第15章 EAPS技术.doc

第15章 EAPS技术EAPS是一个专门应用于以太环网的链路层协议，它在以太环网中能够防止数据环路引起的广播风暴。当以太环网上一条链路断开时，能迅速启用备份链路以恢复环网上各个节点之间的通信。和STP协议相比，EAPS具有拓扑收敛速度快（低于50ms） 和收敛时间与环网上节点数无关的特点。本章主要内容：l EAPS基本概念l EAPS报文格式l EAPS基本原理l EAPS典型应用15.1 EAPS基本概念EAPS：以太网自动保护倒换，IETF在RFC3619（2003.10 infomation）中定义了以太环网的自动保护倒换标准，其中明确在以太环网中进行自动保护倒换的机制EAPS域：EAPS域由整数ID来标识，一组配置了相同域ID和控制VLAM，并相互联通的交换机群体，构成一个EAPS域。EAPS域的组成要素有：EAPS环、EAPS控制VLAN、主节点、传输节点、边缘节点和辅助边缘节点。EAPS环：EAPS环由整数ID来标识。在物理上对应一个环形连接的以太网拓扑。每个EAPS环都是其所在的EAPS域的一个局部单元。EAPS协议在EAPS环上起作用。EAPS域中的EAPS环分为主环和子环，一个EAPS域中的主环有且只有一个，子环可以有一个或者多个。子环与主环通过边缘节点和辅助边缘节点相交，子环之间只能通过主环相交，子环之间直接相交没有意义（无法进行主环上子环协议通道状态检测）。主环的级别为0，所有子环的级别均为1。EAPS主环：级别为0的EAPS环。EAPS子环：级别为1的EAPS环。EAPS控制VLAN：EAPS控制VLAN是相对于数据VLAN而言的。在EAPS域中，控制VLAN只能用于传输EAPS协议报文。每个EAPS域配有两个控制VLAN，分别为主控制VLAN和子控制VLAN。主环协议报文在主控制VLAN中传播，子环协议报文在子控制VLAN中传播。主控制VLAN和子控制VLAN接口上都不允许配置IP地址。每个交换机上接入以太网环的端口属于控制VLAN，而且也只有接入以太网环的端口可以加入控制VLAN。主环上的端口既属于主控制VLAN，又属于子控制VLAN，子环上的端口只属于子控制VLAN。整个主环被看作是子环的一个逻辑节点，子环的EAPS协议报文作为主环的用户数据报文透传。主环的EAPS协议报文不进入子环，只在主环内传播。EAPS节点：EAPS环上的每台交换机都是EAPS环上的一个节点。每个节点都有唯一的EAPS域ID和EAPS环ID。每个EAPS节点有两个连接到EAPS环上的EAPS端口，在配置时由用户指定为主端口和副端口。主节点：主节点是环网状态轮询的发起者（主节点周期性地从主端口发送Health报文，如果能够从副端口收到该报文，则表明环路完整。如果长时间收不到Health报文，则认为环路发生了故障），也是网络拓扑状态发生改变后执行操作的决策者。主节点有如下3种状态：Complete State（完整状态）当环网上所有的链路都处于UP状态，主节点可以从副端口收到自己发送的HELLO报文，就说主节点处于Complete状态。主节点的状态即反映了EAPS环的状态，因此EAPS环也处于Complete状态，此时主节点会阻塞副端口以防止数据报文在环形拓扑上形成广播环路。 Failed State（故障状态）当环网上有的链路都处于Down状态时，就说主节点处于Failed状态，此时主节点放开副端口以保证环网上各节点通信不被中断。PRE-UP State(预完整状态)当主节点收到LINK-UP报文后，先转到该状态等待HELLO报文。这样做的目的是为了防止网络振荡。传输节点：EAPS环上除了主节点之外的节点都是传输节点。传输节点负责监控与之直连的链路状态，并把状态变化情况通过EAPS协议报文报告给主节点，然后由主节点来决定如何处理。子环上与主环相交的两个传输节点又分为边缘节点和辅助边缘节点（在主环上只有传输节点，边缘节点和辅助边缘节点是子环上的概念）。主环上的传输节点如果和子环的边缘节点有公共端口，则需要在其端口上发送子环协议通道状态检测报文。主环上的传输节点如果和子环的辅助边缘节点有公共端口，则需要将收到的子环协议通道状态检测报文传递给相应的辅助边缘节点。传输节点有如下3种状态：Link-Up State（UP状态）传输节点的主端口和副端口都处于UP状态时，就说传输节点处于Link-Up状态。Link-Down State（Down状态）传输节点的主端口或副端口处于Down状态时，就说传输节点处于Link-Down状态。Preforwarding State（临时阻塞状态）传输节点的主端口或副端口处于阻塞状态时，就说传输节点处于Preforwarding状态。处于Link-Up状态的传输节点检测到主端口或者副端口发生链路Down时，就从Link-Up迁移到Link-Down状态，并通过发送Link-Down报文通知主节点。 传输节点不从Link-Down状态直接迁移回Link-Up状态。当处于Link-Down状态的传输节点某端口发生链路Up，并且由此主端口和副端口都恢复成Up状态，传输节点迁移到Preforwarding状态，并阻塞恢复的端口。传输节点主、副端口都恢复的瞬间，主节点还不能马上知道这一信息，因此其副端口还处于放开状态，如果传输节点立即迁移回Link-Up状态，势必造成数据报文在环网上形成广播环路，因此传输节点从Link-Down先迁移到Preforwarding状态。 当处于Preforwarding状态的传输节点收到主节点发送的COMPLETE-FLUSH-FDB报文时，将迁移到Link-Up状态。如果COMPLETE-FLUSH-FDB报文在传输过程中不幸丢失，EAPS协议还提供了一种备份机制来恢复临时阻塞的端口并触发状态切换，就是传输节点在规定的时间内收不到COMPLETE-FLUSH-FDB报文，自行迁移到Link-Up状态，并放开临时阻塞端口。边缘节点与辅助边缘节点：边缘节点与辅助边缘节点用于检测主环中子环协议报文通道的状态。边缘节点是检测机制的发起者，由辅助边缘节点判断通道状态并报告给边缘节点，最后由边缘节点根据通道状态进行决策。边缘节点和辅助边缘节点都是特殊的传输节点，因此具有与传输节点相同的3种状态，但意义上稍有不同，具体如下：Link-Up State（UP状态）边缘端口处于UP状态时，就说边缘节点（辅助边缘节点）处于Link-Up状态。 Link-Down State（Down状态）边缘端口处于Down状态时，就说边缘节点（辅助边缘节点）处于Link-Down状态。 Preforwarding State（临时阻塞状态） 边缘端口处于阻塞状态时，就说边缘节点（辅助边缘节点）处于Preforwarding状态。边缘节点（辅助边缘节点）状态迁移与传输节点基本相同，不同之处在于边缘节点（辅助边缘节点）在端口链路状态变化导致状态迁移时，只管边缘端口的状态（参考上面的边缘节点状态定义）。边缘节点与辅助边缘节点是检测主环中子环协议报文通道状态机制的两个主体，边缘节点是机制的发起者，由辅助边缘节点判断通道状态并报给边缘节点，最后由边缘节点根据通道状态进行决策，应用不同的操作，这一机制在后面的子环协议报文通道状态检测机制中详细介绍EAPS端口：EAPS端口是一个抽象概念，对应一条组成EAPS环的链路，该链路既可以是单条物理链路，也可以是由多条物理链路组合成的聚合链路。在设计中对应交换机上的一个AG。每个EAPS节点上都有两个连接到EAPS环上的端口。由于存在EAPS环相交的情况，因此一个EAPS端口可能属于多个EAPS节点。EAPS主端口和EAPS副端口：主节点和一般传输节点（非边缘节点和辅助边缘节点）上的端口分为主端口和副端口。对于主节点来讲，Health报文从主端口发出，从副端口接收，以确定环路的完整性，在环路完整的情况下需要阻塞副端口的用户数据VLAN。对于传输节点来讲，主端口和副端口没有特殊的含义。EAPS公共端口和EAPS边缘端口：边缘传输节点和辅助边缘传输节点上的端口分为公共端口和边缘端口。公共端口是两个相交环的公共链路连接的端口，同时属于多个EAPS环。边缘端口只属于一个子环。公共端口故障不需要报告给子环的主节点，只需要报告给主环的主节点。15.2 EAPS报文格式以太网环路保护协议的协议帧格式下图所示：0 1516 3132 47目的MAC地址（6字节）源MAC地址（6字节）类型（Ether Type）（TPID）PRI + CFI + VLAN ID帧长度（Frame Length）DSAP/SSAPCONTROLOUI = 0x00E02B0x00BB0x990x0BERP_LENGTHERP_VERERP_TYPEDomain_IDRing_ID0x0000SYSTEM_MAC_ADDR（高4字节）低2字节HELLO_TIMERFAIL_TIMERSTATE0x00HELLO_SEQ0x0000RESERVED（0x000000000000）RESERVED（0x000000000000）RESERVED（0x000000000000）RESERVED（0x000000000000）RESERVED（0x000000000000）RESERVED（0x000000000000）图151 EAPS报文格式帧格式说明如下：u 目的MAC地址：48bits，说明如下表目的MAC 说明0180.6307.00001 Hello报文目的MAC，由主节点从主端口发出，中途经过所有的传输节点或者一般的二层交换机，传输节点只转发Hello报文而不上传CPU。主节点第二端口接收Hello报文。2 LINK-UP/LINK-DOWN报文的目的MAC地址。传输节点、边缘节点或者辅助边缘节点发起，在这些节点的自身链路变化时通知主节点。0180.6307.0002COMM-FLUSH-FDB/COMP-FLUSH-FDB报文目的MAC，该报文由主节点发起，传输节点上既上传 CPU又转发，在主节点上传CPU，主节点不再转发它。0001.7A4F.48261 EDGE-HELLO的目的MAC, 该报文对边缘节点与辅助边缘节点之间的主环链路进行检测。2 MAJOR-FAULT报文的目的MAC，由辅助边缘节点发起，在边缘节点和辅助边缘节点之间主环链路不连通时通知边缘节点主环链路故障表151 目的MAC地址说明u 源MAC地址：48bits，发送节点的MAC地址；u TPID：8 bits，固定为0x8100；u PRI+CFI：4bits，未定义，优先级可以定义（建议默认为7），CFI为0的规范格式帧；u VLAN ID：16bits，未定义；u Frame Length：16bits，以太网帧长度，固定为0x48；u DSAP/SSAP：16bits，固定为0xAAAA；u CONTROL：8bits，固定为0x03；u OUI：24bits，固定为0x00E02B；u ERP_LENGTH：16bits，固定为0x40；u ERP_VERS：16bits，固定为0x0001；u ERP_TYPE：16bits，帧类型；u Domain_ID：16bits，域ID；u Ring_ID：16bits， 环ID；u SYSTEM_MAC_ADDR：48bits，发送节点的MAC地址；u HELLO_TIMER：16bits，主节点和边界控制节点设置发送HELLO帧的周期（单位为16毫秒）；u FAIL_TIMER：16bits，主节点和边界控制节点设置的收不到HELLO帧的超时时间（单位为16毫秒）；u STATE：8bits，节点状态；u HELLO_SEQ：16bits，HELLO帧的序列号，由主节点生成；u ERP_TYPE值定义：报文类型定义如下表：报文类型说明HELLO报文由主节点发起，对网络进行环路完整性检测LINK-UP 报文由传输节点、边缘节点或者辅助边缘节点发起，在这些节点的自身链路UP 时通知主节点环路恢复LINK-DOWN 报文由传输节点、边缘节点或者辅助边缘节点发起，在这些节点的自身链路down 时通知主节点环路消失COMM-FLUSH-FDB报文由主节点发起，在EAPS 环迁移到断裂状态时通知传输节点更新各自MAC 表项COMP-FLUSH-FDB报文由主节点发起，在EAPS 环迁移到健康状态时通知传输节点更新各自MAC 表项，同时通知传输节点解除临时阻塞端口的阻塞状态EDGE-HELLO 报文由边缘节点发起，对边缘节点与辅助边缘节点之间的主环链路进行检测MAJOR-FAULT 报文由辅助边缘节点发起，在边缘节点和辅助边缘节点之间主环链路不连通时通知边缘节点主环链路故障MAJOR-RESUME辅助边缘节点检测到主环故障恢复后，通知边缘节点主环故障恢复表152 报文类型定义15.3 EAPS基本原理15.3.1 EAPS协议基础l 每个域上所有节点配置相同的EAPS域ID和控制VLAN；l 每个域拥有两个控制VLAN，主控制VLAN和子控制VLAN；l 主环协议报文在主控制VLAN中传播，子环协议报文在子控制VLAN中传播；l 主环节点上的EAPS端口同时加入主控制VLAN和子控制VLAN，子环上的EAPS端口只加入子控制VLAN；l 子环的协议报文在主环中视为数据报文处理，与数据报文实现同步阻塞/放开。15.3.2 Polling机制Polling机制是EAPS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。如果主节点能够从副端口收到自己发送的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。 处于Failed状态的主节点从副端口收到自己发送的HELLO报文，立即迁移到Complete状态，放开副端口并刷新FDB，而且还会从主端口发送COMPLETE_FLUSH_FDB报文通知所有传输节点放开临时阻塞端口和刷新FDB。15.3.3 链路状态变化通知机制链路状态变化通知机制提供了比Polling机制更快环网拓扑改变的处理机制，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。传输节点检测到端口UP时，将会从配对的EAPS端口向环上发送LINK-UP报文；如果检测到端口Down，将会发送LINK-DOWN报文。15.3.4 子环协议报文检测机制边缘节点通过其关联的传输节点的两个端口从两个方向向辅助边缘节点发送EDGE-HELL