瑞斯康达保护倒换技术白皮书

1、瑞斯康达保护倒换技术白皮书1.1保护倒换技术原理故障检测机制保护倒换机制能够在发生故障时迅速切换到备份路径上，首先能够及时发现故障，亦即故障检测机制。目前常用的故障检测机制有以下几种：a） 物理层检测方法，直接检测物理端口的状态、接收光功率等；b） 链路层 OAM 检测方法，如 802.3ah，可以通过 link event 等来检测；c）业务层 OAM ，如 Y.1731 等，可以通过检测业务存活状态来检测，关于业务层 OAM ，请参阅瑞斯康达 CFM 技术白皮书源宿协商机制对于 1+1 单向保护倒换来说，源宿不存在协商问题，源端永久将流量发送到主备链路上。对于其他保护倒换类型来说，存在源宿

2、协商的问题，源端需要切换流量至备用链路，并将这个切换通知宿端，宿端需要选择在哪条链路上接收，并把这个信息也通知到源端。目前一般采用 APS（Auto Protection Switch 自动保护倒换）协议， APS 协议可以承载在多种 PDU 上。 APS 协议定义了正常状态消息，故障状态消息，故障恢复消息，定时器超时消息、管理员指令等多种消息类型，这些消息有优先级高低的区分。APS通过自身算法来计算应该采取的动作。下文提到的多种具体保护倒换技术都采用了APS 协议。护倒换方案，当底层网络已经实施保护倒换之后，其客户层网络不需要实施保护倒换；分域的情况与之类似。b) WTR （wait to

3、restore ），该定时器的作用是在返回模式下，检测到故障恢复后，须等待一定时间再返回主用链路。其防止了网络不稳定导致的频繁切换。c) Guard Timer ，该定时器是在环网保护中，防止因为循环发送而导致收到过时消息，在该定时器时效内不处理保护倒换协议消息d) 其他定时器种类请参阅相关标准1.2 保护倒换技术优势保护倒换技术是一种提高网络可靠性的手段，通过及时对故障的检测以及流量的切换、 源宿节点的协商， 保证业务在出现故障时能够快速得到修复，电信级的保护倒换技术可以保证业务中断时间不超过50ms，使得业务损伤降到最低。2. 保护倒换的典型技术不同的网络技术适用各种不同的具体的保护倒换技

4、术。链路聚合 LAG链路聚合（Link aggregation /LAG）是一种端口级的冗余技术，它通过将多个物理端口聚合为一个逻辑端口来提供额外的冗余性或更高的带宽，这些物理端口的工作模式必须是一样的。LAG 是一项点到点的技术 ，亦即必须在直接相邻的两个以太网设备之间启用。其所遵从的标准是 802.3ad。LAG 方式不保证 50ms保护倒换时间 。LAG技术关键点如下：LAG 保护模式（静态或手工）LAG 有两种工作模式：静态模式和手工模式， 在静态模式下，两端启用LACP协议进行协商；手工方式下，由管理员指定聚合端口。在任何情况下，两端的配置必须一致。负载分担方式LAG 可以工作在负担

5、分担方式下， 该方式下每个聚合组最多可以有 16 个端口，流量在组内的端口上通过一定的算法进行分配，实现带宽的聚合功能。 常用的分配算法有根据源或者目的 MAC 分配、根据源或者目的 IP 分配，根据源或者目的 TCP/IP 端口号进行分配。当组内某端口发生故障时， 分配算法会进行调整， 将流量分配给组内剩余端口，同样可以提供网络冗余，恢复业务的正常发送。非负载分担方式该方式下端口之间是n:1 保护的方式，初始状态下业务流量全部在主用链路上发送， 备用链路空闲， 当主用链路发生故障时， 聚合组其余端口就选出一条承载流量。该方式业务倒换速度更快。 一般典型应用是 1：1.G.8031G.8031

6、 是 ITU 定义的以太网业务 级线性保护 倒换协议，又叫ELPS （ Ethernet Linear Protection Switch）。 该协 议使用CFM（ connectivity fault management 连接性故障管理，是一种二层以太网 OAM 协议）协议检测业务状态， 并通过 Y.1731 的 PDU 来承载其协议报文，实现源宿的协商。 G.8031 是一项端到端的技术，亦即保护的源宿端不必是直接相邻的，工作和保护链路上都可以有其他设备。 G.8031 主要原理如下：保护模型G.8031 保护的是基于 VLAN 的业务，其采用端口事件和 CFM 进行故障检测。 G.80

7、31 采用 Y.1731 的 PDU 来承载 APS 协议报文，其用一步模式进行源宿协商， 支持返回和非返回模式， 支持单向和双向1+1 或双向 1:1。协议报文始终在？备用链路？上发送。在稳定状态下，协议报文以较慢的频率发送（5s），而当状态发生变化，如链路故障或管理员进行保护倒换相关操作时，为了提高可靠性， 防止报文丢失、 实现快速倒换，该状态变化的协议报文以较快频率（3.3ms）连续发送3 个。事件处理G.8031c 处理来自三种事件：a)本地的事件如本地故障、管理员指令等；b)对端的事件，也就是协议报文所携带的消息；c)定时器超时触发，如上文提到的 hold off timer 以及

8、WTR 。 G.8031 不断地接收这三类事件， 通过协议计算出本端所应完成的动作。典型场景本节试图举例说明 G.8031 保护倒换的过程，具体细节请参阅相关标准。该场景是非返回模式的 1:1 双向倒换：a) 宿端检测到故障，切换自己的发送和接收链路，并将检测到的故障通知源端b) 源端收到故障通知，切换发送和接收链路c) 进入稳定状态后，源宿按照上文提及的 5s 的频率发送稳定状态协议消息，但该消息内容与链路无故障状态时不一样d) 故障清除时，源宿互相发送故障清除但不切换的协议报文，流量不切换G.8032 是 ITU定义的 以太网业务 级环网保护 倒换协议，又叫ERPS（Ethernet Ri

9、ng Protection Switch）。与 G.8031 类似，该协议使用 CFM 协议检测业务状态， 并通过 Y.1731 的 PDU 来承载其协议报文，实现源宿的协商。与 G.8031 不同的是，环网本身在网络架构上就提供了冗余度，G.8032 所提供的保护倒换方式是首先将一段链路阻塞，这样环网从逻辑上就成为了一个线性网络，而当网络中发生故障时， 再将被阻塞的链路启用，这样仍然可以保证网络之间各点的连通性，使得业务能够正常转发。G.8032 最初设计的时候只支持单环， 如今最新的标准已经可以支持相切环、相交环等多种复杂拓扑。G.8032 同样存在返回模式的区分，其返回模式是指当故障消失

10、后，原被阻塞链路再次被阻塞， 故障链路投入使用； 其非返回模式是指当故障消失后， 原阻塞链路不阻塞， 故障链路保持断开状态， 亦即网络的逻辑连接在故障恢复前后不发生变化。协议机制G.8032 同样采用 CFM 来检测链路故障，并且通过 Y.1731 的 PDU来携带其协议报文在环上的节点，每两个之间要配置一对MEP 来监测它们之间链路状态。稳定情况下，只有环的主节点发送G.8032 协议报文，当发生状态变化时，发生变化的节点要发送协议报文。与G.8031 类似，稳定状态下报文发送周期是5s，而状态发生变化时的发送周期是 3.3ms。线性保护PTN 网络中的线性保护倒换， 又称之为 G.8131

11、，是 MPLS-TP 网络中的保证网络高可靠性的协议。其与G.8031 非常相似，从检测机制，协议交互，都是参考了G.8031 的实现。所不同的是其所保护的是 PTN 的端到端业务， 一般是 LSP 层或 PW 层，其检测机制依赖的是 MPLS-TP 的 OAM ，即，而其自身协议报文的封装也是采用的 PDU，封装了 APS 协议消息。G.8131 同样支持 1+1 和 1:1，在 1+1 单向的情况下，不需要协议报文的参与。环网保护和 G.8131 不同的是， PTN 的环网保护并没有参考 G.8032 环网保护的实现，而是采用了 Wrapping 和 Steering 的机制。 由于 PT

12、N 是采用基于标签的转发方式， 所以标签就代表了转发路径， 不需要通过阻塞路径来防止环路， 而当故障发生时， 原先经过该故障链路的路径就不通了，这时采用将业务从反方向发送出去， 并且打上相应的标签，就可以保证业务不断。 Wrapping 和 Steering 的机制分别如下： 正常情况：如图所示， A、B、C、D 构成一个环网，分为内环和外环，假设在此种情况下 B->D 的路径是 B->A->D ，当 A 到 D 之间的链路发生故障时， Wrapping 和 Steering 的处理方式分别如下：如图所示， B->D 的路径现在变成 B->A->B->

13、C->D ，亦即从 A 绕路的方式 该方式实现机制简单，收敛快，但路径会变长，并且会多占用链路带宽。如图所示， B->D 的路径变成直接走另外一个环，即B->C->D ，即抄近路的方式该方式节约带宽、路径短，但需要收敛时间。这两种方式都需要有相应的标签分配机制，目前这方面的标准尚未确定 。双归保护网络中不仅存在链路失效，还存在节点失效，尤其是业务终结点失效，此时需要特别的保护倒换技术来保证业务及时恢复。PTN 网络中常用的是 PW 双归技术。相对于G.8131 的同源同宿拓扑，该技术实现了同源不同宿的保护倒换。如图， PW2 保护 PW1 ；TUNNEL2 保护 TUNNEL1 ，而 TUNNEL1 承载 PW1；TUNNEL4保护 TUNNEL3 ，而 TUNNEL3 承载 PW2 ； Tunnel 的保护提供了额外的冗余度，而这不是必须的。该保护倒换方式不仅需要传送设备参与，业务终结设备（如 RNC ）也需要参与 与一般的线性保护不同的是，双归保护可以保护业务终结设备接入链路的故障 （包括该设备的板卡故障等） ，在这种情况下，PTN 设备感知相应业务接