一种多点故障下的以太多环网保护方法和互连节点

摘要

本发明公开了一种多点故障下的以太多环网保护方法，包括：子环上配对的两个互连节点在主环控制信道上相互发送链路健康(HL)帧，并运行健康定时器(HTR)；在HTR超时且没有收到HL帧时，互连节点启动比较定时器(CTR)，并在主环控制信道上周期性地发送比较(CP)帧，该CP帧中携带该互连节点连接子环的控制信道标识(RC_ID)；接收到CP帧的互连节点将CP帧中携带的RC_ID与自身连接子环的RC_ID进行比较，并根据比较结果和CTR确定是否触发自身连接子环上的地址刷新和保护数据转发功能开启。通过本发明，保证了在互连节点之间的两条主环链路都发生故障时，子环的控制节点能够打开从端口的保护数据转发功能。

说明书

技术领域

本发明涉及数据通信中的以太多环网保护技术，尤其涉及一种多点故障下的以太多环网保护方法和互连节点。

背景技术

随着以太网向着多业务承载方向的发展，特别是一些业务对网络的可靠性、实时性要求越来越高，以太网广泛采用了环形的组网以提高网络可靠性。在环网的保护中，通常要求快速保护倒换，保护倒换的时间达到50ms以下。目前这种快速保护倒换的技术有互联网工程任务组(IETF，Internet Engineering Task Force)的RFC3619、国际电信联盟(ITU-T，International Telecommunication Union)的G.8032等等。

现有的以太多环网如图1所示，节点S1至S6都为以太网交换设备，网络B和节点S2相连，网络A和节点S5相连，网络A和网络B之间进行通信的物理路径有四条：网络A←→节点S5←→节点S3←→节点S2←→网络B，网络A←→节点S5←→节点S3←→节点S4←→节点S1←→节点S2←→网络B，网络A←→节点S5←→节点S6←→节点S4←→节点S3←→节点S2←→网络B，网络A←→节点S5←→节点S6←→节点S4←→节点S1←→节点S2←→网络B。

在应用以太多环网的保护技术时，通常采用环(Ring)和子环(Sub-Ring)，即，环是一个完整的以太环，子环是一种通过互连节点(Interconnection Node)与其它环或者网络相连的以太环，互连节点是同时属于两个或者多个以太环的公共节点，互连节点也可以称为共享节点。如图2所示，图中包含一个环和一个子环，Ring1是环，Ring2是子环。Ring1包含的节点有S1、S2、S3和S4，包含的链路有：<S1，S2>、<S2，S3>、<S3，S4>和<S4，S1>；Ring2包含的节点有S3、S5、S6和S4，包含的链路有：<S3，S5>、<S5，S6>和<S6，S4>。需要特别强调的是，<S3，S4>链路属于Ring1，而不属于Ring2。其中，节点S3和S4是Ring1和Ring2的互连节点，节点S3的33端口和节点S4的43端口属于Ring2，称为接入端口。

在环网无故障的情况下，一个环/子环内需要有一段链路对数据报文的转发进行阻塞以防止成环，这段链路称为环保护链路(或常阻塞链路)，通过这段环保护链路参与进行环中主用路径和保护路径的切换。拥有环保护链路的节点称为环保护链路控制节点(后续简称为控制节点)。如图2所示，在Ring1中，节点S1为控制节点，与节点S1的端口11直连链路为Ring1的环保护链路。在Ring2中，节点S6为控制节点，与节点S6的端口62直连链路为Ring2的环保护链路。

当以太多环网的链路都完好时(正常状态)，环和子环的控制节点阻塞其从端口的保护数据转发功能，防止保护数据被重复转发和形成广播风暴。如图2所示，Ring1中的节点S1阻塞了端口11的保护数据转发功能，Ring2中的节点S6阻塞了端口62的保护数据转发功能，网络B和网络A的通信路径为：网络B←→节点S2←→节点S3←→节点S5←→网络A。

当以太多环网的链路出现故障时，如果故障链路不是保护链路，则控制节点打开从端口的保护数据转发功能，并且各个节点还需刷新地址转发表，网络之间通信按照新的路径传输。如图3所示，环Ring1上的链路<S2，S3>发生了故障，节点S2检测到链路故障后，阻塞端口22的数据转发功能，并通知其他节点链路发生了故障，节点S1(控制节点)收到故障通知后，打开端口11的保护数据转发功能；另外，Ring1上的各个节点还要刷新地址转发表，网络B和网络A新的通信路径为：网络B←→节点S2←→节点S1←→节点S4←→节点S3←→节点S5←→网络A。

相应的，当以太多环网中的故障链路恢复时，需要进行恢复切换，网络传输恢复到正常状态时的传输路径。由于传输路径改变，因此节点也需要进行地址转发表的刷新。

在对以太多环网进行维护和保护切换时，需要传播大量的控制报文，这些控制报文是在自动保护控制信道中传播的。自动保护控制信道有两类，一类对应于环，称为环的控制信道，且环的控制信道配置在环内；另一类是对应于子环，称为子环的控制信道。子环的控制信道包含配置在子环内的部分和虚拟通道(Virtual Channel)，所谓虚拟通道是指配置在互连点之间的其它网络或者其它环(包含其它子环)为子环协议报文提供传输通道的子环的控制信道。如图4所示，子环Ring2的控制信道不仅配置在子环Ring2上，而且还配置在环Ring1上；配置在环Ring1上的部分(虚线所示)是为子环Ring2的协议报文提供的虚拟通道。由于虚拟通道的存在，子环的协议报文可以到达子环上的任何一个节点。

当链路发生倒换时，节点需要刷新地址转发表，防止数据报文沿着错误的路径(链路倒换前的路径)传播。目前，在ITU-T G.8032v2标准中，以太多环网地址刷新分为环(或称主环)地址刷新和子环地址刷新两类，分别描述如下：

子环地址刷新：当子环拓扑发生变化时，当且仅当互连节点从子环收到带有地址刷新信息的协议报文并且刷新自身地址转发表后，该互连节点才构造新的地址刷新协议(Flush)报文，并连续3次将该协议报文发送到互连节点之间的其它环或子环的控制信道上，其它环或子环上的节点收到该协议报文后，刷新各自的地址转发表；

环(或称主环)地址刷新：当主环发生拓扑变化时，主环上的节点需要进行地址刷新，且互连节点不需要向子环的控制信道发送Flush报文。

上述以太多环网的保护和地址刷新方案在通常情况下能够正常使用，但是，如果主环发生多点故障，那么上述提到的保护方案就会存在问题，具体如下：

如图2所示，在无故障的情况下，主环Ring1的控制节点S1阻塞11端口的保护数据转发功能，子环Ring2的控制节点S6阻塞62端口的保护数据转发功能。网络B和网络A之间的通信路径为：网络B←→节点S2←→节点S3←→节点S5←→网络A；如图3所示，链路<S2，S3>发生了故障，Ring1的控制节点S1打开11端口的保护数据转发功能，网络B和网络A之间的通信路径为：网络B←→节点S2←→节点S1←→节点S4←→节点S3←→节点S5←→网络A；如图5所示，在图3的基础上链路<S3，S4>又发生了故障，由于链路<S3，S4>属于主环Ring1(归Ring1保护)，子环Ring2的控制节点S6的从端口62不会打开保护数据转发功能。因此，网络B和A之间的通信发生中断。

通过上述分析可知，当子环的互连节点之间的两条主环链路都发生故障时，现有的ITU-T G.8032v2的保护方案就会出现问题。因此，为解决上述问题，需要提供一种新的以太多环网的保护方案。

另外，在提出一种新的以太多环网的保护方案时，还需要考虑到防止“超环”出现的问题。所谓“超环”即如图6(a)和图6(b)所示，在无故障的情况下，主环Ring1的控制节点S1阻塞其从端口(端口11)的保护数据转发功能，子环Ring2的控制节点S6阻塞其从端口(端口62)的保护数据转发功能，子环Ring3的控制节点S8阻塞其从端口(端口82)的保护数据转发功能。当主环Ring1的链路<S1，S2>和<S3，S4>都发生故障时，主环Ring1的控制节点S1打开端口11的保护数据转发功能；子环Ring2和Ring3为保障环网的连通性都打开其控制节点从端口的保护数据转发功能。从而，该多环网形成了一个如图6(b)所示的“超环”，其数据报文的转发路径为(图中双向箭头所示)：节点S8←→节点S1←→节点S4←→节点S6←→节点S5←→节点S3←→节点S2←→节点S7←→节点S8。

数据报文在“超环”中会形成广播风暴，严重损害网络的性能，因此，在提出一种新的以太多环网的保护方案时，还需要避免“超环”的出现。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种多点故障下的以太多环网保护方法和互连节点，以保证在互连节点之间的两条主环链路都发生故障时，子环的控制节点能够打开从端口的保护数据转发功能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种多点故障下的以太多环网保护方法，该方法包括：

子环上配对的两个互连节点在主环控制信道上相互发送链路健康(HL)帧，并运行健康定时器(HTR)；

在HTR超时且没有收到HL帧时，所述互连节点启动比较定时器(CTR)，并在所述主环控制信道上周期性地发送比较(CP)帧，所述CP帧中携带所述互连节点连接子环的控制信道标识(RC_ID)；

接收到CP帧的互连节点将所述CP帧中携带的RC_ID与自身连接子环的RC_ID进行比较，并根据比较结果和CTR确定是否触发自身连接子环上的地址刷新和保护数据转发功能开启。

所述根据比较结果和CTR确定是否触发自身连接子环上的地址刷新和保护数据转发功能开启，具体为：

如果CP帧中的RC_ID的值大于接收所述CP帧的互连节点连接子环的RC_ID的值，则在CTR超时时，接收到CP帧的互连节点将自身的状态标志(ST)置1，刷新自身的地址转发表，并向子环控制信道周期性地发送故障通知(SF)报文，以触发子环上的节点刷新各自的地址转发表，并触发子环上的控制节点开启环保护链路(RPL)相邻端口的保护数据转发功能；

否则，接收到CP帧的互连节点停止发送CP帧，并停止CTR。

该方法进一步包括：

如果所述互连节点在HTR超时之前收到HL帧，则将所述HTR置0；

如果所述互连节点在CTR超时之前收到HL帧，则将所述HTR和CTR都置0。

在HTR置0之后，该方法进一步包括：

所述互连节点读取ST的值，如果ST的值为0，则不做处理；如果ST的值为1，则将ST置0，阻塞所述互连节点位于子环内的从端口，向子环内周期性地发送无请求(NR)报文，并停止发送SF报文。

在所述互连节点向子环内周期性地发送NR报文之后，该方法进一步包括：

所述子环内的控制节点收到NR报文后，启动等待定时器(WTR)，并在所述WTR超时时，阻塞RPL相邻端口的保护数据转发功能，刷新自身的地址转发表，在所述子环的控制信道上周期性地发送NR(RB)报文；所述子环上的其他节点收到所述NR(RB)报文后，打开各自的阻塞端口，并刷新各自的地址转发表。

本发明还提供了一种互连节点，包括：

HL帧收发模块，用于在主环控制信道上向配对的互连节点发送HL帧，并运行HTR；还用于接收来自配对的互连节点的HL帧；

CP帧收发模块，用于在HTR超时且没有收到HL帧时，启动CTR，并在所述主环控制信道上周期性地发送CP帧，所述CP帧中携带所述互连节点连接子环的RC_ID；还用于从主环控制信道上接收来自其他互连节点的CP帧；

处理模块，用于在接收到CP帧时，将所述CP帧中携带的RC_ID与互连节点自身连接子环的RC_ID进行比较，并根据比较结果和CTR确定是否触发互连节点连接子环上的地址刷新和保护数据转发功能开启。

所述处理模块进一步用于，根据比较结果，在CP帧中的RC_ID的值大于接收所述CP帧的互连节点连接子环的RC_ID的值，且CTR超时时，将所述互连节点的ST置1，刷新所述互连节点的地址转发表，并向子环控制信道周期性地发送SF报文，以触发子环上的节点刷新各自的地址转发表，并触发子环上的控制节点开启RPL相邻端口的保护数据转发功能；

在CP帧中的RC_ID的值小于接收所述CP帧的互连节点连接子环的RC_ID的值时，停止发送CP帧，并停止CTR。

所述处理模块进一步用于，当所述HL帧收发模块在HTR超时之前收到HL帧时，将所述HTR置0；或者，当所述HL帧收发模块在CTR超时之前收到HL帧时，将所述HTR和CTR都置0。

所述处理模块进一步用于，在HTR置0之后，读取ST的值，如果ST的值为0，则不做处理；如果ST的值为1，则将ST置0，阻塞所述互连节点位于子环内的从端口，向子环内周期性地发送NR报文，并停止发送SF报文。

本发明所提供的一种多点故障下的以太多环网保护方法和互连节点，由子环上配对的两个互连节点在主环控制信道上相互发送链路健康(HL)帧，并运行健康定时器(HTR)；在HTR超时且没有收到HL帧时，互连节点启动比较定时器(CTR)，并在主环控制信道上周期性地发送比较(CP)帧，该CP帧中携带该互连节点连接子环的控制信道标识(RC_ID)；接收到CP帧的互连节点将CP帧中携带的RC_ID与自身连接子环的RC_ID进行比较，并根据比较结果确定是否触发自身连接子环上的地址刷新和保护数据转发功能开启。通过本发明，保证了在互连节点之间的两条主环链路都发生故障时，子环的控制节点能够打开从端口的保护数据转发功能；此外，本发明不仅有效避免了“超环”的出现，还有利于提高以太多环网的性能。

附图说明

图1为现有技术中以太多环网的结构图；

图2为现有技术中以太多环网无故障情况下的数据转发示意图；

图3为现有技术中以太多环网发生故障情况下的数据流保护倒换的示意图；

图4为现有技术中子环控制信道的示意图；

图5为现有技术中以太多环网发生多点故障的示意图；

图6(a)为现有技术中形成超环的拓扑示意图一；

图6(b)为现有技术中形成超环的拓扑示意图二；

图7为本发明一种多点故障下的以太多环网保护方法的流程图；

图8(a)为本发明实施例一中主环多点故障时的链路倒换示意图一；

图8(b)为本发明实施例一中主环多点故障时的链路倒换示意图二；

图8(c)为本发明实施例一中主环多点故障时的链路倒换示意图三；

图9(a)为本发明实施例二中子环反转恢复的示意图一；

图9(b)为本发明实施例二中子环反转恢复的示意图二；

图10为本发明一种互连节点的组成结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。

为保证在互连节点之间的两条主环链路都发生故障时，子环的控制节点能够打开从端口的保护数据转发功能，本发明提供一种多点故障下的以太多环网保护方法，应用于图6(a)所示多个子环接入主环的场景。本发明的核心思想是：子环上配对的两个互连节点在主环控制信道上相互发送链路健康(HL，Health Link)帧，并运行健康定时器(HTR，Health Timer)；在HTR超时且没有收到HL帧时，互连节点启动比较定时器(CTR，Compare Timer)，并在主环控制信道上周期性地发送比较(CP，Compare)帧，该CP帧中携带互连节点连接子环的控制信道标识(RC_ID)；接收到CP帧的互连节点将CP帧中携带的RC_ID与自身连接子环的RC_ID进行比较，并根据比较结果确定是否触发自身连接子环上的地址刷新和保护数据转发功能开启，具体为：

如果CP帧中的RC_ID的值大于接收CP帧的互连节点连接子环的RC_ID的值，则在CTR超时时，接收到CP帧的互连节点将自身的状态标志(ST)置1，刷新自身的地址转发表，并向子环控制信道周期性地发送故障通知(SF)报文，以触发子环上的节点刷新各自的地址转发表，并触发子环上的控制节点开启环保护链路(RPL，Ring Protection Link)相邻端口的保护数据转发功能；

否则，接收到CP帧的互连节点停止发送CP帧，并停止CTR。

本发明中定义ST的值为1表示“由于多点故障引发该互连节点连接的子环的保护倒换”，ST的值为0表示“该互连节点连接的子环没有因为多点故障而发生保护倒换”，即ST的值非0即1。当然，实际应用中用以分别表示故障和正常的ST也可以采用其他值来定义。

基于上述思想，下面结合图7对本发明一种多点故障下的以太多环网保护方法进行详细阐述，该方法包括以下步骤：

步骤701，子环上配对的两个互连节点在主环控制信道上相互发送HL帧，并运行HTR。

步骤702，判断互连节点是否收到HL帧，如果没有收到，转入步骤703，如果收到，转入步骤711。

步骤703，该互连节点判断HTR是否超时，如果没有超时，转入步骤704，否则，转入步骤705。

步骤704，该互连节点将HTR累加计时。所谓HTR累加计时，即HTR的计数器继续以累加的形式计时，直到HTR超时。

步骤705，该互连节点启动CTR，并在主环控制信道上周期性地发送CP帧。

步骤706～707，该互连节点接收到CP帧时，读取CP帧的RC_ID的值并且将该RC_ID的值与该互连节点连接子环的RC_ID的值进行比较，判定CP帧的RC_ID的值是否比该子环的RC_ID的值大，如果是，转入步骤708；否则，转入步骤709。

步骤708，该互连节点停止CTR，并且停止周期性地发送CP帧。

步骤709，该互连节点在CTR超时时，将ST置1(表示“由于多点故障引发该互连节点连接的子环的保护倒换”)，刷新自身的地址转发表，并且向子环控制信道周期性地发送SF报文。

步骤710，子环上的节点按照现有的ITU-T G.8032的故障保护方案完成链路倒换，即子环上的其它节点收到SF报文后刷新各自的地址转发表，子环上的控制节点还要开启RPL相邻端口的保护数据转发功能。

步骤711，收到HL帧后，该互连节点将HTR置0。

步骤712，该互连节点判断自身的ST是否为1，如果是，转入步骤713；否则，不做处理。

ST为1表示该互连节点连接的子环因为多点故障而发生保护倒换，而在步骤711中收到HL帧表明主环的多点故障当前至少有一个已消除，此时需要执行相应子环链路的反转恢复(后续步骤713～714即为链路的反转恢复过程)；ST为0表示链路之前即为正常工作状态，而在步骤711中收到HL帧表明链路依旧正常，因此无需做其他处理。

步骤713，该互连节点将ST置0，阻塞该互连节点位于子环内的从端口，向子环内周期性地发送无请求(NR)报文，并停止发送SF报文。

步骤714，子环上的节点按照现有的ITU-T G.8032的反转恢复方案完成链路倒换，即：子环内的控制节点收到NR报文后，启动等待定时器(WTR，Wait Timer)，并在WTR超时时，阻塞RPL相邻端口的保护数据转发功能，刷新自身的地址转发表，在子环的控制信道上周期性地发送NR(RB)报文；子环上的其他节点收到NR(RB)报文后，打开各自的阻塞端口，并刷新各自的地址转发表。其中，NR(RB)报文即为带有环保护链路阻塞(RB)参数的NR报文。

需要指出的是，在上述的操作流程中，如果在CTR超时之前互连节点收到HL帧(表明链路在CTR超时之间已消除故障)，那么该互连节点需要将HTR和CTR都置0，然后按照步骤712及其后续流程执行。

下面再结合具体实施例对上述多点故障下的以太多环网保护方法进一步说明。本发明的实施例一为主环多点故障时的链路倒换实施例。

如图8(a)所示，在无故障的情况下，主环Ring1的控制节点S1阻塞其从端口(端口11)的保护数据转发功能，子环Ring2的控制节点S6阻塞其从端口(端口62)的保护数据转发功能，子环Ring3的控制节点S8阻塞其从端口(端口82)的保护数据转发功能。子环Ring2的互连节点S3和S4相互发送HL帧，并启动HTR；子环Ring3的互连节点S1和S2相互发送HL帧，并启动HTR。

再如图8(b)所示，主环Ring1的链路<S1，S2>和<S3，S4>都发生了故障，主环Ring1的控制节点S1打开端口11的保护数据转发功能，节点S1、S2、S3和S4阻塞故障链路相邻的端口。子环Ring2的互连节点S3不能收到互连节点S4发送的HL帧，当互连节点S3上的HTR超时后，互连节点S3启动CTR，并向主环Ring1的控制信道周期性地发送CP帧，CP帧的RC_ID字段中带有子环Ring2的控制信道标识。对于互连节点S1、S2和S4的处理情况与互连节点S3相同，此处不再赘述。

当互连节点S3收到互连节点S2发送来的CP帧时，互连节点S3将CP帧的RC_ID字段的值与子环Ring2的控制信道标识进行比较，发现CP帧的RC_ID字段的值小，从而互连节点S3不进行操作。同样的，当互连节点S4收到互连节点S1发送来的CP帧时，互连节点S4将CP帧的RC_ID字段的值与子环Ring2的控制信道标识进行比较，发现CP帧的RC_ID字段值小，从而互连节点S4也不进行操作。

当互连节点S1收到互连节点S4发送来的CP帧时，互连节点S1将CP帧的RC_ID字段的值与子环Ring3的控制信道标识进行比较，发现CP帧的RC_ID字段值大，从而互连节点S1停止CTR，并停止发送CP帧。同样的，当互连节点S2收到互连节点S3发送来的CP帧时，互连节点S2将CP帧的RC_ID字段的值与子环Ring3的控制信道标识进行比较，发现CP帧的RC_ID字段值大，从而互连节点S2停止CTR，并停止发送CP帧。

再如图8(c)所示，当节点S3或S4的CTR定时器超时后，该节点将ST置1，刷新自身的地址转发表，并在子环Ring2的控制信道上周期性地发送SF报文。子环Ring2的其他节点收到SF报文后刷新各自的地址转发表，其中，控制节点S6还要打开端口62的保护数据转发功能。

本发明的实施例二为子环反转恢复的实施例。

接续上述实施例一，如图9(a)所示，链路<S3，S4>故障消失，互连节点S3和S4能够互相收到对方发送的HL帧，互连节点S3和S4将HTR置0，阻塞端口33和43的保护数据转发功能，并在子环Ring2的控制信道上周期性地发送NR报文。

再如图9(b)所示，子环Ring2的控制节点S6收到NR报文后，启动WTR。当WTR超时，控制节点S6阻塞端口62的保护数据转发功能，刷新自身的地址转发表，并周期性地发送NR(RB)报文；子环Ring2上的其他节点收到该报文后，刷新各自的地址转发表，其中节点S3和S4还要分别打开端口33和43的保护数据转发功能。

为实现上述多点故障下的以太多环网保护方法，本发明所提供的一种互连节点，如图10所示，包括：HL帧收发模块100、CP帧收发模块200和处理模块300。HL帧收发模块100，用于在主环控制信道上向配对的互连节点发送HL帧，并运行HTR；还用于接收来自配对的互连节点的HL帧。CP帧收发模块200，用于在HTR超时且没有收到HL帧时，启动CTR，并在主环控制信道上周期性地发送CP帧，CP帧中携带互连节点连接子环的RC_ID；还用于从主环控制信道上接收来自其他互连节点的CP帧。处理模块300，用于在接收到CP帧时，将CP帧中携带的RC_ID与互连节点自身连接子环的RC_ID进行比较，并根据比较结果确定是否触发互连节点连接子环上的地址刷新和保护数据转发功能开启，具体为：

根据比较结果，在CP帧中的RC_ID的值大于接收CP帧的互连节点连接子环的RC_ID的值，且CTR超时时，将互连节点的ST置1，刷新互连节点的地址转发表，并向子环控制信道周期性地发送SF报文，以触发子环上的节点刷新各自的地址转发表，并触发子环上的控制节点开启RPL相邻端口的保护数据转发功能；

在CP帧中的RC_ID的值小于接收CP帧的互连节点连接子环的RC_ID的值时，停止发送CP帧，并停止CTR。

较佳的，处理模块300进一步用于，当HL帧收发模块100在HTR超时之前收到HL帧时，将HTR置0；或者当HL帧收发模块100在CTR超时之前收到HL帧时，将HTR和CTR都置0。且在HTR置0之后，处理模块300读取ST的值，如果ST的值为0，则不做处理；如果ST的值为1，则将ST置0，阻塞互连节点位于子环内的从端口，向子环内周期性地发送NR报文，并停止发送SF报文。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。