T-MPLS线性保护倒换机制研究

随着数据业务的容量越来越大，网络中交换的业务颗粒也越来越大，电路交换逐渐不能满足业务发展的需要，电路交换向分组交换的趋势越来越明显，PTN（包传输网络）技术就是实现电路交换向分组交换较好的解决方案。

PTN技术中较为成熟的两种技术分别是T-MPLS（传送多协议标签交换）和PBT（运营商骨干传输），其中T-MPLS是一种面向连接的分组传送技术，是一种层次化的网络模型架构，即控制平面、管理平面和传送平面相分离的结构，使得T-MPLS网络可以安全、透明地传送各种业务，在电信级承载方面相对于其他分组传送技术具备较大的优势。

T-MPLS借鉴现有基于电路交换为主的电信传送网的生存性机制，并结合大容量包交换的特点，提出了切实可行的保护倒换机制和网络恢复机制，使得基于MPLS（多协议标签交换）技术的T-MPLS网络具备了良好的生存能力。

T-MPLS保护方式主要由线性保护倒换（G.8131）和共享保护环（G.8132）两种方式，T-MPLS分组传送技术中的线性保护倒换机制，包括路径保护和子网连接保护。

T-MPLS线性保护机制的操作类型和倒换类型

T-MPLS线性保护机制的操作类型

返回类型是指在引起倒换的原因清除后,业务将恢复到工作连接中传输。在返回类型的情况下，当工作连接有故障发生后，并且在得到检测确认后倒换动作已经完成，此时业务信号由保护连接传送，在一段时间后工作连接的故障已经清除，先前局部的倒换请求已经终止，就进入到等待恢复状态，在这个状态结束后进入无请求状态，这个时候业务信号倒换回工作连接。但是在等待恢复状态期间，如果有较高优先级的请求时，就会提前结束等待恢复状态。

非返回类型是指当倒换请求终止，业务信号不会倒换回工作连接，而是继续在保护连接传送。在非返回类型的情况下，如果由于信号裂化或者信号实效造成的连接实效已经终止，也没有外部的启动命令，就进入了无请求的状态，此时不会发生倒换操作。

T-MPLS线性保护机制的倒换类型

单向倒换类型是指只有受到影响的一端启动倒换，两端的选择器是独立工作的，单向倒换能够在相反方向的不同连接上保护两个单向故障，有利于减小倒换的操作复杂度。

双向倒换类型是指即受到影响的和没有受到影响的连接方向均倒换至保护路径，这种双向的倒换需要用自动保护倒换协议（APS）来协调，在APS协议信息的控制下，保护倒换由被保护域的源端选择器和宿端选择器共同完成，即使在单向故障的情况，源端和宿端也会有相同的桥接器和选择器设置。

T-MPLS的路径保护

T-MPLS路径保护用于保护一条T-MPLS连接，是一种专用的端到端的保护结构，可以用于多种网络类型，如环网、网孔网等。T-MPLS路径保护又可以具体分为1+1和1:1两种类型。

单向1+1T-MPLS路径保护

在单向1+1T-MPLS路径保护的结构中，保护连接时每条工作连接是专用的，工作连接和保护连接在被保护域的源端进行永久性桥接，即业务信号同时在工作连接和保护连接上传送，如图1所示。在被保护域的宿端进行有选择地接收业务信号，即从工作连接和保护连接这两条连接中选择一条用于接收，选择的原则是预先配置好的，如缺陷指示、优先级指示等，宿端选择器的控制是完全基于本地信息完成的。为了避免出现单点实效，工作连接和保护连接应该走分开的路由。

图1 单向1+1路径保护倒换结构

单向1+1T-MPLS路径保护的倒换类型是单向倒换；单向1+1T-MPLS路径保护的操作类型可以是返回的，也可以是非返回的。

如果在工作连接上出现单向故障，如图2所示，A点到C点方向上出现故障，节点Ｚ检测到工作连接发生故障，则Ｚ点将会倒换至保护连接，即A点经Ｂ点到Ｚ点方向。

图2 单向1+1路径保护倒换结构（工作连接失效）

双向1:1T-MPLS路径保护

在1:1结构中，保护连接是每条工作连接专用的，被保护的业务信号由工作连接和保护连接进行传送，工作连接和保护连接的选择原则由预先的配置机制决定。为了避免单点实效，工作连接和保护连接应该走分离的路由。

双向1:1T-MPLS路径保护倒换类型是双向倒换，双向1:1T-MPLS路径保护的操作类型应该是可返回的。

图3 双向1:1路径保护倒换结构（单向表示）

如图3所示，正常工作的情况下，业务信号是由工作连接传送的，即两端的选择器都选择了工作连接。当有故障发生时，如图4所示，若在工作连接Z-A方向上发生故障，则此故障将在节点A检测到。然后使用APS协议触发保护倒换，协议流程如下：

图4 双向1:1 SNC/S 保护倒换结构（工作连接Z-A故障）

1)节点A检测到故障；

2)节点A选择器桥接倒换至保护连接A-Z（即在A-Z方向，工作业务同时在工作连接A-Z和保护连接A-Z上进行传送）和节点A并入选择器倒换至保护连接A-Z；

3)从节点A到节点Z发送APS命令请求保护倒换；

4)当节点Z确认了保护倒换请求的优先级有效之后，节点Z并入选择器倒换至保护连接A-Z（即在Z-A方向，工作业务同时在工作连接Z-A和保护连接Z-A上进行传送）；

5)然后APS命令从节点Z传送至节点A用于通知有关倒换的信息；

6)最后，业务流在保护连接上进行传送。

T-MPLS的子网连接保护

T-MPLS子网连接保护用于保护一个运营商网络或多个运营商网络内部的连接部分。被保护域中存在两条独立的子网连接，作为正常业务信号的工作和保护传送实体。对于SNC/S（带子层监测的子网连接保护），T-MPLS子层路径终结功能块产生/插入和检测/提取T-MPLSOAM（操作、维护和管理）信息，用于确定工作和保护T-MPLS子层路径的状态。

单向1+1SNC/S保护

单向1+1SNC/S保护倒换结构如图5所示，在单向保护倒换模式下，基于本地信息保护倒换由被保护域宿端（节点Z）选择器来执行。业务信号在被保护域源端（节点A）永久桥接到工作连接和保护连接上。服务器/子层路径终端器和适配功能块用于监视和确定工作与保护连接的状态。单向1+1SNC/S保护的操作类型可以是返回的或是非返回的。

图5 单向1+1 SNC/S保护倒换结构

双向1:1SNC/S保护

双向1:1SNC/S保护倒换结构如图6所示，在双向保护倒换操作模式下，基于本地或近端信息和来自另一端或远端的APS协议信息，保护倒换由被保护域源端选择器桥接和宿端选择器共同来完成。服务器/子层路径终端器和适配功能块用于监视和确定工作与保护连接的状态。双向1:1SNC/S保护的操作类型应该是可返回的。

图6 双向1:1 SNC/S 保护倒换结构

与PBT保护技术的比较

同样作为电信级分组传输的主流技术，PBT（运营商骨干传输）技术结合了802.1q、802.1ad和802.1ah等技术，主要在MAC-in-MAC封装的基础上做延伸和增强，通过关掉一些以太网功能，利用现有以太网硬件就可以提供新的转发功能，将无连接的以太网改造为面向连接的二层通道。

PBT的保护采用端到端的保护模型，工作路径和保护路径是预先计算好的，路径上所有节点的转发表也预先配置好的相关条目，主要应用于全局性保护，针对端到端的主路径，通过提供端到端的次路径实现端到端保护，工作路径和保护路径的目的地MAC地址是一样的，不过它们的VLANID是不同的。

通过使用802.1ag的连接出错管理功能，PBT可以检测到错误并上报，数据不连续的问题也会作为一种错误上报，并且触发保护转换功能。路径保护是通过源节点改变VLANID值，同时将数据流切换到预先配置好的保护路径上实现的，节点保护由离故障节点最近的分叉点转换VLANID值来实现。由于保护路径和VLANID值都已经预先配置好，PBT保护转换可以在很短时间内完成。

同T-MPLS的线性保护机制一样，PBT也通常采用1:1、1:n和1+1的资源配置模型，都是通过网管预先配置工作路径和保护路径，在任何网络拓扑情况下都能完成快速的保护倒换功能。

所不同的是T-MPLS协议是ITU-T制定，更专注于网络传输的有效保障，较好地继承了SDH的保护倒换机制，同时T-MPLS的协议制定比较完整，例如在人工倒换和自动倒换等方面都较为完善。

T-MPLS对现有电信网络的改造较少，而且对TDM业务有较好的支撑能力。总的说来T-MPLS技术结合了SDH和MPLS的优点，提供了一种扁平化、可运营而且低成本的融合架构，是下一代分组传输网的发展目标。