三种以太网保护技术介绍

以太网技术具有简单、高效和低成本等特点，并随着近几年的以太网突飞猛进的发展，以太网承载的业务种类越来越多，以太网的带宽及速率也得到了飞速的发展。
以太网的特点是统计时分复用和地址自学习机制，但在提高了带宽效率和简单灵活性的同时也引入了业务带宽和业务路径的不确定性。
在大部分以太网络中，大多采用星形或者双归属组网模型。星形网络一般用在网络拓扑的接入层，没有冗余保护，关键点的单点故障会导致网络不可用。这两种传统的级联方式的网络拓扑在网络响应时间、保护机制以及对组播应用方面存在着先天的缺陷。
在切换完成后，主节点的主端口继续向次端口发送连接性检查，次端口又收到OAM帧时，则表明故障已恢复，主节点再重新执行生成树算法，关断次端口，所有节点再次清空MAC表，重新拓扑学习。
RRPP环网保护
RRPP主要是华为的环网保护机制，主要由多个节点构成的环网，其中一个为主节点，其他节点为传输节点，主节点在环上的两个端口分为主端口和从端口，主节点通常周期性从主端口发送环的HELLO报文，环完整的情况主节点就会在从端口上接收到自己发送的HELLO报文，这样主节点认为环网处于完整状态，则立刻阻断从端口保证没有环路；若在一定周期内从端口收不到自己发送的HELLO，则认为环网处于故障状态，主节点会打开从端口使其正常转发。
而随着以太网向城域网的发展，语音、视频组播业务对以太网的冗余保护和故障恢复时间提出了更高的要求。原有的STP机制对故障恢复的收敛时间都在秒级，远远达不到城域网对故障恢复时间的要求。
传统以太网保护方案
传统以太网网络中大多数采用双归属组网模型，多会存在缺乏有效保护和浪费网络资源等诸多问题，如图1所示。
图1城域网现网存在的问题
4链路故障恢复：当故障链路恢复时，SWC并不马上放开端口5。而是等新拓扑收集稳定，SWD发现自己应该是主节点，在一段时间延时后，阻塞自己的某一端口，并change报文通知SWC放开端口5。
图2环形组网
EAPS以太环网保护技术可以归纳为4项技术的叠加：标准MAC交换+改进的生成树算法+以太故障检测OAM+简单的环网控制协议。通过环网控制协议将物理的环破解成逻辑的链，并利用改进的生成树协议和MAC交换完成保护切换。下面以图3为例说明EAPS的保护过程。
在EAPS环内通常会指定一个主节点(N5节点)，其他节点称为中转节点。主节点的两个环路端口一个可指定为主端口，另一个可指定为次端口。在EAPS中，分别设定控制VLAN和业务VLAN，控制VLAN承载EAPS各种控制帧，业务VLAN承载以太数据流量。在这两个VLAN内，EAPS环内始终是执行标准的MAC交换算法。
3链路故障：当环上某链路故障时，该链路相链的两个节点都向主节点发送change报文，主节点放开被阻塞端口进行保护倒换。SWB和SWC都发送change报文给SWD(环路正常时公认的主节点)，SWD放开以前被阻塞的节点。但是这时SWB和SWC都认为自己是主节点，从而都把自己down的端口阻塞了。链路的故障也将触发hello报文的发送，待拓扑稳定后，SWC将被公认为主节点；SWB由于不是主节点，端口被放开。
一旦故障发生时如链路down，故障相邻的节点或端口上会通过中断立刻检测到故障，并立刻向主节点发送Link_down报文，主节点收到该报文则认为环处于故障状态，立刻打开从端口，同时发送报文通知其他传输节点更新转发表，传输节点更新转发表后数据流则切换到正常的链路。
RCPR保护机制
RCPR是瑞斯康达交换机的环网协议。Raisecom以太环网技术采用自主研发的协议，通过简单的配置，实现了消除环网环路、故障保护倒换、自动故障恢复功能，并且故障保护倒换时间低于50ms。
图3 Raisecom以太网环
1环拓扑收集：Raisecom以太环网是通过选举来产生主节点的，所以每个节点都要收集环上设备信息，只有正确地收集才能正确地选举。Raisecom以太网环上的节点从加入那一刻开始就一直在收集更新拓扑。
拓扑收集是通过Hello报文完成的，hello报文中包含从另一端口收集到的所有节点信息。以图3单环中SWA为例：
在正常工作状态下，主节点对业务VLAN启用生成树，通过阻塞主节点的次端口，将物理的环破解成逻辑的链。
主节点检测到故障后，就会执行3个动作完成保护切换：
重新执行生成树算法，打开次端口阻塞状态；清空MAC地址学习表，重新学习拓扑；通过控制VLAN发送以太控制OAM帧，其他中转节百度文库收到OAM帧后，清空本节点的MAC地址表，重新学习拓扑。
以太环网主要靠软件的控制，这是目前以太环网主流的技术，但是在具体的实现上各个厂家又有很大的不同。目前主流的有EAPS环网保护，RPRR环网保护及RCPR环网保护等。
EAPS环网保护
EAPS技术由IETF的RFC3619定义。目前大多数设备厂商的以太环网技术都是以此为基础实现的。EAPS的保护域局限于一个环形组网的范围内，如图2所示。
开始时，SWA端口1给SWD发出的hello报文节点信息中只包含自己；
第二次时，由于端口2收到SWB的hello报文，所以端口1给SWD发出的hello报文节点信息为SWA和SWB；
依此类推，4次后，SWD从SWA的端口1收到带自己信息的hello报文，SWD认为环网完整。
2主节点选举：开始时，所有节点都认为自己是主节点，两个端口之一被block，这样环上没有数据环路；当环上节点两个端口多次收到一样的Hello时，该节点认为环网拓扑稳定，可以选举主节点。不是主节点的节点会放开被阻塞的端口，一般主节点只有一个，这样能保证只阻塞一个端口，从而保证环上节点的连通性。
双归属网络中，汇接局和中心机房之间为了保证可靠性部署双链路上行，但实际应用中这两链路或光纤都处于一个地沟或管道中，这样就出现了SRG(sharedriskgroup)共享风险组，链路保护无任何意义；同时该种网络中还会浪费核心交换机的端口资源和光纤资源。
以太环网技术保护技术
以太网环网技术
以太环网技术就是对上述问题的一种解决方案。作为一种城域以太网技术，以太环网解决了传统数据网保护能力弱、故障恢复时间长等问题，理论上可以提供50ms的快速保护特性，同时兼容传统的以太网协议，是城域宽带接入网优化改造的一种重要的技术选择和解决方案。