第4次网络自愈课件.ppt

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1、第5章 SDH 和网络自愈,2022/12/8,1,主要内容,路由恢复广域网的自愈SDH的自愈RPR的自愈层次网络自愈,2022/12/8,2,5 网络自愈,网络自愈就是当网络的某个部件（通常指一条信道或一个节点）失效时，在一定的时间内，流经该部件的用户数据包，被动态地切换到备用的或其它可用的部件上，使用户正在进行的通信不被中断，并且尽可能保证其通信质量。,2022/12/8,3,5 失效的分类,（1）多个失效相互独立，并且没有造成某一部分网络失去连接，或多个失效对外呈现单个实效的特性。（2）多个失效造成部分无失效的网络失去连接性。,2022/12/8,4,5.1 对网络自愈的要求,从失效发生

2、到感知并确定失效的时间t1从确定失效到完成切换的时间t2,2022/12/8,5,T=t1+t2 T200ms可以满足音频和视频,5.2 路由恢复广域网的自愈,考虑到沿途经过的节点数可能达到数十个，每个节点中可能经历较长的等待队列，加上距离形成的传播延时，一个正常包从发出到收到应答，往返延时时间较长。,2022/12/8,6,5.2 路由恢复广域网的自愈,在某些路由协议中，为了判断邻居节点或连接邻居节点的信道是否还活着，每个节点要在各个端口上定期向外发联络信息，然后等着从对方节点发来对 Hello信息的应答。从自愈的角度看，对话音和视频通信的质量不会有可察觉的影响。,2022/12/8,7,5

3、.2 路由恢复广域网的自愈,（1）专门发hello包会占用信道带宽，因而只能定期地发，这个定期的周期影响了对失效的反应速度，不能做到点对点的及时应答。（2）即使路由器发现收不到一个或多个 hello报文的应答，它也不敢立即断定链路或对方节点已失效。,2022/12/8,8,Initial Route DiscoveryEIGRP,Thanks for the information!,Ack,6,3,4,Thanks for the information!,Ack,3,Here is my complete routing information.,Update,2,I am router

4、A, who is on the link?,Hello,B,1,Here is my complete route information.,Update,5,Topology Table,A,2022/12/8,9,OSPF邻居关系,Hello,afadjfjorqpoeru39547439070713,Router IDHello/dead intervalsNeighborsArea-IDRouter priorityDR IP addressBDR IP addressAuthentication passwordStub area flag,*,*,*,*,* 条目在邻居关系中必须

5、匹配,5.3 SDH的自愈,同步光纤网SONET和同步数字层次结构SDH,数字传输系统存在着许多缺点。其中最主要的是以下两个。（1）速率标准不统一（2）不是同步传输为了解决上述问题，美国首先在1988年推出了一个数字传输标准，叫做同步光纤网SONET (Synchronous Optical Network)。,2022/12/8,12,同步光纤网SONET 同步光纤网（SONET）标准，是由美国在1988年推出的一个新标准。新标准着重于高次群的统一，方便国际间光纤干线的互通。以51.84Mbps为基准进行递增；对于基于铜缆的电信号传输称为第一级同步传送信号（STS-1）；对于基于光纤的光信号

6、传输称为第一级光载波（OC-1）。,2022/12/8,13,同步数字体系SDH CCITT在SONET标准的基础上略作修改，形成国际标准：同步数字体系（SDH）。基本的SDH速率为155.520Mbps，称为第1级同步传送模块（STM-1），SDH标准的制定，使得欧洲、北美和日本的三种不同的数字传输体系在STM-1级别上得到了统一。虽然SONET和SDH略有差异，但在较高次群上趋于一致，因此，有时又将SONET和SDH作为同义词看待。,2022/12/8,14,2022/12/8,15,2022/12/8,16,2022/12/8,17,2022/12/8,18,2022/12/8,19,S

7、ONET标准定义了四个光接口层。SONET的层次自下而上为： 光子层(Photonic Layer) 数字段层(Section Layer) 线路层(Line Layer) 路径层(Path Layer),2022/12/8,20,路径层,路径层是端到端管理和数据传递的逻辑连接。该层是DS-3、FDDI或其它协议在SONET网中的映射点。负责在网络部件间完成下列功能：映射和服务传输设备状况连接错误监控用户定义的功能,2022/12/8,21,线路层,负责在传输介质上可靠地传输路径层的有效负荷和路径开销。在线路层运行的网络部件称为线路端接设备（LTE）线路层为路径层的有效负荷和路径开销提供了下列

8、LTE到LTE的功能：同步有效负荷定位多路复用错误监控自动保护交换线路端接设备的例子是SONET光纤多路复用器。,2022/12/8,22,分段层,提供类似数据链路层的功能。负责在光纤上传输STS-N.这一层的网络部件被称为分段端接设备（STE）。可执行下列STE到STE的功能:STS鉴定成帧加密错误监控用户定义的功能,2022/12/8,23,光子层,光子层负责光纤上比特流的传输。这一层将传输的电信号转化成光信号及执行相反过程。这一层的主要功能是加密并将电的STS-N帧转化成光脉冲。,2022/12/8,24,2022/12/8,25,5.3 SDH自愈,2022/12/8,26,5.3 S

9、DH自愈,在SDH环状网中，正常情况下，网络数据包沿着一个方向传。一旦环中任何信道或节点失效，环被打断，通信无法继续进行。为了可靠性，做成双环。,2022/12/8,27,5.4 RPR自愈,弹性分组环（resilient packet ring），将SDH技术与以太网技术相结合。SDH是TDM技术，适合于话音传输，在双环上具有自愈能力，但这种TDM技术是面向电路优化的，不适合数据业务突发性，在带宽利用率、网络成本、满足多样的带宽需求等方面，都不满意。,2022/12/8,28,5.4 RPR自愈,以太网成本低，技术简单，适合于无连接的IP数据包的传输。用于局部网络时，有很好的扩展性，并且具有

10、天生的广播和多播能力，当把以太网技术用于城域网或广域网时，在可管理性、可靠性、QoS质量保证等方面显得不足。,2022/12/8,29,5.4 RPR自愈,由双环组成，不像SDH那样只有一个方向的环在工作，反方向的环仅用于自愈的备份，而是双环同时工作。,2022/12/8,30,5.4 RPR自愈,双环工作双环均可以传输数据和控制信息。有数据帧、控制帧和公平帧三种类型。,2022/12/8,31,5.4 RPR自愈,两个方面改善了带宽的利用率：（1）双向环路同时工作，增加了带宽的利用率；（2）SDH只能在电路一级依靠分插复用器对点对点电路以外的环的下游段信道容量分配给别的用户，设备成本高，灵活

11、性差，信道利用率低；RPR在数据包一级进行细粒度的分插复用，实现带宽的空间重用，灵活、简便、高效。,2022/12/8,32,5.4 RPR自愈,公平控制是防止一个发送节点占满了整个环的容量，别的节点无法发送数据包，造成网络的阻塞。,2022/12/8,33,5.4 RPR自愈RPR 的多播能力,多播或广播的数据包在环网上只有一份备份，利用源剥离的方法，让数据包沿环转一圈，到达源节点后离开环，整个环上的多播或广播接收者都获得了该数据包。,2022/12/8,34,5.4 RPR自愈,传统的以太网是没有自愈能力的，有了错误，只能依靠上层协议来恢复。与SDH结合后，有了50ms的电信级自愈能力。出

12、现失效信道或失效节点后，临近失效处的节点感测到失效的存在，将环路倒换到反方向的环上。 RPR提供回绕倒换和源路由倒换两种方式。,2022/12/8,35,5.4 RPR自愈,2022/12/8,36,5.5 层次网络中的自愈,层次网络结构中，由于每个逻辑节点有多个物理交换机组成，每条逻辑信道有多条物理信道组成，任何部件的失效，都可以在底层进行点对点感测和自愈。（1）感测到信道的失效；（2）切换信道。,2022/12/8,37,5.5.1 层次网络中的自愈,测试包不与数据包争用信道，只要有数据包在信道上走，就不发送任何测试包，只当信道空闲时，才插入测试包。为了获得快速感测的能力，不发“询问-应答

13、”，而用倾听信道活动的方法。只要发送队列空，发送方就用Hello 包填充发送信道,使得信道总是处于忙碌的活动状态.,2022/12/8,38,5.5.1 层次网络中的自愈,接收方如果不断地收到对方发来的数据包，或能连续不断地收到Hello包，就证明信道至少在接收方向上是正常的。如果因连续收不到包而使自愈定时器超时，就认为信道的接收方向失效。,2022/12/8,39,5.5.1 层次网络中的自愈,在层次网络中，节点的管理和控制具有局部性，一个节点只关心其发送信道的利用率、负载均衡、信道状态等性能，对接收信道则没有这种控制和管理。感测信道异常的方法，是由接收方感测到的，但接收方并不能控制对方继续

14、或停止向已经失效的信道上发送数据包或Hello包。,2022/12/8,40,5.5.2 自愈速度分析,失效定时器的超时时间长度不是一个或多个来回的时间，也不是一个方向的信号传播延迟，而是若干个最长数据包的发送时间。,2022/12/8,41,5.5.2 自愈速度分析,双向失效的最大切换时间：作用最大的部分是一个单程传播时间3500km的国内信道，传播延迟约16.7ms；10000km的国际信道，传播延迟约47.6ms单向失效的最大切换时间：,2022/12/8,42,5.5.2 自愈速度分析,对于SDH和RPR 环中，如果环中某一段光缆的长度也达到了3500km或10000km的话，其失效后

15、的自愈时间会远远超过层次网。因为除了感测信道失效要消耗与上面相近的时间外，对SDH，还要让数据包回绕并经多段信道才能到达目的地；对RPR，还要重新构建拓扑结构。,2022/12/8,43,5.5.3询问-问答方式的自愈性能,设定一个超时定时器，大于信道的往返时间，超时表示没有如期收到应答。一次超时不能断定信道有故障，以3次试发为例，测定信道失效的时间为对于3500km和10000km为例，两条信道的失效时间分别为100ms和286ms。显然比采用自愈方式差很多,2022/12/8,44,5.5.4 失效信道的恢复,可以人工修改配置表中资源的状态参数，也可以让系统自动发现资源的可用性，将其投入运

16、行。（1）确定信道已经恢复了正常状态；（2）启动重新启用信道的过程。其中关键的动作是对信道恢复正常的感测。,2022/12/8,45,5.5.5 自适应检测,在自愈时间T 中，占主要的是信道的传播延迟，这部分时间是随信道长度而变的。为了使信道故障检测时间T与信道长度做到自适应，关键是失效定时器时间长度的设置。假定连续5个最大包的时间内收不到正常包，判定为信道失效。,2022/12/8,46,5.5.6 信道切换,（1）发现正在工作的信道突然失效，将应分配给它的负载转分配给其他正常信道，叫信道的切出；（2）发现失效信道已经恢复，要将其重新投入使用，叫信道的切入。,2022/12/8,47,5.5

17、.6 信道切换,将层次网络的物理信道管理方法用于信道切换。只要把失效物理信道对应的Hash表项中的信道标识改用其他正常信道的标识，便实现了信道的切出；要将刚恢复正常的信道重新投入使用，只要把该物理信道对应的Hash表项中的其他信道的标识改回自己的信道标识，实现了信道的切入。,2022/12/8,48,5.5.6 信道切换,信道切换常见的方法是N+1备份法，即实际使用N条信道，另加一条平时不用的备用信道。层次网络的逻辑信道包含多条物理信道被看作一个整体加以管理，让N条信道同时投入使用，互为备份，任一信道失效，将其切出。,2022/12/8,49,5.5.6 信道切换,为了使信道的切入和切出，不影

18、响已有的实时通信的质量，可以用下列方法为实时通信分配信道资源。可用于实时通信的容量为： 的取值考虑两个因素： 一是为非实时的通信量保留一部分带宽；二是出现实时通信峰值突发时，通信量不超过,2022/12/8,50,5.5.6 信道切换,用于非实时通信的容量为：,2022/12/8,51,5.5.6 信道切换,对N条信道的容量只按N-1条信道的可用于实时通信的容量去分配。N-1 条信道中不能用于实时通信的部分以及另外一条信道的全部容量，均可用于非实时通信。任意物理信道失效时，其实时通信的负载被切换到其他N-1条信道，减少的只是用于非实时通信的带宽。,2022/12/8,52,5.6 自愈方式比较

19、,路由恢复方式依赖重新生成路由、端到端的差错恢复方式实现自愈，需若干秒到分钟级的恢复时间，不适用于提供实时的话音和视频服务。,2022/12/8,53,5.6 自愈方式比较,SDH方式能满足自愈的要求，但信道利用率低，网络设备复杂，成本高，管理层次多，环状布线及环间互连复杂、缺少灵活性。环中某段光缆过分长时，自愈时间也会增加。出现两个失效时，有可能使网络变成两个小环，失去连接性。,2022/12/8,54,5.6 自愈方式比较,RPR自愈主要适用于城域网。如果使用于远程网络，不仅其以太网的可管理性、可靠性等问题会暴露出来，而且拓扑发现过程时间延迟大，大大降低了自愈的性能，影响对应用的质量保证。,2022/12/8,55,5.6 自愈方式比较,层次网络中，作为关键环节的失效感测工作不对信道引入额外的开销，因而能在最短的时间内感测到失效，感测失效的速度比SDH和RPR高。,2022/12/8,56,5.6 自愈方式比较,2022/12/8,57,