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以太网弹性技术及发展
jiang_0514 发表于 2009/5/11 12:44:46 603 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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摘要
网络弹性已成为分组承载网络的关键技术之一，本文讨论了以太网保护协议基本机制，介绍了环网保护标准的最新进展，同时研究了目前标准中尚未解决的问题，探讨了环网保护技术的发展趋势。
1 引言
随着以太网等数据技术向传统电信领域的渗透，分组和传输技术在相互交融中得到快速发展。PBB-TE等电信级以太网技术(Carrier Ethernet )和MPLS-TE分组传送网技术（Packet Transport Network）也加快了标准化进程，并推动着高带宽（100GE）和WDM多层多域(Multi-Layer Multi-Region)控制技术的发展，这些都成为当前分组承载网的热点技术。除了带宽和控制面以外，另一项重要的特性——网络弹性也日益成为重要关键技术之一。这是因为一方面传统的传输网络向着分组化方向发展，将原有的网络保护特征带到分组技术中，分组传送网（PTN）仍希望拥有和SDH光网络一样的高可靠的快速保护特性；而另一方面，传统的数据厂商开始增加网络保护功能，通过达到50ms倒换时间的要求，满足电信级以太网（Carrier Ethernet）的应用特征。
对于网络弹性来说，任何一种保护技术，越是简单可靠，其大量应用的机会就越高。虽然在数据领域，最简单的保护可以采用链路聚合协议，对于复杂拓扑，也可以应用生成树协议（STP），但由于STP状态跃迁的缓慢，收敛时间较长，虽然RSTP对此进行了改进，缩短收敛时间，但生成树协议仍无法达到电信级的倒换时间要求。起源于SDH网络，并适合光纤部署的以太环网保护技术，则能完成快速倒换以满足电信级要求，日益显示出其应用前景。
2 标准的进展
最早Extreme 公司在2003年就提出了EAPS保护技术，并在IETF发布了RFC3619，虽然只是报告（Informational）性质而不是标准，但采用Hello帧等简单的以太网故障检测机制和相对简单灵活且易于实现的保护倒换协议，早期被一些设备制造商在一些汇聚网络上商用，并在此基础上不断改进。随着技术的发展，后期各个厂家又衍生出多个私有的技术，比如ZESR，RRPP，ERP，MSR等以太网保护技术，但这些技术并不能互通。
为了满足城域网和汇聚网络的以太网保护要求，标准化需求开始变的比较迫切。在国内，2006年CCSA开始了以太环网标准化的初期研究工作，目前已经在CCSA已经完成以太环网研究报告，继续开始正式标准的制订。
在国际标准方面，ITU-T的SG15工作组，在EOT框架基础上，开展了对以太网的保护研究，并制定了两个标准：G.8031，即关于以太网线形保护（Ethernet Linear Protection Switching）；G.8032，关于以太网环路保护（Ethernet Ring Protection Switching）。
G.8031定义了1+1双向，1+1单向和1：1双向在反转（Revertive）和非反转（Non-Revertive）模式下的线性保护切换。G.8031在2006年6月公布了正式版本，随后进行了一系列的修订，其中2007年10月的第一次修订版本已经发布，最近的一次修订在2008年2月的ITU-T SG15全会上被批准。
G.8032定义了环拓扑的以太网自动保护切换机制。ITU-T从2006年2月立项开始研究，在2008年3月成功发布了第一个版本，这个发布的版本比较简单并具有较好的可靠性。G.8032的第一个版本发布后，获得了很多厂商和运营商的关注，一些运营商表示将来建设城域网络考虑采用G.8032。
3 以太环网保护技术介绍
环网保护是要对一个以太网环拓扑进行自动保护。在正常状态下，要在环网内设置阻塞链路，以防止成环。当其他链路发生故障时间，这段阻塞链路打开，流量倒换到环上的另一侧路径从而进行倒换保护。在G.8032 中，这段链路并称为环路保护链路（Ring Protection Link，RPL)，负责阻塞这段链路的节点称之为RPL拥有节点（RPL Owner)。
3.1 基本保护机制
G.8032定义了2种状态，空闲态（Idle state）及保护状态（Protecting state）。前者是在没有故障时的正常工作状态，后者是检测到链路发生故障后切换到保护的状态。自动倒换保护是由以太网OAM的CC检测到故障触发的。故障消息的传递和倒换的控制协议的传递是采用自动保护倒换通道（APS Channel）中进行的。当故障恢复时，G.8032为了保证对倒换的稳定性，定义了一个恢复定时器(WTR)，RPL拥有节点在收到故障告警恢复消息后，必须等待WTR耗尽时才倒换回去，即在重新阻塞RPL前等待一段延时，确定环网倒换稳定。
如图1所示，状态迁移和保护倒换的步骤如下：
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图1 环网保护基本机制图1 环网保护基本机制 |
（1）正常状态下环路处于空闲态（Idle）
◆所有的节点在物理拓扑上以环的方式连接。
◆环路保护协议通过阻塞RPL链路，确保不会成环(Loop)，比如图1中A，B节点间的链路为RPL。
◆相临节点对每条链路都使用的以太网OAM中的CC帧进行监视。
◆采用Y.1731定义的信号故障（SF)类型触发环路保护倒换，这些故障包括连接性丢失或者服务层故障。
（2）当链路发生故障时启动自动保护倒换（Protecting State）
◆由于故障相临的节点检测到时链路故障。
◆与故障链路相临的节点对故障链路进行阻塞，并使用R-APS(SF)消息向环上的其他节点报告故障。如图1中E，D间链路故障，E和D分别向环网上各个节点发送R-APS(SF)消息。
◆R-APS(SF)消息触发RPL拥有节点打开RPL端口。R-APS(SF)消息还触发所有的节点进行FDB刷地址，然后节点进入保护状态（Protecting）。
（3）故障恢复时的倒换
◆当故障恢复时，故障相邻的节点继续保持阻塞状态，并发送R-APS(NR)消息，表示没有本地故障请求（No Request)。
◆当RPL拥有节点收到第一个R-APS(NR)消息后，开始启动WTR定时器。
◆当WTR定时器耗尽后，RPL拥有节点阻塞RPL，并发送R-APS(NR，RB)消息。
◆其他节点收到这个消息后，刷新FDB，发送R-APS(NR)消息的那个节点停止周期性发送消息，并打开原先阻塞的端口。
◆链路节点回到空闲状态（Idle）。
3.2 自动保护协议
自动保护协议消息（Ring APS Messages，R-APS）定义了两种基本消息：链路故障消息R-APS (SF)和链路恢复消息R-APS(NR)。在R-APS(NR)消息中，对于RPL拥有节点，RPL拥有者节点在指示其阻塞RPL端口时发R-APS(NR，RB)。
R-APS消息由Y.1731 OAM的公共区域进行定义。R-APS通过APS通道在环上传输，这是一个用于控制的VLAN通道，每个节点在二层网络的转发层对R-APS消息直接向下一个节点转发，保证了快速倒换达到50ms的要求。
根据G.8032对R-APS进行的定义（见图2），Version G.8032 v1版本定义为0；OpCode定义为40；Flags，“00000000”环保护的节点忽略这个值。对于图2中R-APS Specific Information区域的定义了图3所示的信息。其中：
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图2 R-APS消息格式 |
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图3 R-APS中的特有信息 |
（1）Request/Status(4bits)：“1011”=SF；“0000”=NR；Other=将来用；
（2）Status RB(1bit)：当RPL阻塞的时候设置为1（在NR消息中由RPL拥有节点使用)；
（3）Status DNF(1bit)：如果不需要刷新FDB，则设为1(将来使用)；
（4）NodeID (6octets)：消息源节点的MAC Address(作为Informational)；
（5）Reserved1(4bits)，Status Reserved(6bits)，Reserved2(24octets)：将来扩展用。