（通信与信息系统专业论文）电信级以太网的保护技术.pdf

i j q h r if iir irl ijf l l frrri f l lf 1 i l l l l i f i r l l f i l y 17 5 9 3 4 4 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：幺f 缆 f 1 期：迎丝。主! 三 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。 本人签名：益! 煎本人签名：与型! ：旦 刷程轹身瞬卜 日期：竺 翌：兰：! 三 日期：丝么：z ! j 鼍 电信级以太网的保护技术 摘要 这些年，电信级以太网引起了设备商和运营商越来越高的重视。 主要是由于近年来网络应用日益丰富，大众和企业网络需求日益扩 展，宽带等新兴互联网和数据多媒体业务渐渐成为电信运营商新的利 润增长点。而且，运营商实施业务转型的同时必然带来网络转型， 目的是实现精细化运营，需要网络从单一业务承载向多业务承载转 型，对承载网多业务承载能力的要求越来越严格，需求也越来越迫切。 这一背景下电信级以太网应运而出。长期以来制约以太网在电信网络 上使用的主要原因之一就是传统以太网在大规模运营时的可靠性问 题。具备保护能力的网络在基础设施，如节点设备和链路等出现故障 时，可以不影响或者尽量少地影响网络的正常使用和业务承载。保护 能力是电信级以太网非常重要的核心能力，是其所以成为“电信级 技术的重要特征。 本文在三个方向进行研究：比较当前流行的电信级以太网保护技 术的应用现状描述、技术特点归纳、和优缺点比较；结合电信级以太 网的o h m 完成g 8 0 3 2 规定的e r p 标准的技术归纳；结合电信级以太 网的o a m 完成e r p 的当前未解决的关键技术的应用背景的研究和技术 解决方案 本文的独特之处在于对电信级以太网的多种主流保护技术进行 了系统的归纳比较，并且对i t u - t 的g 8 0 3 2 多个未解决的问题提出 了独特的技术解决方案。这些技术解决方案完美的体现了电信级以太 网符合用户无感知的故障恢复、低于5 0 m s 的保护倒换标准的可靠性， 拥有功能全面、可扩展、易维护的框架。另外，系统的总结了问题解 决的方法。对于今后的进一步研究有一定的帮助。 关键词：电信级以太网，环网保护，可靠性，g 8 0 3 2 一 - ，叶 v p r o t e ( 翔o nt e c h n o l o g yo fc a r r i e re r h e r n e t n e ，f o r k a b s t r a c t i nr e c e n t y e a r s ，c a r r i e r c l a s se t h e r n e tg a i n si n c r e a s i n g l yh i g h i m p o r t a n c e f r o m e q u i p m e n tm a n u f a c t u r e r sa n do p e r a t o r s ，w h i c hi s m a i n l y d u et ot h e i n c r e a s i n g l y r i c hn e t w o r ka p p l i c a t i o n s ，a n dt h e e x p a n d i h gn e e d so fp u b l i ca n de n t e r p r i s en e t w o r k s b r o a d b a n da n do t h e r n e wi n t e r a c ta n dm u l t i m e d i as e r v i c e sh a sg r a d u a l l yb e c o m en e wp r o f i t p o i n t s o fc a r d e r s m o r e o v e r t h e i m p l e m e n t a t i o n o fb u s i n e s s t r a n s f o r m a t i o nb yo p e r a t o r sw i l la tt h es a m et i m ei n e v i t a b l yb r i n ga b o u t n e t w o r kt r a n s f o r m a t i o n ，o fw h i c ha i mi st oa c h i e v et h er e f i n e m e n to f o p e r a t i o n s t h i sg o a lr e q u i r e sn e t w o r ks e r v i c e s t ot r a n s f o r n lt oa m u l t i s e r v i c eb e a r e rc a r r y i n gf r o mt h es i n g l e s e r v i c eb e a r e r c a r r y i n g a c c o r d i n g t ot h i ss i t u a t i o nc a r d e r c l a s se t h e m e t a p p e a r si np e o p l e se y e s f o ral o n gt i m e ，o n eo ft h em a i nr e a s o n so fr e s t r i c t i o no ft h eu s eo f e t h e m e ti nt h et e l e c o m m u n i c a t i o n sn e t w o r k si sa tt h er e l i a b i l i t yp r o b l e m s o ft r a d i t i o n a le t h e r n e ti nl a r g e s c a l eo p e r a t i o n s w ec a nn o ta f f e c to ra s l i t t l ea sp o s s i b l ei m p a c to nt h en o r m a lu s ea n d o p e r a t i o no fn e t w o r ki ft h e n e t w o r kh a st h e a b i l i t y o f p r o t e c t i o n p r o t e c t i o n i sa v e r y c o r e c o m p e t e n c y o fc a r r i e r - c l a s s e t h e r n e t ，a n d i td o e ss ob e c o m ea ”c a r r i e r - c l a s s t e c h n o l o g y i nt h i s p a p e r ，t h e r ea r et h r e er e s e a r c hd i r e c t i o n s ：c o m p a r i n gt h e c u r r e n tp o p u l a rc a r r i e r c l a s se t h e r n e tt e c h n o l o g ya p p l i c a t i o n s ，i n c l u d i n g t h e d e s c r i p t i o n o f a p p l i c a t i o n ，t e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ，a n d t h e c o m p a r i s o n o ft h e p r o s a n dc o n s c o n c l u d i n gg 8 0 3 2s t a n d a r d s c o m b i n e do fc a r d e r - c l a s se t h e m e to a m p u t t i n gf o r w a r ds o l u t i o n so f e r p sk e yt e c h n o l o g i e st h a ta r en o t c u r r e n t l ya d d r e s s e dc o m b i n a t i o no f c a r r i e r c l a s se t h e r n e to a m t h i sa r t i c l ei su n i q u ei nt h a ti tc o m p a r e sav a r i e t yo fc a r r i e r c l a s s e t h e r n e tt e c h n o l o g y ，a n db r i n g sf o r w a r du n i q u et e c h n o l o g ys o l u t i o n so f m a n yu n r e s o l v e di s s u e si ng 8 0 3 2 t h e s et e c h n i c a ls o l u t i o n sa r ep e r f e c t e m b o d i m e n to ft h el e s st h a n5 0 m sp r o t e c t i o ns w i t c h i n gr e l i a b i l i t yo f c a r r i e r c l a s se t h e r n e t i na d d i t i o n ，t h e s y s t e m s u m m e du pt h e p r o b l e m s o l v i n ga p p r o a c h e s w h i c ha r e c e r t a i n l yh e l p f u l f o rf u t u r e r e s e a r c h k e yw o r d s ：c a r r i e r - c l a s se t h e m e t ，r i n gp r o t e c t i o n ，r e l i a b i l i t y , g 8 0 3 2 目录 第一章课题研究背景1 1 1 电信级以太网概述1 1 2 以太网保护概述1 1 2 1 以太网保护的参考模型2 1 2 2 以太网保护的故障检测方法3 1 3 本文的结构安排3 第二章电信级的以太网o a h 在保护技术上的应用5 2 1 电信级以太网o a m 的概述及需求5 2 2 电信级以太网o a m 的网络模型与架构6 2 3 电信级以太网o a m 的管理方式及消息7 2 3 1 故障管理7 2 3 2 性能管理9 2 3 3 配置管理1 0 2 4 电信级以太网o a m 的应用1 0 第三章电信级以太网环网保护技术1 3 3 1 主流电信级以太网保护技术1 3 3 1 1 链路聚合保护1 3 3 1 2 生成树协议s t p 1 3 3 1 3 快速重路由保护1 3 3 1 4p b t 线性保护1 8 3 1 5 以太网线性保护1 7 3 2 主流以太环网保护技术1 8 3 2 1 弹性分组环1 9 3 2 2 以太网自动保护转换技术2 2 3 2 3 以太环保护技术e r p 2 3 3 3g 8 0 3 2 协议( e r p ) 原理2 4 3 3 1 环保护状态和命令2 4 3 3 2 节点设备中的a p s 功能模块2 4 3 3 3r a p s 帧3 0 3 3 4a p s 的触发3 1 3 3 5 保护转换过程3 3 第四章以太网环网的手动转换功能3 5 4 1 应用背景3 5 4 2 技术解决方案3 5 4 2 1r - a p s 帧格式3 5 4 2 2 优先级逻辑3 6 4 2 3r - a p s 请求处理过程3 7 第五章f d b 重置功能的优化4 0 5 1f d b 重置的规避4 0 5 1 1 应用背景4 0 5 1 2 技术解决方案4 1 5 2 地址学习过程的规避4 1 5 2 1 应用背景4 1 5 2 2 技术解决方案4 1 5 3f d b 重置功能的替代方法4 1 5 3 1 应用背景4 1 5 3 2 技术解决方案4 1 第六章不逆转的恢复模式4 7 6 1 应用背景4 7 6 2 技术解决方案4 7 6 2 1 进入恢复模式前的准备4 7 6 2 2 判断是否进行不逆转的恢复模式4 7 6 2 3 如何进行不逆转的恢复模式4 8 第七章其它e r p 关键技术研究 7 1 双边堵塞5 0 7 1 1 应用背景5 0 7 1 2 技术解决方案5 0 7 2 多环网络5 1 7 2 1 应用背景5 2 7 2 2 技术解决方案5 2 第八章总结与展望科 参考文献跖 附录5 6 1 缩写5 6 2 本文中名词定义5 6 致谢5 7 n 北京邮电人学硕：l 学位论文 第一章课题研究背景 1 1 电信级以太网概述 这些年，电信级以太网引起了设备商和运营商越来越高的重视。主要是由 于近年来网络应用同益丰富，大众和企业网络需求同益扩展，宽带等新兴互联 网和数据多媒体业务渐渐成为电信运营商新的利润增长点。而且，运营商实施 业务转型的同时必然带来网络转型，目的是实现网络的精细化运营，需要网络 从单一业务承载向多业务承载转型，对承载网多业务承载能力的要求越来越严 格，需求也越来越迫切。这一背景下电信级以太网应运而出。 按照m e f 的定义，电信级以太网包括5 个方面的内容： 标准化的业务( 以太网透明专线、虚拟专线、虚拟局域网) ， 可扩展性( 各种以太网业务、1 0 万条以上的业务规模、从1 m 到i o g e ) ， 可靠性( 用户无感知的故障恢复、低于5 0 m s 的保护倒换) ， o o s ( 端到端有保障的业务性能) ， 电信级网络管理( 快速业务建立、o a m 、用户网络管理) 。 其中，本文研究的核心是可靠性。 长期以来制约以太网在电信网络上使用的主要原因之一就是传统以太网 在大规模运营时的可靠性问题。具备保护能力的网络在基础设施，如节点设备 和链路等出现故障时，可以不影响或者尽量少地影响网络的正常使用和业务承 载。保护能力是电信级以太网非常重要的核心能力，是其所以成为“电信级 技术的重要特征。保护技术包括： 链路聚合保护( i e e e 8 0 2 3 a d ) 生成树保护( s t p r s t p m s t p ) 以太环网保护( e a p s g 8 0 3 2 e r p ) 线性保护( g 8 0 3 1 ) 在以上保护技术中，除了链路聚合与生成树技术自愈时间较长外，其它技 术大多可以实现5 0 m s 量级的业务自愈。 1 2 以太网保护概述 北京邮电大学硕上学位论文 1 2 1 以太网保护的参考模型 保护能力是电信级以太网非常重要的核心能力，是其所以成为“电信级” 技术的重要特征。保护能力实际上指的就是网络的自愈能力。具备保护能力的 网络，当节点设备或者链路出现故障的时候，可以尽可能少的影响甚至不影响 网络的正常使用和业务承载。保护功能包括故障检测和保护切换，其中保护切 换又可细分为切换和恢复两个过程。切换是指故障发生后，网络通道从故障资 源切换到保护资源的过程；恢复是指当故障资源修复后，网络通道从保护资源 切换回到原故障资源的过程。 ( 1 ) 时间模型：描述故障及其相关事件的时间序列 根据i t u - tg 8 0 8 1 和m e f2 的定义，与保护事件相关的有两种时间参数： 一是事件发生时刻；二是事件发生时刻之间的间隔或者持续时间。这些参数构 成如图1 - 1 所示的保护时间参考模型。 敞簿微簿切援瓣络致势 发傻检溯掰嫱恢瑟後链 鲥差：| l酣勰秘纳隧射瓣纳 - - m 敞缛黢潮对阿擞铸时棚 网络瞬挽甜隧 娩务援黧时橱 图1 - 1 以太网保护的时间模型 酣细赣 ( 2 ) 资源配置模型：描述不同网络资源的冗余配置方式 正常情况下承载业务的网络资源称为工作资源，而将用于保护的冗余资源 称为保护资源。工作资源和保护资源通常是指在同一网络层次的资源，如都是 物理拓扑层的链路、节点，都是虚电路如v l a n 等，都是i p 路径等。根据保护 资源与工作资源的配置，可定义如图1 - 2 所示的几种保护的资源配置模型。 2 北京邮电大学硕：l ：学位论文 僚拶1 分叉赢 穗1 + i 资源怼戮雅镌 缳护台并斑 f b m ：n 资涿既缆模镬 f c ) l ：n 资藏配镫援爱 ( d l ：l 瓷藩配裁髅攒 图1 - 2 以太网保护的资源配置模型 1 2 2 以太网保护的故障检测方法 常用的故障检测方法有：端口状态检测、自动协商检测、o a m 检测和b f d 检 测等。 端口状态检测是由节点设备通过设备操作系统检测端口硬件故障，或相关 链路故障引起的本地光路信号或电路信号丢失来判断故障的方法。 自动协商检测是利用以太网自动协商机制，判断本地节点、对端节点及它 们之间链路是否发生故障的方法。 o a m 检测是利用o a m 消息及响应，判断本地节点、链路对端节点、路径对端 节点是否发生故障的方法。 b f d 检测是在m p l s 以太网中，通过b f d 消息及响应，判断本地节点、链路 对端节点及路径对端节点是否发生故障的方法，b f d 可以基于一跳检测，也可以 基于一个标签交换路径进行检测。 1 3 本文的结构安排 本文在三个方向进行研究： 1 比较当前流行的电信级以太网保护技术的应用现状描述、技术特点归 3 京邮电大学硕士学位论文 纳、提出作者独特的优缺点分析( 第三章) 2 结合电信级以太网的o a m ( 第二章) 完成g 8 0 3 2 规定的e r p 标准的技术 归纳( 第三章) 3 完成e r p 的当前未解决的关键技术包含以太环网的手动转换功能、 f d b 重置功能的优化、不逆转的恢复模式、双边堵塞模式以及多环网络 五个方面，作者提出了独特完整的技术解决方案( 第四至七章) 4 北京邮电大学硕士学位论文 第二章电信级的以太网o a m 在保护技术上的应用 2 1 电信级以太网o a m 的概述及需求 在城域网和广域网中，存在大量而复杂的用户，而且通常需要多个不同的 运营商网络来协同工作以提供端到端的客户业务。随着以太网技术在运营网络 中应用的不断增加，对其扩展性、可靠性、安全性和可管理性等提出了诸多挑 战。以太网原来主要用于l a n 环境，o a m ( o p e r a t i o n ，a d m i n i s t r a t i o na n d m a n a g e m e n t ，运行、管理和维护) 能力较弱，且只有网元级的管理系统。为了实 现与传统电信级传送网相同的服务水平，各研究团体和标准组织都在积极进行 技术研究和标准制定，使电信级以太网逐步为未来传送网的新选择。其中以太 网o a m 就是研究的重点之一。 根据城域以太网论坛( m e t r oe t h e m e tf o r u m ) 将电信级以太网纵向分成的三 层结构，每层都应该具有自身的o a m 能力。以太网业务层的o a m 功能应独立于上 层应用如i p 层或底层的传输技术如s d h ，这样可以采用不同的技术提供以太网 业务。各层的o a m 功能可以互相增强，并提供良好的故障和性能管理。现在 i e e e 8 0 2 、i t u ts g l 3 1 5 和m e f 等标准组织正紧密合作，不断制定出满足电信 级要求的以太网o a m 新标准，目前工作主要关注的是故障管理和性能管理。 以太网原来主要用于l a n 环境，0 a m 能力较弱，且目前只有网元级的管理系 统，其管理工具不足以支持公用电信网所必须的网络管理。另外，光以太网是 以点到点方式直接相连的，省掉了传输设备，难以提供端到端的业务管理、故 障检测和性能监视，使以太网中发生的故障更难以诊断和修复。以太网可以在 多种不同的服务层上传送，而且它的客户层也是多种多样，非以太网的底层( 服 务层如s d h ) 或高层( 客户层如i p ) 的o a m 功能都不能替代以太网o a m 的功能。为 了在以太网层能确定以太网虚链接( e v e ，e t h e r n e tv i r t u a lc o n n e c t i o n ) 的连 通性，有效地检测、确认并定位出源于以太网层网络内部的故障，并且可以衡 量网络的利用率以及度量网络的性能，从而能根据与用户签订的服务等级规约 ( s l a ) 提供业务，以太网层需要提供一个完全不依赖于任何客户层或服务层的 o a m 机制。这个需求对于电信级以太网的独立发展是至关重要的。 电信级以太网o a m 至少需要满足以下需求： 以太层网络o a m 功能不应该依赖任何特定的服务层或客户层网络。 故障管理。如果出现故障，能检测缺陷、诊断缺陷、定位缺陷，通知网管 5 北京邮电大学硕上学位论文 系统并对该故障采取适当的措施。 自动发现与配置管理。o a m 功能应该简洁而且易于配置，使得它能直接大 范围应用，甚至应用在大型的网络上。 性能管理。可以度量一个e v c 的有效性和网络性能，如丢包率、时延、抖 动等。 o a m 功能应该能可靠地执行，甚至在链路劣化的条件下也能执行。这需要 为o a m 报文提供比特差错修正和检测机制。 支持针对运营商、业务提供商和用户提供分域的o a m 。 2 2 电信级以太网o a m 的网络模型与架构 为了兼容多种技术和多个厂家的设备，实现电信级以太网的统一网管，m e f 提出了电信级以太网的网络管理信息模型( 如图2 - 1 所示) ，并从网络分层、子 网划分、子网拓扑、网络连接四个方面对e m s n m s 接口进行了规范。e m s n m s 接 口将电信级以太网的管理分为两个层次：对网元设备的管理和对网络的管理。 将电信级以太网络划分为多个子网，每个网元管理系统( e m s ) 负责管理本子网内 的网元设备，网络管理系统( n m s ) 不负责管理具体的网元设备。而是通过e m s n m s 接口管理e m s 下的子网。由于呈现给n m s 的是网络，因此可将各种网络资源抽 象后，以统一的方式实现多种网络技术的管理。 图2 - 1 网络级管理架构 在m e f 的规范中，对于e m s - n m s 接口的定义相对中性，只是要求可以相对 成熟的既有网管协议，例如c o r b a 、s n m p 、j a v a 或x m l 等。对于网元管理需求 的第一阶段内容由m e f l 5 给出。电信级以太网需要为不同的组织机构提供不同 的管理维护范围和内容。通常有三种组织会涉及电信级以太网业务：用户( 如专 网用户) 、业务提供商和网络运营商。用户向业务提供商购买以太网业务，业务 提供商可使用他们自己的网络或通过其它运营商网络来提供端到端的以太网业 务。i e e e 、i t u - t 和m e f 统一了一个多域的o a m 网络模型( 如图2 2 所示) ，该模 6 北京邮电人学硕+ 学位论文 型在考虑商业模型时十分有用。电信级以太网被分为用户、提供商和运营商三 个维护等级。分别对应不同的管理域。提供商负责端到端的业务管理，运营商 提供业务传送。 图2 - 2o a b l 的多域网络模型 图2 2 中标示了维护边界点m e p ( m a i n t e n a n c ee n dp o i n t ) 和维护域中间点 m i p ( m a i n t e n a n c ei n t e r m e d i a t ep o i n t ) 的位置。其中m e g ( m a i n t e n a n c ee n t i t y g r o u p ) 是指维护实体群，对于点到点以太网连接，一个m e g 只包含一个维护实 体m e ( m a i n t e n a n c ee n t i t y ) ：m e g 端点表示一个m e g 的端点，它能发起并终结 用于故障管理和性能监控的o a m 帧。o a m 帧和普通以太网流量是区别开来的，但 是却和以太网流量共用相同的转发流程，由此可以监控以太网流量。m e g 中间点 是m e g 的中间节点，能够响应某些o a m 帧，但不会发起o a m 帧，对途经的以太 网流量也不采取任何动作。 在i e e e 8 0 2 1 a g 中所用的维护关联姒( m a i n t e n a n c ea s s o c i a t i o n ) 与m e g 的 内涵一致，其m ae n dp o i n t 和m ai n t e r m e d i a t ep o i n t 分别与i t u - t 的m e p 和 m i p 对应。 2 3 电信级以太网o a m 的管理方式及消息 2 3 1 故障管理 电信级以太网业务级的故障管理主要包含连通性检测功能、环回功能、链 路追踪功能、告警指示、远端故障告警和测试功能等。i e e e 8 0 2 1 a g c f m 和i t u t 的y 1 7 3 1 定义了主动( p r o a c t i v e ) 和按需( o n - d e m a n d ) 的故障管理机制。现已定 义的o a m 故障管理消息包括： 7 北京邮电人学硕 ：学位论文 连续性检查消息 以太网连续性检查功能是一种主动o a m ( p r o a c t i v eo a m ) 功能它可以用于检 测处于一个m e g 中的任一对m e p 间的连续性丢失( l o c ) ，可用于检测两个m e g 之 问的错误连接，也可用于检测在一个m e g 中出现与错误m e p 相连的情况，以及 其他一些缺陷情况。连续性检查消息可应用于故障管理、性能监测或保护倒换。 环回消息 以太网环回功能用于检验一个m e p 与一个m i p ，或者一个m e p 与一个或多个 对等m e p 间的连通性。该功能类似于p i n g 。它是一种按需o a m 功能，通常由管 理者命令发起。i e e e 8 0 2 1 a g c f m 只定义了单播消息，而y 1 7 3 1 定义了单播和多 播两种类型。单播环回检测是一种按需o a m 功能，可用于检验m e p 和m i p 或者 对等m e p 间的双向连通性。同时，也可以在一对对等m e p 间进行双向诊断测试， 比如检验带宽吞吐量，检测比特错误等。多播环回功能用于检验一个m e p 与多 个对等m e p 间的双向连通性。多播环回功能是一种按需o a m 功能。当在一个m e p 上调用多播e t h - l b 功能的时候，该m e p 向多播环回的发起者返回它所检测到的 与其具有双向连通性的对等m e p 的列表。 链路追踪消息 以太网链路跟踪功能是一种按需o a m 功能，可用于以下两个目的： a ) 邻接关系检索链路跟踪功能可以用于识别一个m e p 和一个远端m e p 或m i p 之间的邻接关系检索。为了建立邻接关系，需要得到m i p 和或m e p 的序 列。每个m i p 和或m e p 可通过其m a c 地址来标识。 b ) 故障定位链路跟踪功能可以用于故障定位。当发生故障( 例如链路和 或设备故障) 或者产生转发平面环路时，m i p 和或m e p 的顺序关系很可能与预 期的不同。这种不同的顺序关系就提供了故障位置信息。 告警指示消息 当m e p 检测到连接故障后，将以组播方式通告故障。以太网告警指示功能 主要用于在检测到服务( 子) 层的缺陷情况后向客户( 子) 层通告该以太网通道故 障，同时抑制客户( 子) 层的告警，以免n m s 对同一故障收到大量冗余告警。在 点到点的e v c 情况下，告警指示可以有效确定对端m e p 的不可达。但是在多点 e v c 情况下，难以通过收到的告警指示来判断哪个对端节点失去了连接。此外， 由于生成树协议( s t p ) 提供了独立的恢复能力，因此告警指示功能不用于s t p 环 境中。因此i e e e 8 0 2 1 a g 中不支持告警指示功能。 远端缺陷指示 m e p 使用以太网远端缺陷指示功能通知它的对等m e p 它遇到了一个缺陷情 况。例如信号故障和a i s 等缺陷情况都能导致带有远端缺陷指示信息的帧的发 8 斗 北京邮电大学硕士学位论文 送。只有当以太网连续性检查功能被激活时远端缺陷指示功能才会被使用。由 于在多点e v c 情况下，远端缺陷指示存在与告警指示同样的难以定位故障的问 题，i e e e 8 0 2 1 a g 中不支持远端缺陷指示功能。 锁定信号消息 以太网锁定信号功能用于m e p 向它紧邻的客户层的m e p 通告它的有计划的 管理或者诊断行为。本功能使得客户层m e p 能够区分缺陷情况和服务( 子) 层m e p 进行有计划的管理诊断行为时所可能导致的数据流量中断。其中引起中断的缺 陷情况需要报告，而引起数据流量中断的有计划的行为则不需要报告。该功能 只有y 1 7 3 1 支持。 测试信号消息 以太网测试信号功能用于进行单向按需的中断业务( o u t - o f - s e r v i c e ) 或不 中断业务( i n s e r v i c e ) 诊断测试，其中包括对带宽吞吐量、帧丢失、比特错误 等的检验。当执行这样的测试的时候，m e p 插入具有特定的吞吐量、帧尺寸和发 送模式的带有测试信号信息的帧。该功能只有y 1 7 3 1 支持。 维护通信通道消息 以太网维护通信通道功能用于进行远端维护。维护通信通道功能为一对m e p 提供了一条维护通信通道。该功能只有y 1 7 3 1 支持，但是并未定义具体的应用 和协议。 设备制造商专用和试验用o a m 消息 y 1 7 3 1 专门为设备制造商和试验用o a m 预留了两个操作码。以太网设备制 造商专用的o a m 功能可以由设备制造商在其设备内使用，但是不可以跨越不同 制造商的设备。实验用的o a m 功能可以在一个管理域内临时地使用，但是不可 以跨越不同的管理域。这两种消息都包括一个o u i 字段来标示特定的制造商或 管理域。 利用8 0 2 1 a g 和y 1 7 3 1 可以解决端到端业务管理中的大部分问题，但是有 时候除了链路和节点故障外，其它原因( 如转发表配置错误等) 也会导致业务的 中断。所以链路级管理对于以太网而言是另一个重要的故障管理部分。在这方 面i e e e 8 0 2 3 a h e f m 专门针对点到点的以太网物理链路或仿真链路定义了监视和 排错功能，并且特别推荐其在用户接入网络中使用。e f m 定义的o a m 功能包括设 备发现、链路监视、远端故障指示和远端环回。 2 3 2 性能管理 性能监控功能可以测量各种性能参数用于差错性能测量，现在只有i t u - t 的y 1 7 3 1 定义了性能管理的相关内容。m e f 考虑下一步对于i t u - t 和i e e e 8 0 2 1 9 未涉及的内容进行补充。y 1 7 3 1 只定义点到点e t h 连接的性能参数，对于多点 9 北京邮电大学硕七学位论文 e t h 连接的性能参数需要进一步研究。它基于m e f 制定的以太网业务属性定义了 下述性能参数： 帧丢失率 帧丢失用于描述在点到点e t h 连接中，在时间间隔t 内，丢失的帧数和总 的帧数的比率。其中丢失的帧数是入口e t h 点和收到的报文和出口e t h 点收到 的报文之差。 帧延时 帧延时可以用帧的双向延时表示。双向延时指从源节点发送帧第一个比特 的时间到同一个源节点收到帧的最后一个比特的时间间隔，其中的环回动作由 帧的目的节点完成。 帧延时抖动 帧延时抖动用于测量点到点e t h 连接中，属于同一个服务等级的两个帧之 间的延时抖动。 另外，r f c 2 5 4 4 中定义了一个性能相关的参数：吞吐量。吞吐量是指在没有 丢帧情况下的最大速率，通常是在测试条件下得到。此外，可用性定义不在 y 1 7 3 1 的范围内。不过该标准中相关的机制可以用于可用性测量。 2 3 3 配置管理 m e f 参考帧中继的本地管理接口规范，定义了以太网本地管理接口 ( e - l m i ) 。e - l m i 定位于用户网络接口的o a m 协议，主要工作于用户边缘设备 和提供商网络边缘设备之间。e - l m i 使得业务提供商能够自动配置c e 设备来匹 配所购买的服务。通过e - l m i ，c e 可以自动收到v l a n 到e v c 的映射信息和相应 的带宽与o o s 设置。对c e 设备的自动配置功能不仅减少了业务建立的工作，同 时也减少了业务提供商和企业用户间所需的协调工作。由此，企业用户无需了 解对于c e 设备的配黄，由业务提供商统一配置管理，减少了人为误操作的风险。 此外，e - l m i 还为c e 设备提供e v c 状态信息。因此如果e v c 故障一旦被发现( 如 由8 0 2 1 a g ) ，该业务提供商边缘设备可以通知c e 故障信息，以便快速地倒换接 入路由。 2 4 电信级以太网o a m 的应用 以太网o a m 帧将封装成以太网帧，通过新定义的以太网类型( e t h e r t y p e ) 字 段来标识。o a m 协议数据单元( p d u ) 的帧格式采用统一的帧头封装格式( 如图2 3 所示) 。 1 0 北京邮电人学硕上学位论文 图2 - 3o a m 协议数据单元( p d u ) 的帧格式 其中m e l 标识o a m p d u 所属的m e g l e v e l ，范围从0 到7 。当客户、提供商和 运营商的数据流不能通过e t h 层封装的方法来区分时，就用8 个m e g l e v e l 来区 分嵌套于客户、提供商和运营商角色的o a m 帧。客户，提供商和运营商也可通 过相互协商的方式来修改缺省m e gl e v e l 的分配。o h m 消息类型通过o p c o d e 来 标识。其中0 到3 1 由8 0 2 1 分配，y 1 7 3 1 采用此范围内与8 0 2 1 a g 相同的操作 码来标识连续性检查、环回和链路跟踪消息。3 2 到6 3 由i t us g l 3 来分配，其 唯一定义的性能管理消息采用此范围的操作码来标识。6 4 到2 5 5 预留给i e e e 8 0 2 1 将来使用。各o h m 消息的额外信息通过t l v ( t y p e 、l e n g t h 和v a l u e ) 方式 来表示。 对于o h m 帧的处理和过滤基于以太类型和m e g l e v e l 来进行。o h m 帧的目的 地址可以是多播的，也可以是单播的，具体根据o h m 功能而定，o a m 的源地址则 必须为单播地址。 现在各标准组织所制定的以太网o a m 相关标准从功能和范围上可以分为用 于业务提供商u n i 到u n i 的业务层o h m 、用于运营商的连接性o a m 、用于物理链 路监视的链路级o h m ，以及以太网本地管理接口。这些协议标准互为补充，以期 提供端到端的业务运营管理和维护能力。其体系架构如图2 4 所示。 l衙 i b 曰 i ! ： 1 i 业务层o h ( u n l 9 l ) l 荨1 l 1 i r ：1 明。 i 一。i 。堆接性- _ i 二船 _ -l 3 1 i 1 7 1 1 ，r1 7 【 ij 钮箍。删 i 1 钿| h 。1 li - 吧睫u 月讥 - i l u ij 1 t 71r i r 。 ij- 图2 - 4 电信级以太网o a m 功能的层次架构 各o a m 协议之间虽然有些内容是重叠的，但是只有相互配合使用，才能提 供真正意义上的端到端以太网业务管理。这样在发生故障时才能快速地发现故 北京邮电大学硕上学位论文 障，确认故障，定位故障，通告故障，并采用相应措施及时恢复业务。同时提 供一系列有效的性能管理机制来判定是否满足s l a 的要求。 当然，在实际应用中还存在一些问题。以e - l a n 业务为例，对于有n 个端 点的多点以太网虚连接，则含有n x ( n 1 ) 2 个u n i 对，在如此的数量级下，性 能监视会遇到极大的扩展性问题和性能瓶颈，此外m e p 和m i p 的指配和发现等 还需要进一步研究。 北京邮电大学硕上学位论文 第三章电信级以太网环网保护技术 3 1 主流电信级以太网保护技术 3 1 1 链路聚合保护 链路聚合保护通常只用于点到点之间的局部保护，可以应用于以太网交换 机之间、交换机和路由器之间以及交换机与服务器主机之间。本地链路聚合保 护又分为两种方式：链路层聚合和物理层聚合。 物理层聚合由i e e e 8 0 2 3 a d 定义，是在i e e e8 0 2 3 以太网层次参考模型中 m a c 层与m a c 客户层之间实现的功能。 l a g ( 链路汇聚) 功能在两个设备之间存在多条链路，用于带宽的灵活扩展、 链路的快速保护及负载均衡。但启用l a g 的所有链路都必须具有相同的链路速 率，并都开启全双工。l a g 均衡功能是基于以太网帧的颗粒度实现的。 物理层聚合由i e e e 8 0 2 3 a h 定义，是位于i e e e 8 0 2 3 以太网层次参考模型 中p h y 层和m a c 层之间实现的功能。i e e e 8 0 2 3 a h 定义了比较复杂的以太网帧的 分片及重组功能。理论上，物理层聚合提供了节点设备间多链路更快的保护及 效率更高的负载均担功能。 3 1 2 生成树协议s i p 生成树协议是普通以太网交换机一项重要的技术，i e e e8 0 2 1 d 、i e e e 8 0 2 1 w 和i e e e8 0 2 1 s 分别定义了生成树协议、多生成树协议和快速生成树协 议。生成树协议的主要功能：一是利用生成树算法，在以太网中，创建一个以 某台交换机的某个端口为根的生成树，避免环路；二是在以太网络拓扑发生变 化时，通过生成树协议达到收敛保护的目的。 生成树协议有以下缺点：一是浪费网络资源，由于生成树要避免环路，因 而需要阻塞某些网络端口，在拓扑高度冗余的情况下，网络资源的浪费是非常 严重的；二是生成树收敛速度慢，通常在几十秒，即使是快速生成树协议，收 敛时间也需几秒；三是在网络拓扑复杂的情况下，生成树协议的重新收敛使转