以太環(huán)網(wǎng)解決方案

以太環(huán)網(wǎng)解決方案1、介紹 在數(shù)據(jù)通信的二層網(wǎng)絡(luò)中，一般采用生成樹(shù)(STP)協(xié)議來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)溥M(jìn)行保護(hù)。STP協(xié)議族是由IEEE實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，主要包括STP、RSTP和MSTP等幾種協(xié)議。STP最初發(fā)明的是目的是為了避免網(wǎng)絡(luò)中形成環(huán)路，出現(xiàn)廣播風(fēng)暴而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不可用，并沒(méi)有對(duì)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)拓?fù)渥兓瘯r(shí)候的業(yè)務(wù)收斂時(shí)間做出很高的要求。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，采用STP協(xié)議作為拓?fù)浔Ｗo(hù)的網(wǎng)絡(luò)，業(yè)務(wù)收斂時(shí)間在幾十秒的數(shù)量級(jí)；后來(lái)的RSTP對(duì)STP機(jī)制進(jìn)行了改進(jìn)，業(yè)務(wù)收斂時(shí)間在理想情況下可以控制在秒級(jí)左右；MSTP主要是RSTP的多實(shí)例化，網(wǎng)絡(luò)收斂時(shí)間與RSTP基本相同。 近幾年，隨著以太網(wǎng)技術(shù)在企業(yè)LAN網(wǎng)絡(luò)里面得到廣泛應(yīng)用的同時(shí)，以太網(wǎng)技術(shù)開(kāi)始在運(yùn)營(yíng)商城域網(wǎng)絡(luò)發(fā)展；特別是在數(shù)據(jù)，語(yǔ)音，視頻等業(yè)務(wù)向IP融合的趨勢(shì)下，增強(qiáng)以太網(wǎng)本身的可靠性，縮短網(wǎng)絡(luò)的故障收斂時(shí)間， 對(duì)語(yǔ)音業(yè)務(wù)，視頻等業(yè)務(wù)提供滿意的用戶體驗(yàn)， 無(wú)論對(duì)運(yùn)營(yíng)商客戶，還是對(duì)于廣大的企業(yè)用戶， 都是一個(gè)根本的需求。 為了縮短網(wǎng)絡(luò)故障收斂時(shí)間，H3C推出了革新性的以太環(huán)網(wǎng)技術(shù)RRPP（Rapid Ring Protection Protocol，快速環(huán)網(wǎng)保護(hù)協(xié)議）。RRPP技術(shù)是一種專門應(yīng)用于以太網(wǎng)環(huán)的鏈路層協(xié)議，它在以太網(wǎng)環(huán)中能夠防止數(shù)據(jù)環(huán)路引起的廣播風(fēng)暴，當(dāng)以太網(wǎng)環(huán)上鏈路或設(shè)備故障時(shí)，能迅速切換到備份鏈路，保證業(yè)務(wù)快速恢復(fù)。與STP協(xié)議相比，RRPP協(xié)議具有算法簡(jiǎn)單、拓?fù)涫諗克俣瓤旌褪諗繒r(shí)間與環(huán)網(wǎng)上節(jié)點(diǎn)數(shù)無(wú)關(guān)等顯著優(yōu)勢(shì)。 H3C基于RRPP的以太環(huán)網(wǎng)解決方案可對(duì)數(shù)據(jù)，語(yǔ)音，視頻等業(yè)務(wù)做出快速的保護(hù)倒換，協(xié)同高中低端交換機(jī)推出整體的環(huán)網(wǎng)解決方案，為不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供不同的解決方案。2、技術(shù)應(yīng)用背景 當(dāng)前多數(shù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中采用星形或雙歸屬組網(wǎng)模型，多會(huì)存在缺乏有效保護(hù)和浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源等諸多問(wèn)題，如下圖所示：圖1 城域網(wǎng)現(xiàn)網(wǎng)存在的問(wèn)題環(huán)網(wǎng)優(yōu)化后的結(jié)果如下圖所示：圖2 環(huán)網(wǎng)應(yīng)用到城域網(wǎng)中的優(yōu)勢(shì)環(huán)網(wǎng)拓?fù)湎碌木W(wǎng)絡(luò)由于節(jié)點(diǎn)間的光纖分別走不同的管道，不會(huì)存在SRG的問(wèn)題，同時(shí)提供快速的保護(hù)倒換。H3C以太環(huán)網(wǎng)解決方案，成功地解決現(xiàn)網(wǎng)存在的問(wèn)題，既節(jié)省用戶建網(wǎng)成本，又提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的需求。 H3C以太環(huán)網(wǎng)解決方案主要應(yīng)用于企業(yè)網(wǎng)和運(yùn)營(yíng)商兩個(gè)市場(chǎng)；通常的應(yīng)用場(chǎng)景共同特點(diǎn)：光纖資源緊缺，核心設(shè)備端口資源緊張，要求成本控制，要求高可靠性。華為-3com針對(duì)這部分市場(chǎng)，提出高性價(jià)比的、簡(jiǎn)約的以太環(huán)網(wǎng)解決方案，在不增加任何硬件成本的基礎(chǔ)上提供網(wǎng)絡(luò)的高可靠性。3、技術(shù)特色 以太環(huán)網(wǎng)解決方案中的RRPP是華為-3com提出針對(duì)環(huán)網(wǎng)拓?fù)浼軜?gòu)的保護(hù)協(xié)議，收斂速度快，為網(wǎng)絡(luò)提供高可靠保護(hù)；除快速的業(yè)務(wù)保護(hù)以外，以太環(huán)網(wǎng)解決方案是一個(gè)低成本的實(shí)現(xiàn)方案，并不需要更換硬件，可以在傳統(tǒng)的Gigabit以太網(wǎng)口上實(shí)現(xiàn)快速業(yè)務(wù)保護(hù)。 4、技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案 以太環(huán)網(wǎng)解決方案的核心技術(shù)是RRPP環(huán)網(wǎng)技術(shù)，下面的重點(diǎn)介紹該RRPP環(huán)網(wǎng)技術(shù)的基本實(shí)現(xiàn)機(jī)制：4.1 RRPP基本概念4.1.1 RRPP域（RRPP Domain） RRPP域由整數(shù)表示的ID來(lái)標(biāo)識(shí)，一組配置了相同的域ID和控制VLAN，并且相互連通的交換機(jī)群體構(gòu)成一個(gè)RRPP域。一個(gè)RRPP域具有如下的組成要素：RRPP環(huán) 一個(gè)RRPP環(huán)物理上對(duì)應(yīng)一個(gè)環(huán)形連接的以太網(wǎng)拓?fù)?，一個(gè)RRPP域由彼此相交的多個(gè)RRPP環(huán)構(gòu)成，其中有一個(gè)為主環(huán)，其他環(huán)為子環(huán)。相切環(huán)情況下可以都配置為一個(gè)主環(huán)；一個(gè)RRPP域也可以只包含一個(gè)RRPP環(huán)。RRPP環(huán)的角色由用戶通過(guò)配置決定。RRPP控制VLAN 每個(gè)RRPP域可以具有兩個(gè)控制VLAN，分別叫做主控制VLAN和子控制VLAN。主環(huán)的協(xié)議報(bào)文在主控制VLAN中傳播，子環(huán)的協(xié)議報(bào)文在子控制VLAN中傳播。主節(jié)點(diǎn) 主節(jié)點(diǎn)是RRPP環(huán)上的主要決策和控制節(jié)點(diǎn)。每個(gè)RRPP環(huán)上必須有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，而且只能有一個(gè)。主節(jié)點(diǎn)的環(huán)上端口分為主端口和從端口，環(huán)完整的情況下，通常阻斷從端口。傳輸節(jié)點(diǎn) 環(huán)上除主節(jié)點(diǎn)之外的其它節(jié)點(diǎn)都可以稱為傳輸節(jié)點(diǎn)（邊緣節(jié)點(diǎn)和輔助邊緣節(jié)點(diǎn)實(shí)際上是特殊的傳輸節(jié)點(diǎn)）。一個(gè)RRPP環(huán)上可以有多個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)，如下圖所示： 圖3 RRPP環(huán)網(wǎng)示意圖主端口和從端口 主節(jié)點(diǎn)和傳輸節(jié)點(diǎn)接入以太網(wǎng)環(huán)的兩個(gè)端口中，一個(gè)為主端口，另一個(gè)為從端口，端口的角色由用戶的配置決定。 主節(jié)點(diǎn)的主端口和從端口在功能上是有區(qū)別的。主節(jié)點(diǎn)從其主端口發(fā)送環(huán)路狀態(tài)探測(cè)報(bào)文即Hello報(bào)文，如果能夠從從端口收到該報(bào)文，說(shuō)明本節(jié)點(diǎn)所在RRPP環(huán)網(wǎng)完整，因此需要阻塞從端口以防止數(shù)據(jù)環(huán)路；相反如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收不到探測(cè)報(bào)文，說(shuō)明環(huán)網(wǎng)故障，此時(shí)需要放開(kāi)從端口以保證環(huán)上所有節(jié)點(diǎn)的正常通信。傳輸節(jié)點(diǎn)的主端口和從端口在功能上沒(méi)有區(qū)別。端口的角色同樣由用戶的配置決定。4.2 RRPP環(huán)（RRPP Ring）4.2.1 RRPP基本原理1、RRPP協(xié)議基礎(chǔ) 每個(gè)域上所有節(jié)點(diǎn)配置相同的RRPP域ID和控制VLAN協(xié)議報(bào)文在控制VLAN中傳播2、正常工作原理 RRPP環(huán)主要由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)、多個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)和控制VLAN構(gòu)成，主節(jié)點(diǎn)配置主端口和從端口，正常工作時(shí)主節(jié)點(diǎn)周期性地從主端口發(fā)送Hello報(bào)文，從端口一旦接收到自己發(fā)送Hello報(bào)文，立刻阻塞從端口?？刂芕LAN主要傳輸RRPP的控制報(bào)文，有效保護(hù)控制報(bào)文。 圖4 RRPP正常工作示意圖3. Polling機(jī)制 Polling機(jī)制是RRPP環(huán)的主節(jié)點(diǎn)主動(dòng)檢測(cè)環(huán)網(wǎng)健康狀態(tài)的機(jī)制，主節(jié)點(diǎn)周期性地從其主端口發(fā)送Hello報(bào)文，依次經(jīng)過(guò)各傳輸節(jié)點(diǎn)在環(huán)上傳播。如果主節(jié)點(diǎn)的從端口能收到自己發(fā)送的Hello報(bào)文，說(shuō)明環(huán)網(wǎng)鏈路完整；否則如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收不到Hello報(bào)文，就認(rèn)為環(huán)網(wǎng)發(fā)生鏈路故障。 處于故障狀態(tài)的主節(jié)點(diǎn)從端口收到自己發(fā)送的Hello報(bào)文，立即遷移到環(huán)恢復(fù)狀態(tài)，阻塞從端口并刷新轉(zhuǎn)發(fā)表，而且主端口發(fā)送刷新轉(zhuǎn)發(fā)表的報(bào)文通知所有傳輸節(jié)點(diǎn)放開(kāi)臨時(shí)阻塞端口和刷新轉(zhuǎn)發(fā)表。4. 鏈路狀態(tài)變化通知機(jī)制 鏈路狀態(tài)變化通知機(jī)制是一種比Polling機(jī)制更快處理環(huán)網(wǎng)拓?fù)涓淖兊臋C(jī)制，這一機(jī)制的發(fā)起者是傳輸節(jié)點(diǎn)。傳輸節(jié)點(diǎn)總是在監(jiān)測(cè)自己的端口鏈路狀態(tài)，一旦狀態(tài)發(fā)生改變，它就會(huì)通過(guò)發(fā)送通知報(bào)文把這種變化通知主節(jié)點(diǎn)，然后由主節(jié)點(diǎn)來(lái)決定如何處理。如果檢測(cè)到端口Down，將會(huì)發(fā)送故障通知報(bào)文。主節(jié)點(diǎn)接收到該報(bào)文會(huì)立刻放開(kāi)從端口，刷新本地轉(zhuǎn)發(fā)表的同時(shí)發(fā)送報(bào)文通知其他節(jié)點(diǎn)刷新轉(zhuǎn)發(fā)表。 圖5 RRPP故障處理過(guò)程示意圖5、故障恢復(fù)機(jī)制 環(huán)故障狀態(tài)的主節(jié)點(diǎn)通常從端口接收不到自己發(fā)送的Hello報(bào)文；故障節(jié)點(diǎn)的鏈路恢復(fù)也會(huì)進(jìn)入臨時(shí)阻塞狀態(tài)，但環(huán)的Hello報(bào)文可以通過(guò)該阻塞端口，這樣主節(jié)點(diǎn)會(huì)接收到自己發(fā)送的Hello 報(bào)文，主節(jié)點(diǎn)認(rèn)為環(huán)已經(jīng)恢復(fù)正常，立刻阻塞從端口且刷新轉(zhuǎn)發(fā)表，并同時(shí)從主端口發(fā)送報(bào)文通知所有傳輸節(jié)點(diǎn)放開(kāi)臨時(shí)阻塞端口和刷新轉(zhuǎn)發(fā)表，傳輸節(jié)點(diǎn)接收到該報(bào)文后會(huì)立刻放開(kāi)臨時(shí)阻賽端口且刷新轉(zhuǎn)發(fā)表。4.3 以太環(huán)網(wǎng)解決方案的優(yōu)勢(shì)1、高可靠 以太環(huán)網(wǎng)上任一鏈路或節(jié)點(diǎn)的發(fā)生故障時(shí)，以太環(huán)網(wǎng)解決方案能保證鏈路倒換時(shí)間為50ms以內(nèi)，業(yè)務(wù)倒換時(shí)間在50-200ms之間，并且提供對(duì)各種業(yè)務(wù)的快速保護(hù)倒換，提高網(wǎng)絡(luò)的可用性；2、低成本 H3C公司的RRPP技術(shù)并沒(méi)有改變傳統(tǒng)以太網(wǎng)的硬件，所有正在網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的中高端交換機(jī)都可以通過(guò)軟件升級(jí)支持GE端口的RRPP特性，并且華為-3Com公司會(huì)不斷豐富支持RRPP技術(shù)的端口類型，擴(kuò)展這種低成本保護(hù)技術(shù)的使用范圍；3、算法簡(jiǎn)單 以太環(huán)網(wǎng)的主節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)整個(gè)環(huán)的收斂計(jì)算，其他節(jié)點(diǎn)只是傳輸和響應(yīng)更新報(bào)文，簡(jiǎn)化了軟件處理過(guò)程，保障軟件的健壯性；4、廣適用 H3C以太環(huán)網(wǎng)解決方案業(yè)務(wù)保護(hù)時(shí)間與環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目、設(shè)備負(fù)荷、網(wǎng)絡(luò)所承載業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)流量等因素?zé)o關(guān)；環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目無(wú)關(guān)：在組建大規(guī)模環(huán)網(wǎng)時(shí)，RRPP技術(shù)依然能夠保證50200ms的倒換時(shí)間；設(shè)備負(fù)載無(wú)關(guān)：即設(shè)備運(yùn)行復(fù)雜協(xié)議時(shí)，如配置多種ACL規(guī)則、作MPLS PE等情況下，也不影響網(wǎng)絡(luò)的收斂時(shí)間；網(wǎng)絡(luò)承載業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)：不管上層運(yùn)行什么樣的業(yè)務(wù)，如語(yǔ)音、視頻等，RRPP技術(shù)都能夠保證極短的切換時(shí)間；網(wǎng)絡(luò)流量無(wú)關(guān)：在大流量的情況下也可以保證毫秒級(jí)的自愈保護(hù)時(shí)間，在業(yè)務(wù)不斷增長(zhǎng)、數(shù)據(jù)量不斷加大的情況下，以太環(huán)網(wǎng)技術(shù)依然可以保證業(yè)務(wù)的快速倒換。5、提供全系列交換機(jī)的整體的環(huán)網(wǎng)解決方案，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合；5.1 城域網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景： 圖6 以太環(huán)網(wǎng)在城域網(wǎng)中的應(yīng)用 如圖所示為目前常用的城域網(wǎng)組網(wǎng)模式：城域以太網(wǎng)中主要采用兩級(jí)環(huán)網(wǎng)架構(gòu)：一級(jí)匯聚層，主要是PE-AGG（PE匯聚設(shè)備）之間通過(guò)RRPP環(huán)來(lái)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)快速切換；另一級(jí)接入層，主要是PE-AGG與UPE之間；兩級(jí)環(huán)網(wǎng)主要采用相切方式。接入PE掛接在匯聚的SPE上。 城域以太網(wǎng)構(gòu)建通常有兩種思路一個(gè)是大二層，PE-AGG到UPE都處于二層轉(zhuǎn)發(fā)模式；另一種就是MPLS到邊緣，所有設(shè)備都是L3 MPLS；不論何種模式或建設(shè)思路，RRPP都可以提供低成本的快速保護(hù)倒換的高可靠性。5.2 企業(yè)或園區(qū)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景 圖7 以太環(huán)網(wǎng)在企業(yè)網(wǎng)的應(yīng)用 大型公司的園區(qū)通常分為四個(gè)部分，生產(chǎn)區(qū)、總部、辦公區(qū)、研發(fā)區(qū)，四個(gè)部分之間需要互通，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行著研發(fā)的交互數(shù)據(jù)、生產(chǎn)的ERP調(diào)度數(shù)據(jù)、各種辦公OA數(shù)據(jù)，生產(chǎn)區(qū)的視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、總部的行政審批電子流等各種數(shù)據(jù)。研發(fā)的交互數(shù)據(jù)如果出了問(wèn)題可能很長(zhǎng)一段時(shí)間的工作就完全浪費(fèi)了，生產(chǎn)資源的調(diào)度中斷帶來(lái)的是企業(yè)的直接損失，因此需要更高可靠的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而RRPP技術(shù)正好解決