SDH和網(wǎng)絡(luò)自愈概述

1、本資料來(lái)源本資料來(lái)源2021-12-272第5章 SDH 和網(wǎng)絡(luò)自愈2021-12-273主要內(nèi)容路由恢復(fù)廣域網(wǎng)的自愈SDH的自愈RPR的自愈層次網(wǎng)絡(luò)自愈2021-12-2745 網(wǎng)絡(luò)自愈網(wǎng)絡(luò)自愈就是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的某個(gè)部件（通常指一條信道或一個(gè)節(jié)點(diǎn)）失效時(shí)，在一定的時(shí)間內(nèi)，流經(jīng)該部件的用戶數(shù)據(jù)包，被動(dòng)態(tài)地切換到備用的或其它可用的部件上，使用戶正在進(jìn)行的通信不被中斷，并且盡可能保證其通信質(zhì)量。2021-12-2755 失效的分類（1）多個(gè)失效相互獨(dú)立，并且沒有造成某一部分網(wǎng)絡(luò)失去連接，或多個(gè)失效對(duì)外呈現(xiàn)單個(gè)實(shí)效的特性。（2）多個(gè)失效造成部分無(wú)失效的網(wǎng)絡(luò)失去連接性。 2021-12-2765.1 對(duì)網(wǎng)絡(luò)

2、自愈的要求從失效發(fā)生到感知并確定失效的時(shí)間t1從確定失效到完成切換的時(shí)間t2T=t1+t2 T200ms可以滿足音頻和視頻2021-12-2775.2 路由恢復(fù)廣域網(wǎng)的自愈考慮到沿途經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)可能達(dá)到數(shù)十個(gè)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)中可能經(jīng)歷較長(zhǎng)的等待隊(duì)列，加上距離形成的傳播延時(shí)，一個(gè)正常包從發(fā)出到收到應(yīng)答，往返延時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)。2021-12-2785.2 路由恢復(fù)廣域網(wǎng)的自愈在某些路由協(xié)議中，為了判斷鄰居節(jié)點(diǎn)或連接鄰居節(jié)點(diǎn)的信道是否還活著，每個(gè)節(jié)點(diǎn)要在各個(gè)端口上定期向外發(fā)聯(lián)絡(luò)信息，然后等著從對(duì)方節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)對(duì) Hello信息的應(yīng)答。從自愈的角度看，對(duì)話音和視頻通信的質(zhì)量不會(huì)有可察覺的影響。2021-12-279

3、5.2 路由恢復(fù)廣域網(wǎng)的自愈（1）專門發(fā)hello包會(huì)占用信道帶寬，因而只能定期地發(fā)，這個(gè)定期的周期影響了對(duì)失效的反應(yīng)速度，不能做到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的及時(shí)應(yīng)答。（2）即使路由器發(fā)現(xiàn)收不到一個(gè)或多個(gè) hello報(bào)文的應(yīng)答，它也不敢立即斷定鏈路或?qū)Ψ焦?jié)點(diǎn)已失效。2021-12-2710Initial Route DiscoveryEIGRPThanks for the information!Ack634Thanks for the information!Ack3Here is my complete routing information.Update2I am router A, who is on

4、the link?HelloB1Here is my complete route information.Update5Topology TableAOSPF鄰居關(guān)系Helloafadjfjorqpoeru39547439070713Router IDHello/dead intervalsNeighborsArea-IDRouter priorityDR IP addressBDR IP addressAuthentication passwordStub area flag * * * * 條目在鄰居關(guān)系中必須匹配條目在鄰居關(guān)系中必須匹配HelloADECB5.3 SDH的自愈2021-

5、12-2713 同步光纖網(wǎng)SONET和同步數(shù)字層次結(jié)構(gòu)SDH數(shù)字傳輸系統(tǒng)存在著許多缺點(diǎn)。其中最主要的是以下兩個(gè)。（1）速率標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一（2）不是同步傳輸為了解決上述問(wèn)題，美國(guó)首先在1988年推出了一個(gè)數(shù)字傳輸標(biāo)準(zhǔn)，叫做同步光纖網(wǎng)同步光纖網(wǎng)SONET (Synchronous Optical Network)。2021-12-2714同步光纖網(wǎng)SONET 同步光纖網(wǎng)（SONETSONET）標(biāo)準(zhǔn)，是由美國(guó)在19881988年推出的一個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)著重于高次群的統(tǒng)一，方便國(guó)際間光纖干線的互通。以51.84Mbps51.84Mbps為基準(zhǔn)進(jìn)行遞增；對(duì)于基于銅纜的電信號(hào)傳輸稱為第一級(jí)同步傳送信號(hào)（STS

6、-1）；對(duì)于基于光纖的光信號(hào)傳輸稱為第一級(jí)光載波（OC-1）。2021-12-27162021-12-27172021-12-27182021-12-27192021-12-27202021-12-2721SONET標(biāo)準(zhǔn)定義了四個(gè)光接口層。SONET的層次自下而上為： 光子層(Photonic Layer) 數(shù)字段層(Section Layer) 線路層(Line Layer) 路徑層(Path Layer)2021-12-2722路徑層路徑層是端到端管理和數(shù)據(jù)傳遞的邏輯連接。該層是DS-3、FDDI或其它協(xié)議在SONET網(wǎng)中的映射點(diǎn)。負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)部件間完成下列功能：1.映射和服務(wù)傳輸2.設(shè)備狀

7、況3.連接4.錯(cuò)誤監(jiān)控5.用戶定義的功能2021-12-2723線路層負(fù)責(zé)在傳輸介質(zhì)上可靠地傳輸路徑層的有效負(fù)荷和路徑開銷。在線路層運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)部件稱為線路端接設(shè)備（LTE）線路層為路徑層的有效負(fù)荷和路徑開銷提供了下列LTE到LTE的功能：1.同步2.有效負(fù)荷定位3.多路復(fù)用4.錯(cuò)誤監(jiān)控5.自動(dòng)保護(hù)交換線路端接設(shè)備的例子是SONET光纖多路復(fù)用器。2021-12-2724分段層提供類似數(shù)據(jù)鏈路層的功能。負(fù)責(zé)在光纖上傳輸STS-N.這一層的網(wǎng)絡(luò)部件被稱為分段端接設(shè)備（STE）。可執(zhí)行下列STE到STE的功能:1.STS鑒定2.成幀3.加密4.錯(cuò)誤監(jiān)控5.用戶定義的功能2021-12-2725光子層

8、光子層負(fù)責(zé)光纖上比特流的傳輸。這一層將傳輸?shù)碾娦盘?hào)轉(zhuǎn)化成光信號(hào)及執(zhí)行相反過(guò)程。這一層的主要功能是加密并將電的STS-N幀轉(zhuǎn)化成光脈沖。2021-12-27262021-12-27275.3 SDH自愈2021-12-27285.3 SDH自愈在SDH環(huán)狀網(wǎng)中，正常情況下，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包沿著一個(gè)方向傳。一旦環(huán)中任何信道或節(jié)點(diǎn)失效，環(huán)被打斷，通信無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行。為了可靠性，做成雙環(huán)。2021-12-27295.4 RPR自愈彈性分組環(huán)（resilient packet ring），將SDH技術(shù)與以太網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合。SDH是TDM技術(shù)，適合于話音傳輸，在雙環(huán)上具有自愈能力，但這種TDM技術(shù)是面向電路優(yōu)化的，

9、不適合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)突發(fā)性，在帶寬利用率、網(wǎng)絡(luò)成本、滿足多樣的帶寬需求等方面，都不滿意。2021-12-27305.4 RPR自愈以太網(wǎng)成本低，技術(shù)簡(jiǎn)單，適合于無(wú)連接的IP數(shù)據(jù)包的傳輸。用于局部網(wǎng)絡(luò)時(shí)，有很好的擴(kuò)展性，并且具有天生的廣播和多播能力，當(dāng)把以太網(wǎng)技術(shù)用于城域網(wǎng)或廣域網(wǎng)時(shí)，在可管理性、可靠性、QoS質(zhì)量保證等方面顯得不足。2021-12-27315.4 RPR自愈由雙環(huán)組成，不像SDH那樣只有一個(gè)方向的環(huán)在工作，反方向的環(huán)僅用于自愈的備份，而是雙環(huán)同時(shí)工作。2021-12-27325.4 RPR自愈雙環(huán)工作雙環(huán)均可以傳輸數(shù)據(jù)和控制信息。有數(shù)據(jù)幀、控制幀和公平幀三種類型。2021-12-27

10、335.4 RPR自愈兩個(gè)方面改善了帶寬的利用率：（1）雙向環(huán)路同時(shí)工作，增加了帶寬的利用率；（2）SDH只能在電路一級(jí)依靠分插復(fù)用器對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電路以外的環(huán)的下游段信道容量分配給別的用戶，設(shè)備成本高，靈活性差，信道利用率低；RPR在數(shù)據(jù)包一級(jí)進(jìn)行細(xì)粒度的分插復(fù)用，實(shí)現(xiàn)帶寬的空間重用，靈活、簡(jiǎn)便、高效。2021-12-27345.4 RPR自愈公平控制是防止一個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)占滿了整個(gè)環(huán)的容量，別的節(jié)點(diǎn)無(wú)法發(fā)送數(shù)據(jù)包，造成網(wǎng)絡(luò)的阻塞。2021-12-27355.4 RPR自愈RPR 的多播能力多播或廣播的數(shù)據(jù)包在環(huán)網(wǎng)上只有一份備份，利用源剝離的方法，讓數(shù)據(jù)包沿環(huán)轉(zhuǎn)一圈，到達(dá)源節(jié)點(diǎn)后離開環(huán)，整個(gè)環(huán)上的多播

11、或廣播接收者都獲得了該數(shù)據(jù)包。2021-12-27365.4 RPR自愈傳統(tǒng)的以太網(wǎng)是沒有自愈能力的，有了錯(cuò)誤，只能依靠上層協(xié)議來(lái)恢復(fù)。與SDH結(jié)合后，有了50ms的電信級(jí)自愈能力。出現(xiàn)失效信道或失效節(jié)點(diǎn)后，臨近失效處的節(jié)點(diǎn)感測(cè)到失效的存在，將環(huán)路倒換到反方向的環(huán)上。 RPR提供回繞倒換和源路由倒換兩種方式。2021-12-27375.4 RPR自愈2021-12-27385.5 層次網(wǎng)絡(luò)中的自愈層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，由于每個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)有多個(gè)物理交換機(jī)組成，每條邏輯信道有多條物理信道組成，任何部件的失效，都可以在底層進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)感測(cè)和自愈。（1）感測(cè)到信道的失效；（2）切換信道。 2021-12-273

12、95.5.1 層次網(wǎng)絡(luò)中的自愈測(cè)試包不與數(shù)據(jù)包爭(zhēng)用信道，只要有數(shù)據(jù)包在信道上走，就不發(fā)送任何測(cè)試包，只當(dāng)信道空閑時(shí)，才插入測(cè)試包。為了獲得快速感測(cè)的能力，不發(fā)“詢問(wèn)-應(yīng)答”，而用傾聽信道活動(dòng)的方法。只要發(fā)送隊(duì)列空，發(fā)送方就用Hello 包填充發(fā)送信道,使得信道總是處于忙碌的活動(dòng)狀態(tài).2021-12-27405.5.1 層次網(wǎng)絡(luò)中的自愈接收方如果不斷地收到對(duì)方發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)包，或能連續(xù)不斷地收到Hello包，就證明信道至少在接收方向上是正常的。如果因連續(xù)收不到包而使自愈定時(shí)器超時(shí)，就認(rèn)為信道的接收方向失效。2021-12-27415.5.1 層次網(wǎng)絡(luò)中的自愈在層次網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)的管理和控制具有局部性，

13、一個(gè)節(jié)點(diǎn)只關(guān)心其發(fā)送信道的利用率、負(fù)載均衡、信道狀態(tài)等性能，對(duì)接收信道則沒有這種控制和管理。感測(cè)信道異常的方法，是由接收方感測(cè)到的，但接收方并不能控制對(duì)方繼續(xù)或停止向已經(jīng)失效的信道上發(fā)送數(shù)據(jù)包或Hello包。2021-12-27425.5.2 自愈速度分析失效定時(shí)器的超時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度不是一個(gè)或多個(gè)來(lái)回的時(shí)間，也不是一個(gè)方向的信號(hào)傳播延遲，而是若干個(gè)最長(zhǎng)數(shù)據(jù)包的發(fā)送時(shí)間。2021-12-27435.5.2 自愈速度分析雙向失效的最大切換時(shí)間：作用最大的部分是一個(gè)單程傳播時(shí)間3500km的國(guó)內(nèi)信道，傳播延遲約16.7ms；10000km的國(guó)際信道，傳播延遲約47.6ms單向失效的最大切換時(shí)間：spti

14、mertttTptsptimertttT222021-12-27445.5.2 自愈速度分析對(duì)于SDH和RPR 環(huán)中，如果環(huán)中某一段光纜的長(zhǎng)度也達(dá)到了3500km或10000km的話，其失效后的自愈時(shí)間會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)層次網(wǎng)。因?yàn)槌烁袦y(cè)信道失效要消耗與上面相近的時(shí)間外，對(duì)SDH，還要讓數(shù)據(jù)包回繞并經(jīng)多段信道才能到達(dá)目的地；對(duì)RPR，還要重新構(gòu)建拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。2021-12-27455.5.3詢問(wèn)-問(wèn)答方式的自愈性能設(shè)定一個(gè)超時(shí)定時(shí)器，大于信道的往返時(shí)間，超時(shí)表示沒有如期收到應(yīng)答。一次超時(shí)不能斷定信道有故障，以3次試發(fā)為例，測(cè)定信道失效的時(shí)間為對(duì)于3500km和10000km為例，兩條信道的失效時(shí)間分別

15、為100ms和286ms。顯然比采用自愈方式差很多ptrttT632021-12-27465.5.4 失效信道的恢復(fù)可以人工修改配置表中資源的狀態(tài)參數(shù)，也可以讓系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)資源的可用性，將其投入運(yùn)行。（1）確定信道已經(jīng)恢復(fù)了正常狀態(tài)；（2）啟動(dòng)重新啟用信道的過(guò)程。其中關(guān)鍵的動(dòng)作是對(duì)信道恢復(fù)正常的感測(cè)。2021-12-27475.5.5 自適應(yīng)檢測(cè)在自愈時(shí)間T 中，占主要的是信道的傳播延遲，這部分時(shí)間是隨信道長(zhǎng)度而變的。為了使信道故障檢測(cè)時(shí)間T與信道長(zhǎng)度做到自適應(yīng)，關(guān)鍵是失效定時(shí)器時(shí)間長(zhǎng)度的設(shè)置。假定連續(xù)5個(gè)最大包的時(shí)間內(nèi)收不到正常包，判定為信道失效。2021-12-27485.5.6 信道切換

16、（1）發(fā)現(xiàn)正在工作的信道突然失效，將應(yīng)分配給它的負(fù)載轉(zhuǎn)分配給其他正常信道，叫信道的切出；（2）發(fā)現(xiàn)失效信道已經(jīng)恢復(fù)，要將其重新投入使用，叫信道的切入。2021-12-27495.5.6 信道切換將層次網(wǎng)絡(luò)的物理信道管理方法用于信道切換。只要把失效物理信道對(duì)應(yīng)的Hash表項(xiàng)中的信道標(biāo)識(shí)改用其他正常信道的標(biāo)識(shí)，便實(shí)現(xiàn)了信道的切出；要將剛恢復(fù)正常的信道重新投入使用，只要把該物理信道對(duì)應(yīng)的Hash表項(xiàng)中的其他信道的標(biāo)識(shí)改回自己的信道標(biāo)識(shí)，實(shí)現(xiàn)了信道的切入。2021-12-27505.5.6 信道切換信道切換常見的方法是N+1備份法，即實(shí)際使用N條信道，另加一條平時(shí)不用的備用信道。層次網(wǎng)絡(luò)的邏輯信道包含

17、多條物理信道被看作一個(gè)整體加以管理，讓N條信道同時(shí)投入使用，互為備份，任一信道失效，將其切出。2021-12-27515.5.6 信道切換為了使信道的切入和切出，不影響已有的實(shí)時(shí)通信的質(zhì)量，可以用下列方法為實(shí)時(shí)通信分配信道資源?？捎糜趯?shí)時(shí)通信的容量為： 的取值考慮兩個(gè)因素： 一是為非實(shí)時(shí)的通信量保留一部分帶寬；二是出現(xiàn)實(shí)時(shí)通信峰值突發(fā)時(shí)，通信量不超過(guò))(maxCCCrtmaxCC 2021-12-27525.5.6 信道切換用于非實(shí)時(shí)通信的容量為：max)1 (CCCCCrtnrt2021-12-27535.5.6 信道切換對(duì)N條信道的容量只按N-1條信道的可用于實(shí)時(shí)通信的容量去分配。N-1

18、條信道中不能用于實(shí)時(shí)通信的部分以及另外一條信道的全部容量，均可用于非實(shí)時(shí)通信。任意物理信道失效時(shí)，其實(shí)時(shí)通信的負(fù)載被切換到其他N-1條信道，減少的只是用于非實(shí)時(shí)通信的帶寬。2021-12-27545.6 自愈方式比較路由恢復(fù)方式依賴重新生成路由、端到端的差錯(cuò)恢復(fù)方式實(shí)現(xiàn)自愈，需若干秒到分鐘級(jí)的恢復(fù)時(shí)間，不適用于提供實(shí)時(shí)的話音和視頻服務(wù)。2021-12-27555.6 自愈方式比較SDH方式能滿足自愈的要求，但信道利用率低，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備復(fù)雜，成本高，管理層次多，環(huán)狀布線及環(huán)間互連復(fù)雜、缺少靈活性。環(huán)中某段光纜過(guò)分長(zhǎng)時(shí)，自愈時(shí)間也會(huì)增加。出現(xiàn)兩個(gè)失效時(shí)，有可能使網(wǎng)絡(luò)變成兩個(gè)小環(huán)，失去連接性。2021-12-2756