基于G.8032的二層以太環(huán)網(wǎng)兩點故障保護方案研究

侯建棟，劉 林，王德京

（1.西南交通大學信息科學與技術學院，成都610031；2. 邁普通信公司，成都610041）

以太網(wǎng)從誕生至今已有二十幾個年頭，而環(huán)網(wǎng)保護標準無疑是以太網(wǎng)標準中最有特色的、發(fā)展道路最坎坷的，但同時是最有發(fā)展前景的一種標準?，F(xiàn)如今有兩種標準在以太環(huán)網(wǎng)保護領域里起主導作用：EAPS和G.8032標準[4]。EAPS可以滿足電信級的50 ms的切換要求，但EAPS很快就被發(fā)現(xiàn)并不適用于實際部署，它只能檢測單向鏈路，只能支持單環(huán)拓撲，近年來EAPS已經(jīng)逐漸退出歷史舞臺。

G.8032標準應運而生，G.8032以太環(huán)網(wǎng)標準吸取了EAPS、RPR、STP等眾多環(huán)網(wǎng)保護技術的優(yōu)點，且優(yōu)化了檢測機制，可以檢測雙向故障，支持多環(huán)、多域的結構，在實現(xiàn)50 ms倒換的同時，支持主備、負荷分擔多種工作方式，成為了以太環(huán)網(wǎng)技術最新的成熟標準[3]。新標準對于單點故障檢測、保護切換游刃有余，但是對于兩點或多點故障的保護切換就有所疏漏。本文提出了一種基于G.8032標準多環(huán)情況下的兩點故障檢測及保護切換的機制。

1 G.8032單點故障保護方案

本論文的研究對象是由若干交換機組成的以太環(huán)網(wǎng)。在每個環(huán)網(wǎng)中，人為選定一個主節(jié)點，主節(jié)點旁邊的鏈路選為備用鏈路，如圖1中，當鏈路正常時，主節(jié)點阻塞備用鏈路，以免各個交換機節(jié)點形成環(huán)路從而形成網(wǎng)絡風暴。當某一個鏈路（圖2中為B和C節(jié)點之間的鏈路）出現(xiàn)故障時，故障鏈路兩端的節(jié)點B和C就會向外廣播鏈路故障消息（SF），主節(jié)點收到鏈路故障消息（SF）后開通備用鏈路，因為故障鏈路而阻塞的數(shù)據(jù)通過開通的備用鏈路到達目的節(jié)點，備用鏈路開通后各個節(jié)點又可以正常的通信。當故障鏈路恢復時，故障鏈路相鄰的節(jié)點就會廣播故障恢復報文，當主節(jié)點收到故障恢復報文時，就會阻塞備用鏈路，又恢復到正常的狀態(tài)[1]。

多環(huán)的情況與單環(huán)類似，圖3是多環(huán)的正常情況下的狀態(tài)。節(jié)點ABCDE所在的環(huán)為主環(huán)，節(jié)點123所在的環(huán)為子環(huán)，CD兩個節(jié)點連接子環(huán)和主環(huán)，CD稱為互聯(lián)節(jié)點，子環(huán)和主環(huán)都有自己的主節(jié)點和備用鏈路，各自對自己所在的環(huán)進行保護[2]。

圖1 單環(huán)正常狀態(tài)圖

圖2 單環(huán)保護狀態(tài)

圖3 多環(huán)正常狀態(tài)

2 互聯(lián)節(jié)點兩端的兩點故障的故障保護和恢復方法

G.8032規(guī)定了在環(huán)網(wǎng)上一點故障的保護和恢復方法。卻沒有明確規(guī)定2點故障的保護方法，這就使得一旦出現(xiàn)了2點或2點以上的故障，環(huán)上的某些節(jié)點就不可能進行數(shù)據(jù)交換，現(xiàn)在以一個多環(huán)為例，如圖4，在主環(huán)上節(jié)點CD之間的鏈路和節(jié)點DE之間的鏈路各出現(xiàn)一處故障，依照原來的規(guī)定，若只通過主環(huán)通信，B和D之間的通信鏈路被完全阻斷，因此，BD兩個節(jié)點不能實現(xiàn)通信。本文提出了一種在互聯(lián)節(jié)點兩端的兩段鏈路上各有一處故障的保護和恢復方法。

圖4 多環(huán)情況下主環(huán)上兩點故障的保護狀態(tài)

2.1 保護基本規(guī)則

當主環(huán)上互聯(lián)節(jié)點兩端的鏈路（如：圖5中，DEABC之間的鏈路和CD之間的鏈路）各有一處故障時，不能通信的主環(huán)上的兩點通過子環(huán)進行通信。

圖5 兩點故障發(fā)生

2.2 兩點故障的檢測方法

在以前規(guī)定的基礎上增加了3種消息，分別負責兩點故障的檢測、通知以及故障恢復的通知，它們分別是EDGE-HEALTH，MAJOR-FAULT和MAJOR-RESUME。如圖5，主環(huán)上的兩個互聯(lián)節(jié)點C和D，其中一個互聯(lián)節(jié)點C周期的通過兩個端口向另一個互聯(lián)節(jié)點D發(fā)送健康檢測報文EDGE-HEALTH，如果D收到C發(fā)來的健康檢測報文則表明在互聯(lián)節(jié)點兩側的鏈路（DEABC之間的鏈路和DC之間的鏈路）上至少有一側沒有發(fā)生故障，如果D沒有收到C發(fā)來的健康檢測報文，則互聯(lián)節(jié)點兩側的鏈路都發(fā)生了故障（至少各有一處故障），圖中CD和ED之間鏈路各有一處故障，所以D收不到C發(fā)來的EDGE-HEALTH消息。

2.3 保護切換

當D收不到C發(fā)來的EDGE-HEALTH消息時，如圖6，互聯(lián)節(jié)點D就會向子環(huán)的主節(jié)點發(fā)送MAJOR-FAULT消息，子環(huán)的主節(jié)點收到MAJORFAULT消息后，打開子環(huán)的備份鏈路。

圖6 兩點故障保護切換

2.4 保護期間主環(huán)上的數(shù)據(jù)流向

在保護切換期間，主環(huán)上不能通信的兩個節(jié)點通過子環(huán)進行通信，如圖7，當主環(huán)上CD與DE之間的鏈路斷開時，從B到D的數(shù)據(jù)通過BC123D這條鏈路進行通信，也就是借助于子環(huán)進行通信。

2.5 故障恢復

當某一處故障恢復后，一個互聯(lián)節(jié)點就會收到來自另一個互聯(lián)節(jié)點EDGE-HEALTH消息，此時，該互聯(lián)節(jié)點就會向子環(huán)發(fā)送MAJOR-RESUME消息，子環(huán)的主節(jié)點收到MAJOR-RESUME消息后就會阻塞備用鏈路。如圖8，當節(jié)點DE之間的故障恢復后，D就會收到C發(fā)來的EDGE-HEALTH消息，同時D會向子環(huán)的主節(jié)點2發(fā)送MAJORRESUME消息，2收到消息后阻塞備用鏈路。

圖7 兩點故障情況下通信

圖8 兩點故障恢復

2.6 數(shù)據(jù)Vlan的設置

每個環(huán)上分別設有控制vlan和數(shù)據(jù)vlan，控制vlan中流通控制消息，包括故障通知消息（SF）及本文新增的EDGE-HEALTH，MAJOR-FAULT和MAJOR-RESUME。數(shù)據(jù)vlan中流通用戶的數(shù)據(jù)。因為不同vlan之間的數(shù)據(jù)不能夠互通，而兩點保護時，主環(huán)上的數(shù)據(jù)又要經(jīng)過子環(huán)進行傳輸，子環(huán)上的交換機節(jié)點也要對主環(huán)的交換機節(jié)點進行尋址[5]，所以，主環(huán)和子環(huán)的數(shù)據(jù)vlan要相互覆蓋，例如：在主環(huán)上設置數(shù)據(jù)valn1和數(shù)據(jù)vlan2，子環(huán)也要分別設置有數(shù)據(jù)vlan1和數(shù)據(jù)vlan2，其中數(shù)據(jù)vlan1是主環(huán)的數(shù)據(jù)vlan，數(shù)據(jù)vlan2是子環(huán)的數(shù)據(jù)vlan，在正常狀態(tài)下，主環(huán)上互聯(lián)節(jié)點連接子環(huán)的端口對數(shù)據(jù)vlan1進行阻塞，這樣在正常狀態(tài)下，主環(huán)上的數(shù)據(jù)只通過主環(huán)而不通過子環(huán)傳輸，在出現(xiàn)以上情況的兩點故障時，主環(huán)上互聯(lián)節(jié)點連接子環(huán)的端口就會開通vlan1，主環(huán)上的數(shù)據(jù)就會通過子環(huán)來傳輸。

3 結束語

本文提出了一種基于G.8032兩點保護的方案。該方案在主環(huán)上互聯(lián)節(jié)點兩端鏈路各有一處故障時可以使主環(huán)無阻礙的通過子環(huán)進行通信。這種兩點故障解決辦法，增加了一定的檢測機制，使得環(huán)網(wǎng)可以檢測到環(huán)網(wǎng)上互聯(lián)節(jié)點兩端都有故障的情況，增強了G.8032環(huán)網(wǎng)保護的可靠性，該方案已經(jīng)已經(jīng)在某公司的交換機上得到了應用，兩點故障保護效果顯著，可以有效的增強以太環(huán)網(wǎng)的可靠性，該方案已經(jīng)申請專利，專利申請?zhí)?01010565694.5。

[1] ITU-TG.8032-2008， Ethernet ring protection switching[S] .2010, 3,1.

[2] G.8032 Amendment 1-2009，Ethernet ring protection switching[S] .2010, 3,1.

[3] 徐榮，龔倩，鄧春勝. 電信級以太網(wǎng)[M] . 北京：人民郵電出版社，2009：100-261.

[4] 曹敏，張屆新. 電信級以太環(huán)網(wǎng)若干問題探討[J] . 電信科學，2007，9（10）：64-66.

[5] 馬鈺璐. 電信級以太網(wǎng)的保護技術[J] . 電信科學，2007，10（10）：60-64.