网络高可用性技术白皮书之二
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2. RRPP基本原理
a) RRPP协议基础
z 每个域上所有节点配置相同的RRPP域ID和控制VLAN z 协议报文在控制VLAN中传播
b) 正常工作原理
RRPP 环主要由一个主节点、多个传输节点和控制 VLAN 构成，主节点配置主端口和从端口， 正常工作时主节点周期性地从主端口发送 Hello 报文，从端口一旦接收到自己发送 Hello 报文， 立刻阻塞从端口。控制 VLAN 主要传输 RRPP 的控制报文，有效保护控制报文。
3． 基于对端口角色的精确划分，RSTP引入了各种端口的快速迁移机制： 1) designed 端 口 的 快 速 迁 移 机 制 ， 在 P2P 链 路 上 ， 如 果 designed 端 口 处 于 discarding状态，立即启动proposal和同步过程，快速收敛网络。 2) edge端口可以立即forwarding。这在CISCO中称为portfast。 3) 失去root端口后，立即启用最优的alternate端口。CISCO中称为uplinkfast。
环网也因其固有拓扑而导致一些缺点，首先，对于多点故障难以提供故障保护，故障保护手 段比较单一；其次，只要有一个区段出现带宽不足，需要环网的所有区段都扩容；另外，环网的 每个节点只有两个纬度，资源利用效率相对较低。
这里简单介绍一下两种相对较新的环网技术：RPR（Resilent Packet Ring，弹性分组环）、 RRPP（Rapid Ring Protection Protocol ，快速环保护协议），其中 RPR 为双环、RRPP 为单环。
正常情况
Wrap方式
Steering方式
A
F
B
A F
B
F
A B
E
C
E
D
C D
A->B->C->D
A->B->A->F->E->D->C->D 说明：实线为流量走过的路径
图1 RPR 的两种故障自愈方式
在两种故障自愈方式下，收敛时间都在 50ms 以内。
E
C
D
A->F->E->D
第 1 页 共 11 页
RPR 组网沿袭了 SDH 的环型结构，是互逆双环结构，分别为 0 环和 1 环，0 环数据传送方向 为顺时针，1 环为逆时针。RPR 继承了 SDH 的快速自愈能力，能实现 50ms 的故障切换。
RPR 有两种故障自愈方式：绕回（wrap）方式和抄近路（Steering）方式。绕回方式是数据 在故障链路两端节点的 0 环和 1 环环回，优点是收敛快，缺点是绕回路径长，占用带宽较多。抄 近路方式是直接走另外一个环，抄近路方式因为走另外一个环需要重新收敛，因此收敛速度稍慢， 不过路径短，占用带宽少。下图列出了在正常情况下报文的转发路径，以及出现故障后，Wrap 方式和 Steering 方式时报文的转发路径。
为了提高 STP 的收敛速度，IEEE 提出了 RSTP 标准，即快速 STP。RSTP 相对于 STP 的改进有：
1． RSTP 把 端 口 角 色 和 端 口 状 态 进 行 了 分 离 ， 并 简 化 了 端 口 状 态 ： RSTP 中 只 有 discarding、learning和forwarding三个状态。相对来说，STP有五个状态disable、 blocking、listening、learning和forwarding。
1. RRPP基本概念 a) RRPP域（RRPP Domain）：
RRPP 域由整数表示的 ID 来标识，一组配置了相同的域 ID 和控制 VLAN，并且相互连通的交 换机群体构成一个 RRPP 域。一个 RRPP 域具有如下的组成要素。
b) RRPP环：
一个 RRPP 环物理上对应一个环形连接的以太网拓扑，一个 RRPP 域由彼此相交的多个 RRPP 环构成，其中有一个为主环，其他环为子环。相切环情况下可以都配置为一个主环；一个 RRPP 域也可以只包含一个 RRPP 环。RRPP 环的角色由用户通过配置决定。
2． RSTP更精细的划分了端口角色：root端口、designed端口的定义和STP一样；但对 于处于discarding状态的端口，细分为alternate端口和backup端口，分别是对根 端口和指定端口的备份；另外，引入了一类特殊的Designed端口——edge端口，即 和主机或其他终端设备相连的端口。
4． 网桥不再简单中继根桥发送的BPDU，而是每hello timer从指定端口独立发送BPDU。 如果一个端口三次没有收到该网段指定桥从指定端口发送的BPDU，就认为指定桥故 障，这可以加快BPDU的老化，快速发现网络故障。比如，这避免了STP中非直连链 路失效时20秒的报文老化时间。
杭州华三通信技术有限公司
www.h3c.com.cn
1. 环网技术
环网技术通过把设备环形相连，在提供一定链路冗余的情况下避免了复杂的 Mesh 组网，环 网有很强的单点故障自愈能力。环网技术分单环和双环两种结构。通信技术的发展过程中，出现 了不少的环网技术，如 Token Ring、FDDI、SDH 等。
第 4 页 共 11 页
杭州华三通信技术有限公司
www.h3c.com.cn
分布式链路聚合技术则可以跨任意设备聚合。 这里只介绍 STP 和 Smart Link。
2.1 STP/RSTP/MSTP
STP（Spanning Tree Protocol，生成树协议）是 IEEE 为了避免二层链路环路而提出来的技 术，在解决二层环路的同时能提供链路冗余，STP 适用于任何拓扑，环形拓扑和 Mesh 拓扑都能 胜任。不过，STP 的收敛时间较慢，通常是 30 秒，特殊情况下要到 50 秒，难以适应当前数据网 络中业务的需要。
e) 传输节点：
环上除主节点之外的其它节点都可以称为传输节点（边缘节点和辅助边缘节点实际上是特殊 的传输节点）。一个 RRPP 环上可以有多个传输节点。
图2 RRPP 环网示意图
第 2 页 共 11 页
杭州华三通信技术有限公司
www.h3c.com.cn
f) 主端口和从端口：
主节点和传输节点接入以太网环的两个端口中，一个为主端口，另一个为从端口，端口的角 色由用户的配置决定。主节点的主端口和从端口在功能上是有区别的。主节点从其主端口发送环 路状态探测报文即 Hello 报文，如果能够从从端口收到该报文，说明本节点所在 RRPP 环网完整， 因此需要阻塞从端口以防止数据环路；相反如果在规定时间内收不到探测报文，说明环网故障， 此时需要放开从端口以保证环上所有节点的正常通信。传输节点的主端口和从端口在功能上没有 区别。端口的角色同样由用户的配置决定。
1.1 RPR
RPR（Resilient Packet Rings，弹性分组环）工作在 OSI 协议模型第二层的 MAC 层，和物 理层无关，可运行于 Ethernet 、SONET/SDH 和 DWDM 之上。 RPR 技术吸收了以太网的经济性、灵 活性和可扩展性以及 SDH 对延时和抖动的严格保障、可靠的时钟和 50ms 环网保护特性，RPR 不 仅支持 IP 业务，也能很好的支持传统的 TDM 业务。
图3 RRPP 正常工作示意图
c) Polling机制
Polling 机制是 RRPP 环的主节点主动检测环网健康状态的机制，主节点周期性地从其主端 口发送 Hello 报文，依次经过各传输节点在环上传播。如果主节点的从端口能收到自己发送的 Hello 报文，说明环网链路完整；否则如果在规定时间内收不到 Hello 报文，就认为环网发生链 路故障。
图4 RRPP 故障处理过程示意图
e) 故障恢复机制
环故障状态的主节点通常从端口接收不到自己发送的 Hello 报文；故障节点的链路恢复也会 进入临时阻塞状态，但环的 Hello 报文可以通过该阻塞端口，这样主节点会接收到自己发送的 Hello 报文，主节点认为环已经恢复正常，立刻阻塞从端口且刷新转发表，并同时从主端口发送 报文通知所有传输节点放开临时阻塞端口和刷新转发表，传输节点接收到该报文后会立刻放开临 时阻赛端口且刷新转发表。
第 3 页 共 11 页
杭州华三通信技术有限公司
www.h3c.com.cn
处于故障状态的主节点从端口收到自己发送的 Hello 报文，立即迁移到环恢复状态，阻塞从 端口并刷新转发表，而且主端口发送刷新转发表的报文通知所有传输节点放开临时阻塞端口和刷 新转发表。
d) 链路状态变化通知机制
链路状态变化通知机制是一种比 Polling 机制更快处理环网拓扑改变的机制，这一机制的发 起者是传输节点。传输节点总是在监测自己的端口链路状态，一旦状态发生改变，它就会通过发 送通知报文把这种变化通知主节点，然后由主节点来决定如何处理。如果检测到端口 Down，将 会发送故障通知报文。主节点接收到该报文会立刻放开从端口，刷新本地转发表的同时发送报文 通知其他节点刷新转发表。
1.1 RPR ..................................................................1 1.2 RRPP .................................................................2 2. STP和Smart Link ...........................................................4 2.1 STP/RSTP/MSTP ........................................................5 2.2 Smart Link ...........................................................6 3. 网关冗余技术 ..............................................................7 3.1 VRRP .................................................................8 3.2 GLBP .................................................................9
c) RRPP控制VLAN：
每个 RRPP 域可以具有两个控制 VLAN，分别叫做主控制 VLAN 和子控制 VLAN。主环的协议报 文在主控制 VLAN 中传播，子环的协议报文在子控制 VLAN 中传播。
d) 主节点：
主节点是 RRPP 环上的主要决策和控制节点。每个 RRPP 环上必须有一个主节点，而且只能有 一个。主节点的环上端口分为主端口和从端口，环完整的情况下，通常阻断从端口。
网络高可用性技术白皮书（二）
杭州华三通信技术有限公司
目录
网络高可用性技术白皮书（二） .............................................1 1. 环网技术 ..................................................................1
2. STP 和 Smart Link
STP 和 Smart Link 技术都可以解决由于链路冗余而产生的二层环路问题，其中 STP 可以应 用于各种拓扑，Smart Link 则可以认为是对特定组网情况下对 STP 的替代技术。源自文库
解决二层环路技术而提出的技术很多，前面的 RRPP 也可以认为是这种技术。另外一种值得 一提的技术是分布式链路聚合技术，通过跨设备的链路聚合，可以避免环路，不用使用 STP，并 做到链路负载分担。有些分布式链路聚合技术只能在同一个堆叠组的设备间跨设备聚合，另一些
杭州华三通信技术有限公司
www.h3c.com.cn
1.2 RRPP
为了缩短网络故障收敛时间，华为 3Com 推出了革新性的以太环网技术——RRPP（Rapid Ring Protection Protocol，快速环网保护协议）。RRPP 技术是一种专门应用于以太网环的链路层协 议，它在以太网环中能够防止数据环路引起的广播风暴，当以太网环上链路或设备故障时，能迅 速切换到备份链路，保证业务快速恢复。与 STP 协议相比，RRPP 协议具有算法简单、拓扑收敛 速度快和收敛时间与环网上节点数无关等显著优势。
a) RRPP协议基础
z 每个域上所有节点配置相同的RRPP域ID和控制VLAN z 协议报文在控制VLAN中传播
b) 正常工作原理
RRPP 环主要由一个主节点、多个传输节点和控制 VLAN 构成，主节点配置主端口和从端口， 正常工作时主节点周期性地从主端口发送 Hello 报文，从端口一旦接收到自己发送 Hello 报文， 立刻阻塞从端口。控制 VLAN 主要传输 RRPP 的控制报文，有效保护控制报文。
3． 基于对端口角色的精确划分，RSTP引入了各种端口的快速迁移机制： 1) designed 端 口 的 快 速 迁 移 机 制 ， 在 P2P 链 路 上 ， 如 果 designed 端 口 处 于 discarding状态，立即启动proposal和同步过程，快速收敛网络。 2) edge端口可以立即forwarding。这在CISCO中称为portfast。 3) 失去root端口后，立即启用最优的alternate端口。CISCO中称为uplinkfast。
环网也因其固有拓扑而导致一些缺点，首先，对于多点故障难以提供故障保护，故障保护手 段比较单一；其次，只要有一个区段出现带宽不足，需要环网的所有区段都扩容；另外，环网的 每个节点只有两个纬度，资源利用效率相对较低。
这里简单介绍一下两种相对较新的环网技术：RPR（Resilent Packet Ring，弹性分组环）、 RRPP（Rapid Ring Protection Protocol ，快速环保护协议），其中 RPR 为双环、RRPP 为单环。
正常情况
Wrap方式
Steering方式
A
F
B
A F
B
F
A B
E
C
E
D
C D
A->B->C->D
A->B->A->F->E->D->C->D 说明：实线为流量走过的路径
图1 RPR 的两种故障自愈方式
在两种故障自愈方式下，收敛时间都在 50ms 以内。
E
C
D
A->F->E->D
第 1 页 共 11 页
RPR 组网沿袭了 SDH 的环型结构，是互逆双环结构，分别为 0 环和 1 环，0 环数据传送方向 为顺时针，1 环为逆时针。RPR 继承了 SDH 的快速自愈能力，能实现 50ms 的故障切换。
RPR 有两种故障自愈方式：绕回（wrap）方式和抄近路（Steering）方式。绕回方式是数据 在故障链路两端节点的 0 环和 1 环环回，优点是收敛快，缺点是绕回路径长，占用带宽较多。抄 近路方式是直接走另外一个环，抄近路方式因为走另外一个环需要重新收敛，因此收敛速度稍慢， 不过路径短，占用带宽少。下图列出了在正常情况下报文的转发路径，以及出现故障后，Wrap 方式和 Steering 方式时报文的转发路径。
为了提高 STP 的收敛速度，IEEE 提出了 RSTP 标准，即快速 STP。RSTP 相对于 STP 的改进有：
1． RSTP 把 端 口 角 色 和 端 口 状 态 进 行 了 分 离 ， 并 简 化 了 端 口 状 态 ： RSTP 中 只 有 discarding、learning和forwarding三个状态。相对来说，STP有五个状态disable、 blocking、listening、learning和forwarding。
1. RRPP基本概念 a) RRPP域（RRPP Domain）：
RRPP 域由整数表示的 ID 来标识，一组配置了相同的域 ID 和控制 VLAN，并且相互连通的交 换机群体构成一个 RRPP 域。一个 RRPP 域具有如下的组成要素。
b) RRPP环：
一个 RRPP 环物理上对应一个环形连接的以太网拓扑，一个 RRPP 域由彼此相交的多个 RRPP 环构成，其中有一个为主环，其他环为子环。相切环情况下可以都配置为一个主环；一个 RRPP 域也可以只包含一个 RRPP 环。RRPP 环的角色由用户通过配置决定。
2． RSTP更精细的划分了端口角色：root端口、designed端口的定义和STP一样；但对 于处于discarding状态的端口，细分为alternate端口和backup端口，分别是对根 端口和指定端口的备份；另外，引入了一类特殊的Designed端口——edge端口，即 和主机或其他终端设备相连的端口。
4． 网桥不再简单中继根桥发送的BPDU，而是每hello timer从指定端口独立发送BPDU。 如果一个端口三次没有收到该网段指定桥从指定端口发送的BPDU，就认为指定桥故 障，这可以加快BPDU的老化，快速发现网络故障。比如，这避免了STP中非直连链 路失效时20秒的报文老化时间。
杭州华三通信技术有限公司
www.h3c.com.cn
1. 环网技术
环网技术通过把设备环形相连，在提供一定链路冗余的情况下避免了复杂的 Mesh 组网，环 网有很强的单点故障自愈能力。环网技术分单环和双环两种结构。通信技术的发展过程中，出现 了不少的环网技术，如 Token Ring、FDDI、SDH 等。
第 4 页 共 11 页
杭州华三通信技术有限公司
www.h3c.com.cn
分布式链路聚合技术则可以跨任意设备聚合。 这里只介绍 STP 和 Smart Link。
2.1 STP/RSTP/MSTP
STP（Spanning Tree Protocol，生成树协议）是 IEEE 为了避免二层链路环路而提出来的技 术，在解决二层环路的同时能提供链路冗余，STP 适用于任何拓扑，环形拓扑和 Mesh 拓扑都能 胜任。不过，STP 的收敛时间较慢，通常是 30 秒，特殊情况下要到 50 秒，难以适应当前数据网 络中业务的需要。
e) 传输节点：
环上除主节点之外的其它节点都可以称为传输节点（边缘节点和辅助边缘节点实际上是特殊 的传输节点）。一个 RRPP 环上可以有多个传输节点。
图2 RRPP 环网示意图
第 2 页 共 11 页
杭州华三通信技术有限公司
www.h3c.com.cn
f) 主端口和从端口：
主节点和传输节点接入以太网环的两个端口中，一个为主端口，另一个为从端口，端口的角 色由用户的配置决定。主节点的主端口和从端口在功能上是有区别的。主节点从其主端口发送环 路状态探测报文即 Hello 报文，如果能够从从端口收到该报文，说明本节点所在 RRPP 环网完整， 因此需要阻塞从端口以防止数据环路；相反如果在规定时间内收不到探测报文，说明环网故障， 此时需要放开从端口以保证环上所有节点的正常通信。传输节点的主端口和从端口在功能上没有 区别。端口的角色同样由用户的配置决定。
1.1 RPR
RPR（Resilient Packet Rings，弹性分组环）工作在 OSI 协议模型第二层的 MAC 层，和物 理层无关，可运行于 Ethernet 、SONET/SDH 和 DWDM 之上。 RPR 技术吸收了以太网的经济性、灵 活性和可扩展性以及 SDH 对延时和抖动的严格保障、可靠的时钟和 50ms 环网保护特性，RPR 不 仅支持 IP 业务，也能很好的支持传统的 TDM 业务。
图3 RRPP 正常工作示意图
c) Polling机制
Polling 机制是 RRPP 环的主节点主动检测环网健康状态的机制，主节点周期性地从其主端 口发送 Hello 报文，依次经过各传输节点在环上传播。如果主节点的从端口能收到自己发送的 Hello 报文，说明环网链路完整；否则如果在规定时间内收不到 Hello 报文，就认为环网发生链 路故障。
图4 RRPP 故障处理过程示意图
e) 故障恢复机制
环故障状态的主节点通常从端口接收不到自己发送的 Hello 报文；故障节点的链路恢复也会 进入临时阻塞状态，但环的 Hello 报文可以通过该阻塞端口，这样主节点会接收到自己发送的 Hello 报文，主节点认为环已经恢复正常，立刻阻塞从端口且刷新转发表，并同时从主端口发送 报文通知所有传输节点放开临时阻塞端口和刷新转发表，传输节点接收到该报文后会立刻放开临 时阻赛端口且刷新转发表。
第 3 页 共 11 页
杭州华三通信技术有限公司
www.h3c.com.cn
处于故障状态的主节点从端口收到自己发送的 Hello 报文，立即迁移到环恢复状态，阻塞从 端口并刷新转发表，而且主端口发送刷新转发表的报文通知所有传输节点放开临时阻塞端口和刷 新转发表。
d) 链路状态变化通知机制
链路状态变化通知机制是一种比 Polling 机制更快处理环网拓扑改变的机制，这一机制的发 起者是传输节点。传输节点总是在监测自己的端口链路状态，一旦状态发生改变，它就会通过发 送通知报文把这种变化通知主节点，然后由主节点来决定如何处理。如果检测到端口 Down，将 会发送故障通知报文。主节点接收到该报文会立刻放开从端口，刷新本地转发表的同时发送报文 通知其他节点刷新转发表。
1.1 RPR ..................................................................1 1.2 RRPP .................................................................2 2. STP和Smart Link ...........................................................4 2.1 STP/RSTP/MSTP ........................................................5 2.2 Smart Link ...........................................................6 3. 网关冗余技术 ..............................................................7 3.1 VRRP .................................................................8 3.2 GLBP .................................................................9
c) RRPP控制VLAN：
每个 RRPP 域可以具有两个控制 VLAN，分别叫做主控制 VLAN 和子控制 VLAN。主环的协议报 文在主控制 VLAN 中传播，子环的协议报文在子控制 VLAN 中传播。
d) 主节点：
主节点是 RRPP 环上的主要决策和控制节点。每个 RRPP 环上必须有一个主节点，而且只能有 一个。主节点的环上端口分为主端口和从端口，环完整的情况下，通常阻断从端口。
网络高可用性技术白皮书（二）
杭州华三通信技术有限公司
目录
网络高可用性技术白皮书（二） .............................................1 1. 环网技术 ..................................................................1
2. STP 和 Smart Link
STP 和 Smart Link 技术都可以解决由于链路冗余而产生的二层环路问题，其中 STP 可以应 用于各种拓扑，Smart Link 则可以认为是对特定组网情况下对 STP 的替代技术。源自文库
解决二层环路技术而提出的技术很多，前面的 RRPP 也可以认为是这种技术。另外一种值得 一提的技术是分布式链路聚合技术，通过跨设备的链路聚合，可以避免环路，不用使用 STP，并 做到链路负载分担。有些分布式链路聚合技术只能在同一个堆叠组的设备间跨设备聚合，另一些
杭州华三通信技术有限公司
www.h3c.com.cn
1.2 RRPP
为了缩短网络故障收敛时间，华为 3Com 推出了革新性的以太环网技术——RRPP（Rapid Ring Protection Protocol，快速环网保护协议）。RRPP 技术是一种专门应用于以太网环的链路层协 议，它在以太网环中能够防止数据环路引起的广播风暴，当以太网环上链路或设备故障时，能迅 速切换到备份链路，保证业务快速恢复。与 STP 协议相比，RRPP 协议具有算法简单、拓扑收敛 速度快和收敛时间与环网上节点数无关等显著优势。