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摘要
介紹了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)快速收斂的相關(guān)協(xié)議以及引起收斂的原因，IXIA正在申請專利的集成在IxNetwork產(chǎn)品中TrueView網(wǎng)絡(luò)收斂時間測試技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)的差異。
1 引言
收斂（Convergence）描述了網(wǎng)絡(luò)從故障恢復(fù)以及網(wǎng)絡(luò)變更的方式。現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通過提供冗余或備用路徑來應(yīng)對預(yù)期的網(wǎng)絡(luò)故障。故障倒換是指網(wǎng)絡(luò)自動檢測服務(wù)中斷和調(diào)整并切換到備用路徑的過程。重路由的信息流重新歸并到無故障路徑某點時，傳輸網(wǎng)絡(luò)即發(fā)生了收斂。與之相反，故障倒回則是指修復(fù)服務(wù)中斷后網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)至初始鏈路的過程。
圖1描述了一個“客戶端”計算機請求從“服務(wù)器”獲得信息所經(jīng)過的大型網(wǎng)絡(luò)的很小部分。這些信息正常情況下由路由器R1，R2，主鏈接和路由器R3轉(zhuǎn)發(fā)。想像一下，如果主鏈接可能因物理切斷，路由器R3故障，網(wǎng)絡(luò)過載或其他原因而中斷的情況。路由器R2將首先發(fā)送連接中斷通知，由于和“客戶端”沒有其他連接，連接中斷將會反饋到路由器R1。路由器R1查找到“客戶端”的備用路徑，并找到通過路由器R4，R6，備用鏈接和路由器R3連接的路徑。網(wǎng)絡(luò)信息流在下面這條路徑上轉(zhuǎn)發(fā)。路徑收斂于路由器R3，首次服務(wù)中斷到路由器R3重新恢復(fù)全部流量轉(zhuǎn)發(fā)之間的間隔時間就是收斂時間。
圖1 故障恢復(fù)過程示意圖
從技術(shù)上而言，所有受影響路由從主路徑切換到備用路徑后網(wǎng)絡(luò)路由收斂才會視為完成。
2 網(wǎng)絡(luò)收斂時間測試方案
2.1 實現(xiàn)快速收斂的協(xié)議介紹
在OSI模型的第2層，如果出現(xiàn)鏈接故障或網(wǎng)絡(luò)變更，STP，RSTP，MSTP和LDP/RSVP-TE等交換協(xié)議便會提供流量重定向機制。如果出現(xiàn)鏈接或網(wǎng)絡(luò)故障，第3層的RIP，OSPF，ISIS和BGP等路由協(xié)議有能力重路由IP流量。這些傳統(tǒng)技術(shù)需要數(shù)秒方可完成，實際時間取決于其所處理網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和復(fù)雜性。下一代網(wǎng)絡(luò)要求快得多的恢復(fù)時間，以滿足其高可用性要求。為實現(xiàn)快速故障倒換時間，眾多擴展協(xié)議和新協(xié)議已被使用。這些協(xié)議包括：
（1）平滑無中斷重啟：路由器向鄰近路由器發(fā)送其正在重啟路由過程的消息，并要求鄰近路由器在其重啟期間繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。
（2）虛擬路由器冗余協(xié)議(VRRP)：定義并宣告一個“虛擬的”路由器為網(wǎng)關(guān)，兩個或更多路由器為該網(wǎng)關(guān)提供服務(wù)。
（3）MPLS快速重路由：本地網(wǎng)絡(luò)保護恢復(fù)機制。每條LSP均受備用路徑保護。此機制滿足實時應(yīng)用要求，可以達到SONET環(huán)路不到50ms的恢復(fù)時間。
（4）雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測：一種簡單、高速的HELLO協(xié)議，可提供低開銷、短期（低至1ms）的路徑故障檢測。
（5）OAM/CFM鏈接：提供以太網(wǎng)鏈接和服務(wù)故障檢測和隔離。CFM可以完成低至10ms的服務(wù)中斷檢測的時間。
（6）協(xié)議計時器設(shè)置：網(wǎng)絡(luò)通常使用路由協(xié)議的相對低速的HELLO機制，在硬件沒有發(fā)送求助信號時檢測故障。許多計時器均可以調(diào)低以減少反應(yīng)時間。
服務(wù)提供商在服務(wù)等級協(xié)議(SLA)中向企業(yè)客戶保證其服務(wù)的可靠性級別，通常為99.999%。這聽起來毫無價值，但99.999%可靠性保證意味著一年中斷累計時間超過5min。此項極富挑戰(zhàn)性的要求導致網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商實施多項功能，最大限度地縮短故障時間，加快收斂時間。
受故障倒換影響的不僅僅是路由協(xié)議。路由器還需要轉(zhuǎn)發(fā)大量流量，同時執(zhí)行服務(wù)質(zhì)量(QoS)和其他策略。信息服務(wù)器和負載均衡設(shè)備必須對付丟棄的包文和連接的沖擊。因此，收斂測試必須在網(wǎng)絡(luò)流量模仿用戶真實負載的環(huán)境中進行。
2.2 網(wǎng)絡(luò)中斷的原因
網(wǎng)絡(luò)連接中斷的原因有很多，從明顯的電源故障或線路切斷到設(shè)備配置錯誤，或軟件錯誤和升級導致的故障。以下的討論旨在調(diào)查不同網(wǎng)絡(luò)堆棧等級造成或發(fā)生的故障。
（1）第1層——物理層中斷
導致物理層網(wǎng)絡(luò)中斷的故障范例包括：
●斷電。即使是短暫的停電也會導致故障發(fā)生。
●線路切斷。瞬時故障可視為線路切斷所致。
●設(shè)備故障�？赡苁请娫垂收�，損壞的內(nèi)存，CPU插件故障或接口插件故障所致。
SONET網(wǎng)絡(luò)包括此類故障的內(nèi)置保護部件，但以太網(wǎng)沒有此類內(nèi)置保護部件。雖然物理網(wǎng)絡(luò)連接擁有許多可行的選擇，但以太網(wǎng)將作為下一代網(wǎng)絡(luò)選擇的要素顯而易見。無論以太網(wǎng)鏈接使用的是銅線還是光纖，物理層設(shè)備(PHY)的管理界面只提供最低的鏈接故障可見度。至于網(wǎng)絡(luò)接口方面，鏈接要么接上，要么沒有接上。有效監(jiān)測鏈接狀況必須用到如OAM鏈接等更高級別的協(xié)議。
（2）第2層——數(shù)據(jù)連接層中斷
交換機是第2層最常見的設(shè)備。導致第2層故障的原因可歸類如下：
●容量。MAC地址數(shù)目達到容量極限。
●環(huán)境。環(huán)境過熱可導致設(shè)備無法正常運行。
●硬件/軟件故障。如果沒有妥善規(guī)劃并測試，IT網(wǎng)絡(luò)操作人員移動、添加和更改軟、硬件均會誘導硬件或軟件故障。
●事件。認證問題（例如802.1x）、互操作性或配置錯誤。
故障發(fā)生的方式各種各樣，包括流量泛濫或突降、流量受損、連接中斷、高延時以及低性能、導致性能下降的間歇性流量突降、網(wǎng)絡(luò)連接受限。
數(shù)據(jù)鏈接層使用的大多數(shù)協(xié)議均沒有提供連接故障檢測機制。舉例來說，ARP協(xié)議被用于映射主機MAC地址到第3層IP地址，但是如果ARP失效，便沒有任何恢復(fù)機制了。
有幾種協(xié)議可解決第2層的故障，其中包括生成樹，鏈接OAM，服務(wù)OAM，MPLS/RSVP-TE和BFD。STP，RSTP和MSTP等以太網(wǎng)生成樹協(xié)議用于為交換網(wǎng)絡(luò)提供冗余。這要求網(wǎng)絡(luò)管理員仔細配置，以取得最佳性能，但仍然不會迅速收斂。
目前，有許多新協(xié)議正在加以標準化，以實現(xiàn)50ms或用時更少的收斂時間。目前，可用的快速故障檢測和恢復(fù)的協(xié)議包括第2層（鏈接OAM，服務(wù)OAM，RSVP-TE快速重路由）和第3層（OSPF快速發(fā)送HELLO，雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測BFD，虛擬路由器冗余協(xié)議VRRP）。
這些協(xié)議旨在檢測故障，但通常需要與其他路由協(xié)議搭配使用，才能完成故障恢復(fù)。
