基于分布式的電信級(jí)以太網(wǎng)雙歸保護(hù)技術(shù)

摘要

傳統(tǒng)以太網(wǎng)雙歸保護(hù)是一種由一個(gè)以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)主備兩條鏈路連接到另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的組網(wǎng)和保護(hù)技術(shù)，提高了以太網(wǎng)的可靠性，但是不能適應(yīng)電信級(jí)以太網(wǎng)的分布式組網(wǎng)和新技術(shù)高可靠性要求。本文闡述了基于分布式的電信級(jí)以太網(wǎng)雙歸保護(hù)技術(shù)，研究了該技術(shù)的組網(wǎng)模型、保護(hù)倒換、恢復(fù)切換等關(guān)鍵技術(shù)。

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(jí)技術(shù)，特別是當(dāng)前以太網(wǎng)在電信網(wǎng)中承載了越來(lái)越多的高服務(wù)質(zhì)量電信業(yè)務(wù)，如3G移動(dòng)通信，NGN語(yǔ)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(huì)產(chǎn)生明顯的語(yǔ)音、視頻抖動(dòng)，甚至業(yè)務(wù)掛起或者斷鏈，導(dǎo)致業(yè)務(wù)質(zhì)量無(wú)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(gè)瓶頸。MEF（Metro Ethernet Form，城域以太網(wǎng)論壇）定義了電信級(jí)以太網(wǎng)的概念，可靠性是其必要條件，電信級(jí)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(gè)以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)主、備兩條鏈路連接到另外一個(gè)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(gè)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(kāi)主鏈路的端口，阻塞備鏈路的端口，流量在主鏈路上傳輸（見(jiàn)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(kāi)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(jiàn)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(gè)節(jié)點(diǎn)，保護(hù)倒換動(dòng)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(duì)比較簡(jiǎn)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(gè)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(guò)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(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)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(wú)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(wú)法滿足電信級(jí)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(jí)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(jí)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(duì)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(gè)以太網(wǎng)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)通過(guò)主、備兩條鏈路連接到另外一個(gè)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(gè)節(jié)點(diǎn)，而可能是分布式的多個(gè)節(jié)點(diǎn)甚至為一個(gè)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(jí)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(gè)以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間連接組成一個(gè)以太網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)以太網(wǎng)絡(luò)通過(guò)主、備兩條鏈路與另外一個(gè)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(gè)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(cè)到鏈路故障后，通過(guò)發(fā)送協(xié)議幀的方法通知備鏈路相鄰節(jié)點(diǎn)打開(kāi)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(jiàn)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�義為一個(gè)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(jí)以太網(wǎng)雙歸保護(hù)應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)⒏鼜V，例如兩個(gè)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(gè)PBB（Provider Backbone Bridge，運(yùn)營(yíng)商骨干橋接，標(biāo)準(zhǔn)為IEEE 802.1ah）域之間的NNI接口用分布式電信級(jí)以太網(wǎng)雙歸保護(hù)技術(shù)的組網(wǎng)。