電信級以太網(wǎng)講座

講座之一--電信級以太網(wǎng)的概念與關鍵特征——烽火網(wǎng)絡：電信級以太網(wǎng)技術講座摘要本文從基本概念入手，對于電信級以太網(wǎng)業(yè)務和技術的內涵與外延進行了分析，并總結歸納了電信級以太網(wǎng)技術的關鍵特征。

關鍵詞電信級以太網(wǎng)業(yè)務OAMQoS

1概述

電信級以太網(wǎng)的名稱隨著2001年城域以太網(wǎng)論壇（MEF）的成立逐步進入了人們的視線。最初稱為城域以太網(wǎng)（MetroEthernet），2004年后慢慢出現(xiàn)運營級以太網(wǎng)的稱呼（CarrierGrade/ClassEthernet）。從2005年開始，MEF在其主導的會議和發(fā)布的文檔中開始使用CarrierEthernet的名稱，目的是進一步明確和強調以太網(wǎng)技術在運營商網(wǎng)絡中的應用和價值。在國內，有的翻譯為運營級以太網(wǎng)或運營商以太網(wǎng)，現(xiàn)在大多與中國電信對其的稱謂保持一致，即電信級以太網(wǎng)。

以太網(wǎng)原來只是作為一種網(wǎng)絡互聯(lián)技術而存在，隨著以太網(wǎng)在全球的大規(guī)模應用，以太網(wǎng)接口已經(jīng)成為事實上的通用業(yè)務插座，各類高速以太網(wǎng)接口因經(jīng)濟規(guī)模帶來的成本優(yōu)勢加速使用。運營商們開始考慮將以太網(wǎng)作為一種業(yè)務推向用戶。因此從概念來說，現(xiàn)在人們所談論的電信級以太網(wǎng)包括以太網(wǎng)業(yè)務和以太網(wǎng)技術兩個范疇，通過對于其電信級特征的描述來逐步擴大其內涵與外延。

2電信級以太網(wǎng)業(yè)務

長期以來，對于一些重要的二層互聯(lián)業(yè)務，比如銀行、金融、政務等行業(yè)的企業(yè)，都是以DDN、幀中繼、ATM等傳統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)技術為主要承載手段。這類基礎數(shù)據(jù)業(yè)務以其高質量、高安全等特性發(fā)揮了重要的作用。隨著設備廠商在這些技術上的投資日益減少，使這些傳統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)業(yè)務面臨故障維護、部署以及擴容升級等方面的成本日益昂貴的問題。這些傳統(tǒng)基礎專線技術已經(jīng)不能適應網(wǎng)絡技術與業(yè)務的發(fā)展，將電信級以太網(wǎng)用于商業(yè)客戶業(yè)務，主要是考慮到近年來以太網(wǎng)接口已大量部署，以及二層專線業(yè)務和二層VPN業(yè)務具有不斷增長的需求，電信級以太網(wǎng)可以逐步替代這些傳統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù)專線技術。

在電信級以太網(wǎng)業(yè)務的定義上，MEF的作用是最突出的。作為一個非官方組織，MEF努力促進當前正在使用和考慮使用的各種實施辦法之間彼此銜接，確保在技術上具有互操作性。因此其技術委員會在管理、體系結構、協(xié)議/傳輸、業(yè)務和測試這五個方面致力于提供文檔、框架、協(xié)定和互操作性，推動以太網(wǎng)在全球范圍內成為一種優(yōu)選的網(wǎng)絡技術和標準化的業(yè)務。

在MEF的網(wǎng)絡參考模型中，重點引入了兩個術語：UNI和EVC。這兩個術語在傳統(tǒng)以太網(wǎng)領域很少應用，但是在通信網(wǎng)中應用較多。在這里引入UNI主要是為了強調運營商網(wǎng)絡與用戶之間的定界問題，從而為以后的業(yè)務控制、OAM等功能提供明確的功能分界點。

在電信級以太網(wǎng)中引入了EVC的概念，類似于ATM與幀中繼的的PVC。EVC這種邏輯管道的概念在電信級以太網(wǎng)技術中扮演著非常重要的角色，依靠在有限的網(wǎng)絡資源里構建統(tǒng)計復用的邏輯管道，流量可以有效地隔離開來，通過對邏輯管道及其中的流量施加相應的控制，電信級以太網(wǎng)就具有了比較完備的流量控制能力，從而能夠很好的對用戶進行分類管理，以及對于同一用戶的不同應用進行區(qū)分化的服務。

MEF定義了三種以太網(wǎng)業(yè)務類型：E-LINE、E-LAN、E-TREE，分別對應于點到點、多點到多點和根基多點的EVC類型。同是又根據(jù)UNI處基于端口和VLAN兩種方式的差異，對每種類型又分為專用（Private）和虛擬專用（VirtualPrivate）兩種。因此也就有了如表1所示的以太網(wǎng)業(yè)務分類。在具體定義上，MEF與ITU-TG.8011.1和G.8011.2的定義存在一定差異，主要原因是MEF從業(yè)務和用戶的角度來分析，而ITU-T是從網(wǎng)絡內部來討論。

在定義業(yè)務類型的基礎上，MEF規(guī)范了各類業(yè)務的屬性和相關參數(shù)。以太網(wǎng)業(yè)務的屬性和參數(shù)分為UNI和EVC兩種，UNI屬性參數(shù)是作用于接口的屬性參數(shù)，EVC業(yè)務屬性參數(shù)是作用于管道的屬性參數(shù)。

由此可以看出，MEF對于電信級以太網(wǎng)業(yè)務的定義采取了類似于傳統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)業(yè)務（如幀中繼和ATM）的方式，通過區(qū)分業(yè)務類型，進而規(guī)范和定義各種類型的業(yè)務屬性，最后比較完備的細化每個屬性的相關參數(shù)來構建相對完整的業(yè)務體系。

3電信級以太網(wǎng)技術

電信級以太網(wǎng)技術，是指將傳統(tǒng)以太網(wǎng)應用到電信網(wǎng)的技術，具備網(wǎng)絡和業(yè)務可擴展性、運營級網(wǎng)管能力和QoS保障等電信級運營所需要的能力，從而解決IP/以太網(wǎng)/TDM等多業(yè)務的傳送問題,并向城域乃至廣域延伸，推動傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡向分組化網(wǎng)絡轉型。

從技術上看，以太網(wǎng)是一種很簡單的解決方案，只需要少量的規(guī)劃、設計和測試工作，應用多年，為用戶熟悉，業(yè)務指配時間可以減少到幾個小時或幾天。其次，以太網(wǎng)是標準技術，互換互操作性好，具有廣泛的軟硬件支持，成本低。最后，以太網(wǎng)是與媒體無關的承載技術，可以透明地與銅線對、電纜和各種光纖等不同傳輸媒體接口。從結構上看，以太網(wǎng)正以前所未有的端到端解決方案面目出現(xiàn)，消去了其他解決方案所必不可少的網(wǎng)絡邊界處的格式變換，減少了網(wǎng)絡的復雜性。其次，以太網(wǎng)是具有很好擴展性的解決方案，其速率可以從10Mbit/s、100Mbit/s、1Gbit/s一直擴展到10Gbit/s。從管理上看，由于同樣的系統(tǒng)可以應用在網(wǎng)絡的各個層面上，因此網(wǎng)絡管理可以大大簡化。此外，由于很多用戶已經(jīng)熟悉了以太網(wǎng)，因此培訓工作簡化，新業(yè)務可以拓展得更快。

以太網(wǎng)接口已經(jīng)成為事實上的通用業(yè)務插座，各類高速以太網(wǎng)接口因經(jīng)濟規(guī)模帶來的成本優(yōu)勢會加速使用。隨著電信級以太網(wǎng)多業(yè)務平臺在擴展性、業(yè)務保護、QoS保障、TDM支持和業(yè)務管理等電信級業(yè)務特征的持續(xù)改進和互操作性的完善，以太網(wǎng)將成為電信網(wǎng)的基礎元素。當前正逐步在城域網(wǎng)中引入廣義的電信級以太網(wǎng)技術，提供高可用、高速率的業(yè)務匯聚能力和以太網(wǎng)互連業(yè)務?？梢灶A計，隨著網(wǎng)絡中IP/以太網(wǎng)業(yè)務量的日益增加以及基于以太網(wǎng)技術的新型解決方案的不斷出現(xiàn)，電信級以太網(wǎng)多業(yè)務平臺在城域網(wǎng)中的應用將會越來越多，電信級以太網(wǎng)多業(yè)務技術將成為面向未來的主流解決方案。

目前在電信級以太網(wǎng)范疇內的相關技術較多，其中包括：環(huán)網(wǎng)技術(如基于MSR擴展的以太環(huán)網(wǎng)、ERP和RRPP等以太環(huán)網(wǎng))，VLANVPN和PWE3（VPWS/VPLS）等二層VPN技術，以及增強型以太網(wǎng)、PBB-TE和T-MPLS等以太網(wǎng)傳送技術。

從廣義上講，提供以太網(wǎng)接口、用于提供多種業(yè)務承載、具備標準化、可擴展、服務質量保證、高可靠和業(yè)務管理能力的組網(wǎng)技術都可以稱為電信級以太網(wǎng)技術。這也符合MEF從兼收并蓄的技術包容思路。

盡管電信級以太網(wǎng)技術較多，但是它們在一些方面都采用了同樣的思路甚至同樣的關鍵技術來解決傳統(tǒng)以太網(wǎng)存在的問題，如可靠性、擴展性和面相連接等要求。以PBB-TE/PBT和T-MPLS為例。這兩種廣義以太網(wǎng)技術都試圖將高層智能的信令協(xié)議用到自己的控制平面上，在數(shù)據(jù)平面上對二層數(shù)據(jù)幀的傳輸進行了不同程度的修改。PBB-TE技術是在MACinMAC（IEEE802.1ah）基礎上的擴展。它通過區(qū)分運營商和用戶MAC提高了設備的安全性，并且通過引入面向連接的功能實現(xiàn)了以太網(wǎng)上端到端的業(yè)務提供和管理功能。它關掉了某些二層以太網(wǎng)橋接功能，將無連接的以太網(wǎng)改造為面向連接的二層隧道。T-MPLS是MPLS的一個子集，數(shù)據(jù)基于MPLS標簽進行轉發(fā)，它將所有業(yè)務都承載在MPLS偽線上，通過傳送網(wǎng)絡傳輸。簡單地用公式來說明：

PBB-TE/PBT＝MACinMAC－L2的復雜性＋OAM+TE；

T-MPLS=MPLS－L3的復雜性＋OAM＋TE。

上述幾種不同的技術分別受到數(shù)據(jù)設備廠商和傳輸設備廠商的支持與推動。從本質來看是三層和一層技術向二層的融合、競爭，可見這是一個減少網(wǎng)絡分層，實現(xiàn)高效、安全的統(tǒng)一承載網(wǎng)的過程。

不管如何，對傳統(tǒng)以太網(wǎng)進行不同程度修改的目的是為了保留傳統(tǒng)以太網(wǎng)的簡單易用、性價比高等優(yōu)勢的基礎之上，提供高可靠性、業(yè)務級OAM能力等電信級特征。

4電信級以太網(wǎng)的關鍵特征

對于電信級以太網(wǎng)業(yè)務，MEF定義了五個屬性，包括標準化、可擴展性、業(yè)務管理、可靠性、服務質量。這主要是從業(yè)務和網(wǎng)絡的視角來進行的描述。而目前業(yè)界談的更多的是電信級以太網(wǎng)技術，而其應該具備的主要特征包括：標準化、可擴展性、服務質量保證、高可靠性、安全性、電信級業(yè)務管理等。此外，對于TDM等傳統(tǒng)業(yè)務的兼容和支持也是對于電信級以太網(wǎng)的關鍵要求之一，目前在電路仿真技術在國外應用較多，在國內主要移動的IPRAN建設需要提供基于以太網(wǎng)的同步和定時技術。

4.1標準化

這里的標準化主要是強調組網(wǎng)技術和設備要具備良好的互聯(lián)互通性，實現(xiàn)不同廠商和運營商之間的業(yè)務互通。在電信級以太網(wǎng)技術中起主導作用的標準組織主要有IEEE、MEF、ITU-T、IETF等，它們的努力方向和工作側重點有所不同。

MEF主要定義電信級以太網(wǎng)的體系結構、業(yè)務參考模型、業(yè)務規(guī)范、業(yè)務/網(wǎng)絡一致性測試方法等。IEEE主要從物理層和鏈路層的角度制定標準。ITU-T與電信級以太網(wǎng)有關的研究小組主要是SG15和SG13。IETF與電信級以太網(wǎng)相關的研究工作主要集中在MPLS工作組和L2VPN工作組，是MPLS研究的主導力量。

ITU-T、IEEE和MEF廣泛合作，不斷為電信級以太網(wǎng)在全球的普遍應用掃清兼容性和標準化障礙，并積極嘗試完善其技術上某些局限性。目前已在業(yè)務、框架、OAM、業(yè)務保護和擴展性等方面的標準化上有了許多突破性進展（參見圖1）。

4.2可擴展性

電信級以太網(wǎng)的擴展性主要關注支持用戶的數(shù)量，業(yè)務識別和控制能力和組網(wǎng)規(guī)模等擴展性方面的問題。

在用戶數(shù)量擴展性方面，MACinMAC和QinQ較好的提供了地址分級、用戶定位和業(yè)務分流的解決方案。

在業(yè)務識別和控制方面，通過MPLS的標簽或者基于TR-101規(guī)范的VLAN標簽規(guī)劃，亦或PBB-TE中的I-TAG都可以來較好的提供業(yè)務識別與控制能力。

在組網(wǎng)方面，基于MSR擴展的環(huán)網(wǎng)控制協(xié)議和G.8032都可支持多環(huán)靈活組網(wǎng)。另一方面，H-VPLS、PBB-TE和T-MPLS都在標準中考慮了大規(guī)模組網(wǎng)的可擴展性問題。

4.3服務質量保證

電信級以太網(wǎng)強調具有良好的QoS機制，可以在EIR/CIR、丟包、時延和抖動等特性的基礎上提供端到端的服務質量保證，從而保障SLA的實施。從全網(wǎng)角度而言，端到端的QoS一定是通過分層分級的方式來提供的，在不同層次，其粒度是有差異的。

這里面就包括區(qū)分服務和帶寬保證。區(qū)分服務可針對某種服務類型，提供不同級別的服務。將區(qū)分服務與帶寬保證結合起來，可以限定某個用戶的確保帶寬，從而將用戶不同的業(yè)務進行分類，提供差異化服務，最終平滑過渡到HardQoS。

電信級以太網(wǎng)技術中，借鑒了ATM/幀中繼等傳統(tǒng)技術在QoS控制方面的一些優(yōu)秀思想，從而達到靈活的控制QoS的目的。

在目前在實際應用中，城域骨干網(wǎng)以基于DiffServ為主的QoS技術提供突發(fā)擁塞時的QoS保證。業(yè)務接入控制點多根據(jù)物理端口、邏輯子端口或802.1PCoS位完成對接入用戶的分類和三層QoS字段標記（IPPrecedence或EXP），并實現(xiàn)用戶上行流量的限速和用戶下行流量的限速、整形。最終根據(jù)TR-059的要求實現(xiàn)層次化的QoS。寬帶接入網(wǎng)以基于802.1P為主的QoS技術提供突發(fā)擁塞時的QoS保證。

未來仍將以區(qū)分服務為主，強調輕載、接入控制和資源分析，以及在UNI的CIR/EIR，最終向端到端的HardQoS發(fā)展。

4.4高可靠性

長期以來，制約以太網(wǎng)在電信網(wǎng)絡上使用的主要原因之一就是傳統(tǒng)以太網(wǎng)在大規(guī)模運營時的可靠性問題。為了提高可靠性，在拓撲上多采用星型雙歸屬、環(huán)形和網(wǎng)狀拓撲方式。在保護技術上包括：

·鏈路聚合保護（IEEE802.3ad）；

·生成樹保護（STP/RSTP/MSTP）；

·以太環(huán)網(wǎng)保護（EAPS、MSR、G.8032、ERP、RRPP、ZESR、E-SPRing……）；

·RPR保護（Wrapping、Steering）；

·線性保護（G.8031/G.8131）；

·ALNP保護（MPLSFRR）。

在以上保護技術中，除了鏈路聚合與生成樹技術自愈時間較長外，其它技術大多可以實現(xiàn)50ms量級的業(yè)務自愈。

目前各種電信級以太網(wǎng)技術在組網(wǎng)時，許多廠家的設備大多支持環(huán)形組網(wǎng)，但各種技術對環(huán)形拓撲的依賴程度不同。盡管目前環(huán)形拓撲是電信級以太網(wǎng)中較為有效、關鍵的手段之一，但是僅僅涉及1+1和1：1的點到點以太網(wǎng)保護倒換，不支持點到多點應用，不符合其上承載業(yè)務的多點到多點特征，同時新引入的信令控制協(xié)議也帶來了一些問題：多環(huán)組網(wǎng)時協(xié)議效率、可靠性、交會節(jié)點設備的壓力、環(huán)上節(jié)點過多可能帶來的效率下降等。環(huán)形組網(wǎng)可能更適合組建新建網(wǎng)絡，而此時又要考慮到改造成本等問題。

4.5安全性

原有以太網(wǎng)在局域網(wǎng)規(guī)模擴大之后，已經(jīng)顯現(xiàn)出種種安全上的缺陷，電信級以太網(wǎng)既然是對傳統(tǒng)以太網(wǎng)的繼承，因此就不可避免會受到現(xiàn)有網(wǎng)絡中的安全威脅，同時新協(xié)議的使用也可能引入新的安全隱患。

基于MPLS技術的VPLS等電信級以太網(wǎng)技術的安全更多地依靠MPLS層、IP層來保證，但是在接入層、接入?yún)R聚層所面臨的安全威脅與增強型以太網(wǎng)、PBB/PBT一樣。因此在部署下一代電信級以太網(wǎng)時，至少要城域網(wǎng)在各個網(wǎng)絡層面上都應用現(xiàn)有的安全技術，綜合保證并實現(xiàn)網(wǎng)絡的安全。

其中用戶控制識別能力即用戶精確定位技術十分關鍵重要。這類技術重點用于識別接入用戶所使用的物理線路，并確定該線路所在的地理位置，結合用戶認證、用戶綁定技術使用，確保正常用戶接入網(wǎng)絡。它們不僅能夠對用戶流量進行速率限制和整形，防止某個用戶過度消耗網(wǎng)絡資源，保證運營商網(wǎng)絡帶寬的有效利用，而且也能快速定位網(wǎng)絡威脅的位置，對非法流量進行過濾，共同從網(wǎng)絡的底層來保證網(wǎng)絡安全。

在控制層面上，應該充分考慮新引入?yún)f(xié)議的本身缺陷，盡量保證協(xié)議的安全，在實際部署時盡可能地做到數(shù)據(jù)平面、控制平面的隔離，對設備本身的訪問應該受到嚴格限制或加密?？刂破矫娴陌踩€應深入研究。

4.6電信級業(yè)務管理

以太網(wǎng)原來主要用于LAN環(huán)境，OAM能力較弱，且目前只有網(wǎng)元級的管理系統(tǒng)，其管理工具不足以支持公用電信網(wǎng)所必須的網(wǎng)絡管理。另外，光以太網(wǎng)是以點到點方式直接相連的，省掉了傳輸設備，難以提供端到端的業(yè)務管理、故障檢測和性能監(jiān)視，使以太網(wǎng)中發(fā)生的故障更難以診斷和修復。以太網(wǎng)可以在多種不同的服務層上傳送，而且它的客戶層也是多種多樣，非以太網(wǎng)的底層（服務層如SDH）或高層（客戶層如IP）的OAM功能都不能替代以太網(wǎng)OAM的功能。為了在以太網(wǎng)層能確定以太網(wǎng)虛鏈接（EVC，EthernetVirtualConnection）的連通性，有效地檢測、確認并定位出源于以太網(wǎng)層網(wǎng)絡內部的故障；并且可以衡量網(wǎng)絡的利用率以及度量網(wǎng)絡的性能，從而能根據(jù)與用戶簽訂的SLA協(xié)議提供業(yè)務，以太網(wǎng)層需要提供一個完全不依賴于任何客戶層或服務層的OAM機制。該需求對于電信級以太網(wǎng)的獨立發(fā)展是至關重要的。

根據(jù)MEF將電信級以太網(wǎng)縱向分成的三層結構,每層都應該具有自身的OAM能力。以太網(wǎng)業(yè)務層的OAM功能應獨立于上層應用如IP層或底層的傳輸技術如SDH，這樣可以采用不同的技術提供以太網(wǎng)業(yè)務。各層的OAM功能可以互相增強，并提供良好的故障和性能管理。現(xiàn)在IEEE802、ITU-TSG13/15和MEF（MetroEthernetForum）等標準組織緊密合作，不斷制定出滿足電信級要求的以太網(wǎng)OAM新標準，目前工作主要關注的是故障管理和性能管理。

5結束語

以太網(wǎng)技術以其良好的經(jīng)濟性、互通性和易用性等優(yōu)勢得到了普遍應用。隨著電信級以太網(wǎng)技術和標準的快速發(fā)展，以太網(wǎng)逐步向城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)延伸，從而作為電信級傳送技術提供多業(yè)務承載。這首先是來自于業(yè)務融合的應用驅動。隨著電信技術的不斷發(fā)展，各種業(yè)務異彩紛呈，業(yè)務與網(wǎng)絡的融合已是大勢所趨。隨著TDM業(yè)務所占比例和收益的快速降低，語音業(yè)務也逐步退化為一種業(yè)務屬性。分組和寬帶作為業(yè)務融合的技術基礎和基本特征，使得分組化的網(wǎng)絡融合成為必由之路。

隨著電信級以太網(wǎng)在擴展性、業(yè)務保護、QoS保障、TDM支持和業(yè)務管理等電信級業(yè)務特征的持續(xù)改進和互操作性的完善，以太網(wǎng)將成為電信網(wǎng)的基礎元素。廣義的電信級以太網(wǎng)幾乎涵蓋了目前主流的二層分組承載技術，必將成為未來城域網(wǎng)的主要組成部分。

SeriesofLectures

CarrierEthernetPart1：ConceptandkeycharactersofCarrierEthernet

ZhanYichun

（SchoolofComputerScience,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan,430074,China）

AbstractThispaperanalyzedtheconnotationanddenotationofcarrierEthernetservicesaswellasthetechnologies,andthensummedupthekeycharactersofcarrierEthernettechnologies.

KeywordscarrierEthernet，service，OAM，QoS

詹翊春：博士研究生，IEEE會員。現(xiàn)任武漢烽火網(wǎng)絡有限責任公司以太網(wǎng)產(chǎn)品線經(jīng)理。曾先后擔任軟件項目組主管、接入路由器產(chǎn)品線經(jīng)理、電信級以太網(wǎng)項目經(jīng)理，參與多個國家863等部級以上重大科技項目的課題攻關。電信級以太網(wǎng)技術講座

第2講業(yè)務級的以太網(wǎng)OAM摘要OAM是以太網(wǎng)技術從局域網(wǎng)組網(wǎng)技術向城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)組網(wǎng)技術發(fā)展過程中所面對一個主要問題。列舉了電信級以太網(wǎng)對于OAM的需求，介紹了以太網(wǎng)OAM在標準和技術方面的最新發(fā)展，并對其相關標準、協(xié)議機制和實現(xiàn)與應用等進行了闡述和分析。關鍵詞電信級以太網(wǎng)、業(yè)務、OAMService-classEthernetOAMZhanYichun(SchoolofComputerScience,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan,430074,China)Abstract:OAMisoneofthekeyissuesimpactingthedeploymentofEthernetintoMANsandfurtherintoWANs.ThispaperpresentstherequirementsofOAMinthecarrierEthernet.BasedonthedevelopmentofEthernetOAMstandardsandtechnologies,thispaperanalyzesthecorrespondingprotocols,mechanisms,implementationsandapplications.Keywords:CarrierEthernet,Service,OAM1.

概述以太網(wǎng)技術以其良好的經(jīng)濟性、互通性和易用性等優(yōu)勢得到了普遍應用。隨著電信級以太網(wǎng)技術和標準的快速發(fā)展，以太網(wǎng)逐步向城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)延伸，從而作為電信級傳送技術提供多業(yè)務承載。在城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中，存在大量而復雜的用戶，而且通常需要多個不同的運營商網(wǎng)絡來協(xié)同工作以提供端到端的客戶業(yè)務。隨著以太網(wǎng)技術在運營網(wǎng)絡中應用的不斷增加，對其擴展性、可靠性、安全性和可管理性等提出了諸多挑戰(zhàn)。以太網(wǎng)原來主要用于LAN環(huán)境，OAM(Operation,AdministrationandManagement)能力較弱，且只有網(wǎng)元級的管理系統(tǒng)。為了實現(xiàn)與傳統(tǒng)電信級傳送網(wǎng)相同的服務水平，各研究團體和標準組織都在積極進行技術研究和標準制定，從而使電信級以太網(wǎng)作為未來傳送網(wǎng)的新選擇。其中以太網(wǎng)OAM就研究的重點之一。根據(jù)MEF將電信級以太網(wǎng)縱向分成的三層結構,每層都應該具有自身的OAM能力。以太網(wǎng)業(yè)務層的OAM功能應獨立于上層應用如IP層或底層的傳輸技術如SDH，這樣可以采用不同的技術提供以太網(wǎng)業(yè)務。各層的OAM功能可以互相增強，并提供良好的故障和性能管理?，F(xiàn)在IEEE802、ITU-TSG13/15和MEF（MetroEthernetForum）等標準組織緊密合作，不斷制定出滿足電信級要求的以太網(wǎng)OAM新標準，目前工作主要關注的是故障管理和性能管理。本文將基于相關標準和發(fā)展，闡述和分析電信極以太網(wǎng)的OAM網(wǎng)絡模型、管理功能、協(xié)議機制等。2.

電信級以太網(wǎng)OAM的需求以太網(wǎng)原來主要用于LAN環(huán)境，OAM能力較弱，且目前只有網(wǎng)元級的管理系統(tǒng)，其管理工具不足以支持公用電信網(wǎng)所必須的網(wǎng)絡管理。另外，光以太網(wǎng)是以點到點方式直接相連的，省掉了傳輸設備，難以提供端到端的業(yè)務管理、故障檢測和性能監(jiān)視，使以太網(wǎng)中發(fā)生的故障更難以診斷和修復。以太網(wǎng)可以在多種不同的服務層上傳送，而且它的客戶層也是多種多樣，非以太網(wǎng)的底層（服務層如SDH）或高層（客戶層如IP）的OAM功能都不能替代以太網(wǎng)OAM的功能。為了在以太網(wǎng)層能確定以太網(wǎng)虛鏈接（EVC，EthernetVirtualConnection）的連通性，有效地檢測、確認并定位出源于以太網(wǎng)層網(wǎng)絡內部的故障；并且可以衡量網(wǎng)絡的利用率以及度量網(wǎng)絡的性能，從而能根據(jù)與用戶簽訂的SLA協(xié)議提供業(yè)務，以太網(wǎng)層需要提供一個完全不依賴于任何客戶層或服務層的OAM機制。該需求對于電信級以太網(wǎng)的獨立發(fā)展是至關重要的。電信級以太網(wǎng)OAM至少需要滿足以下需求：

以太層網(wǎng)絡OAM功能不應該依賴任何特定的服務層或客戶層網(wǎng)絡。

故障管理。如果出現(xiàn)故障，能檢測缺陷、診斷缺陷、定位缺陷，通知網(wǎng)管系統(tǒng)并對該故障采取適當?shù)拇胧?/p>

自動發(fā)現(xiàn)與配置管理。OAM功能應該簡潔而且易于配置，使得它能直接大范圍應用，甚至在大型的網(wǎng)絡上。

性能管理?？梢远攘恳粋€EVC的有效性和網(wǎng)絡性能，如丟包率、時延、抖動等。

OAM功能應該能可靠地執(zhí)行，甚至在鏈路劣化的條件下。這需要為OAM報文提供比特差錯修正和檢測機制。

支持針對運營商、業(yè)務提供商和用戶提供分域的OAM。3.

標準化進程與現(xiàn)狀為了實現(xiàn)與傳統(tǒng)電信級傳送網(wǎng)相同的服務水平，各研究團體和標準組織都在積極進行技術研究和標準制定。現(xiàn)在標準制定工作主要關注的是故障管理和性能管理?，F(xiàn)已完成或即將完成的包括：

IEEE802工作組已制定了IEEE802.1ag連通性故障管和IEEE802.3ah第一英里的以太網(wǎng)，802.3ah目前已融入802.3-2005中作為其第57章出現(xiàn)，另外還有802.1AB站點和介質訪問控制連通性和發(fā)現(xiàn)，802.1apVLAN橋接的MIB。

ITU-TSG13Y.1730以太網(wǎng)OAM的需求和Y.1731以太網(wǎng)OAM功能和機制；ITU-TSG15G.8031以太網(wǎng)保護倒換，G.8032以太網(wǎng)環(huán)形保護倒換。

MEF制定了MEF7EMS-NMS信息模型、MEF15網(wǎng)元管理需求，MEF16以太網(wǎng)本地管理接口和MEF17業(yè)務級OAM需求與框架，正在制定業(yè)務OAM性能監(jiān)視的實現(xiàn)規(guī)約。4.

網(wǎng)絡模型與功能概述

網(wǎng)絡級管理架構為了兼容多種技術和多個廠家的設備，實現(xiàn)電信級以太網(wǎng)的統(tǒng)一網(wǎng)管，MEF提出了電信級以太網(wǎng)的網(wǎng)絡管理信息模型(如圖l所示)，并從網(wǎng)絡分層、子網(wǎng)劃分、子網(wǎng)拓撲、網(wǎng)絡連接四個方面對EMS-NMS接口進行規(guī)范。EMS-NMS接口將電信級以太網(wǎng)的管理分為兩個層次：對網(wǎng)元設備的管理和對網(wǎng)絡的管理。將電信級以太網(wǎng)絡劃分為多個子網(wǎng)，每個網(wǎng)元管理系統(tǒng)(EMS)負責管理本子網(wǎng)內的網(wǎng)元設備，網(wǎng)絡管理系統(tǒng)(NMS)不負責管理具體的網(wǎng)元設備。而是通過EMS-NMS接口管理EMS下的子網(wǎng)。由于呈現(xiàn)給NMS的是網(wǎng)絡，因此可將各種網(wǎng)絡資源進行抽象，以統(tǒng)一的方式實現(xiàn)多種網(wǎng)絡技術的管理。圖1網(wǎng)絡級管理架構在MEF的規(guī)范中，對于EMS-NMS接口的定義相對中性，只是要求可以相對成熟的既有網(wǎng)管協(xié)議，例如CORBA(CommonObjectRequestBrokerObject)、SNMP(SimpleNetworkManagementProtocol)、JAVA或XML等。對于網(wǎng)元管理需求的第一階段內容由MEF15給出。

多域的網(wǎng)絡模型電信級以太網(wǎng)需要為不同的組織機構提供不同的管理維護范圍和內容。通常有三種組織會涉及電信級以太網(wǎng)業(yè)務：用戶（如專網(wǎng)用戶）、業(yè)務提供商和網(wǎng)絡運營商。用戶向業(yè)務提供商購買以太網(wǎng)業(yè)務，業(yè)務提供商可使用他們自己的網(wǎng)絡或通過其它運營商網(wǎng)絡來提供端到端的以太網(wǎng)業(yè)務。IEEE、ITU-T和MEF統(tǒng)一了一個多域的OAM網(wǎng)絡模型（如圖2所示）。該模型在考慮商業(yè)模型時十分有用。電信級以太網(wǎng)被分為用戶、提供商和運營商三個維護等級。分別對應不同的管理域。提供商負責端到端的業(yè)務管理。運營商提供業(yè)務傳送。圖2OAM多域網(wǎng)絡模型圖2中標示了維護邊界點MEP（MaintenanceEndPoint）和維護域中間點MIP（MaintenanceIntermediatePoint）的位置。其中MEG（MaintenanceEntityGroup）是指維護實體群，對于點到點以太網(wǎng)連接，一個MEG只包含一個ME（MaintenanceEntity）；MEG端點表示一個MEG的端點，它能發(fā)起并終結用于故障管理和性能監(jiān)控的OAM幀。OAM幀和普通以太網(wǎng)流量是區(qū)別開來的，但是卻和以太網(wǎng)流量共用相同的轉發(fā)流程，由此可以監(jiān)控以太網(wǎng)流量。MEG中間點是MEG的中間節(jié)點，能夠響應某些OAM幀，但不會發(fā)起OAM幀，對途經(jīng)的以太網(wǎng)流量也不采取任何動作。在IEEE802.1ag中所用的維護關聯(lián)（MaintenanceAssociation）與MEG的內涵一致，其MAEndPoint和MAIntermediatePoint分別與ITU-T的MEP和MIP對應。

故障管理電信級以太網(wǎng)業(yè)務級的故障管理主要包含連通性檢測功能、環(huán)回功能、鏈路追蹤功能、告警指示、遠端故障告警和測試功能等。IEEE802.1agCFM和ITU-T的Y.1731定義了主動（Proactive）和按需（On-demand）的故障管理機制?，F(xiàn)已定義的OAM故障管理消息包括：

連續(xù)性檢查消息以太網(wǎng)連續(xù)性檢查功能是一種主動OAM(ProactiveOAM)功能.它可以用于檢測處于一個MEG中的任一對MEP間的連續(xù)性丟失(LOC)，可用于檢測兩個MEG之間的錯誤連接，也可用于檢測在一個MEG中出現(xiàn)與錯誤MEP相連的情況，以及其他一些缺陷情況。連續(xù)性檢查消息可應用于故障管理，性能監(jiān)測或保護倒換。

環(huán)回消息以太網(wǎng)環(huán)回功能用于檢驗一個MEP與一個MIP，或者一個MEP與對等一個或多個MEP間的連通性。該功能類似于PING。它是一種按需OAM功能，通常由管理者命令發(fā)起。IEEE802.1agCFM只定義了單播消息，而Y.1731定義了單播和多播兩種類型。單播環(huán)回檢測是一種按需OAM功能，可用于檢驗MEP和MIP或者對等MEP間的雙向連通性。同時，也可以在一對對等MEP間進行雙向診斷測試，比如檢驗帶寬吞吐量，檢測比特錯誤等。多播環(huán)回功能用于檢驗一個MEP與多個對等MEP間的雙向連通性。多播環(huán)回功能是一種按需OAM功能。當在一個MEP上調用多播ETH-LB功能的時候，該MEP向多播環(huán)回的發(fā)起者返回它所檢測到的與其具有雙向連通性的對等MEP的列表。

鏈路追蹤消息以太網(wǎng)鏈路跟蹤功能是一種按需OAM功能，可用于以下兩個目的：a)鄰接關系檢索——鏈路跟蹤功能可以用于識別一個MEP和一個遠端MEP或MIP之間的鄰接關系檢索。為了建立鄰接關系，需要得到MIP和/或MEP的序列。每個MIP和/或MEP可通過其MAC地址來標識。b)故障定位——鏈路跟蹤功能可以用于故障定位。當發(fā)生故障（例如鏈路和/或設備故障）或者產(chǎn)生轉發(fā)平面環(huán)路時，MIP和/或MEP的順序關系很可能與預期的不同。這種不同的順序關系就提供了故障位置信息。

告警指示消息當MEP檢測到連接故障后，將已組播方式通告故障。以太網(wǎng)告警指示功能主要用于在檢測到服務（子）層的缺陷情況后通告客戶（子）層該以太網(wǎng)通道故障，同時抑制客戶（子）層的警告，以免NMS對同一故障收到大量冗余告警。在點到點的EVC情況下，告警指示可以有效對端MEP的不可達。但是在多點EVC情況下，難以通過收到的告警指示來判斷哪個對端節(jié)點失去了連接。此外，由于生成樹協(xié)議（STP）提供了獨立的恢復能力，因此告警指示功能不用于STP環(huán)境中。因此IEEE802.1ag中不支持告警指示功能。

遠端缺陷指示MEP使用以太網(wǎng)遠端缺陷指示功能通知它的對等MEP它遇到了一個缺陷情況。例如信號故障和AIS等缺陷情況都能導致帶有遠端缺陷指示信息的幀的發(fā)送。只有當以太網(wǎng)連續(xù)性檢查功能被激活時遠端缺陷指示功能才會被使用。由于在多點EVC情況下，遠端缺陷指示存在與告警指示同樣的難以定位故障的問題，IEEE802.1ag中不支持遠端缺陷指示功能。

鎖定信號消息以太網(wǎng)鎖定信號功能用于MEP向它緊鄰的客戶層的MEP通告它的有計劃的管理或者診斷行為。本功能使得客戶層MEP能夠區(qū)分缺陷情況和服務（子）層MEP進行有計劃的管理/診斷行為時所可能導致的數(shù)據(jù)流量中斷。其中引起中斷的缺陷情況需要報告，而引起數(shù)據(jù)流量中斷的有計劃的行為則不需要報告。該功能只有Y.1731支持。

測試信號消息以太網(wǎng)測試信號功能用于進行單向按需的中斷業(yè)務(out-of-service)或不中斷業(yè)務(in-service)診斷測試，其中包括對帶寬吞吐量，幀丟失，比特錯誤等的檢驗。當執(zhí)行這樣的測試的時候，MEP插入具有特定的吞吐量，幀尺寸和發(fā)送模式的帶有測試信號信息的幀。該功能只有Y.1731支持。

維護通信通道消息以太網(wǎng)維護通訊通道功能用于進行遠端維護。維護通訊通道功能為一對MEP提供了一條維護通訊通道。該功能只有Y.1731支持，但是并未定義具體的應用和協(xié)議。

設備制造商專用和試驗用OAM消息Y.1731專門為設備制造商和試驗用OAM預留了兩個操作碼。以太網(wǎng)設備制造商專用的OAM功能可以由設備制造商在其設備內使用，但是不可以跨越不同制造商的設備。實驗用的OAM功能可以在一個管理域內臨時地使用，但是不可以跨越不同的管理域。這兩種消息都包括一個OUI字段來標示特定的制造商或管理域。利用802.1ag和Y.1731可以解決端到端業(yè)務管理中的大部分問題，但是有時候除了鏈路和節(jié)點故障外，其它原因（如轉發(fā)表配置錯誤等）也會導致業(yè)務的中斷。所以鏈路級管理對于以太網(wǎng)而言是另一個重要的故障管理部分。在這方面IEEE802.3ahEFM專門針對點到點的以太網(wǎng)物理鏈路或仿真鏈路定義了監(jiān)視和排錯功能，特別被推薦在用戶接入網(wǎng)絡中使用。EFM定義的OAM功能包括設備發(fā)現(xiàn)、鏈路監(jiān)視、遠端故障指示和遠端環(huán)回。

性能管理性能監(jiān)控功能可以測量各種性能參數(shù)用于差錯性能測量，現(xiàn)在只有ITU-T的Y.1731定義了性能管理的相關內容。MEF考慮下一步對于ITU-T和IEEE802.1g未涉及的內容進行補充。Y.1731只定義點到點ETH連接的性能參數(shù)，對于多點ETH連接的性能參數(shù)需要進一步研究。它基于MEF制定的以太網(wǎng)業(yè)務屬性定義了下述性能參數(shù)：

幀丟失率幀丟失用于描述在點到點ETH連接中，在時間間隔T內，丟失的幀數(shù)和總的幀數(shù)的比率。其中丟失的幀數(shù)是入口ETH點和收到的報文和出口ETH點收到的報文之差。

幀延時幀延時可以用幀的雙向延時表示。雙向延時指從源節(jié)點發(fā)送幀第一個比特的時間到同一個源節(jié)點收到幀的最后一個比特的時間間隔，其中的環(huán)回動作由幀的目的節(jié)點完成。

幀延時抖動幀延時抖動用于測量點到點ETH連接中，屬于同一個服務等級的兩個幀之間的延時抖動。另外，RFC2544中定義了一個性能相關的參數(shù)：吞吐量。吞吐量是指當沒有丟幀情況下幀最大速率，通常是在測試條件下得到。此外，可用性定義不在Y.1731的范圍內。不過該標準中相關的機制可以用于可用性測量。

配置管理MEF參考幀中繼的本地管理接口規(guī)范（FR-LMI），定義了以太網(wǎng)本地管理接口（E-LMI）。E-LMI定位于用戶網(wǎng)絡接口（UNI）的OAM協(xié)議，主要工作于用戶邊緣（CustomerEdge）設備和提供商網(wǎng)絡邊緣（ProviderEdge）設備之間。E-LMI使得業(yè)務提供商能夠自動配置CE來匹配所購買的服務。通過E-LMI，CE可以自動收到VLAN到EVC的映射信息和相應的帶寬與QoS設置。對于CE設備的自動配置功能不僅減少了業(yè)務建立的工作，同時也減少了業(yè)務提供商和企業(yè)用戶間所需的協(xié)調工作。由此，企業(yè)用戶無需了解對于CE設備的配置，由業(yè)務提供商統(tǒng)一配置管理，減少了人為誤操作的風險。此外，E-LMI還為CE設備提供EVC狀態(tài)信息。因此如果EVC故障一旦被發(fā)現(xiàn)（如由802.1ag），該業(yè)務提供商邊緣設備可以通知CE故障信息，以便快速地倒換接入路由。5.

電信級以太網(wǎng)OAM的應用以太網(wǎng)OAM幀將封裝成以太網(wǎng)幀，通過新定義的以太網(wǎng)類型（EtherType）字段來標識。OAM協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）的幀格式采用統(tǒng)一的幀頭封裝格式（如圖3所示）。其中MEL標識OAMPDU所屬的MEGLevel，范圍從0到7。當客戶、提供商和運營商的數(shù)據(jù)流不能通過ETH層封裝的方法來區(qū)分時，就用8個MEGLevel來區(qū)分嵌套于客戶、提供商和運營商角色的OAM幀。客戶，提供商和運營商也可通過相互協(xié)商的方式來修改缺省MEGLevel的分配。OAM消息類型通過OpCode來標識。其中0到31由802.1分配，Y.1731采用此范圍內與802.1ag相同的操作碼來標識連續(xù)性檢查、環(huán)回和鏈路跟蹤消息。32到63由ITUSG13來分配，其唯一定義的性能管理消息采用此范圍的操作碼來標識。64到255預留給IEEE802.1將來使用。各OAM消息的額外信息通過TLV（Type、Length和Value）方式來表示。對于OAM幀的處理和過濾基于以太類型和MEGLevel來進行。OAM幀的目的地址可以是多播的，也可以是單播的，具體根據(jù)OAM功能而定，OAM的源地址則必須為單播地址。現(xiàn)在各標準組織所制定的以太網(wǎng)OAM相關標準從功能和范圍上可以分為用于業(yè)務提供商UNI到UNI的業(yè)務層OAM、用于運營商的連接性OAM、用于物理鏈路監(jiān)視的鏈路級OAM，以及以太網(wǎng)本地管理接口。這些協(xié)議標準互為補充，以期提供端到端的業(yè)務運營管理和維護能力。其體系架構如圖4所示。圖4電信級以太網(wǎng)OAM功能的層次架各OAM協(xié)議之間雖然有些內容是重疊的，但是只有相互配合使用，才能提供真正意義上端到端的以太網(wǎng)業(yè)務管理。這樣在發(fā)生故障時才能快速地發(fā)現(xiàn)故障、確認故障，定位故障，通告故障，并采用相應措施及時恢復業(yè)務。同時提供一系列有效的性能管理機制來判定是否滿足SLA的要求。當然，在實際應用中還存在一些問題。以E-LAN業(yè)務為例，對于有N個端點的多點以太網(wǎng)以太網(wǎng)虛連接，則含有N×(N-1)/2個UNI對，在如此的數(shù)量級下，性能監(jiān)視會遇到極大的擴展性問題和性能瓶頸，此外MEP和MIP的指配和發(fā)現(xiàn)等還需要進一步研究。6.

結束語以太網(wǎng)技術不僅是交換技術．而且能作為一種傳輸技術，能提供各種以太網(wǎng)業(yè)務(E-LINE、E-LAN、E-TREE等)，為城域匯聚、骨干節(jié)點之間提供高速鏈路。同時，以太網(wǎng)也面臨諸多挑戰(zhàn)，其中缺少電信級的OAM就是其中一個重要方面。從目前在全球各地的應用中，相對于傳統(tǒng)以太網(wǎng)而言，電信級以太網(wǎng)最大的改進體現(xiàn)在電信級以太網(wǎng)OAM上。而且電信級以太網(wǎng)OAM也是在多種電信級以太網(wǎng)技術中，唯一被眾多廠家一致認同并應用的技術。隨著各研究團體和標準組織積極進行技術研究和標準制定，在眾多廠家的配合下，相信以太網(wǎng)OAM必將更加完善。講座之三以太網(wǎng)線性保護與環(huán)網(wǎng)保護

摘要高可靠性是以太網(wǎng)技術達到電信級要求的主要挑戰(zhàn)之一。列舉了與可靠性相關的以太網(wǎng)技術，分析了保護的時間模型和目標，重點基于ITU-T標準介紹了以太網(wǎng)線性保護和環(huán)網(wǎng)保護方面的最新發(fā)展，并對其相關標準、協(xié)議機制和實現(xiàn)與應用等進行了闡述和分析。

關鍵詞電信級以太網(wǎng)、可靠性、線性保護、環(huán)網(wǎng)保護

EthernetLinearProtectionandRingProtection

ZhanYichun

(SchoolofComputerScience,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan,430074,China)

Abstract:HighreliabilityisoneofthekeychallengesforEthernettechnologiestomeettheCarrier-classrequirements.ThispaperpresentstherelatedEthernettechnologiestoreliabilityandintroducesthetemporalmodelandrequirementsofprotectioninthecarrierEthernet.BasedonthedevelopmentofEthernetOAMstandardsandtechnologies,thispaperanalyzesthecorrespondingprotocols,mechanisms,implementationsandapplications.

Keywords:CarrierEthernet,Reliability,Linearprotection,Ringprotection

1.概述

以太網(wǎng)技術由于其自身所具有的簡單、高效和低成本等特點，正迅速地從局域網(wǎng)主要組網(wǎng)技術向城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)組網(wǎng)技術發(fā)展。然而，難以提供快速的業(yè)務保護和故障恢復機制是阻礙其在城域網(wǎng)內大規(guī)模部署的主要原因之一。

電信級的可靠性要求主要包括5個9的設備和網(wǎng)絡高可靠性要求。設備的高可靠主要體現(xiàn)在各種級別設備的軟、硬件高可靠設計如關鍵模塊和板卡的備用冗余能力等，而網(wǎng)絡高可靠性主要體現(xiàn)在50ms的網(wǎng)絡自愈時間要求等。這些要求對于傳統(tǒng)用于LAN領域的低成本的以太網(wǎng)設備和早期電信級以太網(wǎng)設備來說都難以全部提供或保證。

人們不斷為提高以太網(wǎng)技術可靠性的努力，各種技術和標準也不斷涌現(xiàn)。其中ITU-T的以太網(wǎng)線性保護（G.8031）和以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)保護（G.8032）不斷引起大家的重視。

本文將基于ITU-T標準介紹以太網(wǎng)線性保護和環(huán)網(wǎng)保護方面的最新發(fā)展，并對其相關標準、協(xié)議機制和實現(xiàn)與應用等進行了闡述和分析。

2.以太網(wǎng)可靠性相關技術

彈性自愈

長期以來，制約以太網(wǎng)在電信網(wǎng)絡上使用的主要原因之一就是傳統(tǒng)以太網(wǎng)的可靠性問題。這與其所承載業(yè)務的分組化特性和自身機制有較大關系。分組化業(yè)務的流量多以突發(fā)模式出現(xiàn)，較難保證恒定的業(yè)務流量。統(tǒng)計時分復用和地址自學習機制作為以太網(wǎng)的兩大特點，在提高了帶寬效率和簡單靈活性的同時也引入了業(yè)務帶寬和業(yè)務路徑的不確定性。

在傳統(tǒng)的傳送技術中，自愈包括保護和恢復兩個概念。保護是指在故障發(fā)生前為工作實體指定了備用資源，并可保證備用實體的帶寬等資源，從而實現(xiàn)在故障發(fā)生時的快速自愈。而恢復是不預先分配備用資源，而在故障后再計算和分配備用路徑和帶寬等，因此自愈時間難以保證。比較而言，保護技術對故障反應更快些，但是恢復技術通常能達到更好的資源利用效果。傳統(tǒng)的TDM業(yè)務所特有的固定帶寬和速率等特性，帶來了剛性網(wǎng)絡設計思路和剛性的保護方式。例如在SDH中，對業(yè)務的只有完全不保護和完全保護兩種剛性差異。而在分組化網(wǎng)絡中，由于業(yè)務的彈性特征，導致其自愈技術也更多體現(xiàn)彈性，而很難體現(xiàn)保護和恢復的區(qū)別。這一點從RPR技術開始不斷被凸顯出來。因此，在MEF對于保護的標準中提出了分級保護的需求，即針對不同業(yè)務需求提供差異化的分級保護。

相關可靠性技術

為了提高網(wǎng)絡可靠性，在拓撲上多采用星型雙歸屬、環(huán)形和網(wǎng)狀拓撲方式。在保護技術上包括：鏈路聚合保護（IEEE802.3ad）

生成樹保護（STP/RSTP/MSTP）

以太環(huán)網(wǎng)保護(EAPS、MSR、G.8032、ERP、RRPP、ZESR、E-SPRing……)

RPR保護（Wrapping、Steering）

線性保護（G.8031/G.8131）

ALNP保護(MPLSFRR)

在以上保護技術中，鏈路聚合應用最廣泛，也最簡單。作為鏈路保護技術而言，現(xiàn)在也衍生出一些應用于雙歸屬網(wǎng)絡的私有技術，如思科的FlexLink、華為的SmartLink和烽火網(wǎng)絡的R-Link等。

STP主要是生成一個無環(huán)拓撲，由于狀態(tài)躍遷的緩慢，收斂時間較長。RSTP對此進行了改進，將收斂時間縮短到幾秒內。MSTP主要是為了提高網(wǎng)絡利用率，而提供多個STP實例運行的方案。

IETFRFC3916定義了EAPS保護技術。EAPS嚴格來說并不是IETF推薦的標準，而只是一個備忘錄，但由于其簡單靈活的實現(xiàn)方式，已經(jīng)成為事實上的以太環(huán)網(wǎng)技術標準。EAPS保護技術已經(jīng)被眾多設備制造商實現(xiàn)，并衍生出多個私有技術。核心思想都是基于標準MAC交換+改進的生成樹算法+以太網(wǎng)故障檢測機制+簡單的環(huán)網(wǎng)控制協(xié)議。通過環(huán)網(wǎng)控制協(xié)議將物理的環(huán)破解成邏輯的鏈，并利用改進的生成樹協(xié)議和MAC交換完成保護切換。

RPR采用互逆雙環(huán)組網(wǎng)結構，定義了兩種保護機制。一是環(huán)回方式，靠近故障的兩端結點將數(shù)據(jù)流“環(huán)回”到另一個環(huán)上（如內環(huán)數(shù)據(jù)流到外環(huán)），通過長路徑允許數(shù)據(jù)流維持與目的結點之間的連接。優(yōu)點是故障切換的恢復時間非常短，只可能丟失極少量的報文，不會造成業(yè)務中斷的情況；缺點是鏈路帶寬利用效率不高。另一種是源路由方式，直接在業(yè)務的源點進行倒換，通過改變發(fā)送環(huán)向將數(shù)據(jù)流傳送到目的結點，避免了帶寬的浪費，但是由于需要重新收斂，恢復時間較長。RPR的Wrapping和Steering保護較為成熟，但是需要硬件支持。目前在G.8132的T-MPLS環(huán)網(wǎng)保護中也在基于該思路制定標準。

G.8031是ITU-T對基于VLAN的以太網(wǎng)技術定義的線性保護倒換標準。在保護切換機制中，對工作資源都分配相應的保護資源，如路徑和帶寬等。相對于IEEE定義的生成樹保護技術，G.8031定義的保護技術簡單快速，以一種可預測的方式實現(xiàn)網(wǎng)絡資源切換，更易于運營商有效地規(guī)劃網(wǎng)絡及明了網(wǎng)絡的活動狀態(tài)，實現(xiàn)電信級的運營。G.8131是T-MPLS的線性保護倒換標準，這兩個標準在風格上極為相近。

MPLSTEFRR快速重路由是MPLS-TE中一套用于鏈路保護和結點保護的機制。FRR的最終目的就是利用Bypass隧道繞過失敗的鏈路或者結點從而達到保護主路徑的功能。FRR在三層MPLS和VPLS網(wǎng)絡中都有較為廣泛的應用。

3.網(wǎng)絡保護的時間模型與需求

時間模型

根據(jù)ITU-TG.808.1和MEF2的定義，網(wǎng)絡保護的時間模型如圖l所示。該模型由兩個關鍵參數(shù)組成：一是事件發(fā)生時刻；二是事件發(fā)生時刻之間的間隔或者持續(xù)時間。由圖示可知以下結論：

1.保護倒換時間不等于業(yè)務恢復時間。

2.保護倒換時間=故障檢測時間＋保持時間＋故障通告時間＋保護操作時間

3.為了確保保護倒換時間達到電信級的50ms要求，則需分別努力縮短故障檢測、通告和倒換的時間。

圖1網(wǎng)絡保護的時間模型

通常情況下，故障包括失效故障和劣化故障兩類。前者主要是指鏈路、接口和經(jīng)結點故障導致的流量斷開；后者指由于誤碼、信號不佳導致的信號質量劣化。對于失效故障，通常不用設置保持時間，而對于劣化故障則要考慮保持時間。

以太網(wǎng)保護的需求

MEF對于保護的時間需求定義分級標準，主要分成了4類，如下所示：

?Sub-50ms恢復時間.

?Sub-200ms恢復時間.

?Sub-2s恢復時間.

?Sub-5s恢復時間.

典型的電信級以太網(wǎng)業(yè)務需要達到50ms的業(yè)務自愈時間。部分實時業(yè)務（如語音業(yè)務）在150ms～200ms故障恢復中就能基本保障用戶無感知?；赥CP的應用大多可以容忍5秒以內的自愈時間。

此為，MEF對于對以下項目都進行明確要求，從而規(guī)范電信級保護與普通保護的差異。

1.故障類型

2.劣化故障的條件門限

3.傳送層保護機制的互操作

4.保護控制機制應包含的參數(shù)

——Hold-OffTime.

——Revertive/nonrevertivemode.

——Reversion(WaitToRestore)Time.

5.保護的操作模式

——手動倒換

——強制倒換

——鎖定

6.雙向倒換

7.健壯性和后向兼容性

8.QoS和管理接口參數(shù)

ITU-T在線性保護和環(huán)網(wǎng)保護過程中則定義更嚴格的以太網(wǎng)保護目標。例如對于保護倒換時間都要求在50ms以內。

4.以太網(wǎng)線性保護

以太網(wǎng)線性保護用于保護一條以太網(wǎng)連接，它是一種專用的端到端保護結構，可以用于不同的網(wǎng)絡結構，如網(wǎng)狀網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)等。G.8031定義了1＋1和1︰1兩種保護方式，在1＋1方式中每一個保護資源都對應著一個工作資源，在保護域內，1＋1方式采用雙發(fā)單收的保護機制；1︰1方式采用保護資源與工作資源彼此切換的機制。

1+1以太網(wǎng)線性保護

在1＋1結構中，保護連接是每條工作連接專用的，工作連接與保護連接在保護域的源端進行橋接。業(yè)務在工作和保護連接上同時發(fā)向保護域的宿端，在宿端，基于某種預先確定的準則如缺陷指示來選擇接收來自工作或保護連接上的業(yè)務。為了避免單點失效，工作連接和保護連接應該走分離的路由。

圖2單向1+1保護倒換結構

1+1以太網(wǎng)線性保護的倒換類型包括單向倒換和雙向倒換。單向倒換時只有受影響的連接方向倒換至保護路徑，兩端的選擇器是獨立的。雙向倒換的機制與單向類似，通常需要APS信令在兩端協(xié)調。單向保護可以防止在兩個獨立方向上的單通故障。1+1以太網(wǎng)線性保護的操作類型可以是非返回或返回的。

1＋1以太網(wǎng)線性保護倒換結構如圖2所示。在單向保護倒換操作模式下，保護倒換由保護域的宿端選擇器完全基于本地（即保護宿端）信息來完成。工作（被保護）業(yè)務在保護域的源端永久橋接到工作和保護連接上。若使用連接性檢查包檢測工作和保護連接故障，則它們同時在保護域的源端插入到工作和保護連接上，并在保護域宿端進行檢測和提取。需注意無論連接是否被選擇器所選擇，連接性檢查包都會在上面發(fā)送。

如果工作連接上發(fā)生單向故障（從結點A到結點Z的傳輸方向），如圖3所示，此故障將在保護域宿端結點Z被檢測到，然后結點Z選擇器將倒換至保護連接。

圖3單向1＋1保護倒換（工作連接失效）

1:1線性保護

在1：1結構中，保護連接是每條工作連接專用的，被保護的工作業(yè)務由工作或保護連接進行傳送。工作和保護連接的選擇方法由某種機制決定。為了避免單點失效，工作連接和保護連接應該走分離路由。

1：1以太網(wǎng)線性保護的倒換類型是雙向倒換，即受影響的和未受影響的連接方向均倒換至保護路徑。雙向倒換需要自動保護倒換協(xié)議（APS）用于協(xié)調連接的兩端。雙向1：1以太網(wǎng)線性保護的操作類型應該是可返回的。

1：1以太網(wǎng)線性保護倒換結構如圖4所示。在雙向保護倒換模式下，基于本地或近端信息和來自另一端或遠端的APS協(xié)議信息，保護倒換由保護域源端選擇器橋接和宿端選擇器共同來完成。

若使用連接性檢查包檢測工作和保護連接故障，則它們同時在保護域的源端插入到工作和保護連接上，并在保護域宿端進行檢測和提取。需要注意的是，無論連接是否被選擇器選擇，連接性檢查包都會在上面發(fā)送。

圖4雙向1＋1保護倒換（單向表示）

若在工作連接Z-A方向上發(fā)生故障，如圖5所示，則此故障將在結點A檢測到。然后使用1態(tài)APS協(xié)議觸發(fā)保護倒換，協(xié)議流程如下：

1)結點A檢測到故障；

2)結點A選擇器橋接倒換至保護連接A-Z（即，在A-Z方向，工作業(yè)務同時在工作連接A-Z和保護連接A-Z上進行傳送）和結點A并入選擇器倒換至保護連接A-Z；

3)從結點A到結點Z發(fā)送APS命令請求保護倒換；

4)當結點Z確認了保護倒換請求的優(yōu)先級有效之后，結點Z并入選擇器倒換至保護連接A-Z（即，在Z-A方向，工作業(yè)務同時在工作連接Z-A和保護連接Z-A上進行傳送）；

5)然后APS命令從結點Z傳送至結點A用于通知有關倒換的信息；

6)最后，業(yè)務流在保護連接上進行傳送。

圖5雙向1：1路徑保護倒換（工作連接Z-A故障）

以太網(wǎng)線性保護的應用

以太網(wǎng)線性保護目前最典型的應用就是用于PBB-TE/PBT的端到端路徑保護模型（如圖6所示）。針對端到端的主路徑，通過提供端到端的次路徑（secondarypath）實現(xiàn)端到端保護。

圖6PBB-TE/PBT保護模型

PBB-TE/PBT通過網(wǎng)管平面預先靜態(tài)配置主路徑和備份路徑。交換路徑一旦建立，按正常工作方式轉發(fā)流量，并通過以太網(wǎng)OAM實現(xiàn)故障檢測。當OAM檢測到故障發(fā)生后，通告相關結點，通常是PE設備，PE設備更改標志位，切換主備標簽交換表，完成流量的切換。

5.以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)保護

技術比較

城域網(wǎng)中傳送網(wǎng)主要是采用環(huán)網(wǎng)架構，環(huán)型網(wǎng)絡拓撲在層次化組網(wǎng)、節(jié)省線路資源（比如光纖、Cable等）、提供靈活快速的保護、簡化組網(wǎng)拓撲和簡化網(wǎng)絡管理等方面具備格型和星型方式不能完全提供的優(yōu)點。但是,它必須給數(shù)據(jù)通道提供快速的故障恢復能力，其中最關鍵的就是小于50ms的保護倒換能力。

目前各種電信級以太網(wǎng)技術在組網(wǎng)時，許多廠家的設備大多支持環(huán)形組網(wǎng)，各種技術大同小異。物理上都是環(huán)形網(wǎng)絡拓撲，而邏