基于組合保護的CE與PTN網(wǎng)絡(luò)專線互通策略*

陳文堯

（中國電信股份有限公司上海分公司，上海 200120）

0 引 言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，高帶寬、高可靠性、低延時已成為大客戶專線通信的基本要求。二層專線具備便捷、安全等優(yōu)點，受到了包括金融機構(gòu)、政府單位和大型企業(yè)等大客戶的青睞[1]。運營商在建設(shè)和運營承載二層專線的城域?qū)＞W(wǎng)時，CE和PTN都是重要的可選組網(wǎng)方式。

CE（Carrier Ethernet，運營商以太網(wǎng)）是一種基于PBB（Provider Backbone Bridge，運營商骨干橋接技術(shù)）技術(shù)的城域以太網(wǎng)[2]，可通過Mac-in-Mac技術(shù)為用戶提供透明通道的高品質(zhì)專線。基于PBB的CE網(wǎng)絡(luò)具有快速轉(zhuǎn)發(fā)機制、靈活的可擴展性和端到端的電信級鏈路保護機制，得到了用戶的青睞。PTN（Packet Transport Network，分組傳送網(wǎng)）是一種基于分組交換的光傳輸網(wǎng)絡(luò)[3]。基于MPLS-TP的PTN網(wǎng)絡(luò)具有高可靠性、良好的帶寬管理機制、便捷的網(wǎng)管功能和端到端的組網(wǎng)能力[4]。

不同地區(qū)二層以太網(wǎng)的承載網(wǎng)絡(luò)有所不同，即便是同一城市的同一運營商，也可能存在不同時期所建設(shè)的多種類型的二層承載網(wǎng)絡(luò)。對于大客戶組網(wǎng)專線的需求而言，專線跨越不同的網(wǎng)絡(luò)進行承載難以避免，這就要求運營商建設(shè)的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)具備專線互通的能力，確保專線通信能實現(xiàn)高質(zhì)量的可靠承載[5]。對于具有高可靠性要求的專線，在經(jīng)由不同網(wǎng)絡(luò)后，如何還能當(dāng)故障發(fā)生時能快速切換至保護電路，實現(xiàn)良好的電路保護，是運營商必須考慮解決的問題。

1 專線網(wǎng)際直接互聯(lián)方式

對于跨越CE與PTN網(wǎng)絡(luò)的專線通信，最簡單的實現(xiàn)模式是專線網(wǎng)際直接互聯(lián)方式。

CE與PTN的典型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)由核心節(jié)點、匯聚節(jié)點和接入環(huán)組成，如圖1所示。多個核心節(jié)點以全連接方式互聯(lián)，提供整個網(wǎng)絡(luò)的核心交換功能；匯聚節(jié)點以兩個為一組作為接入環(huán)的樞紐，實現(xiàn)接入環(huán)到其他接入環(huán)的通信功能，并通過多路徑上聯(lián)實現(xiàn)與核心節(jié)點的連通；接入環(huán)是一個由多個接入節(jié)點和兩個匯聚節(jié)點組成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)；接入節(jié)點提供網(wǎng)絡(luò)到用戶之間的光纖接入。

圖1 CE或PTN的典型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

對于CE和PTN網(wǎng)絡(luò)，專線網(wǎng)際直接互聯(lián)的實現(xiàn)是通過兩個網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點進行的，如圖2所示。因為CE和PTN的基本網(wǎng)絡(luò)相近，所以圖2中的網(wǎng)絡(luò)1和網(wǎng)絡(luò)2分別為CE和PTN網(wǎng)絡(luò)，也可以互換。從網(wǎng)絡(luò)1接入的用戶端1，接入到接入節(jié)點A，通過接入環(huán)上的接入節(jié)點B、匯聚節(jié)點C聯(lián)至核心節(jié)點D，再通過兩個網(wǎng)絡(luò)之間的核心節(jié)點互聯(lián)，實現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)2的核心節(jié)點E的連通，然后通過匯聚節(jié)點F、接入節(jié)點G、接入節(jié)點H實現(xiàn)與用戶端2的端到端連通。

圖2 網(wǎng)際直接互聯(lián)

圖3 組合保護互通策略的互聯(lián)方式

當(dāng)發(fā)生節(jié)點或鏈路故障時，根據(jù)故障發(fā)生的段落實現(xiàn)保護切換。如果故障段落在PTN或CE的網(wǎng)內(nèi)，則按照各自網(wǎng)內(nèi)故障的保護方式實施切換。如果故障段落在兩個網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點之間，則按照網(wǎng)內(nèi)核心節(jié)點的下聯(lián)線路中斷的方式進行下聯(lián)線路切換。由于PTN網(wǎng)絡(luò)采用的MPLS-TP采取隧道預(yù)配置的策略實現(xiàn)保護，而CE采用的PBB采用的是動態(tài)分配鏈路的方式，因此PTN將先行切換，而CE隨后采取切換，并實現(xiàn)專線的端到端的重新連通。

專線網(wǎng)際直接互聯(lián)有著顯著優(yōu)點：一是實現(xiàn)方便，只要將各自網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點之間的中繼端口連通并做好配置，即可實現(xiàn)互聯(lián)；二是互聯(lián)中繼數(shù)量需求少，只通過核心節(jié)點進行互聯(lián)，因此兩個網(wǎng)絡(luò)之間只需少量高帶寬的互聯(lián)中繼即可實現(xiàn)功能的連通。然而，這種實現(xiàn)方式存在缺陷。首先，所有的互聯(lián)專線都要通過核心節(jié)點進行交換，對核心節(jié)點的性能壓力較大。其次，線路保護功能較弱。當(dāng)線路發(fā)生中斷故障時，故障段的保護切換需要CE、PTN以及兩網(wǎng)的互聯(lián)中繼保護進行協(xié)同切換，但切換時間和保護效率難以達到最佳性能。

2 組合保護互通策略

CE與PTN網(wǎng)絡(luò)之間的專線網(wǎng)際直接互聯(lián)實現(xiàn)簡單方便，但是如果要更好地提升互聯(lián)專線的性能，可以采取組合保護互通策略。

2.1 互聯(lián)方式

組合保護的互聯(lián)方式通過一系列組合策略來實現(xiàn)專線在兩網(wǎng)之間的全程保護。在這種保護策略的應(yīng)用中，專線在兩個網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)方式不再是通過彼此核心節(jié)點之間的互通來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)際互聯(lián)，而是通過匯聚節(jié)點實現(xiàn)彼此的連通。

組合保護互通策略的互聯(lián)方式如圖3所示。在圖3中，網(wǎng)絡(luò)1和網(wǎng)絡(luò)2分別為CE和PTN網(wǎng)絡(luò)，也可以互換。從網(wǎng)絡(luò)1接入的用戶端1，接入到接入節(jié)點A，通過接入環(huán)上的接入節(jié)點B聯(lián)至匯聚節(jié)點C，再通過兩個網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點之間的互聯(lián)，實現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)2的匯聚節(jié)點F的連通，再聯(lián)至接入節(jié)點G、接入節(jié)點H，實現(xiàn)與用戶端2的端到端連通。

從互聯(lián)路徑來看，圖3組合保護互通策略和圖2網(wǎng)際直接互聯(lián)的區(qū)別在于，圖3跳過了兩網(wǎng)的核心節(jié)點D和核心節(jié)點E實現(xiàn)了互聯(lián)，更重要的區(qū)別是由此帶來的保護策略設(shè)置的不同。

2.2 保護策略設(shè)置

在運用組合保護互通策略時，專線在PTN網(wǎng)絡(luò)側(cè)可采用隧道1:1線性保護[6]或偽線雙歸保護方式。隧道1:1線性保護通過主備用工作隧道的設(shè)置，實現(xiàn)故障時隧道的切換。偽線雙歸保護通過主備的偽線設(shè)置來實現(xiàn)端到端的故障后切換。

在CE網(wǎng)絡(luò)側(cè)可采取EVPLAN技術(shù)[7]、智能彈性架構(gòu)[8]等措施實施專線的保護。EPVLAN技術(shù)是通過每個VPN來模擬一個局域網(wǎng)的方式實現(xiàn)多個端口的關(guān)聯(lián)，并通過MAC表項維護報文轉(zhuǎn)發(fā)的方向。智能彈性架構(gòu)是通過虛擬化的技術(shù)，實現(xiàn)兩個或多個匯聚節(jié)點虛擬化為一臺設(shè)備。當(dāng)發(fā)生故障時，它可以自動通過可用的匯聚節(jié)點及其端口實現(xiàn)服務(wù)的切換。

無論是PTN網(wǎng)絡(luò)還是CE網(wǎng)絡(luò)，對于本網(wǎng)的匯聚節(jié)點到異網(wǎng)的匯聚節(jié)點而言，采用專線用戶端到主、備用總頭的方式設(shè)置保護策略。專線的端到端保護是由上述多種保護策略疊加組合而形成全程的保護。

當(dāng)專線的主用線路發(fā)生故障導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中斷時，根據(jù)故障點的位置，PTN和CE網(wǎng)絡(luò)同時啟動組合保護策略實施備用線路的建立，從而保障通信快速恢復(fù)。

2.3 環(huán)路阻隔

CE與PTN都是二層以太網(wǎng)絡(luò)，因此網(wǎng)絡(luò)用戶側(cè)如果因故障或人為操作失誤出現(xiàn)環(huán)路，廣播數(shù)據(jù)報文就會在網(wǎng)絡(luò)中循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)，導(dǎo)致廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。不僅使專線可用率大幅降低，還會對整個網(wǎng)絡(luò)的性能產(chǎn)生不利影響。在單一網(wǎng)絡(luò)中，實施環(huán)路檢測和采用環(huán)路處置都比較簡單。當(dāng)CE和PTN之間實現(xiàn)專線互通后，環(huán)路的影響有可能會從一個網(wǎng)絡(luò)被帶到另一個網(wǎng)絡(luò)。因此，實施網(wǎng)絡(luò)之間的環(huán)路阻隔，是專線互通的必要保障。

在CE網(wǎng)絡(luò)中，可以通過BVLAN的合理規(guī)劃和配置，實現(xiàn)泛洪流量環(huán)路的避免。在PTN網(wǎng)絡(luò)中，可以在核心節(jié)點、匯聚節(jié)點分別配置環(huán)路檢測，合理設(shè)置檢測的時間間隔，發(fā)現(xiàn)環(huán)路后及時關(guān)閉端口，并設(shè)定恢復(fù)檢測。以上措施能有效實現(xiàn)環(huán)路阻隔，最大程度減少環(huán)路對本網(wǎng)乃至異網(wǎng)產(chǎn)生的不良影響。

通過有效的環(huán)路阻隔，可以進一步降低兩網(wǎng)互通專線的故障時間，提升專線端到端的保護質(zhì)量。

3 性能比較

根據(jù)圖2和圖3建立測試環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)1為PTN網(wǎng)絡(luò)，以ZTE 6500為核心節(jié)點和匯聚節(jié)點，以ZTE 6180為接入節(jié)點，中繼帶寬為10 GHz。網(wǎng)絡(luò)2為CE網(wǎng)絡(luò)，以H3C 9508為核心節(jié)點和匯聚節(jié)點，以H3C 5800為接入節(jié)點，中繼帶寬為10 GHz。

實驗1：從用戶端1到PTN網(wǎng)絡(luò)再到CE網(wǎng)絡(luò)，然后到用戶端2建立專線，同時設(shè)置保護方式。首先設(shè)置專線網(wǎng)際直接互聯(lián)方式，分別在PTN網(wǎng)內(nèi)、CE網(wǎng)內(nèi)、PTN核心節(jié)點與CE核心節(jié)點之間通過關(guān)閉端口的方式仿真故障，用網(wǎng)絡(luò)測試儀測試故障恢復(fù)時間。實驗使用10條專線，每條專線重復(fù)10次，取100次的恢復(fù)時間作為實驗結(jié)果進行記錄。然后，設(shè)置組合保護互通策略方式，用同樣的方法仿真故障和記錄實驗結(jié)果。對以上實驗結(jié)果進行比較，結(jié)果見表1。

表1 兩種保護策略的性能比較 /ms

從實驗結(jié)果可以看出，專線網(wǎng)際直接互聯(lián)在發(fā)生故障時的保護切換時間大于組合保護互通策略，尤其是故障段落在兩網(wǎng)之間時更為明顯。究其原因，在于故障發(fā)生時，專線網(wǎng)際直接互聯(lián)在兩個網(wǎng)絡(luò)切換協(xié)同時效率受到了影響。

實驗2：分別以兩種保護策略各建立100條專線，并通過網(wǎng)管進行監(jiān)控。實驗從7月開始持續(xù)到12月，每月統(tǒng)計在兩種情況下的平均月故障歷時，實驗結(jié)果見圖4。

圖4 兩種保護策略的每月故障歷時比較

從實驗結(jié)果可以看出，在兩種保護策略下，專線的月度平均故障歷時非常接近，對一般的客戶所帶來的感知影響幾乎可以忽略。但是，也有一些客戶對于網(wǎng)絡(luò)的瞬斷非常敏感，如金融類客戶、航空航天應(yīng)用等。對于這類有高質(zhì)量要求的客戶，應(yīng)采用組合保護互通策略，以實現(xiàn)更快的故障保護切換，實現(xiàn)高質(zhì)量的通信保障。

4 結(jié) 語

根據(jù)CE與PTN網(wǎng)絡(luò)的特點，本文針對兩網(wǎng)之間互通的專線進行了保護策略分析，在常用的專線網(wǎng)際直接互聯(lián)方式的基礎(chǔ)上，提出了組合保護互通策略。組合保護互通策略對CE與PTN網(wǎng)絡(luò)的各種保護措施進行組合運用，并施以環(huán)路阻隔措施。實驗分析表明，組合保護互通策略可以有效降低網(wǎng)絡(luò)故障發(fā)生后的切換時間，有效提升專線端到端的保護性能。

[1] 雷波,解云鵬,史凡.SDN在二層專線產(chǎn)品中的應(yīng)用探討[J].電信技術(shù),2016(06):44-48.LEI Bo,XI Yun-peng,SHI Fan.Discussion on the Application of SDN in Layer 2 Special Line Products[J].Telecommunications Technology,2016(06):44-48.

[2] 周偉,陳兵.基于VxLAN的運營商二層以太網(wǎng)演進方案[J].電信技術(shù),2016(09):56-60.ZHOU Wei,CHEN Bing.Layer 2 Ethernet Evolution Scheme Based on VxLAN[J].Telecommunications Technology,2016(09):56-60.

[3] 王志宏.PTN技術(shù)的新發(fā)展及應(yīng)用[J].移動通信,2016(05):62-65.WANG Zhi-hong.The New Development and Application of PTN Technology[J].Mobile Communications,2016(05):62-65.

[4] 李潔.PTN技術(shù)發(fā)展趨勢和組網(wǎng)應(yīng)用[J].通訊世界,2017(06):42-43.LI Jie.The Development Trend of PTN Technology and the Application of Networking[J].Telecom World,2017(06):42-43.

[5] 唐海,樂志星.POTN解決多業(yè)務(wù)融合承載的應(yīng)用研究[J].通信技術(shù),2017,50(06):1220-1224.TANG Hai,LE Zhi-xing.Application of POTN to Solve Multi-Service Bearer[J].Communications Technolo gy,2017,50(06):1220-1224.

[6] 成相坤,何巖.PTN設(shè)備以太網(wǎng)線性1:1保護的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機與現(xiàn)代化,2017(03):32-35.CHENG Xiang-kun,HE Yan.Design and Implementation of Protection for Ethernet Linear One by One Based on PTN[J].Computer and Modernization,2017(03):32-35.

[7] 孟凡偉,李英輝.以太網(wǎng)專線技術(shù)在運營商大客戶業(yè)務(wù)中的應(yīng)用[J].通訊世界,2015(20):12-13.MENG Fan-wei,LI Ying-hui.Application of Ethernet Leased Line Technology for Important Customer Business of Telecom Operators[J].Telecom World,2015(20):12-13.

[8] 張玉芳,陳光禮,熊忠陽等.一種基于智能彈性架構(gòu)的縱向異構(gòu)方案[J].計算機工程,2014,40(09):96-101.ZHANG Yu-fang,CHEN Guang-li,XIONG Zhongyang,et al.A Longitudinal Heterogeneous Scheme Based on Intelligent Resilient Framework[J].Computer Engineering,2014,40(09):96-101.