H3C以太环网解决方案技术白皮书

以太环网解决方案技术白皮书以太环网解决方案技术白皮书 关键词 RRPP 摘 要 以太环网解决方案主要以 RRPP 为核心的成本低高可靠性的解决方案 缩略语清单 缩略语英文全名中文解释 RRPPRapid Ring Protection Protocol 快速环网保护协议 SRGshared risk group 共享风险组 1 介绍 在数据通信的二层网络中 一般采用生成树 STP 协议来对网络的拓扑进行保护 STP 协 议族是由 IEEE 实现了标准化 主要包括 STP RSTP 和 MSTP 等几种协议 STP 最初发明的 是目的是为了避免网络中形成环路 出现广播风暴而导致网络不可用 并没有对网络出现拓扑 变化时候的业务收敛时间做出很高的要求 实践经验表明 采用 STP 协议作为拓扑保护的网络 业务收敛时间在几十秒的数量级 后来的 RSTP 对 STP 机制进行了改进 业务收敛时间在理想 情况下可以控制在秒级左右 MSTP 主要是 RSTP 的多实例化 网络收敛时间与 RSTP 基本相 同 近几年 随着以太网技术在企业 LAN 网络里面得到广泛应用的同时 以太网技术开始在运 营商城域网络发展 特别是在数据 语音 视频等业务向 IP 融合的趋势下 增强以太网本身的 可靠性 缩短网络的故障收敛时间 对语音业务 视频等业务提供满意的用户体验 无论对 运营商客户 还是对于广大的企业用户 都是一个根本的需求 为了缩短网络故障收敛时间 H3C 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 H3C 基于 RRPP 的以太环网解决方案可对数据 语音 视频等业务做出快速的保护倒换 协同高中低端交换机推出整体的环网解决方案 为不同的应用场景提供不同的解决方案 2 技术应用背景 当前多数现有网络中采用星形或双归属组网模型 多会存在缺乏有效保护和浪费网络资源 等诸多问题 如下图所示 图 1 城域网现网存在的问题 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 shared risk group 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 环网优化后的结果如下图所示 图 2 环网应用到城域网中的优势 环网拓扑下的网络由于节点间的光纤分别走不同的管道 不会存在 SRG 的问题 同时提 供快速的保护倒换 H3C 以太环网解决方案 成功地解决现网存在的问题 既节省用户建网成 本 又提高网络的可靠性 满足不同应用场合的需求 H3C 以太环网解决方案主要应用于企业网和运营商两个市场 通常的应用场景共同特点 光纤资源紧缺 核心设备端口资源紧张 要求成本控制 要求高可靠性 H3C 针对这部分市场 提出高性价比的 简约的以太环网解决方案 在不增加任何硬件成本的基础上提供网络的高可 靠性 3 技术特色 以太环网解决方案中的 RRPP 是 H3C 提出针对环网拓扑架构的保护协议 收敛速度快 为网络提供高可靠保护 除快速的业务保护以外 以太环网解决方案是一个低成本的实现方案 并不需要更换硬件 可以在传统的 Gigabit 以太网口上实现快速业务保护 4 技术实现方案 以太环网解决方案的核心技术是 RRPP 环网技术 下面的重点介绍该 RRPP 环网技术的基 本实现机制 4 1 RRPP 基本概念基本概念 4 1 1 RRPP 域 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 RRPPRRPP 环环 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 RRPPRRPP 控制控制 VLANVLAN 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 主节点主节点 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 传输节点传输节点 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 如下图所示 图 3 RRPP 环网示意图 主端口和从端口主端口和从端口 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 4 2 RRPP 环 环 RRPP Ring 4 2 1 RRPP 基本原理基本原理 1 RRPP 协议基础协议基础 每个域上所有节点配置相同的 RRPP 域 ID 和控制 VLAN 协议报文在控制 VLAN 中传播 2 正常工作原理正常工作原理 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 图 4 RRPP 正常工作示意图 3 Polling 机制机制 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 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 4 链路状态变化通知机制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 图 5 RRPP 故障处理过程示意图 5 故障恢复机制故障恢复机制 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 4 3 以太环网解决方案的优势以太环网解决方案的优势 1 高可靠 以太环网上任一链路或节点的发生故障时 以太环网解决方案能保证链路倒换时间为 50ms 以内 业务倒换时间在 50 200ms 之间 并且提供对各种业务的快速保护倒换 提高 网络的可用性 2 低成本 H3C 公司的 RRPP 技术并没有改变传统以太网的硬件 所有正在网络中运行的中高端交换 机都可以通过软件升级支持 GE 端口的 RRPP 特性 并且 H3C 公司会不断丰富支持 RRPP 技 术的端口类型 扩展这种低成本保护技术的使用范围 3 算法简单 以太环网的主节点负责整个环的收敛计算 其他节点只是传输和响应更新报文 简化了软 件处理过程 保障软件的健壮性 4 广适用 H3C 以太环网解决方案业务保护时间与环网节点数目 设备负荷 网络所承载业务 网 络流量等因素无关 环网节点数目无关 在组建大规模环网时 RRPP 技术依然能够保证 50 200ms 的倒换时间 设备负载无关 即设备运行复杂协议时 如配置多种 ACL 规则 作 MPLS PE 等情况下 也不影响网络的收敛时间 网络承载业务无关 不管上层运行什么样的业 务 如语音 视频等 RRPP 技术都能够保证极短的切换时间 网络流量无关 在大流量的情 况下也可以保证毫秒级的自愈保护时间 在业务不断增长 数据量不断加大的情况下 以太环 网技术依然可以保证业务的快速倒换 5 提供全系列交换机的整体的环网解决方案 适用于不同的应用场合 5 典型应用组网 5 1 城域网应用场景 城域网应用场景 图 6 以太环网在城域网中的应用 如图所示为目前常用的城域网组网模式 城域以太网中主要采用两级环网架构 一级汇聚 层 主要是 PE AGG PE 汇聚设备 之间通过 RRPP 环来构建 实现快速切换 另一级接入 层 主要是 PE AGG 与 UPE 之间 两级环网主要采用相切方式 接入 PE 挂接在汇聚的 SPE 上 城域以太网构建通常有两种思路一个是大二层 PE AGG 到 UPE 都处于二层转发模式 另一种就是 MPLS 到边缘 所有设备都是 L3 MPLS 不论何种模式或建设思路 RRPP 都可以 提供低成本的快速保护倒换的高可靠性 5 2 企业或园区网应用场景企业或园区网应用场景 图 7 以太环网在企业网的应用 大型公司的园区通常分为四个部分 生产区 总部 办公区 研发区 四个部分之间需要 互通 同时在网络中运行着研发的交互数据 生产的 ERP 调度数据 各种办公 OA 数据 生产 区的视频监控数据 总部的行政审批电子流等各种数据 研发的交互数据如果出了问题可能很 长一段时间的工作就完全浪费了 生产资源的调度中断带来的是企业的直接损失