基于SUPANET的故障恢復研究

摘要Internet是上一世紀七十年代以文本數(shù)據(jù)傳輸為主的應用背景下誕生的網(wǎng)絡，因此對正確性要求高，對實時性要求低。但隨著多媒體網(wǎng)絡應用數(shù)據(jù)流在Internet中的增加，使得Internet的“盡其所能”的服務難以滿足新數(shù)據(jù)流的服務質(zhì)量的需求，成為Internet面臨的一大挑戰(zhàn)。雖然Internet學界試圖通過在IP層上增加服務質(zhì)量保障技術(shù)，如資源預留協(xié)議、集成服務、區(qū)分服務，來改進Internet的服務質(zhì)量。但現(xiàn)有的Internet的三層數(shù)據(jù)傳輸平臺用戶數(shù)據(jù)傳輸效率低，實施服務質(zhì)量控制困難。針對現(xiàn)有網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)在服務質(zhì)量保障方面存在的不足,四川省網(wǎng)絡通信技術(shù)重點實驗室提出了“單物理層用戶數(shù)據(jù)傳輸與交換平臺體系結(jié)構(gòu)”(SUPA–SinglePhysicallayerUser-datatransfer&switchingPlatformArchitecture)網(wǎng)絡（SUPANET）。SUPA利用帶外信令控制思想將用戶數(shù)據(jù)傳輸平臺（U平臺）與信控、管理平臺（S&M平臺）相分離，而利用面向以太網(wǎng)的物理幀時槽交換（EPFTS–Ethernet-orientedPhysicalFrameTimeslotSwitching）技術(shù)將用戶數(shù)據(jù)傳輸與交換平臺（U-platform）簡化為單物理層結(jié)構(gòu)，將服務質(zhì)量保障機制嵌入該平臺之中，直接保障用戶數(shù)據(jù)交換的服務質(zhì)量。SUPA在信控、管理平臺支持服務質(zhì)量協(xié)商、最少跳數(shù)（hop）的基于服務質(zhì)量的波長路徑選擇(ShortestPath-LambdaQoSRouting,SP-LQR)、呼叫入網(wǎng)控制（CAC）一系列服務質(zhì)量保障措施和策略，與用戶平臺的內(nèi)嵌的服務質(zhì)量保障機制，共同實現(xiàn)了SUPANET的服務質(zhì)量保障。因為網(wǎng)絡中的資源可能出現(xiàn)故障，所以為提高網(wǎng)絡的可靠性SUPANET需要提供故障恢復能力。SUPANET的故障恢復機制是采用保護切換的方法，保護切換是一種可以在虛通路上的虛線路或節(jié)點出現(xiàn)故障時，使其上傳輸?shù)臉I(yè)務流經(jīng)過很小的中斷后能快速的從故障中得到恢復的方法。在保護切換中，備份虛通路是故障發(fā)生之前預先建立的，當虛通路出現(xiàn)故障時，數(shù)據(jù)會被在切換點從失效了的虛通路切換到備份的虛通路上。SUPANET中基本的保護切換有四個步驟。首先，備份的虛通路必須在故障發(fā)生前事先建立。第二，SUPANET需要對故障進行檢測。第三，檢測到故障的節(jié)點必須向切換節(jié)點通知故障信息。第四，切換節(jié)點將業(yè)務流轉(zhuǎn)發(fā)到備份虛通路上而不是原本的虛通路。在進行理論研究的同時，本文利用OPNET網(wǎng)絡仿真軟件對受保護的虛通路中的業(yè)務流進行了保護切換的仿真實驗。建立了一個簡化的SUPA網(wǎng)絡模型，對切換處理過程中的數(shù)據(jù)丟失進行了仿真統(tǒng)計，仿真結(jié)果基本符合保護切換的特征，驗證了保護方法的可行性。關鍵詞：SUPA；服務質(zhì)量；故障恢復；保護切換；虛通路；OPNETAbstractInternetwasdevelopedfortext-orientednetworkapplicationsinthe1970s,anditrequestscorrectnessofcontestwithoutreal-timerequirement.ButwithincreaseofmultimediaapplicationtrafficinInternet,the“besteffort”serviceprovidedbyInternetdoesnotabletosatisfyusers’differentQoSrequirementsandbecomeoneofchallengestoInternet.AlthoughtheInternetcommunitattemptstoimprovethetechnologyintheIPleveltoimprovethequalityofservice,theyareRSVP、IntegratedService、DifferentiatedServiceandetc.Butthelowefficiencyoftheexisting3-layersuser-dataswitchingplatformisdifficulttoinsuretheQoSoftheservice.Tosolvetheseproblems,SichuanNetworkCommunicationTechnologyKeyLaboratory,SouthwestJiaotongUniversityhasdefinedanewnetworkarchitecturecalledSUPA(SinglephysicallayerUser-datatransfer&switchingPlatformArchitecture).TheSUPAsimplifiesUser-datatransfer&switchingplatform(U-platform)intoasinglephysicallayerplatformbyadoptingtheout-bandsignalingconcept.ThekeytechniqueenablingthesingleU-platformiscalledEPFTS(Ethernet-orientedPhysicalFrameTimeslotSwitching),andguaranteetheQoSofthedata.SUPAhasdefinedasetofmechanismsbothintheS&M-platformandU-platform.InS&M-platformtheyareQoSNegotiationProtocol(QoSNP),QoS-basedlambdaRoutingInformationProtocol(λQoSRIP),TrafficMonitoring&ExchangeProtocol(TMEP),CallAdmissionControl(CAC),andtogetherwiththemechanisminU-platformtheyguaranteetheQoSofSUPANET(networksupportsSUPA).AnimportantcomponentofprovidingQoS,istheabilitytodosoreliabilityandefficiency.TomakeSUPANETreliablethereisneedforfailurerecoverymecasimsinSUPANET.ThefailurerecoverymecasiminSUPANETisProtectionSwitching,whichisamethodofensuringrecoveryfromlinkornodefailurewithoutdisruptiontothedatatraffic.InProtectionSwitching,thebackupVPispre-provisioned,whentheprimarypathisfailed,datatrafficeisswitchedfromthefailedVPtoabackupVP.Thebasicprotectionswitchingconsistsoffoursteps.First,backupVPmustbeestablished.Second,theSUPANETmustbeabletodetectthefailure.Third,nodesthatdetectthefailuremustnotifyswitchingnodeintheSUPANETofthefailure.Forth,insteadofsendingtrafficontheprimaryVPswitchingnodemustsendtrafficonthebackupVPinstead.OPNETisusedtosimulatetheprotectioninSUPANETtovalidateitsavailabilityandefficiencybyconstitutingasimplifiedSUPAnetworktopologystructurewhiledoingfundamentalresearch.TherelevantsimulationresultsindicatethevalidityofprotectioninSUPAnetworkswhichbasicallycomplieswiththefeatureofrestorationprocedure.KeyWords:SUPA;qualityofservice;faultrestoration;protectionswitching;VP:virtualpath;SimulationtoolOPNET;目錄第1章緒論 11.1本課題的研究的背景 11.1.1三網(wǎng)合一的大趨勢 11.1.2現(xiàn)有網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)存在的問題 21.2SUPA的提出 41.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與本課題的研究意義 51.4本論文的組織安排 6第2章SUPA技術(shù)框架 72.1基本術(shù)語 72.2帶外信令控制技術(shù) 82.3SUPA的協(xié)議層次模型和接口 82.4SUPA基本工作過程 112.5“面向以太網(wǎng)幀時槽交換”（EPFTS）技術(shù) 12第3章網(wǎng)絡故障恢復的層次考慮 163.1網(wǎng)絡故障恢復的概述 163.1.1網(wǎng)絡中可能出現(xiàn)的各種故障 163.1.2不同業(yè)務對故障恢復的不同要求 173.1.3網(wǎng)絡故障恢復的目標 173.2現(xiàn)有網(wǎng)絡中的各種故障恢復方法 183.2.1DWDM層故障恢復技術(shù) 183.2.2IP層故障恢復技術(shù) 213.2.3MPLS故障恢復技術(shù) 223.2.4SDH故障恢復技術(shù) 233.2.5ATM故障恢復技術(shù) 243.3故障恢復的層次考慮 25第4章SUPANET的故障恢復 274.1SUPANET故障恢復技術(shù)分析 274.1.1SUPANET故障恢復的必要性 274.1.2SUPANET故障恢復思想概述 274.1.3SUPANET保護切換方法的分類 304.1.3SUPANET故障恢復基本過程 324.2QoSNP介紹 344.2.1QoSNP概述 344.2.2QoSNP的基本工作原理 354.3QoSNP用于虛通路保護的擴展 364.3.1恢復參數(shù) 364.3.2記錄路徑參數(shù) 374.3.3備份路徑參數(shù) 384.4虛通路的建立 394.4.1普通虛通路的建立過程 394.4.2受保護的主虛通路的建立 414.4.3路徑保護方法中備份虛通路的建立 414.4.4局部保護中備份虛通路的建立 434.4.5備份虛通路與主虛通路的綁定 444.5虛通路失效的檢測 464.6用戶數(shù)據(jù)平臺的轉(zhuǎn)發(fā) 474.7切換后主虛通路的維護 504.7.1場景描述 504.7.2工作過程 504.7.3原虛通路資源的釋放 51第5章SUPANET故障恢復仿真 535.1OPNET仿真平臺 535.1.1OPNET的概述 535.1.2OPNET的特點 535.1.3OPNET的建模過程 545.2模型仿真及結(jié)果分析 555.2.1仿真的網(wǎng)絡場景 555.2.2仿真的數(shù)據(jù)走向 565.2.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析 58結(jié)論及展望 60致謝 62參考文獻 63攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文 67第1章緒論1.1本課題的研究的背景本課題的研究大背景是四川省網(wǎng)絡通信技術(shù)重點實驗室關于下一代Internet體系結(jié)構(gòu)的研究工作。通信技術(shù)高速化和網(wǎng)絡應用數(shù)據(jù)的多媒體化傳輸使傳統(tǒng)的Internet技術(shù)難以滿足實時音、視頻數(shù)據(jù)的傳輸服務質(zhì)量需求和網(wǎng)絡高速化的要求。因此，實驗室提出了單物理層用戶數(shù)據(jù)傳輸與交換平臺體系結(jié)構(gòu)（SUPA–SinglephysicallayerUser-datatransfer&switchingPlatformArchitecture）[1-6]。SUPA利用帶外信令控制思想將用戶數(shù)據(jù)傳輸平臺（U平臺）與信控、管理平臺（S&M平臺）相分離，進而將U平臺簡化為單物理層平臺，將服務質(zhì)量保障機制嵌入該平臺之中，直接保障用戶數(shù)據(jù)交換的服務質(zhì)量。在信控、管理平臺支持服務質(zhì)量協(xié)商、最少跳數(shù)（hop）的基于服務質(zhì)量的波長路徑選擇(ShortestPath-LambdaQoSRouting,SP-LQR)、呼叫入網(wǎng)控制（CAC）一系列服務質(zhì)量保障措施和策略，與用戶平臺的內(nèi)嵌的服務質(zhì)量保障機制，共同實現(xiàn)單數(shù)據(jù)流和多數(shù)據(jù)流類服務質(zhì)量保障。基于網(wǎng)絡中的任何資源都有可能發(fā)生故障這一狀況，為保障用戶業(yè)務的服務質(zhì)量，網(wǎng)絡必須具備從故障中快速恢復的能力，使業(yè)務盡量不受網(wǎng)絡故障的影響。這就是本論文的研究對象——基于SUPANET的故障恢復研究。1.1.1三網(wǎng)合一的大趨勢光通信技術(shù)的快速發(fā)展特別是DWDM技術(shù)將單根光纖的傳輸速率提高到40/80Gbps,即將隨著達到160Gbps，從而使單根光纖的傳輸能力達到Tbps數(shù)量級，相當于大、中城市電話網(wǎng)、有線電視網(wǎng)和計算機網(wǎng)絡的干線總吞吐率。這一傳輸能力意味著在單根光纖上能夠同時傳輸15,625,000路未壓縮的普通話路(64Kbps/每路)，或者同時傳輸7,142套未壓縮有線電視節(jié)目(140Mbps/每套)，或者同時傳輸1000套未壓縮的高清晰度電視節(jié)目(1.04Gbps/每套)。換言之，光纖通信技術(shù)已經(jīng)能夠支持大中城市綜合數(shù)字業(yè)務網(wǎng)絡信息傳輸?shù)男枰绻嬎銠C網(wǎng)絡技術(shù)能夠適應DWDM高速傳輸能力的需要，將有可能將傳統(tǒng)的有線電視網(wǎng)絡、電話交換網(wǎng)絡和計算機網(wǎng)絡3個獨立的網(wǎng)絡合并為一個分組化、數(shù)字化的綜合業(yè)務網(wǎng)絡[6-8]。1.1.2現(xiàn)有網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)存在的問題1、因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)不適應綜合業(yè)務數(shù)據(jù)網(wǎng)的需求Internet是上一世紀七十年代發(fā)展起來的網(wǎng)絡技術(shù)，當初設計的目的以傳輸文本數(shù)據(jù)為主，因此對正確性要求高，但實時性要求低。而當時的低通信線路速率（Kbps-Mbps）雖然能夠滿足其要求，但誤碼率高（10-5~10-6），必須在網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)中設置數(shù)據(jù)鏈路層通過分幀和檢錯重傳來提高傳輸?shù)恼_性。因為Internet提供是一種“盡其所能”的服務（BestEffortService），而且Internet的網(wǎng)絡層采用無連接的IP協(xié)議,所以可能造成報文丟失和錯序。因此，只能通過TCP進行端到端重新排序和檢錯重傳來提高數(shù)據(jù)的正確性。對于文本數(shù)據(jù)傳輸，端到端重傳造成的傳輸時延是可以接受的技術(shù)；但是，當多媒體數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡應用中比重逐漸增加時，由于其服務質(zhì)量的需要與文本數(shù)據(jù)正好相反(吞吐率、傳輸時延和時延抖動要求高，而少量數(shù)據(jù)丟失與誤碼影響相對較小)，因此，難以保障語音、視頻數(shù)據(jù)的服務質(zhì)量。目前國內(nèi)外對NGI的研究大都局限于用IPv6取代IPv4問題。但是，IPv6除了將地址長度改變?yōu)樵瓉淼?倍，解決了地址匱乏的問題和IP結(jié)構(gòu)有所簡化，對IP報頭進行了部分改進外，在體系結(jié)構(gòu)上沒有實質(zhì)性的變化。因此，以IPv6為基礎的Internet在服務質(zhì)量保障問題上與基于IPv4的Internet面對同樣的困難。2、綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)絡（B-ISDN）B-ISDN采用帶外信令控制（Out-bandSignaling）技術(shù)，將網(wǎng)絡層排除在用戶數(shù)據(jù)傳輸平臺之外，在數(shù)據(jù)鏈路層提供了以53字節(jié)固定長的信元（Cell）為基礎的數(shù)據(jù)復用與交換技術(shù)，為多媒體數(shù)據(jù)提供永久虛電路（PermanentVirtualCircuit,PVC）和交換虛電路（SwitchedVirtualCircuit,SVC）服務。B-ISDN存在問題包括：信控、管理平臺使用通信網(wǎng)絡中專用協(xié)議（如7號信令）為基礎的協(xié)議桟，在大型網(wǎng)絡上配置管理以及與Internet的互聯(lián)都極為復雜，較難被Internet界認同。ATM信元長度較短，其凈荷部分（Payload）僅48字節(jié)長（有效載荷率僅90％），與用戶網(wǎng)絡中使用最廣的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議（PPP,EthernetMAC）數(shù)據(jù)單元或網(wǎng)絡層的IP報文長度相比太短，需要進行分段和重組進行適配。ATM信元（53字節(jié)）與物理層SDH凈荷（261字節(jié)）之間接口也需要分段和重組。3.多協(xié)議標簽交換（MPLS）和通用多協(xié)議標簽交換（GMPLS）與B-ISDN類似，MPLS也采用帶外信令控制的思想。由于它將現(xiàn)有的Internet協(xié)議棧保留在信控、管理平臺上，并予以增強，從而保證能夠與現(xiàn)有Internet互聯(lián)互通。另一方面，MPLS并未定義任何數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，而試圖在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)鏈路層服務之上增加標簽交換子層，將用戶數(shù)據(jù)傳輸平臺變?yōu)橥ㄓ玫拿嫦蜻B接的兩層傳輸平臺。首先，它不必處理相對復雜的IP報頭（而代之以相對簡單的標簽），4/16字節(jié)的地址字段被20比特的標簽取代，可節(jié)省路徑表空間，其傳輸效率比三層的Internet高。其次，面向連接的服務更適應多媒體應用中流傳輸?shù)男枰?。應當指出：MPLS本身并未直接提供服務質(zhì)量保障的機制，而只是將標簽（Label）與它所依托的通信子網(wǎng)中的服務質(zhì)量保障機制，即所謂“前傳等價類”（ForwardEquivalenceClass,FEC）掛鉤。換言之，如果通信子網(wǎng)中具有提供服務質(zhì)量保障的能力，MPLS即能夠提供服務質(zhì)量保障，反之，在服務質(zhì)量的保障方面MPLS并未增加任何新功能。事實上，目前的MPLS主要依托ATM信元子層或幀中繼子網(wǎng)，由于該兩類網(wǎng)絡本身提供了較好的服務質(zhì)量保障機制，因此服務質(zhì)量保障問題較容易得到解決；當數(shù)據(jù)鏈路層為無連接MAC或共享同一連接的PPP時，由于他們僅提供無連接或共享同一連接的服務，很難將標簽連接與數(shù)據(jù)鏈路層服務掛鉤，因此對標簽子層的支持則較弱，服務質(zhì)量較難得到保障。GMPLS進一步將MPLS推廣為包括光纖交換、波長交換、時槽交換和分組/幀交換在內(nèi)的各種物理層通信子網(wǎng)的通用子層，由于上述網(wǎng)絡提供的服務質(zhì)量的離散性，在混合網(wǎng)絡環(huán)境下利用標簽交換為不同用戶提供不同的服務質(zhì)量就更為困難，對不同網(wǎng)絡的管理問題也更為復雜。極端情況如波長/光纖交換，標簽維系的前傳等價類（FEC）只能代表波長/光纖傳輸總能力中“假想”的部分傳輸能力，因此，當GMPLS跨越多種通信子網(wǎng)時，通路上服務質(zhì)量的差異使端到端的服務質(zhì)量的難以得到保障。因此，目前關于MPLS和GMPLS交換技術(shù)，并沒有真正解決好服務質(zhì)量保障問題。1.2SUPA的提出上一節(jié)討論了目前主要的一些網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的特點和其所存在的問題。進一步分析表明：服務質(zhì)量實質(zhì)上最終表現(xiàn)為物理層傳輸質(zhì)量參數(shù)，如吞吐速率(Throughput)、傳輸時延(TransitDelay)、傳輸時延抖動(Jitter)等，采用MPLS即使數(shù)據(jù)鏈路層能很好地支持服務質(zhì)量保障（如：ATM信元服務），如果物理層缺少相應的支持，但也很難確保用戶數(shù)據(jù)的服務質(zhì)量。因此，即使是采用ATM信元交換或幀中繼(FR)數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)，如果物理層采用TDM（如SDH/PDH）技術(shù)，只要數(shù)據(jù)鏈路層能夠為一條虛連接分配足夠的時槽（Timeslot），用戶數(shù)據(jù)流要求的數(shù)據(jù)吞吐率完全可以得到保障；反之，如果物理層不具備支持服務質(zhì)量保障的機制，即使是ATM或FR也難以保障應用數(shù)據(jù)流要求的服務質(zhì)量。換言之，能否提供良好的服務質(zhì)量保障，問題的關鍵還在于物理層?；谏鲜龇治?，針對三網(wǎng)合一的發(fā)展趨勢和現(xiàn)有網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)不能滿足三網(wǎng)合一的網(wǎng)絡的高速傳輸、交換和服務質(zhì)量保證的現(xiàn)狀，實驗室提出了單物理層用戶數(shù)據(jù)傳輸與交換平臺體系結(jié)構(gòu)（SUPA–SinglephysicallayerUser-datatransfer&switchingPlatformArchitecture）。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與本課題的研究意義網(wǎng)絡故障可能是鏈路故障（如光纖斷裂等）或者節(jié)點故障（如路由器硬件或軟件上的故障等）是任何一個網(wǎng)絡都必須面對的現(xiàn)實。然而這在過去僅僅意味著確保在一個故障之后中重建網(wǎng)絡的連通性，但在當前的網(wǎng)絡中則意味著，不但要重建網(wǎng)絡的連通性，還要滿足一定的約束性和性能水平，以便不影響到業(yè)務流的服務質(zhì)量[9]。將目前的網(wǎng)絡按層次來分析，不同的層次采取著各自不同的故障恢復技術(shù)。光（DWDM）層現(xiàn)在已經(jīng)有能力提供動態(tài)的環(huán)或Mesh的重建功能。利用自動保護切換（APS），以及自愈環(huán)和Mesh重建體系結(jié)構(gòu)，可以給同步數(shù)字層（SDH）提供生存性能力。SDH層的生存性機制主要包括自動保護倒換機制和自愈環(huán)。ATM網(wǎng)絡的自愈以VP為基礎，目前受到廣泛重視的是備份VP自愈算法。采用IP的動態(tài)路由協(xié)議可以動態(tài)地發(fā)現(xiàn)可連接的處于工作狀態(tài)的路由器，使得IP路由可以對網(wǎng)絡的故障自適應。然而，IP層的路由重建發(fā)生在一個路由收斂周期之后，可能需要幾秒鐘或幾分鐘來完成?；贛PLS的生存性策略是指快速并完全地重建MPLS網(wǎng)絡中受故障影響的流量。故障可能是由IP層或者傳輸IP流量的低層檢測到的。通過在分組頭上追加一個標簽棧，可以建立一系列標簽交換路徑（LSP），利用LSP作為保護路徑，可以實現(xiàn)業(yè)務的保護或恢復（重路由）。而在SUPANET中，可能某些原因?qū)е履程撏窡o效，從而影響到此虛通路上業(yè)務流的服務質(zhì)量。這些故障可能是DWDM恢復機制無法解決的高層故障，因此研究基于虛通路的故障恢復技術(shù)能為SUPANET中業(yè)務流提供更細粒度保護，同時可以加速故障恢復速度。1.4本論文的組織安排本文主要是對單物理層用戶數(shù)據(jù)傳輸平臺體系結(jié)構(gòu)的故障恢復的研究。針對SUPAET中實時性要求高的業(yè)務流，分析可能的各種保障業(yè)務流服務質(zhì)量的故障恢復機制。提出了基于虛通路保護的故障恢復方式，并以故障恢復的處理過程為順序詳細分析和描述了故障恢復各個階段的處理過程。第二章主要介紹了單物理層用戶數(shù)據(jù)傳輸平臺體系結(jié)構(gòu)SUPA，分別對SUPA的協(xié)議層次模型、工作過程、接口以及“面向以太網(wǎng)幀時槽交換”（EPFTS）技術(shù)進行了說明。第三章歸納了現(xiàn)在網(wǎng)絡故障恢復的研究現(xiàn)狀，分析了現(xiàn)有故障恢復技術(shù)的特點和其所存在的問題，為SUPANET故障恢復的研究提供了參考作用和借鑒價值。第四章是論文的核心章節(jié)，首先分析了當SUPANET中出現(xiàn)故障時，而可能采取的各種方法的比較。通過分析，為保障SUPANET中較重要的業(yè)務流不受可能網(wǎng)絡故障的影響，采用了基于虛通路保護的方法。然后針對虛通路保護方法的整個過程和各個階段進行詳細的分析和描述。第五章中，介紹了本文作者進行SUPANET中故障恢復研究在OPNETModeler平臺上的設計和仿真。最后是全文總結(jié)。第2章SUPA技術(shù)框架在第一章中對現(xiàn)有網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)不能滿足三網(wǎng)合一需求的分析和SUPA網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的提出的基礎上，本章從分析帶外信令控制技術(shù)入手，詳細說明了單物理層用戶數(shù)據(jù)傳輸平面體系結(jié)構(gòu)SUPA的協(xié)議層次模型、接口和工作模式。2.1基本術(shù)語下面是SUPA體系結(jié)構(gòu)中的基本術(shù)語：SUPA：單物理層用戶數(shù)據(jù)傳輸與交換平臺體系結(jié)（SinglephysicallayerUUser-datatransfer&switchingPlatformArchitecture）。SUPANET：采用SUPA體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡被稱為SUPANET。EPFTS：面向以太網(wǎng)的物理幀時槽交換（EPFTS–Ethernet-orientedPhysicalFrameTimeslotSwitching）。HFS：半步超前交換（HFS–Half-stepForwardSwitching），為了進一步改善SUPANET中的“面向以太網(wǎng)的物理幀時槽交換”（EPFTS）技術(shù)的單物理層用戶數(shù)據(jù)傳輸與交換平臺的服務質(zhì)量保障措施而提出的新思想。QoSNP：服務質(zhì)量協(xié)商協(xié)議（QoSNegotiationProtocol），SUPA的信控管理平臺一種信令協(xié)議，用于在SUPA域內(nèi)進行虛通路的建立和服務質(zhì)量的協(xié)商。VL：虛線路（VirtualLine），一條虛通路上兩個交換節(jié)點之間的連接。VLI：虛線路標識（VirtualLineIndex）用于標識虛線路。VP：虛通路（VirtualPath）由若干個相鄰虛線路連接而成，可以為端到端的虛通路，也可以為節(jié)點到節(jié)點的虛通路。2.2帶外信令控制技術(shù)信令技術(shù)包括兩種，即帶內(nèi)（in-band）和帶外（out-band）技術(shù)。帶內(nèi)信令是指控制平面與數(shù)據(jù)平面共享同一物理媒質(zhì)，例如利用SDH復用段或再生段的DCC通道，或者使用一個特定的波長通道作為控制平面的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡。帶內(nèi)信令的優(yōu)點是節(jié)省數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡投資，但是控制平面的風險與數(shù)據(jù)平面一樣，安全性和可靠性較差[10,11]。帶外信令，即控制平面和數(shù)據(jù)平面不在同一物理媒質(zhì)。由于帶外信令其采用獨立于用戶信息通路的信令通路，具有信令傳遞速度快，可靠性高，保證安全性，便于提供多種補充業(yè)務及某些特殊功能（如支持智能網(wǎng)，網(wǎng)絡管理應用）等特點，正被廣泛使用。SUPA是采用帶外信令的方式。一般可以將SUPANET分成用戶數(shù)據(jù)平臺和信控管理平臺。其中信控管理平臺主要包括管理平臺支持服務質(zhì)量協(xié)商、最少跳數(shù)（hop）的基于服務質(zhì)量的波長路徑選擇(ShortestPath-LambdaQoSRouting,SP-LQR)、呼叫入網(wǎng)控制（CAC）一系列服務質(zhì)量保障措施和策略。用戶傳輸平臺是只有物理層的單層平臺，負責用戶數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)[2-5]。2.3SUPA的協(xié)議層次模型和接口SUPA體系結(jié)構(gòu)利用帶外信令控制技術(shù)，將網(wǎng)絡的通信子網(wǎng)的用戶平面由傳統(tǒng)的3層傳輸平臺進一步簡化為只有物理層的單層平面。因為在SUPA體系結(jié)構(gòu)中物理層通信技術(shù)具備粒度可伸縮的向下復用的機制，能夠根據(jù)用戶的需求分別對實時性要求高的數(shù)據(jù)流傳輸提供可保證的服務質(zhì)量，而對實時性要求相對較低的數(shù)據(jù)傳輸提供用戶可接受但不一定任何時候都能夠得到保證的服務質(zhì)量，從而解決現(xiàn)有網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)中無法保證服務質(zhì)量的難題。要實現(xiàn)該體系結(jié)構(gòu)必須在物理層實現(xiàn)對用戶數(shù)據(jù)的高速交換和為不同的網(wǎng)絡應用提供服務質(zhì)量保障提供必要的支撐機制。SUPA的體系結(jié)構(gòu)是對原有通信子網(wǎng)的3層傳輸平臺的簡化，但信控平面和管理平面保留了原有的協(xié)議，這樣有利于與Internet的互連，也保護了以往的眾多投資。采用SUPA體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡被稱為SUPANET，這里引用文獻[8]。SUPANET可以工作于兩種模式：缺省Internet模式和SUPA模式。缺省模式與現(xiàn)有的Internet工作過程完全相同，無需做進一步說明。圖2-1為工作于SUPA模式下SUPANET域內(nèi)的接口與協(xié)議層次結(jié)構(gòu)示意圖。圖2-1為SUPANET域內(nèi)協(xié)議層次結(jié)構(gòu)及與外部互聯(lián)的示意圖。SUPANET體系結(jié)構(gòu)同時支持帶內(nèi)/外信令控制技術(shù)，圖2-1中上半部分表示SUPANET與傳統(tǒng)Internet互聯(lián)（實際上應與傳統(tǒng)的Internet網(wǎng)、電話網(wǎng)和有線電視網(wǎng)互聯(lián)）和與支持SUPANET結(jié)構(gòu)的增強型用戶之間互聯(lián)時所涉及的協(xié)議層次結(jié)構(gòu)。當與傳統(tǒng)的Internet用戶機或路由器互聯(lián)時，系統(tǒng)將工作于帶內(nèi)信令控制模式。在此模式下，SUPANET專用協(xié)議（服務質(zhì)量協(xié)商協(xié)議QoSNP（QoSNegotiationProtocol）、入網(wǎng)控制協(xié)議ACP和流量監(jiān)控與信息交換協(xié)議TMEP）將不對相應的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生作用，此時，與傳統(tǒng)的Internet工作過程一樣，用戶數(shù)據(jù)、信令和管理信息都在同一傳輸平臺上進行。當與支持SUPANET的增強型系統(tǒng)互聯(lián)時，系統(tǒng)將工作于帶外信令工作模式。在此模式下，上述3種專用協(xié)議將作為信令控制和管理平面內(nèi)的專用協(xié)議，分別完成服務質(zhì)量協(xié)商、入網(wǎng)控制和流量監(jiān)控信息交換任務，以確保對用戶數(shù)據(jù)流提供的傳輸服務質(zhì)量。Internet的路徑協(xié)議（RIP、OSPF、BGP等）和簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議SNMP將以傳統(tǒng)方式工作，QoSNP協(xié)議將在連接建立過程中充分利用相關的路徑信息。在此種模式下，信令控制平面通過服務質(zhì)量的協(xié)商確定一對用戶之間的連接能否建立，并對成功建立連接的數(shù)據(jù)流建立虛通路（VP，VirtualPath）[11]。圖2－1SUPA模式下SUPA管理域內(nèi)的接口及協(xié)議層次結(jié)構(gòu)圖2－1SUPA模式下SUPA管理域內(nèi)的接口及協(xié)議層次結(jié)構(gòu)RIP(notforhosts)QoSNPOSPF(notforhosts)TMEPBGP(notforhosts)ACPTCP/UDPIPEthernetMACEthernetPhysicallayerDWDM(可選)SUPA-HostUser-DataEPFSSNMPRIPQoSNPOSPFTMEPBGPACPUDPIPEthernetMACEthernetPhysicallayerDWDMSNMPRIPQoSNPOSPFTMEPBGPACPUDPIPEthernetMACEthernetPhysicallayerDWDMRoutingEPFSDWDMEPFSDWDMPFTSExchangeofroutingandtrafficinformationDifferentlambdainthesamefiberDifferentlambdainthesamefiberUNISMUNIUDNNIUDNNISMSUPA-End-System:SUPA-hostorhalfgatewaySUPA-RoutersLayersofS&M(Signaling&Managing)PlatforminSUPAdomainLayersofU-platforminSUPA-End-systemLayeredstructureoftheU-platforminSUPAdomain.LayersofS&M-PlatforminUPA-end-SystemEthernetMACDWDMInternetUser-datafromanotherhalfofSUPA-gateway圖2-1中的用戶系統(tǒng)代表支持SUPANET的計算機系統(tǒng)或與SUPANET互聯(lián)的接口部分。圖2-1的上半部分表示用戶系統(tǒng)和SUPANET節(jié)點的信令控制與管理平面（S&Mplatform）中的協(xié)議層次結(jié)構(gòu)，以及在用戶-網(wǎng)絡接口（UNI，User-NetworkInterface）和網(wǎng)絡-網(wǎng)絡接口（NNI，Network-NetworkInterface）上的信息管理接口（UNISM和NNISM）。圖2-1的下半部分分別為支持SUPANET結(jié)構(gòu)的用戶系統(tǒng)和SUPANET節(jié)點的用戶數(shù)據(jù)傳輸平面的協(xié)議層次結(jié)構(gòu)和接口關系。在SUPANET域內(nèi)，用戶數(shù)據(jù)傳輸平面被簡化為單物理層，分為兩個子層：“面向以太網(wǎng)物理幀子層”（EPFS，Ethernet-orientPhysicalFrameSub-layer）和DWDM子層，SUPA節(jié)點利用“面向以太網(wǎng)物理幀時槽交換”技術(shù)（EPFTS–PhysicalFrameTimeslotSwitching）實現(xiàn)在多個端口間數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)接[11]。工作于SUPA模式下的SUPA端系統(tǒng)既可能是支持SUPA的計算機系統(tǒng)，也可能是SUPA域與傳統(tǒng)Internet設備互聯(lián)網(wǎng)關中支持SUPA接口協(xié)議的軟硬部件。這類網(wǎng)關能夠為傳統(tǒng)Internet設備之間借用SUPANET實現(xiàn)互聯(lián)提供一種高效的“渡船服務”（又稱“裝載服務”或“隧道服務”）。在這種情況下，由于用戶數(shù)據(jù)的傳輸是在高速、高效的物理層EPFS（EPFS–Ethernet-orientPhysicalFrameSub-layer）平臺（圖2-1中的EPFS子層）上進行的，對傳統(tǒng)的Internet設備來講，SUPANET相當于不可見高效傳輸“管道”，因此，其互聯(lián)效果就像Internet設備直接互聯(lián)一樣。SUPA中間系統(tǒng)是SUPA域中的節(jié)點設備，SUPA中間系統(tǒng)間的互聯(lián)將通過“網(wǎng)絡－網(wǎng)絡接口”（NNI）來完成；而與SUPA端系統(tǒng)互聯(lián)時，則通過“用戶－網(wǎng)絡接口”（UNI）來完成。SUPANET設備也可以工作于缺省Internet模式，此時，接口將按帶內(nèi)信令方式工作。換言之，UNI或NNI的信控管理接口與用戶數(shù)據(jù)傳輸用接口將合并為一個接口。此時，圖2-1中下半部分不再參與數(shù)據(jù)的交換，因此；上半部的SUPA專用協(xié)議（QoSNP、TMEP等）將處于不活動狀態(tài)，所提供的服務也就退化為傳統(tǒng)的Internet服務。為了使SUPA節(jié)點能自動識別用戶希望使用的服務，IP報頭中的特殊字段來標識（IPv4的TOS和IPv6中的TrafficClass）。2.4SUPA基本工作過程SUPANET為用戶提供永久虛通路（PVP，PermanentVirtualPath）和交換虛通路（SVP，SwitchVirtualPath）服務，SVP的工作過程可以分為3個階段，即通路建立階段、數(shù)據(jù)傳輸階段和通路拆除階段。在通路建立階段，用戶系統(tǒng)與SUPANET節(jié)點之間通過服務質(zhì)量協(xié)商協(xié)議（QoSNP），沿著Internet路徑信息交換協(xié)議（RIP、OSPF、BGP等）產(chǎn)生的路徑交換表（RoutingTable）確定的路徑逐級協(xié)商能否提供用戶請求的服務質(zhì)量，直到另一端的用戶。應當指出：由于DWDM端口存在多個波長，因此一條虛線路（VL，VirtualLine）實際使用哪一個波長仍然需要根據(jù)各波長上的負荷進一步選擇。數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，任一方都可用連接結(jié)束協(xié)議（CEP，ConnectionEndingProtocol）來結(jié)束虛通路上的通信。CEP是邊界路由器/交換機的用戶－網(wǎng)絡接口（UNI）上的局部協(xié)議。CEP支持協(xié)商確認拆除通路和單方面拆除通路兩種模式，究竟采用哪種模式，在協(xié)商階段確定。前一種模式的運作過程如下：由請求結(jié)束通信一方發(fā)出CEP請求，在得到對方確認后，入口的邊界路由器將繼續(xù)向前進方向發(fā)送一個結(jié)束位（E-bit,Ending-bit）置“1”的EPF，收到該幀的節(jié)點將把該連接上的資源回歸系統(tǒng)，直到另一端的邊界路由器。在后一種模式下，任何一方可以利用E-bit直接拆除通路。CEP可以利用UDP/TCP來結(jié)束虛通路。一對用戶之間兩個方向上虛通路的拆除過程將分別進行。圖2-1中的UNI和NNI分別代表SUPANET的邊界路由器/交換機與用戶之間和SUPANET內(nèi)部節(jié)點（SUPA路由器）間的接口，在信令控制、管理平面的UNI/NNI接口被分別標注為UNISM和NNISM；而用戶數(shù)據(jù)平面的接口被分別標注為UNIUD和NNIUD。2.5“面向以太網(wǎng)幀時槽交換”（EPFTS）技術(shù)“面向以太網(wǎng)的物理幀時槽交換技術(shù)”(EPFTS)[6,11]是針對多層U平臺網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)較難解決服務質(zhì)量保障問題而提出的。EPFTS是將用戶數(shù)據(jù)傳輸平臺簡化為基于DWDM的單物理層傳輸平臺和能夠保證實時性要求高的數(shù)據(jù)流傳輸服務質(zhì)量的關鍵技術(shù)，是一個具有QoS保障機制、多粒度的物理層交換平臺[20]。SUPANET中，控制管理平臺在服務質(zhì)量協(xié)商并建立連接過程中，將在兩個EPFTS相鄰的交換節(jié)點間的指定一個唯一的虛線路標識符（VLI，VirtualLineIdentifier）。一對EPFTS邊界路由器（或支持EPFTS的端系統(tǒng)）之間需要形成兩條服務質(zhì)量相同或不同的單向傳輸虛通路；每條虛通路將由該通路上的多個虛線路標識符來共同來標識，這里我們把在同一條虛通路上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)稱為流(flow)。EPFTS域外的以太網(wǎng)MAC幀的地址及應用數(shù)據(jù)流的標識符將保存在EPFTS域的邊界路由器之中，并在相關應用數(shù)據(jù)流與EPFTS虛通路之間建立綁定關系，留待EPFTS與域外的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換時使用。進入數(shù)據(jù)傳輸階段后，EPFTS節(jié)點將使用輸入端口的VLI來識別一條虛線路上的EPF，并以此作為查詢前傳端口的索引符。應當指出：EPF是指用戶數(shù)據(jù)載體本身，具有協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)的特征，因而必須定義其格式；而面向太網(wǎng)物理幀時槽(EPFT，Ethernet-orientPhysicalFrameTimeslot)則是對EPF傳輸時間基本單元的稱呼，因此不再討論其格式。當用戶數(shù)據(jù)長度不足最大MAC幀長發(fā)送時，需要在有效用戶數(shù)據(jù)后面進行填充。填充字符選擇有利于在光纖上傳輸?shù)木幋a，填充后不再重新計算幀長度和校驗字段，以保證在EPFTS域內(nèi)用戶數(shù)據(jù)的透明性和退出EPFTS域后能界定有效用戶數(shù)據(jù)長度。考慮到光纖通信技術(shù)誤碼率較低(10-12–10-11)，在EPFTS域內(nèi)不考慮進行逐節(jié)點校驗字段檢查，以提高節(jié)點交換速度；因此，校驗字段在EPFTS域內(nèi)透明傳輸。EPF的交換字段的格式如圖2-2所示：HFSfield6HFSfield6HFSfield5HFSfield4HFSfield3VLIHFSfield11byte1byteVLI(VirtualLineId)M-bit1NPNo1NλNo1ControlfieldReservedM-bit2NPNo2NλNo2M-bit5NPNo5NλNo5M-bit4NPNo4NλNo4M-bit3NPNo3NλNo316bytesHFSfield6M-bit6NPNo6NλNo6Firstblock(8bytes)Secondblock(8bytes)2bytes2bytes2bytes2bytes2bytes2bytes2bytes圖2-2EPF的交換字段的格式圖2-2中的M－bit字段為標記數(shù)據(jù)是組播數(shù)據(jù)包還是單播數(shù)據(jù)包，當M=1時，數(shù)據(jù)為組播數(shù)據(jù)包；當M＝0時，數(shù)據(jù)為單播數(shù)據(jù)包。NOPN（NextOutputPortNumber）和NOλN（NextOutputLambdaNumber）分別代表下一個節(jié)點的輸出端口號和輸出波長號，端口號和波長號這樣設置是為了實現(xiàn)半步超前交換（HFS，Half-stepFowrardSwitch）技術(shù)，由于每一個虛線路（VL，VirtualLine）的輸出端口號和輸出波長號在通路建立階段就已經(jīng)知道，因此這樣設置NOPN和NOλN是可行的。HFS的優(yōu)點在于一旦EPF幀到達，就馬上進行調(diào)度和通過交換矩陣而不需要首先進行查表操作，當EPF幀的控制字段到達輸出端口，EPF的數(shù)據(jù)部分在通過交換矩陣的同時進行查表操作，這樣將傳統(tǒng)的查表、交換（指調(diào)度和通過交換矩陣）的“串行”操作，在一定程度上改為“并行”處理，從而降低時延和抖動。圖2-2中的虛線路標識符(VLI)用于在一對EPFTS節(jié)點之間的光纖上標識約2.62×105條虛線路。由于虛線路是基于單個波長進行劃分的，那么每波長可分配2.62×105條虛線。由于每個EPF為1546字節(jié)，以目前可預見的最高波長速率80Gbps計算，單波長上最多可容納6.54×106個EPF，約20個EPF可分配一個虛線路標識符，而對于高速數(shù)據(jù)流，一個虛線路內(nèi)可有數(shù)十甚至上百個EPF，因此，虛連接標識的范圍已經(jīng)夠用。（如果認為大多數(shù)的流（一個虛線路可以視為經(jīng)過該對交換節(jié)點的一個流）的帶寬要求小于20個幀/秒，我們可以適當增大VLI字段，目前我們定義VLI字段的大小為16個bit，即2byte）。圖2-2中的突發(fā)標志位(B-bit,Burstbit)是為了保證同一實時性數(shù)據(jù)流的虛線路中的突發(fā)數(shù)據(jù)的連續(xù)性和整體性而設置的。也正是由于存在著數(shù)據(jù)突發(fā)性，當某一瞬刻EPFTS節(jié)點的多個輸入端口的突發(fā)數(shù)據(jù)都指向同一輸出端口時，可能造成輸出隊列過長甚至輸出緩存溢出。圖2-2中的丟棄標志(D-bit，Discardbit)是為了出現(xiàn)緊急情況時，將部分對服務質(zhì)量要求較低的實時數(shù)據(jù)或可以通過重傳而恢復的非實時性數(shù)據(jù)丟棄而設置的?？蓙G棄幀可以根據(jù)優(yōu)先級別和結(jié)合應用數(shù)據(jù)性質(zhì)和協(xié)商的服務質(zhì)量確定。為了保障商定的服務質(zhì)量，單位時間內(nèi)允許丟棄的幀數(shù)是服務質(zhì)量協(xié)商中的參數(shù)之一，EPFTS節(jié)點將根據(jù)協(xié)商結(jié)果控制單位時間內(nèi)丟棄的幀數(shù)，以保證不會由于丟棄一定數(shù)量的EPF而降低服務質(zhì)量。圖2-2中設置的3比特優(yōu)先級別標志(PriorityBits)與以太網(wǎng)定義的8個優(yōu)先級別相適應。但是以太網(wǎng)的相關標準中并未定義如何使用優(yōu)先級別，而留待用戶處理，這可能造成用戶將各自的數(shù)據(jù)都設置為最高優(yōu)先級別的局面，而失去設置優(yōu)先級別的意義。在EPFTS中，優(yōu)先級別的設置將根據(jù)服務協(xié)商階段承諾的服務質(zhì)量，由EPFTS域內(nèi)的邊界路由器設置。圖2-2交換字段中最后一個比特稱為“結(jié)束標志位”(E-bit，Endingbit)用于結(jié)束虛通路使用。當通信雙方之一擬結(jié)束其發(fā)送數(shù)據(jù)過程時，將利用信控管理平臺內(nèi)的通路結(jié)束協(xié)議(CEP)與通信對方協(xié)商結(jié)束事宜。當對方同意結(jié)束該方向的數(shù)據(jù)傳輸時，發(fā)回確認消息，此后，連接結(jié)束發(fā)起方將發(fā)送連接結(jié)束執(zhí)行PDU，EPFTS域內(nèi)的入口邊界路由器將該PDU映射為E-bit置“1”的EPF，EPFTS域內(nèi)所有節(jié)點收到E-bit為“1”的EPF后，將繼續(xù)前傳該幀，同時將相關虛通路占用的系統(tǒng)資源歸還給系統(tǒng)。結(jié)束通信的過程通常僅涉及單個方向，但CEP協(xié)商過程中也可以雙向同時進行。應當指出：CEP協(xié)議也可以定義不經(jīng)過協(xié)商而直接拆除連接的方式，E-bit的使用取決于CEP。第3章網(wǎng)絡故障恢復的層次考慮網(wǎng)絡故障恢復功能是指在網(wǎng)絡出現(xiàn)故障時能從網(wǎng)絡的故障中迅速恢復，以保持服務的連貫性，而且還要保證當前業(yè)務流所要求的服務質(zhì)量[12]。本章首先闡述了網(wǎng)絡故障恢復的一些基本概念，然后從垂直網(wǎng)絡層次的角度出發(fā)，系統(tǒng)的分析了各層的故障恢復機制，包括DWDW層、ATM層、SDH層、MPLS層、IP層、TCP層等各層的故障恢復機制及相關的基本概念和研究現(xiàn)狀。最后討論了各層故障恢復的比較和協(xié)調(diào)。3.1網(wǎng)絡故障恢復的概述網(wǎng)絡上承載著大量的數(shù)據(jù)、語音、視頻等業(yè)務流，然而網(wǎng)絡的現(xiàn)狀并不那么盡如人意。網(wǎng)絡的傳輸線路可能會阻斷，路由器可能因為硬件或軟件的原因出故障。由于故障的不可避免性，因此無論從用戶的角度還是從運營商的角度，都迫切需要在網(wǎng)絡發(fā)生故障后能盡快地將受影響的業(yè)務恢復[29]?，F(xiàn)代傳輸網(wǎng)絡理論也將網(wǎng)絡是否具有良好的故障恢復能力作為網(wǎng)絡是否成功的重要的評判標準之一。當一條鏈路或一個節(jié)點出現(xiàn)故障時，通過網(wǎng)絡恢復策略將業(yè)務數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)移到其它可用的鏈路上從而繞過故障的節(jié)點或鏈路。而要達到這一目標一般需要四個功能，第一，該網(wǎng)絡必須具備檢測網(wǎng)絡故障的能力；第二，檢測到故障的節(jié)點必須向網(wǎng)絡中的一些節(jié)點通報故障情況，而具體向哪些節(jié)點通報取決于具體采取的恢復技術(shù);第三，重選一條可用的通道；第四，稱為業(yè)務流的切換(switchover)過程,即將業(yè)務流從出故障原通道切換到由第三個功能計算所得的新的路徑。3.1.1網(wǎng)絡中可能出現(xiàn)的各種故障在網(wǎng)絡中的任何資源都有可能發(fā)生故障。傳統(tǒng)的故障主要是由人為造成的鏈路中斷；如有電纜脫離絕緣外表皮；對于光纜來說，還可能是由于激光器停止工作或而丟失光信號（LOL）。所有這些都有可能造成網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務的中斷[33]。典型的問題還有路由器或交換機的故障，整個交換機/路由器可能癱瘓。這可能由于電源中斷，交換機/路由器中非冗余部件的損壞。當交換機/路由器發(fā)生故障之后，由交換機/路由器通往其它交換機/路由器的鏈路以及其它交換機/路由器接往該交換機/路由器的鏈路都會陷入癱瘓。交換機/路由器的故障可能是由于硬件原因?qū)е乱灿锌赡苁擒浖蛩鶎е碌腫18,19,33]。3.1.2不同業(yè)務對故障恢復的不同要求通訊網(wǎng)中各種不同的用戶和業(yè)務因其業(yè)務的特性對網(wǎng)絡的故障恢復能力的有著不同的要求。根據(jù)用戶類型可以分為以下幾種[14-16]：安全保護級別高的用戶：（如醫(yī)院、警察局、消防部門等）由于安全的原因這些用戶必須時刻保證服務質(zhì)量，服務的間斷對于他們來說是不允許的。一般的商業(yè)用戶：這些用戶會因為網(wǎng)絡服務中斷而導致一些商業(yè)損失。基本級別的用戶：這些用戶的級別是最低的，如網(wǎng)絡中出現(xiàn)故障或擁塞時這種用戶的業(yè)務數(shù)據(jù)流可能會被丟棄，資源可能會被上述幾種用戶搶占以保證上面幾種用戶的服務質(zhì)量。根據(jù)業(yè)務類型可以分為以下幾種：將來的網(wǎng)絡將運行的業(yè)務會有傳統(tǒng)的電話業(yè)務流，電話語音服務，電視電話，電影、新聞、Internet訪問、電視購物和其它各種各樣的業(yè)務。這些業(yè)務不僅對于帶寬的要求不同而且對于時延和對故障恢復的要求也不盡相同。因而運營商一般根據(jù)用戶的不同的服務質(zhì)量要求，向用戶收取不同的服務費用。3.1.3網(wǎng)絡故障恢復的目標簡單地說，在一個網(wǎng)絡中恢復故障的關鍵目的就是盡可能地縮小故障所引起對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?。具體而言可以分為以下幾個目標：（1）最大化網(wǎng)絡的可靠性和效率；（2）對于不同的用戶和業(yè)務提供不同的故障恢復能力；（3）提高故障恢復的速度；（4）考慮網(wǎng)絡不同層次的故障恢復行為，避免網(wǎng)絡各層相互反作用和協(xié)調(diào)各層之間的協(xié)作。（5）最小化因故障所引起的數(shù)據(jù)丟失和業(yè)務數(shù)據(jù)流亂序而對業(yè)務流產(chǎn)生的負面影響。（6）最小化因采取故障恢復所需要的信令復雜性和附加的一些操作。3.2現(xiàn)有網(wǎng)絡中的各種故障恢復方法從宏觀上看，網(wǎng)絡恢復可以分為兩大類：業(yè)務層的恢復和傳送層的恢復[23]。前者主要用于業(yè)務層網(wǎng)絡，如交換網(wǎng)、ATM網(wǎng)絡和IP網(wǎng)絡等；后者主要用于傳送網(wǎng)，又稱為設施恢復。業(yè)務層的恢復涉及單個呼叫、信元或包重選路由，繞過失效電路，諸如動態(tài)無級選路（DNHR）和IP選路均屬于此類恢復。傳送層的恢復常常與通道有關，而與業(yè)務無關（除非有關通道已經(jīng)專門分給了某種業(yè)務）。這種恢復涉及到多個電路、信元或包，影響面大，需要較少的操作，因而可望較短的時間內(nèi)恢復更多的業(yè)務。以下主要從業(yè)務層的恢復和傳送層的恢復兩方面進行討論。3.2.1DWDM層故障恢復技術(shù)DWDM技術(shù)的應用雖然極大地增加了通信傳輸?shù)娜萘?但是在出現(xiàn)故障時可能會受到更加嚴重的損傷。對于目前國內(nèi)在干線網(wǎng)絡升級擴容或建設時大量使用的32×2.5Gbit/s、8×10Gbit/s或更高速率的DWDM系統(tǒng),其每對光纖上承載的業(yè)務量是相當高的,一旦出現(xiàn)光纖失效或整條光纜全阻的重大故障以及節(jié)點故障,其后果是不堪設想的,所以必須對DWDM網(wǎng)絡的故障恢復技術(shù)進行研究。研究DWDM網(wǎng)絡的故障恢復機制不僅可以有效的恢復諸如光纜斷裂、光交叉連接設備癱瘓等大容量失效，而且可以更好地提高服務質(zhì)量，滿足未來變化的市場要求[29,34]。DWDM故障恢復屬于傳送層恢復，由于DWDM是一個對傳送業(yè)務透明的傳送網(wǎng)絡，也就是說DWDM可以承載現(xiàn)有的ATM、SDH、IP以及未來的其它多種業(yè)務，因此研究DWDM網(wǎng)絡的保護與恢復有重要意義。選擇網(wǎng)絡的故障恢復方法與網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)密切相關，不同網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)將采取不同的網(wǎng)絡保護和恢復技術(shù)。對DWDM傳送網(wǎng)故障恢復技術(shù)可根據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)分為三類：點到點機制（Point-to-Point）、環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)（Ring-System）和網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)（MeshArchitectures）[22]?；邳c到點（Point-to-Point）的DWDM保護可以分為兩種[24]。一種是在DWDM中承載的多個波長之間進行保護，例如，對一個16*2.5Gbit/s的DWDM系統(tǒng)中，可以將其中的某個波長定為保護波長，其余為工作波長。當某個工作波長由于故障而無法正常工作時，可以將其承載的業(yè)務倒換到備用波長上。但由于保護波長和工作波長都處于同一根光纖中或光纜上，一旦發(fā)生線路故障，將無法實現(xiàn)路徑的保護，所以意義并不大。另一種基于點到點（Point-to-Point）的保護策略是光復用保護（OMSP，OpticalMultiplexSectionProtect）這種保護方式是在發(fā)送端利用分路器對光信號進行分離，在接收端得用光開頭進行選路。此處需要說明的是，只有在兩條路由相對獨立的光纜線路中實現(xiàn)這種方案稱為異徑方式。這種恢復恢復方式的最大優(yōu)點是可以對光纜全斷等最嚴重故障進行有效的恢復，且時間仍能滿足50ms的要求。但缺點是需要不同路由的額外光纜線路，成本較高，而且具體實現(xiàn)不容易有合適的富余線路資源?；邳c到點的DWDM保護方案只能在同一條光纜內(nèi)實現(xiàn)對波長的保護，無法實現(xiàn)高效的光復用段的保護和恢復，而采用環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)較好的保護和恢復。（這一點與SDH類似）利用現(xiàn)有的點到點DWDM終端設備連成環(huán)，即可構(gòu)成基于點到點的環(huán)形網(wǎng)。采用具有光波長分插復用能力的光分插復用設備（OADM：OpticalAddandDropMultiplexer）組環(huán)是DWDM在環(huán)形網(wǎng)中應用的另一種形式。這兩種環(huán)形網(wǎng)在形式上十分相似，但實際上有較大差別?；贠ADM的DWDM環(huán)形網(wǎng)具有靈活的波長組織能力，不僅可以實現(xiàn)單個光波長通道級的保護，而且在出現(xiàn)光纜全斷的重大故障時，可以在斷點兩側(cè)的OADM節(jié)點進行“環(huán)回”操作，完成光復用段級的保護。前面兩種恢復方法的著眼點都只是立足于以為單個波長為獨立業(yè)務承載單位，而隨著以IP為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務的飛速發(fā)展，DWDM網(wǎng)絡正從原來的骨干網(wǎng)延伸到城域網(wǎng)乃至接入網(wǎng)?？梢灶A見將來會有多個DWDM網(wǎng)絡互連、嵌套的局面，即漸漸形成Mesh網(wǎng)。Mesh網(wǎng)絡會帶來一系列的新問題，特別是對于基于全網(wǎng)觀點的生存性來說，最大的變化在于原來的DWDM網(wǎng)絡保護和恢復的著眼點都是立足于以單個波長獨立業(yè)務承載單位的，而在多個DWDM網(wǎng)絡構(gòu)成的Mesh網(wǎng)絡中，無法保證端到端的波長連續(xù)性，即所謂的光通道（lightpath）的連續(xù)性。所以如何在這種情況乃至在結(jié)構(gòu)更為復雜的Mesh形DWDM網(wǎng)絡中實現(xiàn)保護和恢復，是目前研究的重點和難點。使用光交叉連接設備（OXC,OpticalCross-Connect），結(jié)合動態(tài)波長分配算法實現(xiàn)網(wǎng)絡的故障恢復是較好的解決方案之一[34]。這種方案的基本思想是：在多個DWDM網(wǎng)絡的匯接點處設置OXC。OXC包含了大型的光交叉連接矩陣和光波長變換單元。DWDM故障恢復的幾個優(yōu)點[12,22]：（1）故障恢復速度快。光層的保護是對于波長進行操作，保護恢復的基本粒度是波長，而不是時隙，因此使網(wǎng)絡的受保護帶寬提高了一個數(shù)量級大大提高了恢復的速度。（2）恢復成本低，光層恢復較高層恢復少了一些協(xié)調(diào)性，不需要業(yè)務層恢復所必須的一些附加的管理、控制等功能，極大的降低了成本。（3）透明性，光層波長路由恢復技術(shù)獨立于高層的協(xié)議。（4）可靠性高，光層處于光傳送網(wǎng)結(jié)構(gòu)的底層，可以避免高層網(wǎng)恢復由于不清楚物理拓撲結(jié)構(gòu)，而出現(xiàn)工作路由與替代路由的共享光纖鏈路，造成保護失效的問題。DWDM層故障恢復技術(shù)的缺點[23]：（1）DWDM層的故障恢復機制不能解決所有由上層故障所引起的問題。（2）DWDM層恢復機制的粒度過粗，如果客戶需要差分服務則在DWDM層無法提供這種服務。（3）DWDM層提供故障恢復機制的資源利用率偏低。3.2.2IP層故障恢復技術(shù)IP層故障恢復技術(shù)主要考慮的一個因素就是檢測故障的時間。傳統(tǒng)的IP恢復機制是采用IP動態(tài)路由方式。動態(tài)路由是通過在相鄰的路由器之間交換控制信息來實現(xiàn)的，這里所說的控制信息是指刷新路由器的路由表所需的信息。這種路由方式可以保證在鏈路或節(jié)點故障時對分組重新選路。該協(xié)議保證網(wǎng)絡具有與物理層無關的可生存性。采用的動態(tài)路由協(xié)議可以動態(tài)地發(fā)現(xiàn)可連接的處于工作狀態(tài)的路由器，使得路由可以對網(wǎng)絡的故障自適應[36]。故障檢測一般有兩種實現(xiàn)方式，一種是由本地路由器檢測到故障后，利用路由控制消息協(xié)議通知鄰近的路由器。另一種故障檢測方式是利用某些背景消息（的計時器的超時來通告故障的出現(xiàn)。路由器得知故障出現(xiàn)后，重新計算有受影響的路由，刷新它的路由表，利用OSPF或BGP協(xié)議的Update消息向鄰近路由器通告發(fā)生的變化，最終各路由器收斂到統(tǒng)一的路由之上[45]。動態(tài)路由協(xié)議可以有效地利用網(wǎng)絡的空閑資源，靈活地對拓撲變化做出反應。但是所需的恢復時間長，一般為幾十秒至幾分鐘，行為不可預測。為了克服以上缺點，出現(xiàn)了一些在路由協(xié)議基礎上進行的改進方法，目前已經(jīng)提出的縮短恢復時間的方案有以下幾種[35,36]：第一種方案為：ECMF（等價多路徑轉(zhuǎn)發(fā)）的恢復機制。該方案的基本思想是：由IP源節(jié)點發(fā)出的IP包經(jīng)過多條不同路由到達IP目的節(jié)點，這樣即便是一條路由上的某一段出現(xiàn)鏈路或某一個節(jié)點發(fā)生故障，在恢復時間內(nèi)仍能部分IP包可以由正常工作的路徑轉(zhuǎn)發(fā)。其工作原理如下圖所示：當節(jié)點A到節(jié)點B的路徑Path1上的一段鏈路失效后，由Path2和Path3這兩條路徑轉(zhuǎn)發(fā)。圖3-1ECMF的恢復機制ECMF方法不僅有利于負荷均衡，而且一定程度上有利于業(yè)務的保護和恢復。當一條路徑上出現(xiàn)節(jié)點或鏈路出現(xiàn)故障時，至少有一部分數(shù)據(jù)包可以沿著其它路徑繼續(xù)使用，直到IP路由收斂過程完成，路由器中生成新的路由表。但這種方法較傳統(tǒng)的方法需要更大的設備投資，而且每個路由器需要在轉(zhuǎn)發(fā)表中為同一個目標地址保存多個下一跳表項。第二種方法：采用分級網(wǎng)絡組織結(jié)構(gòu)，為了縮短路由收斂時間OSPF，IS-IS等分級鏈路狀態(tài)路由協(xié)議將網(wǎng)絡分成多個區(qū)域網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，將路徑計算和路由更新信息擴散的范圍限制在受影響的區(qū)域內(nèi)，使網(wǎng)絡具有較好的可擴展性。第三種方法：減少隱式故障檢測時間，在鏈路狀態(tài)路由協(xié)議中減少“hello”消息計時器的時限，可更加頻繁地發(fā)送Hello消息，從而更加迅速的發(fā)現(xiàn)故障，其代價是控制消息的開銷增加。3.2.3MPLS故障恢復技術(shù)基于MPLS的生存性策略是指快速并完全地重建MPLS網(wǎng)絡中受故障影響的流量。故障可能是由IP層或者傳輸IP流量的低層檢測到的。通過在分組頭上追加一個標簽棧，可以建立一系列標簽交換路徑（LSP），利用LSP作為保護路徑，可以實現(xiàn)業(yè)務的保護或恢復（重路由）[30]。重路由定義為在故障發(fā)生后根據(jù)流量重建的需要來建立新路徑或路徑段。新路徑建立的依據(jù)可能是故障信息、網(wǎng)絡路由策略、預定義配置和網(wǎng)絡拓撲信息等。因此，檢測到故障后，就通過信令建立能夠繞過故障的路徑或路徑段。因為檢測到故障后需要做的事情比較多，重路由機制比保護切換機制要慢。然而因為要在故障已經(jīng)發(fā)生并且知道故障的發(fā)生點之后才能利用資源，重路由機制要更簡單，更節(jié)儉。一旦網(wǎng)絡路由算法在故障后聚合，在某些情況下，基于當前網(wǎng)絡狀態(tài)和網(wǎng)絡策略的重路由在重新優(yōu)化網(wǎng)絡方面更具優(yōu)勢。重路由恢復使用按需建立的路徑和按需保留的資源。保護切換機制則是基于網(wǎng)絡路由策略、工作路徑流量的重建需求和管理考慮，在故障發(fā)生前預先建立一個保護路徑或路徑段[30]。恢復路徑可能是也可能不是與工作路徑脫節(jié)的鏈路和節(jié)點。然而如果恢復路徑與工作路徑都承擔故障風險，這個構(gòu)造的總可靠性就降級了。檢測到一個故障時，受保護的流量就轉(zhuǎn)換到保護路徑并重建。保護切換使用預先建立的恢復路徑和預保留的資源（如果恢復路徑要求保留資源）[31]。3.2.4SDH故障恢復技術(shù)SDH和DWDM光網(wǎng)絡有著相似的功能，都是面向連接的復用網(wǎng)絡。SDH是基于同步數(shù)字復用，而DWDM是基于波長的復用。SDH網(wǎng)絡的常用的保護和恢復技術(shù)有自動保護倒換（APS）和自愈環(huán)（SHR）[22]。自動保護倒換（APS）APS技術(shù)典型的被用于鏈路故障的恢復。它主要包括1+1、1:1方式，這兩種不同之處在于分配不同的保護資源。在1+1的APS方式下，工作通道和保護通道上均傳送業(yè)務流，接收端比較兩個信號的質(zhì)量并接收更好一個信號。1:1的APS方式下，信號由工作通道傳送，當接收信號質(zhì)量劣質(zhì)時，信號倒換到保護通道中傳送。此時需要APS信令協(xié)助工作通道切換到保護通道[22,37]。從1:1的方式可以擴展到M:N的模式，此時N條工作通道共享M條保護通道。自愈環(huán)（SHR）SHR較APS來得更為靈活，可以處理節(jié)點和鏈路故障。在自愈環(huán)保護方式中，主要分為兩纖單向通道倒換環(huán)（2-fiberUPSR）、兩纖雙向路倒換環(huán)（2-fiberBLSR）和四纖雙向線路倒換環(huán)（4-fiberBLSR）。SDH層的優(yōu)勢有：（1）SDH保護是標準化的并且能跨域操作。SDH層提供監(jiān)測和自動保護交換兩者。（2）SDH層提供可保護交換通道粒度的更多控制。SDH層的一些不足之處：（1）備用容量的利用率低。（2）SDH層不能對高層的故障進行恢復，如SDH不能檢測ATM（或MPLS）層次的故障。（3）SDH不能區(qū)分不同的流量的優(yōu)先級，不能基于優(yōu)先權(quán)進行切換。3.2.5ATM故障恢復技術(shù)ATM（AsynchronousTransferMode）是一種以信元為單位的異步轉(zhuǎn)移模式。異步意味著來自任何一個用戶的信息元流不必是周期性的。在ATM網(wǎng)絡中，為了要在通信雙方之間傳送業(yè)務信息，必須在通信雙方之間建立起虛連接。ATM將虛連接分為兩個等級：虛通道（VP）和虛信道（VC）。VP是具有相同的虛通道標志（VPI）的信元所占有的子信道，VC是具有相同的虛通道標志（VCI）的信元所占有的子信道。VP類似于管道，里面包含了一定數(shù)量的VC。[38]ATM的故障恢復技術(shù)主要在ATM層進行，ATM層的恢復可以分VP和VC的恢復。ATM中VP的恢復可使得包含的一組VC同時恢復，比逐個VC恢復的消息和處理開銷小，因而已有的研究主要集中在VP層的恢復[38]。當故障發(fā)生時，如一條鏈路失效時，通常鏈路的下游節(jié)點將檢測到故障，通知被稱為發(fā)送節(jié)點的節(jié)點。由發(fā)送點產(chǎn)生并發(fā)送空閑容量查找消息,消息中包括故障鏈路標記、受影響的VP標識、受影響的VP的帶寬大小等。收到消息的節(jié)點將自己的節(jié)點標識和可用空閑量寫入消息中，并繼續(xù)傳遞該消息。這樣當消息最終到達另一端節(jié)點（稱為選擇點）時，該節(jié)點可以根據(jù)收到的消息，選取恢復路徑，確定為受故障影響的VP的恢復路徑，并發(fā)送恢復消息，在恢復路徑上的空閑容量中為各受故障影響的VP分配帶寬。最后，在收到發(fā)送點發(fā)出的應答消息后，完成受影響的VP從工作路徑到恢復路徑的切換[25]。VP層的恢復機制目的在于盡快、盡可能多的以VP為單位恢復故障連接，執(zhí)行過程簡單、快速，但是沒有考慮不同服務的不同要求，且VP的恢復粒度過大容易導致空閑容量的利用不充分。相比之下，VC層的恢復優(yōu)點在于VC對應著端到端的服務連接，便于處理各種服務的不同要求，更容易支持優(yōu)先級的恢復，靈活性更好，而且VC的帶寬粒度小，能充分利用空閑資源。ATM層恢復技術(shù)的優(yōu)勢：（1）ATM層提供檢測路由器或交換機的故障的能力，這對于低層而言是透明的。（2）ATM層能通過計算在ATM頭部識別的錯誤來檢測節(jié)點或軟件失誤配置，在ATM中，這可通過跟蹤VPI/VCI的不匹配來實現(xiàn)。（3）ATM的OAM功能能幫助監(jiān)測虛擬電路或虛擬路徑上的路徑錯誤，并且能提供比單獨靠路由協(xié)議更快的檢測和恢復。3.3故障恢復的層次考慮上面幾節(jié)主要介紹了網(wǎng)絡中各層的恢復機制與技術(shù)，網(wǎng)絡各層的恢復技術(shù)各有各的優(yōu)缺點。通過跨層故障恢復機制的協(xié)作能提高網(wǎng)絡對故障的響應時間，對于在設計和管理流量工程機制中更好的優(yōu)化網(wǎng)絡性能也是很有價值的。即使每一層故障檢測機制獨立，在受管理和約束的情況下融合各層的故障恢復機制還是很重要的[12,18,19]。高層故障不會被低層檢測到的一個例子就是，ATM或MPLS層報文出錯而SDH檢測不到，而且也必須在高層恢復。相對的，光纖斷裂或鏈路故障是在高層中不可見的。所以如果能夠傳遞這些跨層的故障信息，可能會使低層，比如說光層，能從高層的更大規(guī)模的保護容量中受益，使得他們比一般情況下要快。多層網(wǎng)絡故障恢復的關鍵在于各個間層網(wǎng)絡故障恢復技術(shù)的之間的協(xié)調(diào)以及對空閑資源的管理和利用，對于這類問題的研究也是最近幾年才開始的。ITU-TSG13組已將此問題作為2001-2004年期間的一個研究課題而開始專門進行研究，而目前網(wǎng)絡的一個研究熱點ASON，其研究內(nèi)容也包括了多層網(wǎng)絡生存性的問題。2001年開始提出的GMPLS（GeneralizedMPLS）是一個針對目前的同步光網(wǎng)絡（SONET）和同步數(shù)字層（SDH）傳輸基礎結(jié)構(gòu)的通用MPLS技術(shù)。GMPLS需要對原有的MPLS的信令和協(xié)議進行一些擴充和修改。它對故障恢復機制的支持效果更為顯著，是多層故障恢復機制的一個較好的構(gòu)想。層間生存性策略協(xié)調(diào)要解決的關鍵問題就是各層生存性方案之間的互聯(lián)策略問題?；ヂ?lián)策略通常由這樣一些規(guī)則組成：它描述了什么時候開始和停止恢復動作；如協(xié)調(diào)不同生存性技術(shù)的動作順序等?；ヂ?lián)策略包括升級策略（escalationstrategy）和恢復層分配（recoverylayerassignment）策略兩種。多層網(wǎng)絡的故障恢復技術(shù)需要各層都預留有各自的空閑容量，空閑網(wǎng)絡容量的設計問題是多層網(wǎng)絡故障恢復技術(shù)必須解決的問題之一。目前對多層網(wǎng)絡空閑容量的設計有3種方法：傳統(tǒng)方法、選擇性保護和公共池方法[29]。但從實際使用情況來看，真正應用于實際場合的這類技術(shù)并不多見，常見的仍是單層網(wǎng)絡的故障恢復技術(shù)。隨著傳送網(wǎng)絡向著超高速、智能化、多業(yè)務接入等方向發(fā)展，傳送網(wǎng)絡的靈活性、生存性和可靠性勢必會引起越來越多的重視，而由此引出的多層網(wǎng)絡故障恢復問題也會受到來自運營商、科研機構(gòu)和設備制造商等多方的關注。在底層（傳送層）的恢復技術(shù)中（如DWDM）可以根據(jù)故障源進行簡單的處理，并進行較粗粒度的恢復，在底層所采取的恢復操作數(shù)最少，同時在觸發(fā)任何恢復操作前，不需要穿過多層對故障進行廣播。但任何底層的恢復機制不能解決所有由上層故障所引起的問題。如此一來，故障發(fā)生的源層或它的上層不得不解決這個問題。同樣，在高層（業(yè)務層）的恢復好處在于處理節(jié)點或更高層的失效比較容易，且高層的恢復機制允許根據(jù)業(yè)務流的重要性來區(qū)分對待，這是底層所達不到的，且因為處理粒度較細，所以資源的利用率更高；缺點是恢復粒度較底層來得細，所以當?shù)讓映龉收蠒r，可能需要較多的恢復行為，操作較為復雜。第4章SUPANET的故障恢復4.1SUPANET故障恢復技術(shù)分析4.1.1SUPANET故障恢復的必要性SUPA利用帶外信令控制思想將用戶數(shù)據(jù)傳輸平臺（U平臺）與信控、管理平臺（S&M平臺）相分離，進而將U平臺簡化為單物理層平臺，將服務質(zhì)量保障機制嵌入平臺之中，直接保障用戶數(shù)據(jù)交換的服務質(zhì)量。在信控、管理平臺支持服務質(zhì)量協(xié)商、最少跳數(shù)（hop）的基于服務質(zhì)量的波長路徑選擇(ShortestPath-LambdaQoSRouting,SP-LQR)、呼叫入網(wǎng)控制（CAC）一系列服務質(zhì)量保障措施和策略，與用戶平臺的內(nèi)嵌的服務質(zhì)量保障機制，共同實現(xiàn)單數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)流類服務質(zhì)量保障[1-4]。但是SUPANET中的網(wǎng)絡資源可能發(fā)生故障，為保證SUPANET中業(yè)務的服務質(zhì)量，SUPANET必須提供從網(wǎng)絡故障中快速恢復的機制以提高SUPANET的可靠性和有效性。因此在這種情況下SUPANET中提供了基于虛通路故障恢復功能，以縮短故障恢復時間，從而提高SUPANET可靠性和有效性以保證業(yè)務流的服務質(zhì)量，而且較DWDM層可以提供更細的保護粒度，為不同的業(yè)務流提供不同的故障恢復方法。因為SUPA是面向連接的，所以當虛通路中的交換節(jié)點或虛線路出現(xiàn)故障時而導致此虛通路失效時，我們可以將業(yè)務流轉(zhuǎn)移到另外一條額外虛通路繼續(xù)傳輸。這條額外的虛通路可以是在故障發(fā)生之前就建立好的，同樣也可以是故障發(fā)生之后再建立的，這取決于業(yè)務流的服務質(zhì)量要求。4.1.2SUPANET故障恢復思想概述在一般情況下，當虛通路中的虛線路或交換節(jié)點