CN100471145C - 一种自动保护倒换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自动保护倒换方法，适用于基于链路状态的域内路由选择协议所建立的转发路径，包括建立网络的保护路径；当网络链路发生故障时，修改转发帧的帧头信息；再根据帧头信息对帧进行转发，对于帧头信息表示正常状态的帧，按照正常的路径转发，对于帧头信息表示需要进行保护倒换的帧，则按照保护路径转发。本发明对转发帧提供了快速的保护倒换，可在检测节点直接进行保护倒换，而所有的后续数据帧可得到保护，只要目的节点仍然存在，数据帧就可转发到目的地；另外本发明实现了对数据业务的毫秒级保护，其保护倒换时间与故障检测时间相当，并且不需要引入新的协议或对现有路由选择协议进行修改。

Description

一种自动保护倒换方法
技术领域
本发明涉及通讯领域，具体地说，涉及数据传输过程中物理通道发生故障时的自动保护倒换方法，更进一步地说，涉及基于链路状态的路由选择协议所建立的转发路径的自动保护倒换方法。
背景技术
众所周知，在数据传输过程中，帧(也称作包)一般需经过大量的节点前往目的地。如果帧的转发路径是无连接的，并且由路由选择协议建立，则每个节点根据帧头及路由数据库的信息做出转发决策。路由数据库通常由域内路由选择协议和域间路由选择协议建立。
当一个帧前往目的地时，会经过大量的自治域。在每个自治域内，采用域内路由选择协议将帧引向目的地。目前有两种域内路由选择协议，一种是基于距离向量的路由选择协议，如路由信息协议RIP；一种是基于链路状态的路由选择协议，如开放的最短路径优先协议OSPF、国际标准组织OSI提出的一种域内路由协议IS-IS。对于基于链路状态的域内路由选择协议，路由信息数据库包含了域的详细拓扑信息。
在目前的网络中，转发路径均是由路由选择协议建立的。如果网络内部发生任何故障，则停止转发帧，重新计算路由数据库。通常数据设备检测到业务端口发生故障时，一方面通知路由选择协议计算新的路径，一方面停止在此端口上转发帧，当协议为转发帧找到新的路径时，业务才能够恢复。而为了重新计算路由数据库，需要共享网络中节点的大量信息。这样，网络从单个故障恢复需要耗费数分钟、甚至数十分钟的时间。而随着数据业务的更快发展，对网络故障恢复的时间要求越来越短，如IP技术，目前这种网络的性能是远远不够的。因此，迫切需要有一种能够直接在检测节点进行保护倒换，而不需要重新计算路由数据库的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种自动保护倒换方法，在网络发生故障时，无需重新计算路由数据库，可直接在检测节点进行保护倒换，降低故障恢复时间。
本发明所述自动保护倒换方法，应用于数据传输设备，包括：建立网络的保护路径；当网络链路发生故障时，修改转发帧的帧头信息；再根据帧头信息对帧进行转发，对于帧头信息表示正常状态的帧，按照正常的路径转发，对于帧头信息表示需要进行保护倒换的帧，则按照保护路径转发，其中所述建立网络的保护路径进一步包括以下步骤：对网络的拓扑图进行环分解的步骤；进行ST编号，使每个节点得到一个ST序号的步骤；和建立S到T路径以及T到S路径的步骤；
其中所述对网络的拓扑图进行环分解的步骤进一步包括：建立最小生成树的步骤；确定最小生成树的根的步骤；对最小生成树预排序的步骤；
其中所述进行ST编号的步骤进一步包括：确定S节点和T节点，S节点是指位于环分解基本环上具有最小节点ID的节点，T节点是指环分解基本环上与S节点相邻的节点中节点ID最小的节点；环分解简单回路中的所有节点作为ST编号序列表的初始值，其顺序从S节点开始，沿较长的路径，在T节点结束；对于其他任意简单路径，已有两个节点位于序列表上，将任意简单路径上所有的节点加入ST编号序列表中，顺序从较小ST编号的节点开始，到另一个具有较大ST编号的节点为止；最后序列表上的节点按顺序编号形成ST序号，其中给定顶点的ST序号是给定顶点的有序表中的下标序号；
其中，在网络链路正常时，帧沿标准路径进行转发；如果标准路径由于故障而无法使用，则采用保护路径：S到T路径或T到S路径；
其中所述帧头信息包括3个比特的附加信息：
S到T路径比特：如果转发节点接收到设置了S到T路径比特的帧，则该帧将沿S到T路径转发；
T到S路径比特：如果转发节点接收到设置了T到S路径比特的帧，则该帧将沿T到S路径转发；
转移路径比特：如果在T节点上设置转移路径比特，则采用T到S路径，设置T到S路径比特，清除S到T路径比特；如果在S节点上设置转移路径比特，则将采用S到T路径，设置S到T路径比特，清除T到S路径比特；在T节点或S节点，如果路径转移完成，则清除路径转移比特。
本发明自动保护倒换方法提供了快速保护倒换，当检测到网络出现故障时，可在检测节点进行保护倒换，而所有的后续数据帧可得到保护，只要目的节点仍然存在，数据帧就可转发到目的地。本发明适用于基于链路状态的域内路由选择协议，特别是采用Dijkstra算法计算转发路径的OSPF和IS-IS协议所建立的转发路径。本发明实现了对数据业务的毫秒级保护，其保护倒换时间与故障检测时间相当，并且不需要引入新的协议或对现有路由选择协议进行修改，因此使得数据设备的业务承载能力得到极大提高，一方面满足了用户对高可靠性业务的需求，另外也可将非突发的非包业务建立在数据设备的基础上。总之，本发明解决了长期以来在数据传输过程中存在的弱点，提高了数据设备的可靠性，扩展了应用范围。
附图说明
图1是本发明所述方法的流程图；
图2是本发明实施例应用的网络的拓扑图；
图3是本发明所述建立保护路径的流程图；
图4是本发明实施例的最小生成树示意图；
图5是本发明实施例的求根树示意图；
图6是本发明实施例的经过排序后最小生成树示意图；
图7是本发明实施例的非树边线的环序号分配示意图；
图8是本发明实施例的树边线的环序号分配示意图；
图9是图2所示网络进行环分解的示意图；
图10是本发明实施例的节点ST序号示意图；
图11是本发明实施例的S到T的转发路径示意图；
图12是本发明实施例的T到S的转发路径示意图；
图13是本发明帧头的格式示意图；
图14是本发明链路故障时对帧的处理流程示意图；
图15是本发明所述转发帧的流程示意图；
图16是图15中采用普通转发表的流程示意图；
图17是图15中采用T到S转发表的流程示意图；
图18是图15中采用S到T转发表的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。
众所周知，当帧以逐级跳的模式沿由OSPF或IS-IS路由协议建立的路由路径转发时，在节点或链路故障时的保护倒换过程很长，时间达到分钟级，并且在保护倒换过程中，所有的帧将丢失。现有技术在进行保护倒换时，在更多的数据帧转发前，需要重新汇聚路由选择协议，这样也大大增加了倒换时间。
本发明提出了一种新的自动保护倒换方法，通过建立网络的保护路径对帧的转发提供快速保护，本发明在帧头设置了三个专用于保护倒换的比特，以确定帧转发决策，并在链路故障时，将帧交换到保护路径上。本发明还提出了两个特殊的节点：S节点和T节点，有关这两个节点的内容将在图10中介绍。
本发明所述方法的流程图如图1所示。首先，建立网络的保护路径；该保护路径可以在网络的链路状态达到稳定时或者根据管理指令来建立。其次，当链路发生故障时，修改转发帧的帧头信息；最后根据帧头信息对帧进行转发，对于帧头信息表示正常状态的帧，按照正常的路径转发，对于帧头信息表示需要进行保护倒换的帧，则按照保护路径转发。
图2至图18以实施例的形式给出了详细的说明。为便于说明本发明，首先对以下假设进行简述：
1)假设网络的每个节点拥有一个节点ID，该节点ID通过链路状态传播到其他路由器，如基于链路状态的域内路由选择协议所建立的链路。
2)当单个节点或链路发生故障时，网络不会丧失连接性。
本发明实施例的网络拓扑图的结构如图2所示，图中带圆圈的序号表示节点，节点间的边线表示链路。该网络具有10个节点，分别是节点0、节点1、节点2、......节点8和节点9，并且网络是简单图，即没有并行的边线，且至少为2顶点连通。
由于本发明是通过建立一条保护路径来实现帧转发的保护倒换的，因此如何建立保护路径是本发明的基础。如图3所示为本发明建立保护路径的流程示意图，首先对网络的拓扑图进行环分解，包括建立最小生成树；确定最小生成树的根；对最小生成树的预排序；对非树边线分配环序号；对树边线分配环序号。其次在环分解后，进行ST编号，使每个节点得到一个ST序号。然后建立有向图，最后根据有向图，获得S到T的路径以及T到S的路径，即S到T的转发表和T到S的转发表。下面通过图4至图12对上述步骤进行详细描述。
首先介绍一下环分解的有关概念。环分解在图论中是非常著名的，通常，无向图G(V，E)的环分解D＝[P0，P1，...Pr-1]是将图E分割为边线不相交的简单路径P0、P1、......、Pr-1(称为环)的有序集合，其中，P0是简单回路；Pi是简单路径，其端点属于序号较小的环，而且没有属于序号较小环的内部顶点；Pi(i>0)也可以是简单回路，如果它是仅由一条边线组成的回路，则称为平凡环。
当且仅当Pi(i>0)没有回路时，环分解称为开放的环分解。当且仅当图至少为2边线连通时，存在环分解。2边线连通图可以提供链路故障保护，但不能提供节点故障保护。当且仅当图至少为重连通即2顶点连通时，存在开放的环分解。在重连通网络中，可以提供节点和链路故障保护。因此本发明主要针对可以实现开放的环分解的重连通网络，图2所示的网络就是一个重连通网络。值得注意的是，采用现有技术对同一个图进行环分解，其结果一般不是唯一的。而对于路由传送帧的保护来说，域内的每个节点必须导出相同的环分解，才能在网络内部正确地建立S到T的路径和T到S的路径，即在本发明中，对于网络内部的每个工作在相同链路状态数据库的节点，必须导出相同的环分解。为达到此目的，本发明对环分解中的有关步骤进行了改进，将在后面的内容中详细描述。
图4是根据图2所示的网络，建立的最小生成树的示意图，其中实线代表树边，虚线代表非树边。本发明采用了常见的最短路径优先SPF算法来建立最小生成树，但为了在所有独立执行建立最小生成树任务的节点上获得相同的最小生成树，并采用通过路由选择协议传播的相同的链路状态数据库，本发明将SPF算法的输入，即无向图的边线(链路)权重定义为三元组{w，s，l}，其中w是链路的权重，指定用于基于链路状态的路由选择协议；s是边线(链路)附着的两个节点地址中较小的一个；l是边线(链路)附着的两个节点地址中较大的一个。这样，图中每条边线的权重将是唯一的，因此建立的最小生成树也是唯一的。如果满足(wx>wy)‖((wx＝＝wy) & (sx>sy))‖((wx＝＝wy) & (sx＝＝sy) &(lx>ly))，则认为边线x(wx，sx，lx)的权重大于边线y(wy，sy，ly)的权重。
在获得了最小生成树后，下一步需对最小生成树求根。同样，树的求根有许多方法。为了确保在所有节点进行相同的环分解，最小生成树将按以下步骤求根。如图5所示，首先根据节点ID按升序对所有节点进行排序，得到排序后的节点构成的表，称为分类表Vr。在本实施例中，分类表Vr是{0，1，2，3，4，5，6，7，8，9}。对表Vr中具有最小节点ID的树结构T进行初始化，树结构T的初始值为表Vr中具有最小节点ID的节点，即图5中的0号节点。从分类表Vr中删除来自树结构T的顶点，然后确定表Vr中通过树边线与T连接的第一个顶点，并将该顶点添加到树结构T中，再从分类表Vr中删除该顶点。确定选择的顺序则根据父节点的分枝顺序，直到表Vr为空，这样图5中的1，2，6，3，4，5，7，8和9号节点被顺序添加到树结构T中。定义根到叶子的最长距离为树的深度，在添加每个顶点的过程中，如果不同分枝间树的深度的最小差距为2，则旋转树以保持树的平衡，旋转可减少树的深度，通过反复旋转树，可使得差距不大于2。在旋转后，分枝的顺序按照新的树形来确定。
接下来，对最小生成树进行预排序。预排序的步骤如下：指定最小生成树的根顶点为序号0，对于始于根顶点的任意顶点v，有多个从顶点的分枝下标0到最大分枝下标的分枝，其中忽略没有子图的分枝下标，即由于旋转树而产生的空分枝，然后对所有分枝循环进行预排序遍历，即从分枝下标0开始逐渐往最高值方向进行。在每个分枝中，首先访问分枝下标及其后续，然后在其后续同样继续循环调用，一旦整个子图被完全遍历，将在下一个分枝上继续预排序遍历。这样，始于根顶点的顶点将在首次访问时被陆续编号。在本实施例中，指定根顶点为序号0，然后从根节点开始编号，设置节点序号。对每一个分枝编排序号，如果分支是叶子节点，则直接设置序号；直到全部的节点被编号。通过预排序后获得的最小生成树如图6所示，其中方括号“[]”内的数字表示序号。
在进行预排序后，执行对非树边线分配环序号的步骤。对于每条非树边线，其环序号是该非树边线的端点在最小生成树中的最小公共祖先，即每个非树边线以它在最小生成树的末端的最小公共祖先的序号进行标记，并根据其最小公共祖先按升序对非树边线进行排序。
对于有根树的两个顶点v和u，其最小共同祖先lca定义为一个是所述两个顶点v和u的祖先并离根顶点最远的顶点(节点)。
为了获得非树边线的环序号，需根据权重{wlca，s，l}对非树边线进行排序，其中wlca表示最小公共祖先节点的预排序序号，s和l的定义如上所述。然后将非树边线以升序排列，其环序号为依次排列的顺序号。如图7所示，其中非树边线上的0、1等表示环序号，方括号内的0表示该边线的权重。
然后对树边线分配环序号。树边线环序号分配的基本概念是：对于树边线{t}，有一系列的非树边线{f}，{t}位于由{f}组成的回路上；对于树边线{t}的相关{f}，设置{t}的环序号与相关的非树边线{f}中最小序号的树形边的序号相同。分配了环序号的树边线如图8所示，其中方括号“[]”内的值代表节点到其父节点边线的权值。
最后完成环分解，如图9所示。在本实施例中，图2所示的网络图分解成四个环：P0是由节点0、1、3和6组成的回路，被序号为0的边连接；P1是由0、2、4、7、3组成的简单路径，被序号为1的边连接；P2是由2、5、8、6组成的简单路径，被序号为2的边连接；P3是由8、9、7的简单路径，被序号为3的边连接。
在对网络的拓扑图进行了环分解后，进行ST编号，是每个节点得到一个ST序号。在本发明中，定义了两个特殊节点，一个称为S节点，另一个称为T节点。S节点是指位于环分解基本环上具有最小节点ID的节点；T节点是指环分解基本环上与S节点相邻的节点中节点ID最小的节点。
如果图至少为2连通，那么图G(V，E)的所有顶点拥有ST序号。对于{s，t}∈E的任意边线，可建立顶点s＝v0，v1，...，v|V|-1＝t的有序表。对于vj1<j<|V|-1的所有顶点，存在i<j<k，这样，{vi，vj}∈E，{vj，vk}∈E。因此给定顶点的ST序号是给定顶点的有序表中的下标序号。
在对图进行环分解后，可得到顶点的ST序号。过程简述如下：首先根据定义确定S节点和T节点，在本实施例中，S节点为0号节点，T节点为1号节点。将ST编号的序列表Ost初始化为环分解P0中的所有节点，其顺序从S节点开始，沿着较长的路径，在T节点结束；对于j>0的任意Pj，已经有两个节点在Ost上了，则具有较小ST编号的节点为u，另一个为v，将Pj上所有节点加入Ost上，顺序是从u到v；当所有的环都被处理过以后，Ost上节点按顺序编号形成ST序号。如图10所示，<>中的数字即为节点的ST序号。
在完成ST编号后，建立S到T路径，除了在T节点，各个接收到的帧将转发到S节点以外，通过限定帧沿节点ST序号递增的方向转发，可获得S到T路径。在环分解后，建立有向图，然后在有向图上沿环分解的环节点ST序号递增的方向，采用Dijkstra算法建立这样的路径。建立有向图的规则如下：基本环P0的方向是从T节点到S节点，位于T节点和S节点之间的边线上，在环P0的所有其它边线上将保持同样的方向，这样的排列使P0成为一个定向回路；在所有其它环Pj，j>0，图的方向将从具有较小ST序号的顶点到具有较大ST序号的顶点。
根据有向图可发现：从S节点，图中的每个顶点都可到达有向图，这是因为从具有较小ST序号和较小环序号的某个顶点总是可到达位于某个环Pj上的任意顶点。由于S节点的ST序号和环序号最小，因此可到达有向图上的任意顶点。每个顶点还可到达位于有向图上的T节点，这是因为对于某个环Pj上的任意顶点，总是可到达具有较大ST序号和较小环序号的顶点。由于T节点拥有最大的ST序号和最小的环序号，因此图中的每个顶点可到达有向图的T节点。这样从S节点可到达每个顶点，而每个顶点可到达T节点，考虑有向图上从T节点到S节点的有向链路，可以推论每个顶点都可到达有向图上的任意其它顶点。
由于从有向图上的任意其它节点可到达每个节点，因此对于每个节点，可采用Dijkstra算法建立S到T路径的路由数据库，在网络内部建立S到T路径。
帧沿S到T路径转发的原理是：如果接收节点为T节点，并同时设置了转移路径比特，则帧将沿T到S路径转发，同时清除S到T路径比特，设置T到S路径比特，清除转移路径比特。如果由于故障，帧无法沿S到T路径转发，则帧将被丢弃，否则，帧将沿S到T路径转发。
而对于T到S路径，除了在S节点，各个接收到的帧将转发到T节点以外，通过限定帧沿节点ST序号递减的方向转发，可获得T到S路径。T到S路径与S到T路径的方向正好相反，可在有向的S到T路径图上建立T到S路径，只是方向相反。
帧沿T到S路径转发的原理是：如果接收节点为S节点，并同时设置了转移路径比特，则帧将沿S到T路径转发，此时设置S到T路径比特，清除T到S路径比特，清除转移路径比特。如果由于故障，帧无法沿T到S路径转发，则帧将被丢弃，否则，帧将沿T到S路径转发。
在本实施例中，S到T路径和T到S路径如图11和图12所示。这样，本发明中涉及三个路由数据库，分别是：
标准路径路由数据库：是根据Dijktra算法建立的。在正常情况下，帧通常沿标准路径转发；
S到T路径路由数据库：由帧头的一个比特指示转发节点采用S到T路径转发帧，该比特由保护倒换节点或S节点设置；
T到S路径路由数据库：由帧头的一个比特指示转发节点采用T到S路径转发帧，该比特由保护倒换节点或T节点设置。
如上所述，为了能够实现保护倒换，在帧头需携带附加信息，其格式如图13所示。这些信息为3个比特，分别是：
S到T路径比特(S2T)：如果转发节点接收到具有S到T路径比特设置的帧，该帧将沿S到T路径转发；
T到S路径比特(T2S)：如果转发节点接收到具有T到S路径比特设置的帧，该帧将沿T到S路径转发；
转移路径比特(PATH)：如果在T节点上设置转移路径比特，则采用T到S路径，设置T到S路径比特，清除S到T路径比特；如果在S节点上设置转移路径比特，则将采用S到T路径，设置S到T路径比特，清除T到S路径比特。在T节点或S节点，如果路径转移完成，则清除路径转移比特。
在网络链路正常时，帧通常不沿S到T路径或T到S路径，而是沿标准路径进行转发。如果标准路径由于故障而无法使用，则采用S到T路径或T到S路径。此时，需要确定采用哪一条路径。对于沿标准路径转发的帧，保护倒换节点将仅执行保护倒换。如果帧已经位于S到T路径或T到S路径，若路径也已断开，则该帧将被丢弃。
为了确定网络链路故障时帧转发的路径，需要引入三个主要的序号：Np，是检测故障的保护倒换节点的ST序号；ND，是帧的目的节点的ST序号，目的节点位于帧头；NF，是故障节点的ST序号或沿故障链路的远端节点ST序号。如图14所示为链路故障时对帧的处理流程，首先可以得到上述三个序号Np，ND和NF。然后判断Np是否大于NF，如果大于，则判断ND是否大于NF，如果大于，则帧将沿S到T路径转发，当该帧到达T节点时，采用T到S路径，此时，需要在帧头设置两个比特：S到T路径比特和转移路径比特，后者指示当该帧位于T节点时，转移到T到S路径。如果ND小于NF，则通过在帧头设置S到T路径比特，该帧将沿S到T路径转发。如果Np小于NF，则当ND小于NF时，则帧将沿T到S路径转发，当该帧到达S节点时，采用S到T路径。此时，需要设置两个比特：T到S路径比特和转移路径比特，后者指示当该帧位于S节点时，转移到S到T路径。当ND大于NF时，在帧头设置T到S路径比特，该帧将沿T到S路径转发。
如果ND等于NF，即故障节点的序号就是目的节点的ST序号，即该点为链路故障点。而如果目的节点故障，将无法传送帧。如果Np小于NF，由于从较小的ST序号无法靠近故障节点，因此帧需沿T到S路径转发；如果Np大于NF，由于从较大的ST序号无法靠近故障节点，因此帧需沿S到T路径转发。
最后，根据帧头信息和节点的状态，对帧进行转发。图15给出了帧转发的流程图。当接收节点收到转发的帧后，根据该帧的帧头的附加信息，确定该帧是否已在保护路径上，如果不在保护路径上，则使用标准转发表按照标准路径进行转发。如果在保护路径上，则进一步判断是否在S到T路径上，如果是，则判断当前节点是否是T节点，如果不是T节点，则使用S到T的转发表转发帧；如果是T节点，则判断是否需要改变路径，如果不改变路径，则使用S到T的转发表转发帧；如果需要改变路径，则使用T到S的转发表转发帧，并清除帧头的转移路径比特。如果帧是在T到S路径上，则判断当前节点是否是S节点，如果是，则使用T到S的转发表转发帧；如果不是S节点，则判断是否需要改变路径，如果不改变路径，则使用T到S的转发表转发帧；如果需要改变路径，则使用S到T的转发表转发帧，并清除帧头的转移路径比特。
图16是使用标准转发表进行帧转发的流程图。首先使用标准转发表识别端口，然后判断发送端口是否正常，如果正常，则向端口转发帧；如果发送端口不正常，则进行保护倒换，转发帧。
图17是使用T到S的转发表转发帧的流程图。首先使用T到S转发表识别端口，如果发送端口正常，则向端口转发帧；如果发送端口不正常，则丢弃帧。
图18是使用S到T的转发表转发帧的流程图。首先使用S到T的转发表识别端口，如果发送端口正常，则向端口转发帧；如果发送端口不正常，则丢弃帧。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (14)

1、一种自动保护倒换方法，应用于数据传输设备，其特征在于，包括:建立网络的保护路径；当网络链路发生故障时，修改转发帧的帧头信息；根据帧头信息对帧进行转发，对于帧头信息表示正常状态的帧，按照正常的路径转发，对于帧头信息表示需要进行保护倒换的帧，则按照保护路径转发；
其中所述建立网络的保护路径进一步包括以下步骤:对网络的拓扑图进行环分解的步骤；进行ST编号，使每个节点得到一个ST序号的步骤；和建立S到T路径以及T到S路径的步骤；
其中所述对网络的拓扑图进行环分解的步骤进一步包括:建立最小生成树的步骤；确定最小生成树的根的步骤；对最小生成树预排序的步骤；
其中所述进行ST编号的步骤进一步包括:确定S节点和T节点，S节点是指位于环分解基本环上具有最小节点ID的节点，T节点是指环分解基本环上与S节点相邻的节点中节点ID最小的节点；环分解简单回路中的所有节点作为ST编号序列表的初始值，其顺序从S节点开始，沿较长的路径，在T节点结束；对于其他任意简单路径，已有两个节点位于序列表上，将任意简单路径上所有的节点加入ST编号序列表中，顺序从较小ST编号的节点开始，到另一个具有较大ST编号的节点为止；最后序列表上的节点按顺序编号形成ST序号，其中给定顶点的ST序号是给定顶点的有序表中的下标序号；
其中，在网络链路正常时，帧沿标准路径进行转发；如果标准路径由于故障而无法使用，则采用保护路径:S到T路径或T到S路径；
其中所述帧头信息包括3个比特的附加信息:
S到T路径比特:如果转发节点接收到设置了S到T路径比特的帧，则该帧将沿S到T路径转发；
T到S路径比特:如果转发节点接收到设置了T到S路径比特的帧，则该帧将沿T到S路径转发；
转移路径比特:如果在T节点上设置转移路径比特，则采用T到S路径，设置T到S路径比特，清除S到T路径比特；如果在S节点上设置转移路径比特，则将采用S到T路径，设置S到T路径比特，清除T到S路径比特；在T节点或S节点，如果路径转移完成，则清除路径转移比特。
2、根据权利要求1所述的自动保护倒换方法，其特征在于，所述对网络的拓扑图进行环分解的步骤进一步包括对非树边线分配环序号的步骤；和对树边线分配环序号的步骤。
3、根据权利要求2所述的自动保护倒换方法，其特征在于，所述建立最小生成树的步骤进一步包括:定义边线权重为三元组{w，s，l}，其中w是链路的权重，指定用于基于链路状态的路由选择协议；s是边线附着的两个节点地址中较小的一个；l是边线附着的两个节点地址中较大的一个；根据最短路径优先算法建立最小生成树。
4、根据权利要求2所述的自动保护倒换方法，其特征在于，所述确定最小生成树的根的步骤进一步包括:根据节点ID按升序对所有节点进行排序，得到排序后的节点构成的表；对表中具有最小节点ID的树结构T进行初始化，树结构T的初始值为表中具有最小节点ID的节点；从表中删除来自树结构T的顶点；确定表中通过树边线与T连接的第一个顶点，并将该顶点添加到树结构T中，再从表中删除该顶点；根据父节点的分枝顺序确定顶点的选择顺序，直到表为空。
5、根据权利要求4所述的自动保护倒换方法，其特征在于，在添加每个顶点的过程中，如果不同分枝间树的深度的最小差距为2，则旋转树以保持树的平衡；旋转后分枝的顺序按照新的树形来确定。
6、根据权利要求2所述的自动保护倒换方法，其特征在于，所述对最小生成树预排序的步骤进一步包括:指定最小生成树的根顶点为序号0；对于始于根顶点的任意顶点，有多个从顶点的分枝下标0到最大分枝下标的分枝；对所有分枝循环进行预排序遍历，即从分枝下标0开始逐渐往最高值方向进行遍历，在每个分枝中，访问分枝下标及其后续，然后在其后续继续循环调用，当遍历完全后，在下一个分枝上继续预排序遍历；始于根顶点的顶点在首次访问时被编号。
7、根据权利要求2所述的自动保护倒换方法，其特征在于，所述对非树边线分配环序号的步骤进一步包括:根据权重{wlca，s，l}对非树边线进行排序，其中wlca表示最小公共祖先节点的预排序序号，s是边线附着的两个节点地址中较小的一个，l是边线附着的两个节点地址中较大的一个；然后将非树边线以升序排列，其环序号为依次排列的顺序号。
8、根据权利要求2所述的自动保护倒换方法，其特征在于，对树边线分配环序号的步骤进一步包括:确定每个树边线位于哪一个非树边线组成的回路；设置树边线的环序号与其所在回路的非树边线中的最小非树边线环序号相同。
9、根据权利要求1所述的自动保护倒换方法，其特征在于，所述建立S到T路径以及T到S路径的步骤进一步包括:建立有向图；在有向图上沿环分解的环节点ST序号递增的方向，采用Dijkstra算法建立S到T路径；在有向图上沿环分解的环节点ST序号递减的方向，采用Dijkstra算法建立T到S路径；其中所述建立有向图的规则是:基本环的方向是从T节点到S节点，位于T节点和S节点之间的边线上，在基本环的所有其它边线上保持同样的方向，使基本环成为一个定向回路；在所有其它环，其方向从具有较小ST序号的顶点到具有较大ST序号的顶点。
10、根据权利要求9所述的自动保护倒换方法，其特征在于，所述修改帧的帧头信息进一步包括:
当网络链路出现故障时，获得检测故障的保护倒换节点的ST序号、帧的目的节点的ST序号和故障节点的ST序号或沿故障链路的远端节点ST序号；
判断保护倒换节点的ST序号是否大于故障节点的ST序号或沿故障链路的远端节点ST序号；
如果大于，则判断帧的目的节点的ST序号是否大于故障节点的ST序号或沿故障链路的远端节点ST序号；
如果大于，则在帧头设置S到T路径比特和转移路径比特，后者指示当该帧位于T节点时，转移到T到S路径；
如果帧的目的节点的ST序号小于故障节点的ST序号或沿故障链路的远端节点ST序号，则在帧头设置S到T路径比特；
如果保护倒换节点的ST序号小于故障节点的ST序号或沿故障链路的远端节点ST序号，则若帧的目的节点的ST序号小于故障节点的ST序号或沿故障链路的远端节点ST序号，则在帧头设置T到S路径比特和转移路径比特，后者指示当该帧位于S节点时，转移到S到T路径；
若帧的目的节点的ST序号大于故障节点的ST序号或沿故障链路的远端节点ST序号，则在帧头设置T到S路径比特；
如果帧的目的节点的ST序号等于故障节点的ST序号或沿故障链路的远端节点ST序号，则当保护倒换节点的ST序号小于故障节点的ST序号或沿故障链路的远端节点ST序号时，在帧头设置T到S路径比特；当保护倒换节点的ST序号大于故障节点的ST序号或沿故障链路的远端节点ST序号时，在帧头设置S到T路径比特。
11、根据权利要求1所述的自动保护倒换方法，其特征在于，所述根据帧头信息对帧进行转发的步骤进一步包括:
当接收节点收到转发的帧后，根据该帧的帧头的附加信息，确定该帧是否已在保护路径上；
如果不在保护路径上，则使用标准转发表按照标准路径进行转发；如果在保护路径上，则进一步判断是否在S到T路径上，如果是，则判断当前节点是否是T节点，如果不是T节点，则使用S到T的转发表转发帧；如果是T节点，则判断是否需要改变路径，如果不改变路径，则使用S到T的转发表转发帧；如果需要改变路径，则使用T到S的转发表转发帧，并清除帧头的转移路径比特；
如果帧是在T到S路径上，则判断当前节点是否是S节点，如果是，则使用T到S的转发表转发帧；如果不是S节点，则判断是否需要改变路径，如果不改变路径，则使用T到S的转发表转发帧；如果需要改变路径，则使用S到T的转发表转发帧，并清除帧头的转移路径比特。
12、根据权利要求11所述的自动保护倒换方法，其特征在于，所述使用标准转发表按照标准路径进行转发进一步包括:使用标准转发表识别端口，然后判断发送端口是否正常，如果正常，则向端口转发帧；如果发送端口不正常，则进行保护倒换，转发帧。
13、根据权利要求11所述的自动保护倒换方法，其特征在于，所述使用T到S转发表进行转发进一步包括:使用T到S转发表识别端口，如果发送端口正常，则向端口转发帧；如果发送端口不正常，则丢弃帧。
14、根据权利要求11所述的自动保护倒换方法，其特征在于，所述使用S到T转发表进行转发进一步包括:使用S到T转发表识别端口，如果发送端口正常，则向端口转发帧；如果发送端口不正常，则丢弃帧。
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