CN101753453B

CN101753453B - 一种分组传送网环网的组网方法

Info

Publication number: CN101753453B
Application number: CN2009102611776A
Authority: CN
Inventors: 王瑾; 乔卓
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2029-12-23
Also published as: CN101753453A

Abstract

本发明公开了一种分组传送网环网的组网方法，该方法包括：分组传送网(PTN)的汇聚层站点启用三层IP路由转发功能，其他接入层站点按环划分到不同的接入环内，且所述接入层站点位于同一个二层交换网络内。采用本发明方法，在PTN环网上避免环路的同时满足PTN网络网管功能的需求和业务高可靠性的需求，同时也能满足保护TMPLS业务的快速倒换功能不受STP协议收敛的影响。

Description

一种分组传送网环网的组网方法

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体地，涉及一种分组传送网(Packet TransportNetwork，简称PTN)环网的组网方法。

背景技术

承载网引入了PTN组网，PTN基于纯分组内核，融合了传输网的可靠性与数据网的灵活性，其特点是承载网接入汇聚环上的数据业务不靠路由寻径，同时PTN设备必须具有强网管能力，网管需要部署路由，用IP地址来管理网元。因此需要一个灵活的组网来兼容部署数据业务和网管业务。

图1示出了典型的PTN全网应用的组网，其中包括了相交环和相切环的环状组网，图中的环1-14都是接入环，通过汇聚节点接入到汇聚环上，在核心节点2上连接有网管服务器(Network Management Software，简称NMS)，和全网的网元节点通信，管理全网的网络设备。核心节点通过10GE/N*GE接口或者N*STM-1接口上行，一般来说接入环带宽是GE，而汇聚环是10GE带宽，低速路业务在接入环上传输，通过汇聚节点汇聚透传到10GE环，再经过核心节点上行。

关于中心节点之间的业务，3G(3^rd Generation，第三代移动通信)核心网络设备通常都安装在中心节点，中心节点之间的网络资源比较丰富，并且业务已经过相应的处理和收敛，一般只需提供透传处理即可。

基站到RNC(Radio Network Controller，无线网络控制器)/BSC(BaseStation Controller，基站控制器)之间的业务。该部分业务是3G传送平台的重点业务，从传送网络的接入层一直覆盖到汇聚/核心层。目前，基站侧的UNI接口一般为E1、FE，RNC/BSC侧的UNI(UserNetwork Interface，用户网络接口)接口一般为STM-1、FE、GE。

环网上部署的业务包括：2G和3G基站回传并兼顾集团客户和家庭客户的宽带接入的承载，技术上包括了基于TMPLS(Transport Multi-Protocol LabelSwitching，传送多协议标签交换)的PTN技术，当承载大业务量时，对保护倒换的时间要求较高，同时对二层和三层的安全问题要求较高。

在这种组网下，为了网管服务器NMS能够管理复杂拓扑上的所有网元节点，需要部署网管通道以保证网管通道的可靠、安全，当遇到链路或节点的故障时，设备不脱管、不掉线。

同时基于TMPLS隧道的PTN业务需要具有强大的OAM(OperationAdministration & Maintenance，操作管理和维护)功能和性能监控能力，PTN借鉴了SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步数字系列)的环网和线性保护倒换，要求能够保证50ms的业务倒换时间，使3G业务的传送更加可靠、高效、安全。

这就对环网的组网上的故障处理能力和防止广播风暴等方面提出了更高要求。在环网的组网上一般常用的技术有STP(Spanning Tree Protocol，生成树协议)、RPR(Resilient Packet Ring，弹性分组环)、RRPP(Rapid RingProtection Protocol，快速环网保护协议)等等。

上述环网具有如下的特点：汇聚环由具有高速率接口、更强劲转发能力、更高汇聚计算能力的高端PTN设备担任成员角色，互相之间连接10GE链路环；而接入环由具有丰富的低速率接口，快速业务计算能力的低端PTN设备担任成员角色。

现有的组网方式主要存在如下缺陷：

1、单独使用二层组网，容易形成广播风暴或者环网拓扑变化引起不稳定，汇聚层设备透传，而单独使用三层方案，目前的PTN设备特别是接入环上的低端PTN设备还不支持三层功能或者三层功能比较弱，如果全网启动OSPF(Open Shortest Path First，开放式最短路径优先)协议，则接入环上会有部分低端PTN设备不具备三层OSPF计算能力，且当全网启动OSPF协议时会导致网络拓扑复杂，计算时间长而消耗低端PTN设备的资源；

2、由于接入环仍可能是环网，需要启用生成树进行环路的阻隔。由于汇聚层站点(如图1中汇聚节点1-5)也在接入环中，如果汇聚层站点也参与生成树计算的话，汇聚层站点所在的生成树域内站点仍然会很多，同样会有收敛慢和不稳定的风险；

3、另外，大多数高端的PTN设备STP协议或者MSTP(Multiple Spanning Tree Protocol，多生成树协议)协议启动是按照实例进行计算的，如果配置了一个STP实例，则该STP实例内包括的所有VLAN(Virtual Local Area Network，虚拟局域网)将重新进行环网计算，而没有指定到某个STP实例的VLAN，会默认属于实例0，这样在环网拓扑变化时，实例0必定将重新进行环网计算。这样没有指定到某个STP实例的VLAN的报文业务的收敛时间将加上STP协议计算的这一个时间耗费。这个时间耗费对于普通的业务可以满足要求，但是对于TMPLS的OAM要求尚且不满足，因为电信级倒换时间的需求是50ms。

如图3所示，从汇聚节点A到接入节点F，主路径是A-C-F，备路径是A-B-D-E-F，业务在二层的VLAN100中进行转发，该业务默认属于实例0，或者该业务属于另外的某个用户配置的实例。当主路径的链路C-F发生故障，或者主路径上的节点C发生故障，STP协议的实例0和其他所有用户配置的实例都将进行一次重新计算，根据计算的结果重新确定环网的主设备，确定是否存在环路，或者选择网络转发和不转发的端口，这个过程需要视设备的性能和组网上设备台数而定，需要较长的一段时间，同时由于主路径故障，从A到F的隧道组探测到主路径信号失效(Signal Fail，简称SF)，有故障发生则发生链路切换，切换到备用路径上，APS(Automatic Protection Switching，自动保护切换)协议发出SF倒换，这个时间通常只需50ms甚至10ms，而因为STP正在重新计算，这段时间内二层网络基本转发将被阻塞，等到重新计算完成，端口开放业务转发，因此切换时间将加上STP协议重新计算的时间。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种分组传送网环网的组网方法，以避免在PTN环网上形成环路。

为了解决上述问题，本发明提供了一种分组传送网环网的组网方法，该方法包括：

分组传送网(PTN)的汇聚层站点启用三层IP路由转发功能，其他接入层站点按环划分到不同的接入环内，且所述接入层站点位于同一个二层交换网络内。

进一步地，所述汇聚层站点对接入环的生成树协议(STP)报文进行透传处理。

进一步地，所述汇聚层站点通过启动STP的网桥协议数据单元(BPDU)透传功能，对接入环的所述STP报文进行透传，形成接入层完整的STP环网。

进一步地，所述方法还包括：

所述接入环单独计算生成树，所述汇聚层站点不参与生成树计算。

进一步地，所述方法还包括：

当配置了网管虚拟局域网(VLAN)和业务VLAN后，只将网管VLAN加入STP实例计算，所述业务VLAN则不参与实例0的计算。

进一步地，所述方法还包括：

对汇聚环上的网管VLAN配置关闭二层转发功能，通过三层路由进行跨环通讯；

对接入环上的网管VLAN只使能二层转发功能。

进一步地，所述汇聚层站点启动三层转发功能对二层进行隔离后，网管业务和需要路由的数据业务在接入环内走二层转发。

进一步地，接入环上的网管VLAN用于网管数据的二层传输；汇聚环上的网管VLAN除用于传输网管数据外，还用于网络设备的IP寻径。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

选用STP协议作为全网环路避免技术，并对其作了改进，在部署全网的规划时，在PTN环网上避免环路的同时满足PTN网络网管功能的需求和业务高可靠性的需求，同时也能满足保护TMPLS业务的快速倒换功能不受STP协议收敛的影响；

业务在接入环内走二层转发，直接走硬件转发，不会受到接入层站点的软件影响，不消耗接入层站点的CPU资源，充分利用汇聚层站点的强大CPU处理能力，也利用了汇聚层的三层转发功能；且配置比较简单，只需要在汇聚层之间启用路由协议；

针对汇聚层站点起生成树会导致收敛慢的缺点，本发明由汇聚层设备对接入环的生成树协议报文进行透传处理，由接入环单独计算生成树，避免环路；

通过修改STP协议，使得配置网管VLAN时，对业务VLAN不放入实例0，因此遇到拓扑变化时，实例0不再重新进行环网计算，解决了收敛时间长的问题。

附图说明

图1为PTN环网的典型应用组网示意图；

图2为PTN环网的典型应用组网-相切环的示意图；

图3为PTN网络中相交环自动保护倒换系统的典型组网示意图；

图4为本发明应用示例的PTN环网的组网方法的步骤流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更清楚，下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

本发明实施例中，将全网的汇聚层PTN站点启用三层IP路由转发，其他接入层站点按环划分到不同的二层网络内，环内接入层站点全部在一个二层交换网络内。由此，汇聚层上没有二层报文，通过汇聚层的三层转发功能对二层进行隔离。

这样，网管业务和需要路由的数据业务在接入环内走二层转发，直接走硬件转发，不会受到接入层站点的软件影响，不消耗接入层站点的CPU资源；充分利用汇聚层站点的强大CPU处理能力，也利用了汇聚层的三层转发功能。配置比较简单，只需要在汇聚层之间启用路由协议。

本发明实施例中，采用接入环运行STP，汇聚层透传BPDU(BridgeProtocol Data Unit，网桥协议数据单元)功能的方式来部署环路避免：在汇聚节点上直接按VLAN透传BPDU报文，以使得STP的协议报文能够通过汇聚节点，形成接入层完整的STP环网环境，接入环自己运行生成树，汇聚节点不参与生成树计算。接入环起生成树协议时，每个环只配置一个实例。

其中，汇聚环不起生成树协议，是因为一旦汇聚环起生成树协议，则全网都必须起生成树协议，这样性能、稳定性等无法保证。

此方案需要汇聚环上高端PTN设备支持BPDU透传功能。在不启用STP并打开STP透传的情况下，设备可以在PVID(Port VlAN ID，端口的虚拟局域网ID号)对应的VLAN内广播BPDU报文，该PVID(也称PTAG)关系到端口收发数据帧时的VLAN TAG标记，BPDU按PTAG在VLAN内透传，保证不同环的端口的PTAG不一致。因此在汇聚环设备上需要使能指定VLAN的二层交换功能，否则如果禁用后汇聚环BPDU报文无法透传，将导致在链路故障的情况下STP协议在汇聚环上无法选举新网关，接入节点会无法到达指定网关。

如图2所示，配置10GE汇聚环A的PTAG为100，接入环B的PTAG为10，A上不启用STP，但启用STP透传功能，因此BPD报文将在VLAN100内透传，但不会在接入环B内再广播。其中，汇聚环配置PTAG是为了透传BPDU，而接入环上配置PTAG则是为了传输数据。

PTN设备类似传输设备有分布广的特点，对网管要求非常高，为此，本发明优选实施例中，采用以下方案进行网管数据的跨环通讯：

网管VLAN(为网管数据传输预留的一个通道VLAN)在接入环上用于网管数据的二层传输，在汇聚环上除了网管数据传输外还用于网络设备的IP寻径。汇聚节点相当于接入环的网关，汇聚环上的节点进行三层终结，针对网管VLAN起三层接口，网管VLAN配置禁止二层交换，增强汇聚层的安全，这样跨环通讯只能通过三层路由进行，从而避免环路。

采用此方案，实际上天然就没有环路了，但需要解决环上节点、链路故障的流量收敛时间问题，此问题会影响环上TMPLS的数据业务。本发明采用以下方案解决该问题：

加快收敛时间的方法之一就是起生成树。如图3所示，右侧为故障前的上行流量，发生故障后，生成树快速收敛，使流量走左边的线路。该收敛时间依赖于生成树的收敛时间，根据实际测试的性能，使用现有的设备类型，并不能够达到50ms的倒换时间。因此，本发明还涉及在STP协议启动的情况下，如何避免STP协议计算对全网的TMPLS隧道保护倒换时间的影响。

解决收敛时间的问题的关键是杜绝STP协议对特定VLAN内二层报文转发的影响，因此，在接入环上，为了支持端到端从汇聚节点或者核心节点到接入节点的线性保护倒换和环网保护倒换，本发明对传统的按实例计算的方式进行了改进，当配置了网管VLAN之后，其他的业务VLAN将不参与实例0的计算，从而在倒换时保证TMPLS的线性保护倒换时间和环网保护倒换时间不会加入STP协议的计算时间。

现网上的数据分为两部分，一部分是网管数据，另一部分是TMPLS业务数据，网管数据的VLAN将被加入到生成树实例中，因为网管对切换时间要求不强。而业务数据的传输需要OAM电信级保护，因此本发明在接入环上做了改进，只将网管VLAN加入STP实例，而其他不配置进STP实例的业务VLAN则不会被加入默认的实例0。这样网管切换时间将加上STP协议计算时间，而用户数据流量则保证了快速切换。

推而广之，这种环形网络的STP部署方案可适用的范围还包括数通领域的RPR环、SONET(Synchronous Optical Network，同步光纤网)、SDH双向线性倒换环等具有相交环和相切环的情况，也能适用于单环情况或者有核心环之后的三环情况。

图4为本发明应用示例的PTN环网的组网方法的具体实施步骤流程图，如图4所示，主要包括以下步骤：

步骤1，进行汇聚环I、II和多个接入环1-14的组网搭建工作，将端口连成环；

步骤2，配置汇聚环I的PTAG为10；

步骤3，配置接入环1-14的PTAG为20-34；

步骤4，分别配置网管VLAN和业务VLAN，改进STP的计算方式为不按实例计算；

步骤5，在汇聚节点1-5上关闭STP协议，启动STP透传协议；

步骤6，在接入环1-14上启动STP协议；

步骤7，汇聚环上启动路由协议，接入环上使能二层转发，实现二三层隔离，网管数据的收发正常，及NMS的通信正常；

步骤8，汇聚环上针对网管VLAN起三层接口，禁止二层转发，汇聚节点作为接入环的网关；

步骤9，配置TMPLS数据业务，并配置从核心节点2到接入环14上某一节点N的线性保护倒换或环网保护倒换，并加载数据流量；

该步骤中，所有的节点两两之间都可以配置保护倒换，此处举例说明，对于每一对节点的配置不再赘述。

经过上述步骤后，即可对该PTN环网的倒换时间进行如下测试：断开从核心节点到接入节点N的主路径上的一条网络链路，隧道切换到备路径，倒换时间正常(本装置测试的倒换时间为10ms)，STP不重新计算。

基于上述的组网方式，环网中数据业务和网管业务的通道如下：

现网上的数据分为两部分，一部分是网管数据，另一部分是TMPLS业务数据。网管数据通过网管VLAN(为网管数据传输预留的一个通道VLAN)在接入环上二层传输，在汇聚环上除了网管数据的传输外还用于网络设备的IP寻径。汇聚节点相当于接入环的网关，汇聚环上的节点进行网管数据的三层终结，针对网管VLAN起三层接口，网管VLAN配置禁止二层交换，增强汇聚层的安全，这样跨环通讯只能通过三层路由进行，从而避免环路。而数据业务通过汇聚环和接入环上任意两点之间配置隧道，遵从TMPLS(或 MPLS-TP)的传输标准进行点到点或者点到多点的隧道传输。

综上所述，本发明打通了PTN环网上的数据业务和网管业务这两条通道，并且两条通道可以兼容，不相互影响。具有如下特点：

1、汇聚环起三层路由是为了传送网管数据，并且对网管VLAN关闭了二层转发能力；

2、接入环上的网管VLAN恰恰相反，是只使能二层转发能力，三层以汇聚节点(相交点)为网关，即网管VLAN的所有跨环流量都流向汇聚节点；

3、针对接入环上二层的网管VLAN是起生成树的，并且只对网管VLAN起。因为网管数据是在接入环走二层，汇聚环走IP路由转发，没有隧道保护组，是靠环网STP协议计算在故障发生时重新寻径；

4、汇聚环上面关闭STP而启动配置STP的BPDU透传是为了避免全网都起生成树，而导致性能稳定性受影响；

5、数据业务一般从汇聚环上的节点向接入节点转发，跨环隧道转发，数据业务通过隧道保护组保证在发生故障时快速切换；

6、对数据VLAN不起生成树协议，并且通过默认不再把未配置的VLAN放入STP的实例0的做法，避免了收敛时间加上STP协议计算时间，因此，在发生故障时能够符合电信级50ms倒换。

Claims

1.一种分组传送网环网的组网方法，其特征在于，该方法包括：

分组传送网PTN的汇聚层站点启用三层IP路由转发功能，其他接入层站点按环划分到不同的接入环内，且环内接入层站点位于同一个二层交换网络内；其中，

所述汇聚层站点启动三层转发功能对二层进行隔离后，网管业务和需要路由的数据业务在接入环内走二层转发。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述汇聚层站点对接入环的生成树协议STP报文进行透传处理。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述汇聚层站点通过启动STP的网桥协议数据单元BPDU透传功能，对接入环的所述STP报文进行透传，形成接入层完整的STP环网。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当配置了网管虚拟局域网VLAN和业务VLAN后，只将网管VLAN加入STP实例计算，所述业务VLAN则不参与实例0的计算。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

对接入环上的网管VLAN只使能二层转发功能。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，

接入环上的网管VLAN用于网管数据的二层传输；汇聚环上的网管VLAN除用于传输网管数据外，还用于网络设备的IP寻径。