G.8032 v2 ERPS弹性网络备援

ERPS (Ethernet Ring Protection Switching) 是第一个工业标准的以太环网冗余协议 (ITU-T G.8032)。ERPS 整合了操作、管理和维护 (Operations、Administration and Maintenance,OAM) 与简单的自动保护交换(Automatic Protection Switching,APS) 两种协议来进行环网冗余保护。
 
ERPS
 (Ethernet Ring Protection Switching,以太环保护切换协议是国际电信联盟标准化局 (ITU-T制定的运行在数据链路层的环保护协议,协议标准号是TU-T G.8032,因此ERPS也称为G.8032。通常,网络冗余链路用于链路备份和提高网络的可靠性但是,冗余链路可能形成环路,导致广播风暴和 MAC 地址表震荡。影响网络通信质量,以致通信中断。

STP
 (Spanning Tree Protocol,生成树协议、RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol ,快速生成树协议、MSTP (Multiple Spanning Tree Protocol,多生成树协议通常用于防止环路。STP 虽然可以满足网络的可靠性需求,但是收敛速度慢。即使RSTP 和 MSTP 提高了其收敛速度,但是收敛时间依然是在秒级。

与STP、RSTP、MSTP相比,ERPS有以下优点:
 收敛时间快
ERPS 与传统环网技术
 (例如STP/RSTP/MSTP相比,优化检测机制,收敛时间更快。例如,支持ERPS的交换机收敛时间可小于50ms。

 兼容性好
ERPS 是 ITU-T 制定的防止环路的标准二层协议,可应用于Womaster和其他厂家设备互联的环网中。

ERPS 环的基本概念
 环保护链路 (Ring Protection Link,RPL– 该链路在环网正常状态时,是阻塞的。
◎ RPL 拥有节点–该节点连接 RPL 链路,在以太环正常状态时,负责阻塞RPL链路;在以太环保护状态时,负责打开 RP L链路。
 RPL 邻居节点–该节点连接 RPL 链路,在以太环正常状态时,负责阻塞RPL链路;在以太环保护状态时,负责打开 RPL 链路。(在 V2 版本中定义
◎ 链路监控–环上的链路采用标准的以太网连接控制操作管理维护消息进行监控。
 信号故障消息(SF) – 当检测到信号故障时发送。
◎ 恢复请求消息 (NR) – 在节点上检测不到信号故障条件时发送。

 环自动保护切换消息 (R-APS) – 该协议消息由 Y.1731 和 G.8032 定义。
◎ 自动保护切换 (APS) 通道 – 采用专门的 VLAN 传递 OAM 消息 (包括 R-APS 消息)。


G.8032 或者 ERPS 采用不同的定时器,避免竞态条件和不必要的切换操作
◎ 延迟定时器 – 该定时器用于 RPL 拥有节点在阻塞 RPL 链路前,确认网络已经稳定。

 等待-恢复 (WTR定时器 – 该定时器用于在信号恢复后,确认信号恢复是否是暂时的。
◎ 等待-阻塞 (WTB定时器 – 该定时器应用在强制倒换 / 手工倒换命令后,确认背景条件是否存在。
 WTB 定时器可能比 WTR 定时器短。
 保护定时器 – 该定时器用于所有节点,当其状态变化时,用于阻止接收潜在的过时消息,以导致节点不必要的状态改变。
◎ 保持定时器 – 该定时器用于防止网络的间歇性故障,导致 ERPS 的不断切换。故障只有当该定时器超时后,才会报告给环保护机制。


✎ 为更好的理解 ERPS,就要先理解什么是环。在环上,以太网数据帧会沿着网络环路不断转发,永不停止。

▼ 下图是一个简单的环形网络

 

交换机上还没有启用环路避免协议时,以太网数据帧能够从一台交换机转发个下一台交换机时,循环转发和占用链路带宽。
甚至,循环转发的数据帧将会给 MAC 地址表带来麻烦。
在理解了环之后,也要了解对于我们的网络来说,环不是有利的。但是,我们依然需要环提供的冗余链路。ERPS 是实现这一目标的一种方式。一个以太网环由多台交换机组成,形成封闭的物理环路。环上的每一台交换机都会和它相邻的两台交换机连接。这是对于环的简单解释。我们必须在早期就要避免环路的形成,但是自从在环上启用 ERPS 后,网络运行的更好了。
 

ERPS原理
 正常状态


1. 所有节点在物理拓扑上以环的方式连接。
2. ERPS 通过阻塞 RPL 链路,确保不会形成环路。在上图中,节点 1 和节点 4 之间的链路为 RPL 链路。
3. 对相邻节点之间的每一条链路进行故障检测。


 链路故障

1. 与故障链路相邻的节点对故障链路进行阻塞,并发送 R-APS(SF) 消息通知环上的其它节点链路故障。在上图中,节点 2 和节点 3 之间的链路故障。
2. 在保持定时器超时后,节点 2 和节点 3 阻塞故障链路并发送 R-APS(SF) 消息给环上的其它节点。
3. R-APS(SF) 消息触发 RPL 拥有节点打开 RPL 端口。所有节点更新它们的 MAC 地址表和 ARP/ND 表,环进入到保护状态。


 链路恢复
1. 当故障链路恢复时,与链路相邻的节点仍保持阻塞状态,并发送 R-APS(NR) 消息,表示没有本地故障存在。
2. 当保护定时器超时和 RPL 拥有节点收到第一个 R-APS(NR) 消息后,RPL 拥有节点开始启动 WTR 定时器。
3. 当 WTR 定时器超时后,RPL 拥有节点阻塞 RPL 链路,并发送 R-APS(NR, RB) 消息。在等待 WTR 定时器超时期间,环的状态是待定的。
4. 其它节点收到 R-APS(NR, RB) 消息后,更新各自的 MAC 地址表和 ARP/ND 表,发送 R-APS(NR, RB) 消息的节点停止周期性发送此消息,并打开阻塞端口。此时环网恢复到正常状态,这个状态就是空闲状态。


G.8032 v2 ERPS的优
◎ G.8032 v.2 ERPS 逐渐取代专有环和标准的以太环切换技术,因为它对任何回路的以太环提供了稳定的保护。随着网络规模的扩大,环路形成的计算和响应时间势必会增加,可能会从 2~120 秒增加至 分钟。这对于不间断通信网络是完全不可接受的。环对于网络运行和服务的可用性是致命的,因此,部署的网络设备支持恢复时间小于 50ms 的 ITU-T G.8032 v2 ERPS 协议将会大幅提高网络的可靠性。
 G.8032 v1 标准只支持单环拓扑,G.8032 v2 标准还另外支持多环拓扑,能够对多环上的以太网流量提供恢复切换。通过数量较少的链路实现广域多点连接,节约部署成本。
◎ 特别重要的是,部署支持 G.8032 v2 ERPS 的交换机能构建经济的和高弹性的以太网基础网络。同时,它们能够与第三方的交换机进行互操作,依然保持快速网络恢复时间并且不丢失任何数据包。


ERPS环是适合每一种应用场景的理想技术,是现在能够提供的最佳选择。如果你想了解更多有关 ERPS 的内容,请联系我们:sales@womtek.cn