CN1316761C - 在光网络内防止分组业务发生故障的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在光网络内防止分组业务发生故障的方法，所述光网络包括多个路由器、多条光纤、互连所述路由器与所述光纤的光开关，所述方法包括步骤：将分组分类为多个优先级等级；为不同的光链路设置不同的保护类型，从而使得所述不同光链路根据经由所述光链路传送的分组的优先级等级，具有不同的保护级，其中每个光链路包括至少两个并行的光纤；根据所述分组的优先级等级，在传送路由器处将分组路由至所述光链路；以及响应于光纤故障，根据受所述光纤故障影响的分组的优先级等级，执行保护方案。

Description

在光网络内防止分组业务发生故障的方法
技术领域
本发明通常涉及支持光网络内的分组业务，尤其涉及在光网络链路发生故障时保护互联网业务。
背景技术
图1示出了OSI和TCP/IP通信模型。七层OSI模型源自于标准委员会的工作，而建立在硬件层之上的四层TCP/IP产生于实际研究。由所述OSI模型定义的会话层和表现层功能在所述TCP/IP模型中被省略，所述功能在需要时由不同的TCP/IP协议完成。
在TCP/IP模型中，用户与网络应用在应用层上相互作用。数据被作为来自所述用户的指令或是来自连接另一端的网络应用的数据而接收。TCP/IP应用在客户/服务对内通信。传输层使用TCP(传输控制协议)管理两个网间主机之间的数据流。在网络层上，数据在互联网周围移动。互联网协议(IP)在所述网络层上操作以独立于网络媒介地将分组通过网络路由。亦被称为网络接口层的数据链路层用于穿过单个网络传送数据。物理网络包括若干种物理媒介：铜线、光纤、无线电信道。
所述应用层和传输层起到端到端协议的作用，且所述协议与端系统之间的通信相关。相反，在所述数据链路层和网络层上，所述协议与业务采取的实际传送路径相关。在所述网络层上，数据报被寻址到最终源主机，但中间路由器会检查目的地地址并以任何所需的方式本地路由所述业务。
本地网络寻址在所述数据链路层上很重要，因为它仅在相同的物理导线上方可了解主机的硬件地址。因此，所述数据链路层显示一个或多个路由器的源地址和目的地地址。
通过将不同的功能指配给不同的网络层，可以路由业务通过跨越全球的网络(互联网)。只有中介路由器需要任何关于网内结构的大量信息，主机仅需了解哪些业务是本地的，哪些业务不是本地业务。
TCP传输的可靠性基于接收确认的使用、重新传输请求以及超时的使用。IP传输并不为传输速率、带宽、延迟以及吞吐量提供任何保证。换言之，IP协议不同于另一个广泛使用的协议，异步转移模式(ATM)，它并不提供任何业务质量保证。
如前所述，互联网协议(IP)在网络层上操作，以独立于网络媒介地路由分组通过网络，而数据链路层用于穿过单个网络传送数据，所述单个网络可包括若干种物理媒介。
诸如SONET(同步光纤网)和SDH(同步数字体系)的高速网络将光纤用作物理传输媒介。如今的光网络作为公众电信基础设施的一部分传送互联网业务的大部分。
以下将简单地解释防止光纤切断的光网络保护。光学保护的基本原理是为业务设置备用路径。所述备用路径意味着另一条光纤与另一个路由。两个基本保护原理被用于简单的点对点链路：1+1保护以及1∶1保护。
图2A描述了1+1保护，其中在两条独立光纤上同时将业务从信源传送至目的地。一条光纤是工作光纤，另一条光纤则是保护光纤，其中分离器将相同的数据传送至所述两个光纤。因此，在1+1保护中，从信源至目的地存在两条光纤，且在两条独立的光纤上同时传送业务。开关选择所述两条光纤中的一条用于接收。如果工作光纤被切断，则目的地切换至保护光纤并继续接收数据。切换时间相当的短，大约为2ms。
图2B描述了1∶1保护。每次仅经由一条光纤，即仅经由工作光纤传送来自信源的业务。在常规操作中，另一条光纤，即保护光纤是“冷的”；并无数据被传送。在单向通信系统内，光纤切断由目的地而不是信源检测。因此，如果工作光纤出现故障，则目的地会检测到该故障，于是光学开关切换至保护光纤。然后，目的地必须使用信令协议将切换至保护光纤通知信源。在双向通信中，光纤切断将由信源和目的地两者检测。在1∶1保护中，需要链路两端的光学开关。切换时间显然大于1+1保护。
IP路由器负责在互联网内路由IP分组。路由器将网络业务从一个连接网络转发至另一个。此外，所述网络可为光网络，且其间还可能存在着若干间歇光网络。在IP路由器路由IP分组通过光网络中使问题复杂的是IP网络和光网络包括许多层。所述两个网络内的每一层都具有自身的保护。此外，光网络以及互联网络的网络层的保护机制之间并不存在着互配。因此，互联网协议(IP)在其上操作的网络层完全独立于光网络的光学层，从而相应地独立于光纤的保护。
上述特征的缺点是IP路由器无法了解如何建立光传输层，即IP层并非完全了解节点之间的光路由。因此，在设置光学保护以防御光纤切断时并未注意到经由光网络传送的业务的性质。就指定用于互联网传输的业务质量(QoS)而言，所述缺点更为明显。在现有技术中，互联网协议(IP)将光学层视为简单的点对点连接，而没有最优化容量使用以与互联网协议(IP)的QoS水平相匹配。另一方面，所述光学层并不支持互联网协议的QoS。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够实现光学保护与IP层保护的互配的方法，以支持QoS路由和IP分组转发。
所述目的的实现是通过将光学点对点链路配置为形成环状网络的一部分，以及为不同的链路设置不同的保护类型。通过将1+1保护或1∶1保护用于环状网络内的每一条光学链路，每一条所述光学链路都可以具有适当的保护级，所述保护级对应于经由所述的链路传送的互联网业务的性质。
根据本发明的一个方面，提供了一种在光网络内防止分组业务发生故障的方法，所述光网络包括多个路由器、多条光纤、互连所述路由器与所述光纤的光开关，所述方法包括步骤：
将分组分类为多个优先级等级；
为不同的光链路设置不同的保护类型，从而使得所述不同光链路根据经由所述光链路传送的分组的优先级等级，具有不同的保护级，其中每个光链路包括至少两个并行的光纤；
根据所述分组的优先级等级，在传送路由器处将分组路由至所述光链路；以及
响应于光纤故障，根据受所述光纤故障影响的分组的优先级等级，执行保护方案。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于包括多个不同光链路的光网络的路由器，每个光链路包括至少两个并行的光纤，并且在其中一个光纤上存在光纤故障时，每个光链路带有不同的保护，
其中所述路由器被设置成根据分组的优先级等级，将这些分组路由到所述光链路。
尽管光纤切断会引起链路故障，但链路的高保护级几乎保证了以与故障之前相同的比特率不间断地传输互联网业务。该保护级是借助1+1保护来实现的。所述光学层可为不能容忍延迟的高优先级互联网业务提供这种保护。
尽管光纤切断会引起链路故障，但链路的中保护级保证了在短暂的中断期之后以与故障之前相同的比特率传输互联网业务。所述光学层可为容忍少许延迟的高优先级互联网业务提供这种保护。所述保护级是借助1∶1保护来实现的。
所述的高保护级和所述的中保护级之间的主要差异在于其对于故障的响应时间。
在光纤切断引起链路故障的情况下，链路的低保护级并不保证互联网业务的连续传输。因此，在光学层内并未提供任何保护。在丢失互联网业务时，IP层将立即检测丢失链路，此后将改变路由表以适应新情况。如果网络的剩余部分并未拥塞，则使用丢失链路的互联网业务将被恢复。
在中保护级中，光学层内的光学信令负责保护，其中IP层并不了解何时执行保护行动。
所述光学层内的保护级可能在IP层内具有对应优先级。
附图说明
以下将参照附图更为详细地描述本发明，在附图中
图1描述了TCP/IP协议的层模型；
图2A示出了光学链路的1+1保护；
图2B示出了光学链路的1∶1保护；
图3示出了光环状网络；
图4描述了从IP层的角度来看的布置，以及
图5示出了光学链路的1∶N保护。
具体实施方式
图3示出了包括作为物理媒介的光纤的环状网络。所述网络包括两个光环以及三个经由光接口(OIF)连接至所述光环的路由器。在出现故障时，环路提供了高度的可用性，同时在拓扑上是简单的。尽管链路可能会由于光纤切断而发生故障，而节点可能会由于停电或设备故障而失灵，但所述的环状网络对于故障具有弹性，因为其在任何一对节点之间都提供了至少两个独立的路径。除了源节点与目的地节点之外，所述路径并不具有任何共用的节点或是链路。
参照图3，路由器1与2之间的业务被1+1保护：光纤21是工作光纤，而光纤23是保护光纤。具有相同方向业务的平行光纤可由能够带有多个光信道的单个光纤替代。例如，波分复用(WDM)技术可被用于此目的，其中通过分别使用WDM复用器和分用器可将波长加入光纤以及从光纤中删除。路由器1和2之间的业务以及路由器1和3之间的业务是双向的。为了简单起见，以下仅考虑从路由器1至路由器2和3的业务方向。
路由器1具有用于将数据传送至路由器2的接口OIF 11，相应地，路由器2具有用于从路由器1接收数据的接口OIF 21。开关220监控来自光纤21的光功率，且如果所述的光功率由于光纤切断而消失，则光开关220简单地切换至光纤23并继续接收数据。切换时间很短；大约为2ms。两端仅需要一个光接口。例如，如果路由器1与路由器2之间的光纤的总容量是2.5Gbit/s，则仅为路由器1与2之间的业务提供2.5Gbit/s的容量，而非5Gbit/s的最大容量。另一方面，由于1+1保护，所述容量不仅在常规操作条件下是可用的，在光纤故障期间内有效保护发生时也是可用的。
所述保护为互联网业务提供高保护级。在大多数情况下，切换至备用光纤是相当迅速的，以至于IP层根本未意识到光学层内已发生了故障。因此，被1+1保护的点对点连接可被提供给其互联网业务需要极为可靠的连接的用户。
可将中保护级和低保护级提供给路由器1与3之间的业务。路由器1与3内存在两个光接口：路由器1具有用于传送数据的接口OIF 12和OIF 13，相应地，路由器3具有从路由器1接收数据的接口OIF 31和OIF32。如先前实例所述的，还存在着从路由器3到路由器1的业务，但图3内并没有示出。因此，路由器1与3之间存在着两条光学链路。如果路由器1与路由器3之间的每条链路的容量都是2.5Gbit/s，则所述路由器之间的最大可用容量是5Gbit/s，其中所述两条光纤都被用于所述业务。在这种情况下，负载分配原理被用于传送路由器，以在光接口OIF 12与OIF13之间分配业务。
根据本发明，路由器1与路由器3之间的业务被1∶1保护。根据1∶1保护方案，链路的光纤24被选为“工作光纤”，而光纤22是“保护光纤”。应当注意的是，每条光纤都可被选为工作光纤。例如，路由器1经由光接口12和光开关210传送至光纤24的业务被保护，因而路由器3始终能够经由光开关230和光接口32从光纤24接收所述业务，或是经由光开关230和光接口31从光纤22接收所述业务。
但是，与其中保护光纤是“冷的”的1+1保护基本原理相反，在常规操作中还经由保护光纤22传送业务。因此，IP路由器1将具有低优先级的分组通过光接口OIF 13和光开关210发送至光纤24。具有低优先级的分组被通过光接口OIF 12和光开关210路由至光纤22。相同的比特率会被提供给路由器1与路由器3之间传送的所有分组，不论分组的优先等级为何。
如果光纤切断发生在光纤24内，则将执行根据1∶1方案的保护操作。光开关230检测到并无分组从光纤24到达，即无光从光纤24到达，则开关230切换为将分组从光纤22路由至光接口32以及从光纤24路由至光接口31。同时，开关230使用信令协议将开关改变通知开关210，于是开关210转为将分组从光接口13引导至光纤22以及从光接口12引导至光纤24。
结果是，在短暂的间断之后，中优先级分组经由另一光纤如故障之前一样仍被从路由器1传送至路由器3。具有低优先级的分组被指向损坏的光纤24，因而这些分组将丢失。
在上述保护方案中，以与中优先级分组相同的比特率来传送低优先级分组，但在故障情况下，中优先级业务幸存，而低优先级业务被中断。因此，低优先级业务始终经历被放弃的风险。
如果光纤切断发生在光纤22内，则光开关210和230并不改变其位置。结果是，经由光纤24的中优先级业务幸存，而经由光纤22的低优先级业务被中断。
总之，中优先级分组始终可以在路由器1与2之间传送，无论光纤切断发生在哪一条链路内。
所述路由器确定哪个分组会被路由至哪个光接口。完成所述确定并不需要了解潜在的光网络。在任何情况下，光网络的运营商都会预先设置光网络以及光纤的保护，并以适当的方式配置路由器，从而使得路由器将某项业务路由至考虑到业务需要而提供某一优先级的某条光纤。
将业务分类为优先级例如可由IP分组的目的地和/或信源执行。在完成分类之后，将选择适当节点之间的保护类型，并会相应配置链路。然后，路由器将分组指向适当的光接口，并进一步指向适当的光纤。但是，环状网络内光链路的配置基本是静态的，且已设置的配置很少改变。在任何情况下，路由器都会确定如何将业务指向光纤。
应当注意的是，本发明将IP层内的保护与光学层内的保护结合起来，尽管所述的层是完全相互独立的。尽管在光学层与IP层之间并不存在着任何控制信号流，但节点之间的互联网业务的质量仍得到维持。现有互联网协议支持1+1与1∶1保护方案。
根据本发明的光学保护切换尤其适合于具有正在研发的新兴业务质量(QoS)路由的互联网。在QoS路由中，路由器之间的链路与QoS参数相关。分别为不同的传输等级生成路由表。
以下将参照图4和图3更为详细地对其进行描述。
图4示出了图3的路由器1和3及其之间的链路。此外，图4还示出了从IP层的角度来看的布置。链路1对应于光纤24，而链路2对应于光纤22。考虑从路由器1至路由器3的业务。路由器1检查输入IP分组的QoS参数。如果所述参数指示所述分组需要高可靠性和低延迟，则所述分组被经过链路1路由。该路由在图3内被描述为实线箭头。其它分组，即其QoS参数指示其容忍更长延迟并具有低可靠性要求的分组被经过链路2路由。该路由在图3内被描述为虚线箭头。鉴于链路1的更高QoS，与穿过链路2的分组相比可能会更高的价格计费穿过链路1的分组。
如果光线切断发生在链路2内，则在修理期间内将该链路删除。如果IP网络并未过载，则IP层上的保护将在几秒内发生且IP连接被恢复。如果有的话，链路1也仅经历非常短暂的中断，且故障在IP层上并不会触发任何保护。
在IP层上可能会使用三种不同的方法；负载分配方案、改进的QoS分组转发方案以及QoS路由方案。
负载分配方案被用于当前的路由器，但该方案并未利用对于链路1光线切断之后幸存而链路2并未幸存的了解。
在改进的QoS分组转发方案内，如果链路1有可能发生阻塞，则经由链路1传送的低优先级分组被指向链路2，而不是被放弃。
在QoS路由方案中，所述链路具有上述的不同路由参数。
图5描述了允许五个优先级的光网络。图5与图3的不同之处在于在环路中路由器1与路由器3之间存在四条光纤。当然，路由器之间的附加链路的数量并不仅限于五个，而是可以使用任何数量N条光纤。于是，该保护方案被称为1∶N。在1∶N保护方案中，N条工作光纤共用一个保护光纤，其中保护可以处理任何单个工作光纤内的故障。因此，光纤51、52和54中的每一个都可在路由器1和3之间传送高优先级业务，而光纤55传送低优先级业务。如果光纤切断发生在光纤51-54内，则其业务被路由至光纤55，而光纤55的低优先级业务被放弃。
因此，可为每条光纤51-54指定不同的优先级。如果光纤切断发生在传送最高级业务的光纤52内，所述业务将被路由至其业务将被放弃的光纤55。如果此后故障发生在光纤51内，其业务将被路由至具有较低优先级的光纤53而非光纤55，因为光纤55正在传送比光纤51的更高优先级的业务。此外，可在每个光接口OIF 12...OIF1n与OIF 32...OIF 3n之间划分路由器输出的总容量。当前光接口的典型容量是2.5Gbit/s。然后，可在5条链路51-55之间分配具有10Gbit/s速率的业务。
如果使用1∶N保护方案，则在全球IP内可能会需要相同数量的优先级。
本发明可应用于环状网络，尤其可应用于城域网(MAN)以及SONET/SDH网络。
所建议的方法例如适合于计费客户。因此，计费可以基于所述客户需要的QoS，而不是像现有技术一样基于业务量。

Claims (9)

1、一种在光网络内防止分组业务发生故障的方法，所述光网络包括多个路由器、多条光纤、互连所述路由器与所述光纤的光开关，所述方法包括步骤：
将分组分类为多个优先级等级；
为不同的光链路设置不同的保护类型，从而使得所述不同光链路根据经由所述光链路传送的分组的优先级等级，具有不同的保护级，其中每个光链路包括至少两个并行的光纤；
根据所述分组的优先级等级，在传送路由器处将分组路由至所述光链路；以及
响应于光纤故障，根据受所述光纤故障影响的分组的优先级等级，执行保护方案。
2、根据权利要求1的方法，其中所述光纤与所述路由器被耦合，以形成至少两个双向环路，这些双向环路在所述传送路由器与对应接收路由器之间定义至少两条不同的光链路。
3、根据权利要求1的方法，还包括步骤：
通过改变所述光链路的传送路由器端以及对应接收路由器端的光开关的状态，执行所述保护方案。
4、根据权利要求3的方法，其中所述传送路由器根据分组的优先级等级，将分组路由到适当的光接口，并在所述光链路的任何一条光纤中的光纤故障周期期间，继续相同的路由。
5、根据权利要求1或3的方法，其中用于定义业务质量的参数被附加至每个分组，所述传送路由器根据所述参数，将分组路由到适当的光接口。
6、根据权利要求1的方法，
对于传送路由器与对应的接收路由器之间的N+1个优先级等级的业务，其中一个所述光链路被提供了包含1+N个并行光纤的1:N保护，其中每条光纤都传递不同优先级等级的分组；
响应于1+N个光纤中的任何一个上的光纤故障，将所述任何一个光纤上的分组切换到用于传递最低优先级等级的分组的光纤，并且放弃所述最低优先级等级的分组。
7、根据权利要求1的方法，其中每个分组都被分类为以下优先级等级中的一种：高优先级等级、中优先级等级以及低优先级等级。
8、根据权利要求1的方法，其中对于传送路由器与对应的接收路由器之间的第一优先级等级分组的业务，所述光链路中的第一个光链路被提供了包括两条并行光纤的1+1保护，
所述方法还包括步骤：
经由所述两条光纤，传送所述第一优先级等级的分组，
在其中一条所述光纤上发生光纤故障之后，所述对应的接收路由器继续从剩余的光纤接收分组。
9、根据权利要求8的方法，其中对于传送路由器与对应的接收路由器之间的第二和第三优先级等级分组的业务，所述光链路中的第二个光链路被提供了至少包括第一和第二并行光纤的1:1保护，所述第二优先等级分组具有低于所述第一优先等级分组的优先等级，并且所述第三优先等级分组具有低于所述第一优先等级分组和所述第二优先等级分组的优先等级，
所述方法还包括步骤：
经由所述第一光纤，传送所述第二优先级等级的分组，
经由所述第二光纤，传送所述第三优先级等级的分组，
响应于所述第一光纤内的光纤故障，将所述第二优先级等级的分组切换到所述第二光纤，并且将所述第三优先级等级的分组切换到所述第一光纤，从而在短暂的切换延迟之后，在所述对应的接收路由器处继续接收所述第二优先级等级的分组，但是所述第三优先级等级的分组丢失；
响应于所述第二光纤内的光纤故障，在所述对应的接收路由器中像以前一样继续接收所述第二优先级等级的分组，而不带有经由所述第一光纤的延迟，但是所述第三优先级等级的分组丢失。
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