故障的影響范圍進行了隔離,簡化了不同層次網絡之間的耦合性。
                  圖4  分布式多網絡層次的雙歸組網模型
        在分布式多網絡層次的雙歸組網模型中,集成了集中式雙歸和分布式多節點雙歸技術的優點,并引入了層次化的概念,使得網絡之間容易隔離,安全性更好,有效控制廣播域,提高了以太網的組網能力,適應于大規模的城域以太網,因此能夠廣泛應用于電信級以太網的各個層次組網。
    2.3  分布式以太網雙歸保護的關鍵技術
        傳統的集中式以太網雙歸保護中,雙歸域只有單個節點,保護倒換時只需要在本地完成,不需要和其他節點進行協商,實現比較簡單。而在分布式電信級以太網雙歸保護技術中,雙歸域中有多個節點,節點之間需要通過協議來相互請求事件,并且切換時間要求低于50ms。
        (1)保護倒換
        在分布式電信級以太網雙歸組網中,當雙歸保護域中的節點檢測到雙歸保護域內的鏈路出現故障,或者收到保護倒換請求(如手工切換、強行切換命令)時,檢測到保護倒換請求的雙歸節點啟動保護倒換進程。
        檢測到保護倒換請求的雙歸節點還需要通知其他節點進行保護倒換,首先阻塞自身的故障端口或者保護倒換指定端口,接著打開自身的其他非故障端口,然后通過發送保護倒換協議幀,通知其他節點保護倒換。為了防止協議幀丟失,通常該節點需要持續地發送協議幀,其他節點收到保護倒換協議幀后,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生了變化,雙歸保護域中的每個節點還需要刷新地址表,然后流量會重新廣播和地址學習,建立新的傳輸路徑,完成保護倒換過程。故障保護倒換的流程如圖5所示。
                   
                  圖5  故障保護倒換的流程圖
        (2)恢復切換
        當雙歸保護域的鏈路處于故障狀態,或者已經收到保護倒換請求進行倒換后,如果出現故障恢復或者保護倒換命令清除事件,則需要進行恢復切換。在分布式電信級以太網雙歸保護技術中,有兩種切換模式,即反轉模式和非反轉模式。
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