CN101068139A - 媒体网关上联链路的主备保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种媒体网关(MG)上联链路的保护方法，通过在MG上创建上联端口保护组，将其中的主用端口组和备用端口组分别设为使能和禁用状态，利用上层软件不断地对主用端口组中的端口和/或上联链路进行检测，如果MG发现主用端口组中的任一端口和/或上联链路发生异常，则禁用主用端口组的端口、然后使能备用端口组的端口，并将主用端口组对应的主用上联链路组倒换到备用端口组对应的备用上联链路组。本发明方法具有对上联链路保护范围大、主备用链路组倒换速度快、能够实现端口双工模式从自适应的光链路到强制全双工的光链路的转换的效果。

Description

媒体网关上联链路的主备保护方法

技术领域

本发明涉及下一代网络(NGN)上联链路的保护技术，特别是涉及一种媒体网关上联链路的主备保护方法。

背景技术

NGN是一种以软交换(Soft Switch)技术为核心，能够提供语音、视频、数据等多媒体业务的综合性宽带网络平台体系。其特点是：采用了分层的全开放网络，运用业务与呼叫控制分离以及呼叫控制与承载分离的技术，使业务独立于网络、业务的提供不受限于底层的网络技术。软交换技术是近年来发展起来的一种新的呼叫控制技术，由于其具有开放的体系架构、基于分组传输、能够提供多种接入方式等特点，已经逐渐成为传统的电路交换向分组交换演进的主流技术。

图1为现有基于软交换技术的网络体系结构示意图，如图1所示，其主要由接入层、传送层、控制层、业务层组成。其中，接入层主要由各种网关设备及终端用户组成，负责将用户连接至网络，集中用户业务并将用户业务传递至目的地；传送层主要指各种传输网络，负责将信息格式转换成能够在网络上传递的格式，例如将话音信号分割成ATM信元或IP包；控制层包含呼叫智能，主要由软交换设备组成，该层决定用户收到的业务类别，并控制低层网络元素对业务流的处理；业务层在呼叫建立的基础上提供额外的服务，并提供开放的业务开发接口API。

一般，软交换系统由多种设备组成，主要包括软交换设备、信令网关、媒体网关(MG)、媒体服务器、路由服务器、应用服务器等网络侧设备以及综合接入设备(IAD)、会话发起协议(SIP，Session Initiation Protocol)终端等终端侧设备。其中，MG位于接入层，用于完成媒体流的转换处理功能，按照MG所在位置和所处理媒体流的不同，又可进一步分为：中继媒体网关(TG)、接入媒体网关(AMG)、多媒体网关(MMG)、综合接入设备(IAD)以及无线网关等。

对于全IP网的MG，电话的语音媒体数据、信令数据、网管数据都是通过IP的方式上联到相应网络的。因此，MG上联链路的冗余保护就显得尤为重要，这样才可以保证在某一上联链路出错或故障的情况下，可将业务倒换至另一链路后继续工作，保证语音、视频、数据等业务的正常进行。

现有技术对上联链路的保护方法有两种：一种是基于链路聚合(Trunking)的链路保护方式，另一种是基于快速生成树协议(RSTP，Rapid Spanning TreeProtocol)的链路保护方式。对于链路聚合方式，在组网时，核心交换机之间的连接、核心交换机与数据服务器的连接以及核心交换机与边缘交换机的连接是整个网络最重要的连接，叫主干连接(Trunk)。主干连接具有高带宽和高可靠性等要求，显然，单一物理链路不一定能保证高带宽和高可靠性，而采用聚合技术，把多个物理链路捆绑成一条逻辑链路不但可以在两个系统之间建立一条高性能的链路，而且当某条链路失效时，虽然可用带宽减少，但聚合链路仍可以继续正常工作。链路聚合的优点是组网简单，无需启用额外的协议、两条链路不仅能够互相保护，并且能够实现负载均衡、倒换速度快，一旦通信异常时，Trunk组内端口马上进行保护倒换。缺点是只能对链路进行备份保护，不能对中间的连接设备进行主备保护，比如：做不到对基于SDH的多业务平台MSTP设备进行主备保护，且一旦中间设备出现问题，通信将中断；另外，Trunk只支持端口双工模式为自适应的光链路，不支持端口双工模式为强制全双工的光链路。

对于STP，遵循美国电气电子工程师学会(IEEE)802.1d协议。一般通过交换网桥协议数据单元(BPDU)建立并维护一个动态网络拓扑结构，当网桥出现环形或圆形拓扑时，阻塞一部分网桥端口，以防止网络逻辑结构中出现环路而产生广播风暴。任意拓扑的桥接局域网(LAN)在STP的作用下，自动配置每一个端口的转发状态，使得任意两终端间仅有一个数据路由。当网络中部分设备或者端口出现故障或链路断开时，自动重新配置网络端口，形成新的生成树，保证任意两终端间的通信。当拓扑发生变化，新的配置消息要经过一定的时延才能传播到整个网络，这个时延称为前向时延(FD，Forward Delay)，协议默认值是15秒。为了解决STP协议的这个缺陷，IEEE推出了802.1w标准，作为对802.1d标准的补充。在IEEE 802.1w标准里定义了RSTP协议。RSTP协议在STP协议基础上做了三点重要改进，使得收敛速度加快不少。RSTP的优点是可以对MG和二层交换机之间的链路进行保护，不管是光纤出现问题还是二层交换机出现问题，都可以进行倒换，保证通信的正常。但RSTP的缺点是：只能对MG和三层交换机之间的二层链路进行备份保护，不能对MG到核心路由器之间的三层链路进行保护，一旦三层链路出现问题，通信将中断；倒换时间长，虽然RSTP针对于原始的STP协议做了修改，在收敛速度做了不少改变，但由于协议是基于拓扑发现的，收敛时间还是比较长；与Trunk一样，由于光链路自身的限制，RSTP只支持端口双工模式为自适应的光链路，不支持端口双工模式为强制全双工的光链路。

可见，目前已有的上联链路保护技术都存在不同程度的缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种MG上联链路的主备保护方法，能提高链路的全程保护，进而保证网络通信的可靠性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种媒体网关上联链路的主备保护方法，通过创建上联端口主备保护组，将媒体网关中的业务数据流配置在所述主备保护组内的主用和备用端口组的各个端口上，形成对应所述主用和备用端口组的主用和备用上联链路组，所述方法包括如下步骤：

a、使能所述主用端口组的所有主用端口，禁用所述备用端口组的所有备用端口；

b、系统检测所述主用端口组的每个主用端口的物理状态和/或对应的主用上联链路是否正常，若所述主用端口和/或所述主用上联链路发生异常，则执行步骤c；否则返回步骤b；

c、禁用所有主用端口，并使能所有备用端口。

上述方案中，当系统检测到所述主用端口组中任一主用端口的物理状态和/或对应的主用上联链路和/或任一业务数据流发生异常时，禁用所述主用端口组，使能所述备用端口组，同时禁用所述主用上联链路组，使能所述备用上联链路组。

所述上联端口主备保护组的组数为1～3个，且每个主用端口组或备用端口组中的端口数量为1～6个。

所述业务数据流包括语音IP媒体流、语音IP控制流和网管流。

所述主用端口组连接到主用路由器，所述备用端口组连接到备用路由器，所述主用路由器和所述备用路由器之间运行虚拟路由冗余协议。

步骤b中所述的检测方式为：系统周期性地检测主用端口的物理状态和/或逻辑检测所述媒体网关与下一跳路由器之间的上联链路的通讯是否正常，其中，对媒体网关上联链路的逻辑检测方式是通过发送互联网控制报文协议。

本发明所提供的媒体网关上联链路的主备保护方法具有以下的优点和特点：

1)本发明方法可以对媒体网关与核心交换机之间包括MSTP设备在内的三层链路进行保护，克服了链路聚合保护方式只能对两台设备之间的二层链路提供保护的缺点，例如：链路聚合方式只能对三层交换机到核心交换机之间的二层链路提供保护。

2)MG通过检测端口物理状态发现通信是否异常，一旦检测到端口物理状态从已连接状态变为断开状态，则主备保护组马上进行主备链路的倒换，通常用时在5秒以内，因此与链路聚合以及STP方法相比倒换速度快。

3)本发明的双工端口通过上层软件的使能作用，能够实现端口双工模式从自适应的光链路到强制全双工的光链路的转换，克服了链路聚合及RSTP保护方式不支持端口双工模式为强制全双工的光链路的缺点。

附图说明

图1为现有软交换系统的体系结构示意图；

图2为本发明一具体实施例的MG通过MSTP接入软交换网的示意图；

图3为本发明具体实施例的上联链路的配置及保护方法实施过程示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想是：创建一至三个上联端口主备保护组，将媒体网关中的IP业务数据流配置在保护组内的主用和备用端口组的各个端口上，形成对应主用和备用端口组的主用和备用链路组，应用时将备用端口组禁用，系统不断检测主用端口组中每个端口的物理状态和/或上联的主用链路组中的每个链路是否正常，当系统检测到主用端口组中任一端口和/或上联链路组中任一链路发生异常时，将主备用端口组倒换，同时主备用上联链路组发生倒换，从而保证了网络的可靠性。

本发明的上联链路组主备保护方法可对MG到核心路由器之间的链路全程进行保护，下面结合附图和具体实施例对本发明方法作进一步描述。

图2为本发明一具体实施例的MG通过MSTP接入软交换网的示意图。如图2所示，每个MG以两组光纤以太网(FE)端口的方式，通过网线或光纤收发器连接到MSTP的接入节点，图2中以实线表示主用组，虚线表示备用组。两组FE端口承载的业务分别经本地传输网传送至与主备边缘路由器连接的汇聚节点MSTP设备，完成FE端口到千兆以太网(GE)端口的汇聚，MSTP汇聚节点提供两个GE端口分别与主备边缘路由器连接完成对MG的上联承载，路由器启用VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由冗余协议)协议以实现对上联端口的保护。MSTP设备提供MG到主备用边缘路由器之间的主备用传输链路，它可以通过软件的使能作用自动完成所承载的主备用链路倒换工作。

MG系统中的IP业务数据流主要有三种，分别是语音IP(VoIP，Voice overIP)媒体流、VoIP控制流、网管流。VoIP媒体流、VoIP控制流、网管流均以开放系统互联(OSI)参考模型第三层协议的方式上联。业务数据流中的三种流可以共用一个上联端口上联，也可以分别使用不同的三个端口上联，也可以将每个流分别设置到两个端口上或按照上述三种流的任意组合方式上联。上联端口主用和备用保护组，简称为上联端口保护组。上联端口保护组根据使用状态不同进一步分为主用端口组和备用端口组两种，根据业务数据流中三种流的配置情况不同上联端口保护组最多可设置3个，因此，每个保护组里主用端口组中的端口数可以根据网络资源的实际情况设置1～6个端口，相应地，设置的备用端口组的端口数量也与主用端口组的端口数量一致。以主用端口组的设置为例，将VoIP媒体流、VoIP控制流、网管流中的任一个流分配至两个端口传输，则需要6个端口，相应地，备用端口组也占6个端口。

上联端口的主备用组保护是指用户可以将期望的三种业务数据流的其中一种或几种放到一个组中，对放入组中的这些业务数据流进行主备用保护，当这些业务数据流中任何一种流出现故障时就进行主备倒换，将这几种业务数据流对应的主用端口倒换到业务数据流对应的备用端口上。

所述业务流出现故障是指：MSTP传输网中的传输链路出现不稳定或断开等故障，导致该业务流中断，网关依靠自身的监测功能发现这一故障后上报给系统。

图3为本发明具体实施例的上联链路的配置及保护方法实施过程示意图，如图3所示，路由器R与路由器A、路由器B分别建立不同网段的第三层连接，并在这两个网段中启动开放最短路径优先(OSPF)动态协议。路由器A和路由器B配置为：与顶层路由器R建立三层连接，并启动OSPF协议，则路由器A和路由器B之间建立三层连接，并启动OSPF协议。路由器A和路由器B创建虚拟路由冗余协议(VRRP)组，并设置虚拟IP地址，其中，路由器A和路由器B通过链路c互换VRRP报文。

所述OSPF是一种典型的链路状态路由协议，采用OSPF的路由器彼此交换并保存整个网络的链路信息，从而掌握全网的拓扑结构，独立计算路由，OSPF具有支持大型网络、路由收敛快、占用网络资源少等优点。

所述VRRP是一种为路由器提供高效率的路由选择协议，具体为：一个或多个IP地址可以分配到一个虚拟路由上，每个虚拟路由节点应该具备以下状态：主用(MASTER)状态，回答所有的请求给相应请求的IP地址；备用(BACKUP)状态，运行VRRP协议的路由器监视主用路由器的状态，VRRP路由器不会回答任何来自相应IP地址的请求，当MASTER状态的路由器无法工作时，比如至少三次VRRP数据连接丢失，则启动选择过程，新的MASTER路由器会根据优先级产生。

本发明以创建一个上联端口保护组，设置该保护组内主备用端口组各使用两个端口为例，来说明媒体网关上联链路的主备保护方法的实施过程，其具体步骤如下：

a、创建一个上联端口保护组，端口e、f和端口g、h归为一个保护组，其中将端口e、f加入主用端口组，将端口g、h加入备用端口组，使能主用端口e、f，禁用备用端口组g、h端口，然后配置VRRP的虚拟IP地址进行下一跳路由器间的传输配置。

b、MG检测主用端口组中端口e、端口f的物理状态和/或相应的上联链路状态，如果主用端口组中任一端口的物理状态从已连接状态变为断开状态，则表示上联链路有故障，需要做上联端口保护组主备倒换；对上联链路状态的检测是通过逻辑检测VRRP的虚拟IP是否正常来进行的，若检测结果显示上联链路异常，也需要对与上联链路对应的上联端口保护组进行主备倒换。

通常，MG一边对主用端口组中的端口e、端口f进行检测，一边周期性地逻辑检测VRRP的虚拟IP是否正常，具体应用过程是：对于端口的物理状态检测，具体方法是：通过媒体网关上联的网线或光纤被拔出或折断，MG通过每隔3秒不断地轮询扫描物理端口的物理状态就可在3秒内检测到对应的端口物理状态的变化，如，从正常的已连接状态变为断开状态，此时MG就会立即做主备用端口组的倒换，对于端口配置为自适应模式和强制模式该种检测方式均支持；对于周期性地检测VRRP的虚拟地址是否正常，具体方法是：逻辑检测(如通过ICMP包检测方式)MG与下一跳路由器之间通讯是否正常，MG每隔N秒向路由器发送ICMP请求一次，如果连续M次不正常，如：没有收到路由器的ICMP应答数据包，就需要对该上联端口保护组的主备用端口保护组及其上联链路的主备用链路组进行倒换。其中，M、N值可以根据网络状况及实际需要灵活配置，一般地，M设为3次，N设为6秒。

所述的ICMP为互联网控制报文协议，该协议是一种提供有关阻止数据包传递的网络故障问题反馈信息的机制，它让TCP等上层协议能够意识到数据包没有送达目的地。

这里，MG对主用端口组的端口物理状态检测是必不可少的工作，而MG对VRRP的虚拟IP的逻辑检测可以不做。

c、启动主备端口组的倒换，MG首先禁用主用端口组中的端口e、端口f，然后使能备用端口组中的端口g、端口h，主备端口组倒换过程结束。

这里，为了便于设备维护人员对发生故障的端口、或上联链路进行在线维护，主备倒换还可以通过人工干预的方式来实现。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (7)

1、一种媒体网关上联链路的主备保护方法，其特征在于，创建上联端口主备保护组，将媒体网关中的业务数据流配置在所述主备保护组内的主用和备用端口组的各个端口上，形成对应所述主用和备用端口组的主用和备用上联链路组，所述方法包括如下步骤：

a、使能所述主用端口组的所有主用端口，禁用所述备用端口组的所有备用端口；

b、系统检测所述主用端口组的每个主用端口的物理状态和/或对应的主用上联链路是否正常，若所述主用端口和/或所述主用上联链路发生异常，则执行步骤c；否则返回步骤b；

c、禁用所有主用端口，并使能所有备用端口。

2、根据权利要求1所述的媒体网关上联链路的主备保护方法，其特征在于，当系统检测到所述主用端口组中任一主用端口的物理状态和/或对应的主用上联链路和/或任一业务数据流发生异常时，禁用所述主用端口组，使能所述备用端口组，同时禁用所述主用上联链路组，使能所述备用上联链路组。

3、根据权利要求1所述的媒体网关上联链路的主备保护方法，其特征在于，所述上联端口主备保护组的组数为1～3个，且每个主用端口组或备用端口组中的端口数量为1～6个。

4、根据权利要求1或2所述的媒体网关上联链路的主备保护方法，其特征在于，所述业务数据流包括语音IP媒体流、语音IP控制流和网管流。

5、根据权利要求1所述的媒体网关上联链路的主备保护方法，其特征在于，所述主用端口组连接到主用路由器，所述备用端口组连接到备用路由器，所述主用路由器和所述备用路由器之间运行虚拟路由冗余协议。

6、根据权利要求1、2或5所述的媒体网关上联链路的主备保护方法，其特征在于，步骤b中所述的检测方式为：系统周期性地检测主用端口的物理状态和/或逻辑检测所述媒体网关与下一跳路由器之间的上联链路的通讯是否正常。

7、根据权利要求6所述的媒体网关上联链路的主备保护方法，其特征在于，对媒体网关上联链路的逻辑检测方式是通过发送互联网控制报文协议。

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