CN100589427C - 一种以太网自动保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以太网自动保护方法，包括：在网络拓扑中选取一主环；进一步，若有从环，将其退化成直接或间接连接在所述主环上的各层次分段链路；主环主节点(11)检测并根据主环链路的状态变化进行主环故障或故障恢复的业务倒换；各层次分段链路主节点(12)检测并根据对应分段链路的状态变化在分段链路端点(33)配合下进行对应从环故障或故障恢复的业务倒换。这种方法，利用主环和各层次分段链路分解复杂网络拓扑，使环路探测简单化、层次化和局部化，根本解决了在复杂环网拓扑情况下的以太环网故障保护倒换的问题，避免了由于故障引起的闭环，提高环网抗故障能力，扩大采用本发明的以太网组网应用范围，保障了业务可靠和稳定运行。

Description

一种以太网自动保护方法

技术领域

本发明涉及数据通信网络，具体涉及一种以太网自动保护方法。

背景技术

RFC3619定义了一种以太网自动保护切换Ethernet Automatic ProtectionSwitching方法，简称EAPS方法，该方法解决了以太网设备在环状网络拓扑时网络故障收敛慢的问题，利用该方法能够使得收敛时间在50ms以内。EAPS环由多个节点相连组成，环上可以有多个EAPS域Doman，一个Doman可以定义自己的主节点和传输节点，可以定义一组属于某个EAPS Doman的用于用户数据的业务转发的业务虚拟局域网Virtual Local Area Network，简称VLAN，和用于EAPS协议报文转发的控制VLAN，对于一个特定的EAPS Doman，主节点阻塞了一个端口的业务VLAN，从而保证了业务VLAN不会形成环路，防止了由于环路引起的“广播风暴”。

EAPS很好的解决了单个环网的快速收敛问题，然而实际组网会比较复杂，存在多个环网相交的情况，图1-1给出了多个EAPS环相交的拓扑结构，图中S1、S2、S3、S4组成环一，S1是主环主节点11；S3、S4、S5组成环二，S5是从环主节点12；S3、S4、S6组成环三，S6是从环主节点12；正常情况下，环一的S1和S2之间的业务VLAN是阻塞的，环二的S5和S3之间的业务VLAN是阻塞的，环三的S6和S4之间的业务VLAN是阻塞的。假设S3和S4之间的链路出现故障，环一、环二、环三的三个主节点检测到上述故障后，会执行保护倒换，解除相关业务VLAN的阻塞状态，此时网络由S1、S2、S3、S4、S5、S6形成多个闭环，如图1-2所示，引起“广播风暴”，最终导致网络瘫痪。

中国发明专利“以太网自动保护系统相切环的故障处理方法”，公开号CN1747439A，公布了一种解决方法，该方法从多个EAPS相切环中选出一个主环，其余的为从环，各环各有一个主节点，当相交节点检测到共享直连链路出现故障时，向主环和从环发送不同告警通知，主环主节点执行保护倒换操作，从环主节点对自身屏蔽，不执行相应的保护倒换操作，屏蔽时间过后，从环主节点的环路检测报文通过主环链路作大环检测。该方法虽然在一定程度上提高EAPS相切环的抗故障能力，但是其具有如下局限性：①首先是相切节点之间为直连共享链路，不能是非直连共享链路，比如，在图1-1所示网络直连共享链路上，即S3和S4节点之间增加S7节点，如图2-1所示，如果S7节点发生故障停止转发，S3和S4节点是根本检测不到的；②其次是从环主节点的屏蔽作用，如果环网的确需要从环进行快速业务倒换时，如主环发生包括共享链路两条链路故障，其屏蔽作用自然大大增加了业务倒换的延迟，造成大量数据丢失；③此外是主环上不能有包括共享链路的两条以上链路同时发生故障，比如：图1-1所示网络中主环S1和S2之间的链路、S3和S4之间的链路同时故障，如图2-2所示，S5和S6从环主节点12会执行保护倒换，此时网络由S3、S4、S5、S6组成闭环，引起“广播风暴”，最终导致网络不可用。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种以太网自动保护方法，根本避免由于故障引起的网络闭环及其导致的网络性能下降或网络瘫痪，极大地提高以太环网在复杂网络拓扑情况下的抗故障能力。

本发明的上述技术问题这样解决，提供一种以太网自动保护方法，定义为ZESR以太环网自动保护方法，包括以下步骤：

1.1)在网络拓扑中选取一主环；进一步，若有从环，将其退化成直接或间接连接在所述主环上的各层次分段链路；

1.2)主环主节点检测并根据主环链路的状态变化进行主环故障或故障恢复的业务倒换；

1.3)各层次分段链路主节点检测并根据对应分段链路的状态变化进行对应从环故障或故障恢复的业务倒换。

按照本发明提供的保护方法，第一层次分段链路直接连接在所述主环上，其他层次分段链路直接连接在上一层次的分段链路上从而间接连接在该主环上。

按照本发明提供的保护方法，所述主环主节点检测或所述各层次分段链路主节点检测包括(一)告警模式：主环主节点接收主环链路上其他节点的故障告警或各层次分段链路主节点接收各自的分段链路上其他节点的故障告警或(二)抽样模式：主环主节点或从环主节点自身主动发送探测报文；进一步，检测故障时(一)和(二)两种模式可以互为补充，检测故障恢复时第(二)种模式是主要技术手段。

按照本发明提供的保护方法，所述主环的抽样模式与传统一致，即：所述主环的主节点探测报文周期性从其主端口发送、经主环最终回到其从端口。

按照本发明提供的保护方法，所述分段链路的抽样模式与传统不同，是局部的、分层的，可采用回声模式Echo Mode的抽样故障检测方法，即：所述分段链路的主节点探测报文周期性从其主从两端口发送、经该分段链路到达位于其两端的各自端点后、由端点沿原路反送回原各自发送端口。另外，分段链路检测方法也不局限于该方法，还可采用异步模式进行检测。

按照本发明提供的保护方法，所述端点区分对待自身分段链路主节点探测报文和主环或上一层次分段链路主节点探测报文，即反送回自身分段链路主节点和按原方向转发或透穿到主环或上一层次分段链路的下一节点。

按照本发明提供的保护方法，所述步骤1.3)具体是：所述分段链路主节点检测到自身分段链路故障或故障恢复，向主环或上一层次分段链路发送MAC地址更新消息，由所述端点转发，进行对应从环的快速保护倒换。

按照本发明提供的保护方法，所述步骤1.3)还可以结合所述端点进行，即：所述端点检测到自身分段链路故障或故障恢复，暂时替代自身分段链路主节点向主环或上一层次分段链路直接发送MAC地址更新消息，进行对应从环的快速保护倒换；这种方法中端点配合主节点完成了从环业务倒换。

按照本发明提供的保护方法，主环不向分段链路转发故障告警消息和MAC地址刷新消息，上层次分段链路也不向其下层次分段链路转发故障告警消息和MAC地址刷新消息。

按照本发明提供的保护方法，所述网络拓扑包括单环、相交环、多层相交环或星型组网结构。

本发明提供的ZESR以太环网自动保护方法，利用主环和各层次分段链路将复杂的网络拓扑简化分解为层次化的简单结构，从而将复杂的网络环路探测工作分解为简单、层次化、局部化的探测过程，从根本上解决了在复杂环网拓扑情况下的以太环网故障保护倒换的问题，避免了由于故障引起闭环出现导致网络不可用的情况，提高了环网的抗故障能力，扩大了采用本发明方法的ZESR以太网组网应用范围，极大地保障业务可靠和稳定的运行。

附图说明

下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。

图1-1为一种EAPS相交环的拓扑结构；

图1-2为图1所示EAPS相交环公共链路故障后的情况；

图2-1为非直连共享链路相交环拓扑结构；

图2-2为主环两条链路发生故障的情况；

图3-1为本发明ZESR层次化的网络拓扑结构；

图3-2为本发明ZESR以太环网自动保护方法的核心思想示意图；

图4-1为本发明ZESR主环故障时的保护倒换结果；

图4-2为本发明ZESR层次1分段链路_1故障时的保护倒换结果；

图4-3为本发明ZESR层次1分段链路_2故障时的保护倒换结果；

图4-4为本发明ZESR主环和层次分段链路故障恢复时的保护倒换结果；

图5为本发明ZESR以太环网保护方法流程图。

具体实施方式

首先，说明本发明核心思想：如图3-1所示，图中S1、S2、S3、S4组成主环，S1是主环主节点11；S3、S4、S5、S6组成第一层从环一，S5是从环主节点12；S3、S4、S7、S8组成第一层从环二，S7是从环主节点12；而低层次从环认为高层次从环或主环永远联通，如图3-2所示，这样引入了主环、层次和分段链路的概念，进一步引入端点33，即边界节点33等概念，将复杂的网络环路探测工作分解为简单、层次化、局部化的探测过程，从根本上解决了在复杂环网拓扑情况下的以太环网故障保护倒换的问题。

第二步，说明本发明的关键，网络拓扑的逻辑划分：

本发明将支持相同业务VLAN的环节点定义在一个ZESR控制域内，使用相同的控制VLAN，即ZESR协议报文所在的VLAN，当域内由多个物理环组成时，对环拓扑进行了层次划分，其中一个环为主环，定义为层次Level0，其它环可以退化为连接在主环上的各层次的分段Segment链路，当ZESR域仅包含一个单环时，则将该环设置成主环。

进一步，ZESR控制域的节点组成说明如下：主环和各层次的分段链路分别具有一个主节点(可以合二为一)，分别负责主环、各层次的分段Segment链路的决策与控制；ZESR域内除主节点以外的其它节点均可以称为传输节点，传输节点主要是协助主节点进行环路状态的监测以及在主节点的控制下进行业务倒换；ZESR域内同时连接两个层次以上的节点称为边界节点，根据本发明定义层次数值越小层次越高，边界节点在高层次的角色为主节点或传输节点(含有两个端口)，在低层次(接入层次)上为边界辅助节点或边界控制节点(只有一个接入端口)，所谓边界辅助或边界控制节点是指在相应的接入层次上的角色为传输节点或主节点。边界辅助节点主要是协助该分段链路的主节点或边界控制节点完成对分段链路的监测与业务倒换。各层次分段链路肯定存在一个或两个边界辅助节点，但不一定存在边界控制节点，当只有一个边界辅助节点时，则主节点的选取必须是边界控制节点。

第三步，具体说明本发明技术方案：

ZESR环网自动保护方法的链路故障检测主要采用以下两种模式：一种是告警模式，节点检测到链路故障时，发送断路告警消息，主节点接收到断路告警消息，进行相关的业务倒换；另一种是抽样模式，主节点周期性地发送hello报文，探测链路故障，如果在规定时间内，主节点没有收到发出的hello报文，则认为网络中发生链路故障。抽样模式是对告警模式有益的补充，此外作为检测网络从故障中恢复的主要技术手段。

a、首先配置ZESR域的保护VLAN和业务VLAN，然后根据拓扑情况将环网划分为主环和各层次分段链路，配置各节点的角色，进而指定各节点的主、从端口和接入端口情况。

b、主环主节点利用抽样模式和告警模式来检测主环拓扑状态，周期性的从主端口发送hello报文，该报文在环路正常情况通过传输节点的转发，最终回到主节点的从端口，如果主环处于稳定状态，环路中没有链路中断情况，主节点会阻塞从端口的相应业务VLAN的转发功能，以防止环路引起的风暴。

c、各层次的分段链路的主节点也是利用抽样模式和告警模式来检测相应分段链路的拓扑状态，但与主环主节点不同的是，周期性的分别从主、从端口发送hello报文，该报文在分段链路正常情况下经过传输节点的转发，送至边界辅助节点，边界辅助节点在接入端口上对报文进行回送echo mode，最终回到主节点的相应主、从端口，如果分段链路处于稳定状态，没有链路中断情况，主节点会阻塞从端口的相应业务VLAN的转发功能，以防止环路引起的风暴。

d、主环主节点、各层次的分段链路的主节点检测到链路故障时，执行相关的业务保护倒换工作。

链路发生故障时主节点执行保护倒换的方法进一步包括：

d1、当主环出现链路故障，主环主节点接收到链路中断的事件后，或者发现hello报文超时，即进入“Ring Failed”状态，去阻塞其从端口的业务VLAN转发功能。由于环路的拓扑发生改变，主节点需要从主端口和从端口发送“RING-DOWN-FLUSH-FDB”的MAC地址更新消息，该消息仅在主环上转发，更新主环上相关节点的MAC地址表。

d2、当层次分段链路出现链路故障，分段链路主节点接收到链路中断的事件后，或者发现主端口或从端口的hello报文超时，即进入“Seg Failed”状态，去阻塞其从端口的业务VLAN转发功能。由于分段链路的拓扑发生改变，主节点需要从主端口和从端口发送“SEG-DOWN-FLUSH-FDB”的MAC地址更新消息，该消息经过边界辅助节点的中继转发至主环，更新分段链路和主环上相关节点的MAC地址表。

d3、当层次分段链路出现链路故障，边界辅助节点接收到中断的事件后，或者接入端口(属于分段链路的端口)在规定时间内(hello报文的超时)没有接收到分段链路主节点发出的hello报文，即进入“Master Down”状态，此时分段链路也进入“Seg Failed”状态，充当“临时主节点”，向接入端口和主环上的端口发送“SEG-DOWN-FLUSH-FDB”的MAC地址更新消息，主要是更新从边界辅助节点到故障节点之间的分段链路上相关节点的MAC地址表，实现业务的快速保护倒换。

e、主节点检测到主环或各层次分段链路从故障中恢复，执行相关的保护倒换工作，该方法进一步包括：

e1、主环主节点采用步骤b的方式检测到主环从故障中恢复，即进入“Ring Complete”状态，阻塞从端口的相应业务VLAN的转发功能，向主端口和从端口发送“RING-UP-FLUSH-FDB”的MAC地址更新消息，该消息仅在主环上转发，更新主环上相关节点的MAC地址表。

e2、层次分段链路的主节点采用步骤c的方式检测到层次分段链路从故障中恢复，即进入“Seg Complete”，阻塞从端口的相应业务VLAN的转发功能，向主端口和从端口发送“SEG-UP-FLUSH-FDB”的MAC地址更新消息，该消息经过边界辅助节点的中继转发至主环，更新分段链路和主环上相关节点的MAC地址表。

第四步，结合一种网络拓扑的各种实际具体链路状况，分别如图3-1、4-1、4-2、4-3和4-4所示，详细描述本发明方法的具体应用：

(一)实际网络拓扑及逻辑划分：如图3-1、4-1、4-2、4-3和4-4所示，环上节点处于同一个ZESR域，S1、S2、S3、S4组成主环，S1是主环主节点11；S3、S4、S5、S6组成第一层从环一，S5、S6构成第一层分段链路_1，S5是从环主节点12，即分段链路_1的主节点；S3、S4、S7、S8组成第一层从环二，S7、S8构成第一层分段链路_2，S7是从环主节点12，即分段链路_2的主节点；S3和S4是端点33或边界辅助节点33，当环网拓扑稳定时，相应的主节点阻塞其从端口的业务VLAN转发功能。

(二)无故障情况：如图3-1所示，链路S1-S2、链路S5-S3、链路S7-S8的业务VLAN的转发功能是阻塞的，主节点S1的hello报文从主端口发出，经过主环回到从端口；主节点S5的hello报文从两个端口发出，经过第一层分段链路_1送至边界节点S3和S4，边界节点对hello报文的回送，最终回到S5的两个发送端口；主节点S7的hello报文发生过程与S5类似。

(三)实际发生情况：

①主环上出现故障：如图4-1所示，链路S3-S4发生故障，故障告警消息从S3、S4发出，送至主节点S1，S1收到链路告警后，去阻塞链路S1-S2的业务VLAN转发功能，同时发送MAC地址更新消息，更新主环上相关节点的MAC地址表。

②进一步，第一层分段链路_1出现故障：如图4-2所示，链路S5-S6发生故障，主节点S5检测到链路故障，去阻塞链路S3-S5的业务VLAN转发功能，同时发送MAC地址更新消息，MAC地址更新消息送至边界节点S3，S3将该消息在主环上进行转发，更新主环和层次分段上相关节点的MAC地址表。同时链路S5-S6发生故障后，故障告警消息从S6发出，送至边界节点S4，S4收到S6发出的链路告警后，如果S4发现没有从主环上收到第一层分段链路_1的MAC地址更新消息(S3转发的消息)，则产生MAC地址更新消息向主环上的两个端口发送，更新主环上相关节点的MAC地址表。

③进一步，当第一层分段链路_2也同时出现故障：如图4-3所示，链路S4-S8发生故障，故障告警消息从S8发出，送至主节点S7，S7收到链路告警后，去阻塞链路S7-S8的业务VLAN转发功能，同时发送MAC地址更新消息，MAC地址更新消息送至边界节点S3，S3将该消息在主环上进行转发，更新主环和层次分段上相关节点的MAC地址表。同时S4也检测到链路故障，如果S4发现没有从主环上收到第一层分段链路_2的MAC地址更新消息(S3转发的消息)，则产生MAC地址更新消息向主环上的两个端口发送，更新主环上相关节点的MAC地址表。

④进一步，主环和第一层分段链路_2上故障恢复：如图4-4所示，当主环主节点S1利用抽样模式检测到主环从故障中恢复，则阻塞链路S1-S2的业务VLAN的转发功能，同时发送MAC地址更新消息，更新主环上相关节点的MAC地址表；当第一层分段链路_2的主节点S7检测到该分段链路从故障中恢复，则阻塞链路S7-S8的业务VLAN转发功能，同时发送MAC地址更新消息，MAC地址更新消息送至边界节点S3和S4，S3和S4根据目前状态机的状态决定是否将该消息向主环上进行转发(S3和S4之中的任一边界节点如发现在主环上已经收到来自另外一个边界节点转发的MAC地址更新消息，则不向主环转发)，更新主环和层次分段上相关节点的MAC地址表。

最后，根据以上四种情况总结归纳本发明上述实施例中采用的ZESR以太环网自动保护方法，如图5所示，包括以下具体步骤：

510)首先将复杂的网络拓扑分解为主环和各层次分段链路的层次化结构，根据分解后的结果指定节点的角色；

520)主环主节点利用告警模式和抽样模式检测主环的链路状态，负责主环发生故障和从故障中恢复的业务倒换。

530)各层次分段链路主节点结合边界辅助节点配合利用告警模式和抽样模式检测该层次分段链路状态，负责该层次分段链路发生故障和从故障中恢复的业务倒换。

Claims (8)

1、一种以太网自动保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

1.1)在网络拓扑中选取一主环；进一步，若有从环，将其退化成直接或间接连接在所述主环上的各层次分段链路，正常工作时，各层次分段链路主节点(12)阻塞其从端口的相应业务VLAN的转发功能；

1.2)主环主节点(11)检测并根据主环链路的状态变化进行主环故障或故障恢复的业务倒换，主环故障或故障恢复的业务倒换包括：在主环主节点(11)检测到主环故障时，主环主节点(11)去阻塞其从端口的业务VLAN转发功能，在主环主节点(11)检测到主环从故障中恢复时，主环主节点(11)阻塞其从端口的业务VLAN转发功能，并从主端口和从端口向主环上转发MAC地址更新消息，更新主环上相关节点的MAC地址表；

1.3)各层次分段链路主节点(12)检测并根据对应分段链路的状态变化进行对应从环故障或故障恢复的业务倒换，其中，

所述各层次分段链路主节点(12)检测包括接收各自的分段链路上其他节点的故障告警或所述分段链路主节点(12)自身主动发送探测报文，其中，所述分段链路的主节点(12)的探测报文周期性从其主从两端口发送、经该分段链路到达位于其两端的各自端点(33)后、由所述端点(33)沿原路反送回原各自发送的主或从端口；

从环故障或故障恢复的业务倒换包括：在分段链路主节点(12)检测到分段链路故障时，分段链路主节点(12)去阻塞其从端口的相应业务VLAN的转发功能，在分段链路主节点(12)检测到分段链路从故障中恢复时，分段链路主节点(12)阻塞其从端口的相应业务VLAN的转发功能，并向主环或上一层次分段链路发送MAC地址更新消息，由所述端点(33)转发，进行对应从环的快速保护倒换。

2、根据权利要求1所述保护方法，其特征在于，第一层次分段链路直接连接在所述主环上，其他层次分段链路直接连接在上一层次的分段链路上从而间接连接在该主环上。

3、根据权利要求1所述保护方法，其特征在于，所述主环主节点检测包括接收所述主环链路上其它节点的故障告警或所述主环主节点(11)自身主动发送探测报文。

4、根据权利要求3所述保护方法，其特征在于，所述主环的主节点(11)探测报文周期性从其主端口发送、经主环最终回到其从端口。

5、根据权利要求1所述保护方法，其特征在于，所述端点(33)反向传回自身分段链路主节点(12)发送的探测报文，和按与其上一层的主环或分段链路相同的方向转发其上一层的主环主节点或分段链路主节点发送的探测报文。

6、根据权利要求1所述保护方法，其特征在于，所述步骤1.3)进一步包括：所述端点(33)检测到自身分段链路故障或故障恢复，直接向主环或上一层次分段链路发送MAC地址更新消息，进行对应从环的快速保护倒换。

7、根据权利要求1所述保护方法，其特征在于，主环不向分段链路转发故障告警消息和MAC地址刷新消息，上层次分段链路也不向其下层次分段链路转发故障告警消息和MAC地址刷新消息。

8、根据权利要求1所述保护方法，其特征在于，所述网络拓扑包括相交环或星型组网结构。

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