CN100499505C - 一种以太网保护方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以太网保护方法，包括步骤：第一单板和第二单板之间建立保护关系，正常情况下由第一单板承载业务；当第一单板的端口无法正常工作而第二单板可用时，恢复第二单板的端口收发数据的功能，利用链路状态控制机制触发与第二单板的端口相连的对端端口link up，将原来由第一单板承载的业务倒换到第二单板上承载。在本发明中，利用链路状态机制控制端口的状态，控制对端处于工作状态或者非工作状态。链路状态控制机制应用性灵活，兼容性强；链路状态的检测时间可以在很短时间内完成，保护倒换时间非常短；实现简单。

Description

一种以太网保护方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种以太网保护方法和装置。

背景技术

在传输系统中，SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系)方面的保护方案比较完善，但有效的以太网接入方面的保护较少。目前，主要有两种实现以太网接入保护的方式，即板间LAG(Link AggregationGroup，链路聚合组)协议和TPS(Tributary Protection Switching，支路保护倒换)。

现有技术一采用板间LAG协议方式，在主板和备板上运行完整的LACP协议(Link Aggregation Control Protocol，链路聚合控制协议)，实现端口、链路状态信息的获取以及端口状态的选择等；然后主板和备板之间通过板间通信进行配置状态信息同步；当工作链路发生故障后主链路两端都会停止工作，而备用链路开始工作，实现板级或端口级别的保护。

图1所示是现有技术一采用板间LAG协议进行保护的装置示意图。

1、因接收失效引起倒换时，具体过程如下：

(1)当主板端口上报故障后，如link down(链路断掉)或link disabled(链路失效)，主板端口停止收发报文；

(2)利用LACP协议重新选择工作端口，将备板端口选为工作态，并将选择结果通知到备板；

(3)主板通知业务上行接口模块，即交叉板，按选择结果切换连接；

(4)备板接收到主板发送的选择结果后，等待与对端设备同步业务收发；若对端设备发现接收LACP协议报文超时，则重新选择自身的工作端口，从而使两端达到一致，实现业务的保护倒换。

2、当主板故障恢复时，具体过程如下：

(1)主板LACP协议检测到故障恢复后，重新选择主板端口为工作端口，备板端口为备份态，并将选择结果通知到备板和业务上行接口模块；

(2)对端设备收到更新的LACP协议报文后，重新选择自身的工作端口，从而使两端达成一致，将业务从备板倒换回主板。

3、因发送失效引起倒换时，具体过程如下：

(1)主板LACP协议发现接收报文超时，选择备板端口为工作端口，并通知备板和业务上行接口模块；

(2)备板接收到主板发送的选择结果，等待与对端设备同步业务收发；

(3)对端设备检测到链路故障后，重新选择自身的工作端口，等待源端超时后，再与源端同步业务收发；

(4)业务上行接口模块将业务倒换到备板。

4、因单板故障引起倒换时，具体过程如下：

(1)主板发生故障后，将故障信息发送到备板；

(2)备板收到主板故障消息后，通知LACP协议重新选择工作端口，将备板端口选为工作态；

(3)LACP协议通知业务上行接口模块按选择结果切换连接，实现业务的保护倒换。

上述现有技术一中，LAG保护方式要求相连的对端设备支持同样的LACP协议；而在实际的组网中，并不是每台对端设备都支持LACP协议。因此，采用现有技术一会对保护组网造成很大的限制；同时，LAG保护方式需要处理状态机以及协议报文，实现过程比较复杂；且LACP协议属于慢协议，倒换时间慢，为秒级。

现有技术二是采用TPS保护方式，在被保护板的以太网链路或者硬件发生故障不能正常工作或者不在位的情况下，由保护板代替被保护板工作，保证业务不被损伤。

如图2所示，正常的数据流为：

(1)<—>接口板<—>(3)<—>被保护板<—>(5)<—>交叉板

而当被保护板发生故障时，发起TPS保护倒换后，数据流的流程就发生如下变化：

(1)<—>接口板<—>(2)<—>转接板<—>(4)<—>保护板<—>(6)<—>交叉板

在发起TPS保护动作时，其主要步骤如下：

在接口板上，切断到(3)的数据链接，而接通到(2)的连接。在交叉板上，需要放弃(5)而接收(6)的数据流。完成上述两个步骤，则完成整个TPS保护倒换。而该过程是通过交叉板执行TPS算法，计算时隙切换矩阵，从而实现数据流的选择。

上述现有技术二不能实现链路保护，也不能实现端口级保护；另外，并不是任意两块单坂之间就可以建立保护组关系，单板之间建立保护组关系要受硬件、主机类型的限制。

发明内容

基于上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种以太网保护方法，包括步骤：第一单板和第二单板之间建立保护关系，正常情况下由所述第一单板承载业务；

当第一单板的端口无法正常工作而第二单板可用时，恢复第二单板的端口收发数据的功能，利用链路状态控制机制在第二单板的端口进行不利用报文的操作，触发与所述第二单板的端口相连的对端端口链路连接linkup，将由所述第一单板承载的业务倒换到所述第二单板上承载。

本发明还提供了另一种以太网保护方法，包括步骤：

第一单板上的端口关联组和第二单板上的端口关联组建立保护关系，正常情况下由所述第一单板承载业务；

当第一单板上的端口关联组无法正常工作而第二单板可用时，恢复第二单板上对应的端口关联组收发数据的功能，利用链路状态控制机制在第二单板的端口关联组进行不利用报文的操作，触发与所述第二单板的端口关联组相连的对端端口链路连接link up，将由所述第一单板的端口关联组承载的业务倒换到所述第二单板上的端口关联组承载。

同时，本发明提供了一种以太网保护装置，包括第一单板、第二单板、倒换控制模块和上行链路接口模块；

所述第一单板和第二单板都设有状态检测/倒换执行模块；

所述第一单板与所述上行链路接口模块经由对端设备上的第一端口与所述对端设备连接构成第一链路；

所述第二单板与所述上行链路接口模块经由所述对端设备上的第二端口与所述对端设备连接构成第二链路；

所述第一单板上的状态检测/倒换执行模块用于检测第一链路是否发生故障，当检测到故障时，通知所述倒换控制模块；

所述第二单板上的状态检测/倒换执行模块用于检测第二单板是否可用，并通知所述倒换控制模块；

所述倒换控制模块用于接收所述状态检测/倒换执行模块的通知，当第一链路发生故障而第二单板可用时，下发倒换命令到所述第一单板和第二单板以及所述上行链路接口模块，利用链路状态控制机制在本端端口进行不利用报文的操作，触发所述对端设备的端口状态变化，将所述第一链路上承载的业务倒换到所述第二链路。

本发明还提供了另一种以太网保护装置，包括第一单板、第二单板、倒换控制模块和上行链路接口模块；

所述第一单板和第二单板都设有状态检测/倒换执行模块；

所述第一单板与所述上行链路接口模块与对端设备上的第一模块连接构成第一链路；

所述第二单板与所述上行链路接口模块与所述对端设备上的第二模块连接构成第二链路；

所述第一单板上的状态检测/倒换执行模块用于检测第一链路是否发生故障，当检测到故障时，通知倒换控制模块；

所述第二单板上的状态检测/倒换执行模块用于检测第二单板是否可用，并通知所述倒换控制模块；

所述倒换控制模块用于接收所述状态检测/倒换执行模块的通知，当第一链路发生故障而第二单板可用时，下发倒换命令到所述第一单板和第二单板以及所述上行链路接口模块，利用链路状态控制机制在本端端口进行不利用报文的操作，触发所述对端设备的端口状态变化，将所述第一链路上承载的业务倒换到所述第二链路。

在本发明中，利用链路状态控制机制对端端口的状态，应用性灵活，兼容性强；不需要LACP协议的状态机和通信机制，而且链路状态的检测时间可以在很短时间内完成，保护倒换时间非常短，为毫秒级别；实现简单。相较于TPS保护来说，不仅可以保护硬件故障，也可以实现端口级保护；更重要的是，任意两块板相同配置的单板都可以建立保护组关系，不受硬件、主机类型等限制。

附图说明

图1为现有技术中采用板间LAG协议进行保护的装置示意图；

图2为现有技术中采用TPS保护方式的数据流向示意图；

图3为本发明的一个具体实施例中以太网保护系统的示意图；

图4为本发明的另一个具体实施例中以太网保护系统的示意图；

图5为本发明的一个具体实施例中端口发送链路故障倒换的流程图；

图6为本发明的一个具体实施例中触发对端link down的过程示意图；

图7为本发明的一个具体实施例中单板划分为端口关联组的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明方案做进一步的说明。

在本发明的一个实施例中，采用BPS(Board Protection Switch，板级保护倒换)保护倒换，即单板对单板的保护，当第一单板的以太网链路或者硬件发生故障不能正常工作或者不在位的情况下，由第二单板代替第一单板工作，保证业务不被损伤。

采用BPS保护时，在两块单板之间建立保护与被保护的关系，即保护组。每两块单板之间只要满足一定的配置，即两块单板配置的接口板数量和类型一致且第一单板的背板带宽不大于第二单板的背板带宽，就可以建立保护组，而不受到硬件、主机类型等的限制。

图3所示，是本发明的一个具体实施例中以太网保护系统的示意图，其中主要包括由两块单板，即第一单板和第二单板，倒换控制模块和上行链路接口模块构成的以太网保护装置，以及对端设备。其中，对端设备上有两个端口，即第一端口和第二端口，这两个端口之间具有选路能力，譬如二层学习能力；对端设备可以是二层交换机；第一单板和第二单板上分别包括状态检测/倒换执行模块。

图4所示，是本发明系统的又一个实施例，与图3所示系统的区别之处在于，对端设备包含两个模块，即第一模块和第二模块，这两个模块之间具有相互保护能力，譬如采用LACP协议进行相互保护。

上述实施例所示的系统中，两块单板之间建立保护组的具体过程如下：

(1)清空第二单板配置，将第一单板业务复制到第二单板；

(2)第一单板和第二单板上的状态检测/倒换执行模块对两块单板状态分别进行实时检测，并通知倒换控制模块，如果单板正常，则状态为可用(Valid)，如果单板异常，如端口link down或者硬件损坏，则状态为不可用(Invalid)；状态检测/倒换执行模块还用于执行倒换动作，当其所在的单板处于备用状态，收到工作命令时，则恢复端口MAC层收发，即端口的数据收发功能，同时利用链路状态控制机制将对端端口恢复正常。如果单板处于工作状态，收到备用(非工作)命令时，将立即禁止MAC层收发，并执行相关端口操作。下面将在倒换过程进行具体描述。

(3)倒换控制模块根据第一单板和第二单板的状态决定哪个单板应当处于工作状态，哪个单板应当处于备份状态，并将工作命令发送到第一单板、第二单板以及上行链路接口模块。

通过上述步骤建立保护组之后，第二单板和第一单板之间即建立了保护和被保护的关系。

当第一单板的以太网链路或者硬件发生故障不能正常工作或者不在位的情况下，由第二单板代替第一单板工作，即进行倒换，这种倒换称为自动倒换，一般包括三种情形：端口发送链路故障倒换，端口接收链路故障倒换和硬件故障倒换。

图5所示为本发明中第一单板工作端口发送方向的链路故障出现故障引起的倒换过程示意图，这种情形下，端口工作模式为自动协商模式，具体倒换过程包括下述步骤：

S510、第一单板上工作端口发送方向的链路出现故障，故障端口立即进入协商状态从而link down，其对端端口因此也link down；

S520、第一单板的状态检测/倒换执行模块检测到本端端口link down，从而判断第一单板处于Invalid状态，通知倒换控制模块；

S530、倒换控制模块收到第一单板Invalid消息后，查看第二单板当前状态决定是否倒换，

若第二单板当前处于Invalid状态，即第二单板当前不可用，则继续S530；

若第二单板当前处于Valid状态，即第二单板当前可用，则执行S540；

S540、倒换控制模块立即下发倒换命令到第一单板、第二单板以及上行链路接口模块，将业务从第一单板倒换到第二单板。

上述S510中的对端端口，在图3所示的系统中，指第一端口；在图4所示的系统中，则指第一模块上的端口。

以图4所示的系统为例，在倒换过程中，第一单板收到倒换控制模块发送的由工作状态变为非工作状态的命令后，该端口MAC层的收发禁止。如果端口发送没有恢复，端口仍然link down，则继续检测；如果该端口恢复成link up，则立即采用链路状态控制机制使对端端口，即第一模块上的端口link down。

第二单板收到倒换控制模块发送的由非工作状态变为工作状态的命令后，恢复其端口的MAC层收发，再利用链路状态控制机制控制恢复对端端口，即触发第二模块上的端口link up；

上行链路接口模块收到倒换控制模块发来的命令后，将上行总线由主板倒换到备板。

以上三个动作完成后，业务就由第一单板倒换到了第二单板，链路的其他部分发生相应倒换，即，如图3所示的系统，在倒换之前，来自A站的业务经由上行链路接口模块、第一单板、第一端口到达B站，B到A站的业务也经由同一路径；发生倒换后，来自A站的业务则经由上行链路接口模块、第二单板、第二端口到达B站，由于第一端口和第二段口的选路能力(如二层学习能力)，B站到A站的业务也由第二端口发出，该方向业务也完成了倒换。如图4所示的系统，在倒换之前，来自A站的业务经由上行链路接口模块、第一单板、第一模块到达B站，B到A站的业务也经由同一路径；；发生倒换后，来自A站的业务则经由上行链路接口模块、第二单板、第二模块到达B站，由于第一模块和第二模块的保护能力(如LACP)，B站到A站的业务也由第二模块发出，该方向业务也完成了倒换。

第二种情形是端口接收链路故障倒换，与上述第一种情况的区别在于第一单板接收方向的链路发生故障后，将端口MAC层的收发禁止后立即利用链路状态控制机制控制触发对端端口，如图3中的第一端口link down，因为接收方向的链路的恢复可以被直接检测到，从而判断端口状态的恢复。

第三种情形是硬件故障倒换，与上述第一种情况类似，区别是检测到了硬件故障而非链路故障而发生倒换保护。

当然，保护组也可以删除。保护组删除后，如果删除之前工作在第二单板，则第一单板恢复其端口的MAC层收发，并采取链路状态控制机制触发相连的对端端口link up；清空第二单板所有配置；业务倒换模块将第二单板相关总线连接删除，第一单板相关的连接不变。

在上述具体实施例中，通过链路状态控制机制在本端端口上进行操作来实现对对端端口的状态控制，即触发对端端口link up或link down，而不必利用任何协议报文，也不影响本端进行链路状态的判定。

下面，分别就GE(Gigabit Ethernet，千兆比特以太网)端口和FE(FastEthernet，快速以太网)端口对链路状态控制机制进行详细的说明，具体描述在工作状态和非工作状态之间进行倒换时如何对端口进行操作。

本端端口由工作端口变为非工作端口的处理，即触发对端端口linkdown的具体过程如下：

1)当本端端口是GE端口，且工作模式为协商模式时，

如图6所示，先禁止本端端口协商，再关闭物理层链路一段时间，如500ms，然后打开物理层链路，即触发对端端口link down。

2)当本端端口是GE端口或FE端口，且工作模式为非协商模式时，

直接关闭端口发送，如激光器，或者PHY层信号发送，即可触发对端端口link down。

同理，本端端口由非工作端口变为工作端口的处理，即触发对端端口link up的具体过程如下：

1)当本端端口是GE端口，且工作模式为协商模式时，

将本端端口端口工作模式设置为自协商，即可触发对端端口linkup。

2)当本端端口是FE或GE端口，且工作模式为非协商模式时

恢复本端端口端口发送，如激光器，或者物理层信号发送，即可触发对端端口link up。

检查端口状态是否可用的具体操作是，连续一段时间检查到端口linkdown，则判定端口失效，对于FE端口来说，一般是10秒，对GE端口来说，一般是3秒；否则，端口为可用状态。

利用上述链路状态控制机制，还可以将单板与单板之间的保护扩展到板间端口与端口之间的保护，保护颗粒从单板(BPS，板间保护倒换)级别细化到端口级别(PPS，端口保护倒换)。在PPS中，被保护的端口组和保护端口组分别位于不同的单板上，每对端口组的关系及工作原理与一组BPS保护组相同。与BPS不同的是，PPS中使用端口关联组，用于保证某一端口组切换的时候，在业务等方面具有关联关系的端口同时倒换。

在PPS中，一个或多个物理端口可以与一个或多个VCG(VirtualConcatenation Group，虚级联组)端口发生业务关系，在这种情况下，如果任一个物理端口检测到故障，那么倒换时就需要切换与之有业务关系的VCG端口，而切换VCG端口就会使其它与该VCG端口有业务关系的物理端口也跟着发生倒换。因此，定义这些有业务关系的以太端口和VCG端口之间有关联关系，即形成端口关联组。

如图7所示，一块单板上的所有物理端口和VCG端口可以按照它们之间的业务关联关系划分为多个端口关联组，一个端口关联组中的任何一个物理端口检测到故障从而发生倒换时，该端口关联组中的其它所有物理端口和VCG端口都将发生倒换。端口关联组是由主机根据当前的业务配置情况分析确定的，当业务发生变化时，主机都会重新计算端口关联组，并将计算结果下发给建立了PPS保护关系的单板。

PPS中，倒换过程和倒换方法与BPS类似。当端口发生故障后，该端口所在的端口关联保护组中的所有端口都进行倒换；当发生硬件故障时，受故障影响的多个端口保护组都进行倒换。

由本发明的具体实施例可以看出，不需要和相连的对端互发协议报文，采用链路状态控制机制实现，方案简单，能够实现快速倒换，业务中断时间短，为毫秒级；对对端没有严格的限制，可以和板间LAG进行对接，适用性更广；另外，保护组的建立不受硬件等限制。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种以太网保护方法，其特征在于，包括步骤：

第一单板和第二单板之间建立保护关系，正常情况下由所述第一单板承载业务；

当第一单板的端口无法正常工作而第二单板可用时，恢复第二单板的端口收发数据的功能，利用链路状态控制机制在第二单板的端口进行不利用报文的操作，触发与所述第二单板的端口相连的对端端口链路连接linkup，将由所述第一单板承载的业务倒换到所述第二单板承载。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用链路状态控制机制在第二单板的端口进行不利用报文的操作，触发所述第二单板的端口相连的对端端口链路连接link up，包括：

当所述第二单板的端口是GE端口，且工作模式为协商模式时，将所述第二单板的端口的工作模式设置为自协商，触发与所述第二单板的端口相连的对端端口链路连接link up。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用链路状态控制机制在第二单板的端口进行不利用报文的操作，触发所述第二单板的端口相连的对端端口链路连接link up，包括：

当所述第二单板的端口是FE或GE端口，且工作模式为非协商模式时，恢复所述第二单板的端口发送，触发与所述第二单板的端口相连的对端端口链路连接link up。

4、如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

当所述第一单板的端口正常工作时，禁止所述第二单板的端口收发数据，利用链路状态控制机制触发与第二单板相连的对端端口链路断掉linkdown。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述用链路状态控制机制触发与第二单板相连的对端端口链路断掉link down，包括：

当所述第二单板的端口是GE端口，且工作模式为协商模式时，禁止所述第二单板的端口协商，关闭物理层链路一段时间后再打开物理层链路，触发与所述第二单板的端口相连的对端端口链路断掉link down。

6、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述用链路状态控制机制触发与第二单板相连的对端端口链路断掉link down包括：

当第二单板的端口是GE端口或FE端口，且工作模式为非协商模式时，直接关闭端口发送，触发与所述第二单板的端口相连的对端端口链路断掉link down。

7、一种以太网保护方法，其特征在于，包括步骤：

第一单板上的端口关联组和第二单板上的端口关联组建立保护关系，正常情况下由所述第一单板承载业务；

当第一单板上的端口关联组无法正常工作而第二单板可用时，恢复第二单板上对应的端口关联组收发数据的功能，利用链路状态控制机制在第二单板的端口关联组进行不利用报文的操作，触发与所述第二单板的端口关联组相连的对端端口链路连接link up，将由所述第一单板的端口关联组承载的业务倒换到所述第二单板上的端口关联组承载。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述端口关联组包括具有业务关联关系的至少一个物理端口和虚级联组VCG端口。

9、一种以太网保护装置，其特征在于，包括第一单板、第二单板、倒换控制模块和上行链路接口模块；

所述第一单板和第二单板都设有状态检测/倒换执行模块；

所述第一单板与所述上行链路接口模块经由对端设备上的第一端口与所述对端设备连接构成第一链路；

所述第二单板与所述上行链路接口模块经由对端设备上的第二端口与所述对端设备连接构成第二链路；

所述第一单板上的状态检测/倒换执行模块用于检测第一链路是否发生故障，当检测到故障时，通知所述倒换控制模块；

所述第二单板上的状态检测/倒换执行模块用于检测第二单板是否可用，并通知所述倒换控制模块；

所述倒换控制模块用于接收所述状态检测/倒换执行模块的通知，当第一链路发生故障而第二单板可用时，下发倒换命令到所述第一单板和第二单板以及所述上行链路接口模块，利用链路状态控制机制在本端端口进行不利用报文的操作，触发所述对端设备的端口状态变化，将所述第一链路上承载的业务倒换到所述第二链路。

10、一种以太网保护装置，其特征在于，包括第一单板、第二单板、倒换控制模块和上行链路接口模块；

所述第一单板和第二单板都设有状态检测/倒换执行模块；

所述第一单板与所述上行链路接口模块与对端设备上的第一模块连接构成第一链路；

所述第二单板与所述上行链路接口模块与所述对端设备上的第二模块连接构成第二链路；

所述第一单板上的状态检测/倒换执行模块用于检测第一链路是否发生故障，当检测到故障时，通知倒换控制模块；

所述第二单板上的状态检测/倒换执行模块用于检测第二单板是否可用，并通知所述倒换控制模块；

所述倒换控制模块用于接收所述状态检测/倒换执行模块的通知，当第一链路发生故障而第二单板可用时，下发倒换命令到所述第一单板和第二单板以及所述上行链路接口模块，利用链路状态控制机制在本端端口进行不利用报文的操作，触发所述对端设备的端口状态变化，将所述第一链路上承载的业务倒换到所述第二链路。

Images