CN101741647B - 一种测量以太环网切换时间的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量以太环网切换时间的方法，包括：同步以太环网中各节点的本地时间；当以太环网发生切换时，各节点记录自身的切换起始时间和切换结束时间；比较得出所有节点中的最大切换结束时间与最小切换起始时间，计算最大切换结束时间与最小切换起始时间之间的差值，作为以太网切换时间。本发明还同时公开了一种测量以太环网切换时间的装置，运用该方法和装置可达到精确测量以太环网切换时间的目的，利于以太环网的维护、故障定位和业务影响评估等。

Description

一种测量以太环网切换时间的方法及装置

技术领域

本发明涉及以太环网切换技术，尤其涉及一种测量以太环网切换时间的方法及装置。

背景技术

现有以太网正朝着多业务承载方向发展，且随着一些业务对网络的可靠性和实时性等要求的提高，以太网已广泛采用冗余组网方式来提高网络的可靠性。在以太网的冗余组网结构中，通常要求保护倒换的速度够快，保护倒换的时长需在50ms以内。目前，涉及快速保护倒换的技术有互联网工程任务组(Internet Engineering Task Force，IETF)提出的RFC3619标准和国际电信联盟(International Telecommunication Union，ITU-T)提出的G.8032标准等。

ITU-T提出的G.8032标准中，为环形拓扑以太网的以太层定义了自动保护切换协议与机制，这种自动保护切换方法适用于环形拓扑的以太网，方法实现流程如下：在环形拓扑以太网中，选择一段链路为环保护链路，当以太环网的链路均无故障时，环保护链路的两个相邻节点中，至少有一个节点阻塞与环保护链路连接的端口，防止被保护的数据从环保护链路上通过，这样，以太环网上任何两个节点之间只有唯一的通信路径，因此以太环网中不会产生通信路径的闭环，防止了闭环和网络风暴；当以太环网中的链路出现故障时，且发生故障的链路不是环保护链路时，原阻塞与环保护链路相连端口的节点打开被阻塞的端口，使被保护的数据可从环保护链路上通过，从而使通信路径重新建立起来，网络的可靠性得到提高。

图1为基于G.8032标准的以太环网结构示意图，如图1所示，节点S1、S2、S3和S4组成以太环网，节点S1和S4之间的链路为环保护链路，节点S1为环保护链路所属节点，节点S1控制端口11的阻塞和打开可使环保护链路阻塞或者打开。当以太环网的链路均无故障时，节点S1阻塞端口11，防止被保护的数据从环保护链路上通过，此时节点S2和S3之间的被保护数据流量通信路径仅为S2<->S3，而不可能是S2<->S1<->S4<->S3。

图2为图1中链路出现故障后的以太环网结构示意图，如图2所示，假设节点S2和节点S3检测到链路故障，那么，节点S2和节点S3分别阻塞与故障链路相连的端口22和端口31，并发送链路故障告警协议帧通知其它节点进行保护切换；环保护链路所属节点S1收到链路故障告警协议帧后，打开阻塞的与环保护链路相连的端口11，以太环网上各个节点刷新地址转发表，以实现网络保护切换，被保护数据可以从打开的环保护链路上通过，此时节点S2和节点S3之间被保护数据的通信路径是S2<->S1<->S4<->S3。这里，链路故障是引起保护倒换的其中一种情况，实际应用中，还可以包括手工倒换、强行倒换等情况。

在以太环网中，进行保护切换时需获知切换过程所需的时间，以便对以太环网系统的保护性能和业务影响等进行评估，通信过程中，在以太环网中以恒定的速度收发数据包，当以太环网未进行切换时，同一节点的收包计数应该等于发包计数，当以太环网进行切换时，会有一定数据包流量的丢失。

传统的一种测量切换时间的方法为：用同一节点的发包计数减去收包计数，即得出切换期间的丢包计数，再用丢包计数除以发包速度或收包速度即可计算出切换时间。但是在实际以太环网应用中，收发数据包的速度和路径都是不恒定的，因此，测得的切换时间与实际的差距较大，这种测量方法只是一种理想的测量手段，无法应用于实际的以太环网。

另一种测量切换时间的方法为：通过节点记录的起止切换时刻来计算切换时间，即在以太环网结构中，每个节点独立计算自身的切换时间，运行独立的状态机，各节点之间的时间不同步，且如果各节点之间的时间差异是未知的，或者差异的误差大于50ms，则无法从各个节点的切换时间得到整个以太环网的切换时间；或者，如果对各节点执行同步操作。但由于各节点间的时间同步操作是人为设定的，时间精度不高，如：只能精确到秒的数量级，导致这种测量方法难以满足测量精度的要求，为测量以太环网的切换时间带来很大困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种测量以太环网切换时间的方法及装置，可达到精确测量以太环网切换时间的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种测量以太环网切换时间的方法，该方法包括：

同步以太环网中各节点的本地时间，即：以太环网中，存在阻塞端口的节点向自身之外的其它节点发送带有本地当前时间的同步协议帧，所述其它节点收到同步协议帧后，将各自的本地时间设置为同步协议帧中的时间。；

当以太环网发生切换时，各节点记录自身的切换起始时间和切换结束时间；

比较得出所有节点中的最大切换结束时间与最小切换起始时间，计算最大切换结束时间与最小切换起始时间之间的差值，作为以太网切换时间。

其中，所述存在阻塞端口的节点向其它节点发送带有本地当前时间的同步协议帧的方法为：存在阻塞端口的节点周期性地持续向所述其它节点发送同步协议帧；

或者，存在阻塞端口的节点先以第一周期向所述其它节点发送同步协议帧，之后持续以第二周期向所述其它节点发送同步协议帧，直到端口处于打开状态。

其中，所述第一周期小于所述第二周期。

上述方案中，所述存在阻塞端口的节点为环保护链路上存在阻塞端口的节点，或为发生故障的链路上被端口阻塞的节点。

上述方案中，所述存在阻塞端口的节点发送的同步协议帧中包括：本节点的本地当前时间和本节点的本地标识号。

其中，所述其它节点收到同步协议帧后，将各自的本地时间设置为同步协议帧中的时间的过程，具体为：

所述其它节点收到同步协议帧后，判断自身是否有阻塞端口，确定无阻塞端口时，将本地时间设置为同步协议帧中的时间；

确定存在阻塞端口时，比较本地标识号与同步协议帧中的标识号的大小，确定本地标识号小于同步协议帧中的标识号时，将本地时间设置为同步协议帧中的时间；确定本地标识号大于同步协议帧中的标识号时，结束本地时间同步操作；或确定本地标识号大于同步协议帧中的标识号时，将本地时间设置为同步协议帧中的时间；确定本地标识号小于同步协议帧中的标识号时，结束本地时间同步操作。

本发明还提供了一种测量以太环网切换时间的装置，该装置包括：各个节点上的时间同步模块和时间记录模块，以太环网管理系统侧的比较模块和计算模块；其中，

所述时间同步模块，用于同步以太环网中各节点的本地时间，并将同步结果发送到各自节点上的时间记录模块；

其中，所述同步以太环网中各节点的本地时间，为：以太环网中，存在阻塞端口的节点向自身之外的其它节点发送带有本地当前时间的同步协议帧，所述其它节点收到同步协议帧后，将各自的本地时间设置为同步协议帧中的时间；

所述时间记录模块，用于各节点以同步后的时间为标准开始计时，并在以太环网发生切换时，记录各节点的切换起始时间和切换结束时间，并将记录结果发送到以太环网管理系统侧的比较模块；

所述比较模块，用于以太环网管理系统侧比较各节点的时间记录模块所发的记录结果，从中选出所有节点中的最大切换结束时间与最小切换起始时间，并将选出的两个时间值发送到计算模块；

所述计算模块，用于计算比较模块所发的最大切换结束时间与最小切换起始时间之间的差值，并将所述差值作为以太网切换时间。

本发明提供的测量以太环网切换时间的方法及装置，同步以太环网中各节点的本地时间；当以太环网发生切换时，各节点记录自身的切换起始时间和切换结束时间；比较得出所有节点中的最大切换结束时间与最小切换起始时间，计算最大切换结束时间与最小切换起始时间之间的差值，得到以太环网的切换时间。本发明在各节点达到时间同步之后，根据测得的各节点的切换起止时间中即可计算出整个以太环网的切换时间，不涉及现有计算方法中所述的收发包速度等参数，实现方法简便，且测得的切换时间已精确到毫秒量级，因此，本发明在实现精确测量以太环网切换时间的同时，更利于以太环网的维护、故障定位和业务影响评估等。

附图说明

图1为基于G.8032标准的以太环网结构示意图；

图2为图1所示以太环网链路出现故障后的结构示意图；

图3为本发明测量以太环网切换时间的方法实现流程示意图；

图4为本发明同步以太环网中各节点本地时间的具体实现流程示意图；

图5为本发明测量以太环网切换时间的装置结构示意图；

图6为本发明一实施例以太环网中各节点时间同步前的结构示意图；

图7为本发明一实施例以太环网中各节点时间同步后的结构示意图；

图8为本发明一实施例以太环网链路出现故障后的结构示意图。

具体实施方式

本发明的基本思想是：同步以太环网中各节点的本地时间；当以太环网发生切换时，各节点记录自身的切换起始时间和切换结束时间；比较得出所有节点中的最大切换结束时间与最小切换起始时间，计算最大切换结束时间与最小切换起始时间之间的差值，得到以太环网的切换时间。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图3为本发明测量以太环网切换时间的方法实现流程示意图，如图3所示，该流程包括如下步骤：

步骤301：同步以太环网中各节点的本地时间；

具体为：在以太环网中，存在阻塞端口的节点向自身之外的其它节点发送同步协议帧，所述其它节点收到同步协议帧后，将各自的本地时间设置为同步协议帧中的时间，使得以太环网中各节点之间的时间达到同步。

其中，所述存在阻塞端口的节点所发的同步协议帧中除了携带现有的本节点的本地标识号外，还在同步协议帧中增加本节点的本地当前时间。

本发明中，所述存在阻塞端口的节点可为环保护链路上存在阻塞端口的节点，也可为发生故障的链路上被端口阻塞的节点。

步骤302：当以太环网发生切换时，各节点记录自身的切换起始时间和切换结束时间；

具体为：以太环网中各节点之间的时间达到同步后，各节点以同步后的时间为标准开始计时，即：各节点已有的时间计数器以同步后的时间为标准开始计时本地时间，当以太环网发生切换时，各节点记录自身进行切换的起始时间和切换的结束时间。

步骤303：比较得出所有节点中的最大切换结束时间与最小切换起始时间，计算最大切换结束时间与最小切换起始时间之间的差值，作为以太环网的切换时间；

具体为：所有节点切换结束后，以太环网管理系统侧比较各节点所记录的进行切换的切换结束时间，从中选出最大的切换结束时间，且比较各节点进行切换的切换起始时间，从中选出最小的切换起始时间，并计算最大切换结束时间与最小切换起始时间之间的差值，该差值即为测量所得的整个以太环网的切换时间。

图4为步骤301所述同步以太环网中各节点本地时间的具体实现流程示意图，如图4所示，该方法具体实现流程如下：

步骤401：存在阻塞端口的节点向其它节点发送带有本地当前时间和本地标识号的同步协议帧；

具体为：以太环网中存在阻塞端口的节点向其它节点发送带有本节点本地当前时间和本地标识号的同步协议帧，其中，所述本地标识号为与各节点对应的标识号，如：S1、S2、S3...，以此类推，标识号中的数字按顺序排列，如1、2、3等等。

其中，所述存在阻塞端口的节点向其它节点发送同步协议帧的方法如下：

存在阻塞端口的节点按一定周期，如10ms持续向其它节点发送同步协议帧，直到存在阻塞端口的节点上的端口处于打开状态；

或者，存在阻塞端口的节点首先以第一周期向其它节点发送同步协议帧，之后持续以第二周期向其它节点发送同步协议帧，直到存在阻塞端口的节点上的端口处于打开状态，其中，所述第一周期小于所述第二周期，例如：设第一周期为6ms，第二周期为20ms。

这里，为了防止同步协议帧在发送过程中被破坏，则需持续向其它节点发送同步协议帧；所述第二种方案中首先以较小周期发送同步协议帧，之后再以较大周期发送的目的为：为了使其它节点尽快收到同步协议帧，则须在很短的时间内将同步协议帧发送到其它各节点，但为了减少各节点收到同步协议帧后所进行的各种处理工作，也就是为了较少其它各节点处理同步协议帧时的资源消耗，因此将后续发送同步协议帧的周期加长。

步骤402：其它节点收到同步协议帧后，判断自身是否有阻塞端口，确定无阻塞端口时，执行步骤403；确定存在阻塞端口时，执行步骤404。

步骤403：将本地时间设置为收到的同步协议帧中的时间，执行步骤405；

步骤404：比较本地标识号与同步协议帧中的标识号的大小，确定本地标识号小于同步协议帧中的标识号时，执行步骤403；确定本地标识号大于同步协议帧中的标识号时，执行步骤405；

这里，也可将所述标识号的比较策略统一为大于，也就是本地标识号大于同步协议帧中的标识号时，将本地时间设置为收到的同步协议帧中的时间；本地标识号大于同步协议帧中的标识号时，执行步骤405。比较标识号的目的为：防止以太环网中多个存在阻塞端口的节点发送同步协议帧时，如：故障链路两端的节点发送同步协议帧时，存在阻塞端口的节点之间会彼此执行时间同步的操作，从而使两节点间总不能达到时间同步的情况。

其中，所述确定本地标识号大于同步协议帧中的标识号时，执行步骤405的原因为：设存在两个发送同步协议帧的节点，且规定其它节点以两个发送同步协议帧的节点中标识号较小节点的本地时间为标准执行时间同步操作，但此时标识号较大的节点也会发送同步协议帧，如果标识号较小的节点收到标识号较大的节点发送的同步协议帧，则不执行实现同步操作，因为此时的同步时间标准已是该标识号较小的节点，这样，两个存在阻塞端口的节点首先达到了时间同步，因此，其它节点收到的同步协议帧中的时间即为同步时要统一达到的时间。

步骤405：以太环网中各节点本地时间的同步过程结束。

这里，时间同步结束后，各节点已有的时间计数器以同步后的时间为标准开始计时。

图5为本发明测量以太环网切换时间的装置结构示意图，如图5所示，该装置包括：各个节点上的时间同步模块和时间记录模块，以太环网管理系统侧的比较模块和计算模块；其中，

所述时间同步模块，用于同步以太环网中各节点的本地时间，并将同步结果发送到各自节点上的时间记录模块；

所述时间记录模块，用于各节点以同步后的时间为标准开始计时，并在以太环网发生切换时，记录各节点的切换起始时间和切换结束时间，并将记录结果发送到以太环网管理系统侧的比较模块；

所述比较模块，用于以太环网管理系统侧比较各节点的时间记录模块所发的记录结果，从中选出所有节点中的最大切换结束时间与最小切换起始时间，并将选出的两个时间值发送到计算模块；

所述计算模块，用于计算比较模块所发的最大切换结束时间与最小切换起始时间之间的差值，并将所述差值作为以太网切换时间。

下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

图6为本实施例以太环网结构示意图，节点S1、S2、S3和S4组成以太环网，节点S1和节点S4之间的链路为环保护链路，节点S1为环保护链路所属节点，此时以太环网中无链路故障，节点S1阻塞了端口11。各节点进行时间同步之前的某一时刻节点S1的本地时间为14:20:20s 300ms，节点S2的本地时间为14:20:21s 300ms，节点S3的本地时间为14:20:21s 400ms，节点S4的本地时间为14:20:21s 200ms，各个节点之间的时间误差较大，超过了50ms。

本实施例实现步骤为：

节点S1周期性地向节点S2、节点S3和节点S4发送同步协议帧，由于节点S2、节点S3和节点S4均没有阻塞端口，在三个节点收到同步协议帧后，直接将各自本地时间设置为同步协议帧中的时间，如图7所示，各节点的本地时间都同步为15:20:20s 300ms。

当链路发生故障需要进行切换时，如图8所示，节点S2和节点S3检测到链路故障，那么，节点S2和节点S3分别阻塞与故障链路相连的端口22和端口31，并发送链路故障告警协议帧通知其它节点进行保护切换，其它节点收到链路故障告警协议帧后开始计时，即记录切换起始时间，节点S1打开端口11，各节点执行刷新地址转发表等操作，各节点切换结束后记录切换结束时间。例如：节点S1记录的切换起始时间为16:20:20s 300ms，切换结束时间为16:20:20s315ms；节点S2记录的切换起始时间为16:20:20s 295ms，切换结束时间为16:20:20s 305ms；节点S3记录的切换起始时间为16:20:20s 298ms，切换结束时间为16:20:20s 308ms；节点S4记录的切换起始时间为16:20:20s 299ms，切换结束时间为16:20:20s 310ms；在上述各节点记录的切换起止时间中，最大切换结束时间为S1记录的16:20:20s 315ms，最小切换起始时间为S1记录的16:20:20s 295ms，两者相减，即可得出以太环网的切换时间为20ms。

可见，本发明测量以太环网切换时间的过程中，不涉及现有计算方法中所述的收发包速度等参数，且测得的切换时间已精确到毫秒量级，本发明在各节点达到时间同步之后，从测得的各节点的切换起止时间中即可计算出整个以太环网的切换时间，实现方法简便。

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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种测量以太环网切换时间的方法，其特征在于，该方法包括：

同步以太环网中各节点的本地时间，即：以太环网中，存在阻塞端口的节点向自身之外的其它节点发送带有本地当前时间的同步协议帧，所述其它节点收到同步协议帧后，将各自的本地时间设置为同步协议帧中的时间；

当以太环网发生切换时，各节点记录自身的切换起始时间和切换结束时间；

比较得出所有节点中的最大切换结束时间与最小切换起始时间，计算最大切换结束时间与最小切换起始时间之间的差值，作为以太网切换时间。

2.根据权利要求1所述的测量以太环网切换时间的方法，其特征在于，所述存在阻塞端口的节点向其它节点发送带有本地当前时间的同步协议帧的方法为：存在阻塞端口的节点周期性地持续向所述其它节点发送同步协议帧；

或者，存在阻塞端口的节点先以第一周期向所述其它节点发送同步协议帧，之后持续以第二周期向所述其它节点发送同步协议帧，直到端口处于打开状态。

3.根据权利要求2所述的测量以太环网切换时间的方法，其特征在于，所述第一周期小于所述第二周期。

4.根据权利要求1至3任一项所述的测量以太环网切换时间的方法，其特征在于，所述存在阻塞端口的节点为环保护链路上存在阻塞端口的节点，或为发生故障的链路上被端口阻塞的节点。

5.根据权利要求1至3任一项所述的测量以太环网切换时间的方法，其特征在于，所述存在阻塞端口的节点发送的同步协议帧中包括：本节点的本地当前时间和本节点的本地标识号。

6.根据权利要求1至3任一项所述的测量以太环网切换时间的方法，其特征在于，所述其它节点收到同步协议帧后，将各自的本地时间设置为同步协议帧中的时间的过程，具体为：

所述其它节点收到同步协议帧后，判断自身是否有阻塞端口，确定无阻塞端口时，将本地时间设置为同步协议帧中的时间；

确定存在阻塞端口时，比较本地标识号与同步协议帧中的标识号的大小，确定本地标识号小于同步协议帧中的标识号时，将本地时间设置为同步协议帧中的时间；确定本地标识号大于同步协议帧中的标识号时，结束本地时间同步操作；或确定本地标识号大于同步协议帧中的标识号时，将本地时间设置为同步协议帧中的时间；确定本地标识号小于同步协议帧中的标识号时，结束本地时间同步操作。

7.一种测量以太环网切换时间的装置，其特征在于，该装置包括：各个节点上的时间同步模块和时间记录模块，以太环网管理系统侧的比较模块和计算模块；其中，

所述时间同步模块，用于同步以太环网中各节点的本地时间，并将同步结果发送到各自节点上的时间记录模块；

其中，所述同步以太环网中各节点的本地时间，为：以太环网中，存在阻塞端口的节点向自身之外的其它节点发送带有本地当前时间的同步协议帧，所述其它节点收到同步协议帧后，将各自的本地时间设置为同步协议帧中的时间；

所述时间记录模块，用于各节点以同步后的时间为标准开始计时，并在以太环网发生切换时，记录各节点的切换起始时间和切换结束时间，并将记录结果发送到以太环网管理系统侧的比较模块；

所述比较模块，用于以太环网管理系统侧比较各节点的时间记录模块所发的记录结果，从中选出所有节点中的最大切换结束时间与最小切换起始时间，并将选出的两个时间值发送到计算模块；

所述计算模块，用于计算比较模块所发的最大切换结束时间与最小切换起始时间之间的差值，并将所述差值作为以太网切换时间。

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