一种环网故障倒换方法及环节点与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种环网故障倒换方法及环节点。

背景技术：

随着以太网向电信级网络和工业自动化网络的发展，语音、视频组播业务对以太网的冗余保护和故障倒换时间提出了更高的要求，需要高可用性保障网络的持续运营。G.8032以太网环保护倒换(Ethernet Ring Protection Switching，ERPS)协议就是实现此目标的技术之一。基于G.8032协议的自动保护倒换(Automatic Protection Switching，APS)协议，通过定义以太网环上节点和链路的不同角色，在正常情况下阻塞逻辑环路防止产生洪泛风暴，在环上链路或节点故障的情况下迅速切换到备份链路，从而实现消除环路、故障保护倒换和自动故障恢复等功能，并且故障倒换时间低于50ms，支持单环、相交环和相切环三种组网方式。

以太网环上的节点称为环节点，环节点上连接到环的端口称为环端口，用户需要给以太网环上的逻辑环指定一个环号，规划一条需要阻塞的链路为环保护链路(Ring Protection Link，RPL)，指定连接RPL一端的节点为RPL拥有者节点(RPL Owner Node)，连接RPL另一端的节点为RPL邻居节点(RPL Neighbor Node)，其他节点为普通环节点。如图1所示，无故障状态下，RPL拥有者节点和RPL邻居节点负责阻塞RPL，流量不经过RPL，RPL成为备份链路，环网逻辑上成为线型网络。

以太网环上每个节点都监控环端口所连接的链路的状态，如图2所示，当环上链路发生信号失效(Signal Fail，SF)故障时，连接故障链路两端的节点检测到链路故障，阻塞故障链路，同时向环上发送SF消息报文，即环保护倒换(Ring Automatic Protection Switching，R-APS)报文，其中，该SF消息报文的目的媒体访问控制地址(Media Access Control，MAC)为:01-19-A7-00-00-[环号]，环上其它节点收到SF消息报文后，清空环端口绑定的转发过滤表(Filtering Database，FDB)，RPL拥有者节点和邻居节点收到SF消息报文，除了清空环端口绑定的FDB表，还将连接RPL端口的阻塞状态变为转发状态，使得流量可以通过RPL，环网完成故障倒换，环网故障倒换时间越短，对业务流量的影响越小。

影响环网故障倒换时间的因素包括：环节点环端口物理层(Physical Layer，PHY)确认故障的时间，环节点检测到端口物理层故障的时间，环节点环网协议对端口故障防抖的时间，SF消息报文在网络上的传输时间，网络流量拥塞状况，环节点收到SF消息报文后的处理时间和环节点刷新FDB表的时间等。

如何缩短环网故障倒换时间是需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种环网故障倒换方法及环节点，以缩短环网故障倒换的时间。

本发明实施例提供的具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种环网故障倒换方法，包括：

第一环节点的处理器接收所述第一环节点的第一环端口上报的端口状态变化的中断事件后，获取所述第一环节点的第一环端口当前的状态，其中，所述第一环节点为以太网环上的任一节点；

所述第一环节点的处理器根据所述第一环节点的第一环端口当前的状态，确定所述第一环节点的第一环端口由正常状态变为故障状态，立即进行以太网环保护倒换，以阻塞所述第一环节点的第一环端口连接的故障链路并连通所述以太网环的环保护链路。

第二方面，本发明实施例提供了一种环节点，包括：

第一环端口，用于向处理器上报端口状态变化的中断事件；

所述处理器，用于接收所述第一环端口上报的端口状态变化的中断事件后，获取所述第一环端口当前的状态，根据所述第一环端口当前的状态，确定所述第一环端口由正常状态变为故障状态，立即进行以太网环保护倒换，以阻塞所述第一环节点的第一环端口连接的故障链路并连通所述以太网环的环保护链路。

第三方面，本发明实施例提供了一种环节点，包括：

第一环端口，用于将第一环节点的处理器发送的环保护倒换报文发送给交换芯片，其中，所述第一环节点为与所述节点相邻的环节点；

所述交换芯片，用于将所述环保护倒换报文以最高优先级复制到处理器；

所述处理器，用于保存所述环保护倒换报文，并按照最高优先级处理所述环保护倒换报文。

基于上述技术方案，本发明实施例中，第一环节点的处理器接收第一环节点的第一环端口上报的端口状态变化的中断事件后，获取第一环节点的第一环端口当前的状态，并根据第一环节点的第一环端口当前的状态，确定第一环节点的第一环端口由正常状态变为故障状态，立即进行以太网环保护倒换，以阻塞所述第一环节点的第一环端口连接的故障链路并连通以太网环的环保护链路，使得第一环节点的处理器确定第一环端口发生故障后，立即进行以太网环保护倒换，取消了第一环节点的处理器接收到上报的故障之后的链路故障防抖机制，减少了故障响应的时间，进而缩短了环网故障倒换时间。

附图说明

图1为现有技术中正常状态下网环结构示意图；

图2为现有技术中链路故障状态下网环结构示意图；

图3为本发明第一实施例提供的环网故障倒换方法的流程示意图；

图4为本发明第一具体实施例中环节点的进行以太网环保护倒换的流程示意图；

图5为本发明第二具体实施例中环节点配置R-APS报文转发和处理信息的流程示意图；

图6本发明第二实施例中环节点的结构示意图；

图7本发明第三实施例中环节点的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

发明人发现，端口物理层为了防止链路故障反复震荡扩散到上层软件系统，在一定时间内抑制故障上报，只有确定该故障稳定持续的时间超过定时器所设定的时间(一般PHY的实现是10ms/350ms/750ms)后，才会向上层软件报告该故障。并且，在G.8032以太网环保护倒换协议中，环节点为了防止链路故障抖动导致环网频繁切换，在故障上报后，启动Hold-off定时器(该定时器的时长范围为0-10s，步长100ms)，当定时器超时的时候，故障状态依然存在，该协议的状态机才切换到保护状态，并通知环上其它节点。这两个定时器对链路故障震荡抑制起到一定的作用，但是延迟了故障的响应时间，对环网倒换时间有显著的影响，甚至定时器本身的设定时间就远远超过了环网倒换的性能要求。

另外，基于G.8032协议的环网故障倒换时间受环节点个数影响较大，要保证倒换时间在50ms以内，需要限制环节点不超过16个，环节点数的增加，或网络业务繁忙，都可能使环网故障倒换时间超出50ms。

本发明实施例中以太网环上的各环节点直接相连，且每个环节点均支持并开启G.8032协议，环节点的环端口可以是光口或电口，其中，光口指光纤端口，如小型可插拔(Small Form-Factor Pluggable，SFP)光纤端口，电口指双绞线接口，如RJ45接口等。

为了缩短以太网环故障倒换所需的时间，本发明实施例提供了一种环网故障倒换方法及环节点。

第一实施例，第一环节点的处理器进行以太网环保护倒换的方法流程如图3所示，具体包括以下步骤：

步骤301：第一环节点的处理器接收第一环节点的第一环端口上报的端口状态变化的中断事件后，获取第一环节点的第一环端口当前的状态，其中，第一环节点为以太网环上的任一节点。

实施中，在根据G.8032协议创建以太网环时，以太网环上的任意一个环节点的处理器向该环节点的交换芯片下发环保护倒换报文的特征，由该环节点的交换芯片根据该环保护倒换报文的特征生成组播表项以及访问控制列表(Access Control List，ACL)表项，其中，该组播表项用于识别环保护倒换报文，设置交换芯片转发该环保护倒换报文的优先级为最高优先级以及配置该环保护倒换报文的转发端口的地址，该转发端口包括该环节点的两个环端口，该ACL表项用于识别环保护倒换报文，设置交换芯片将获得的环保护倒换报文以最高优先级复制一份到处理器，以及设置该环节点的处理器处理该环保护倒换报文的优先级为最高优先级。

具体地，环保护倒换报文的特征可以是该环保护倒换报文的目的MAC地址。需要说明的是，本发明实施例并不限定环保护倒换报文的特征的具体内容，能够识别该环保护倒换报文的内容均可作为该环保护倒换报文的特征。

步骤302：第一环节点的处理器根据所述第一环节点的第一环端口当前的状态，确定第一环节点的第一环端口由正常状态变为故障状态，立即进行以太网环保护倒换ERPS，以阻塞第一环节点的第一环端口连接的故障链路并连通该以太网环的环保护链路。

具体地，第一环节点的处理器接收第一环节点的第一环端口上报的端口状态变化的中断事件后，获取第一环节点的第一环端口当前的状态和本地记录的第一环节点的第一环端口的状态，确定第一环节点的第一环端口当前的状态为故障状态以及本地记录的第一环节点的第一环端口的状态为正常状态，则确定第一环节点的第一环端口由正常状态变为故障状态，并将本地记录的第一环节点的第一环端口的状态更新为第一环节点的第一环端口当前的状态。

实施中，第一环节点的第一环端口检测到第一环节点的第一环端口的状态发生变化后，立即将第一环节点的第一环端口状态发生变化的中断事件上报给第一环节点的处理器，第一环节点的第一环端口取消了第一环端口物理层的防抖机制，直接上报端口状态发生变化的中断事件，缩短了环网故障上报的时间，进一步缩短了环网故障倒换时间。

实施中，第一环节点的处理器确定第一环节点的第一环端口由正常状态变为故障状态，立即生成环保护倒换报文，并通过第一环节点的第二环端口将该环保护倒换报文发送到第二环节点的第一环端口，其中，第二环节点为与第一环节点相邻的环节点。

实施中，第二环节点的第一环端口将环保护倒换报文发送给第二环节点的交换芯片；第二环节点的交换芯片将该环保护倒换报文以最高优先级复制到第二环节点的处理器，由第二环节点的处理器保存该环保护倒换报文，并按照最高优先级处理该环保护倒换报文，避免网络业务流量拥塞对环网倒换时间的影响，进一步缩短了环网故障倒换的时间。

实施中，第二环节点的处理器接收该环保护倒换报文后，清空第二环节点的环端口上绑定的FDB表。若第二环节点为RPL拥有者节点或RPL邻居节点，则第二环节点的处理器除了清空第二环节点的环端口上绑定的FDB表外，还要将第二环节点连接RPL的环端口的状态从阻塞状态变为转发状态。

实施中，第二环节点的第一环端口将环保护倒换报文发送给第二环节点的交换芯片；由第二环节点的交换芯片根据预先配置的组播表项识别该环保护倒换报文，将该环保护倒换报文的转发优先级标记为最高优先级，并将该环保护倒换报文转发到第二环节点的第二环端口；由第二环节点的第二环端口将该环保护倒换报文转发到第三环节点的第一环端口，其中，第三环节点为与第二环节点相邻的环节点，使得环保护倒换报文直接通过环节点的转发芯片进行硬件转发，不需要环节点的交换芯片将该环保护倒换报文发送到该环节点的处理器，由该环节点的处理器转发该环保护倒换报文，缩短了环保护倒换报文在环节点内部的处理流程，进一步缩短了环网故障倒换的时间。并且，第二环节点的交换芯片根据预先配置的组播表项识别出该环保护倒换报文后，将该环保护倒换报文的转发优先级标记为最高优先级，使得第二环节点的第二环端口拥塞时，优先转发该环保护倒换报文，缩短了环网故障倒换的时间。

实施中，第二环节点的交换芯片根据预先配置的组播表项转发环保护倒换报文时，虽然该组播表项配置的转发端口包括第二环节点的两个环端口，但第二环节点的交换芯片只将该环保护倒换报文转发到不是接收第一环节点转发的环保护倒换报文的第二环端口。

具体地，由于环节点采用G.8032协议，环节点的交换芯片预先配置的组播表项为二层组播表。

实施中，第三环节点的第一环端口采用与第二环节点的第一环端口将环保护倒换报文转发到第三环节点的第一环端口相同的方法，将该环保护倒换报文转发到第四环节点的第一环端口，以此类推，直到以太网环上除了发生故障的环节点以外的其他环节点均获得该环保护倒换报文，使得环保护倒换报文直接通过硬件进行转发，缩短了环保护倒换报文在环节点内部的处理流程，且在转发端口拥塞时，优先转发环保护倒换报文，使得其他环节点能快速收到环保护倒换报文并进行处理。

实施中，以太网环上除了发生故障的环节点以外的其他环节点的交换芯片根据预先配置的组播表，直接转发获得的环保护倒换报文，使得其他环节点转发环保护倒换报文的时长可以忽略不计，使得环网倒换所需的时间受环节点个数的影响较小，在保证环网故障倒换时间小于50ms的情况下，环节点的个数可以大于16个。

实施中，以太网环上除了发生故障的环节点以外的其他环节点的转发芯片获得环保护倒换报文后，将该环保护倒换报文以最高优先级复制到该环节点的处理器，由该环节点的处理器保存该环保护倒换报文，并按照最高优先级处理该环保护倒换报文。

实施中，第一环节点的处理器再次接收到所述第一环节点的第一环端口上报的端口状态变化的中断事件后，若确定第一环端口由故障状态变为正常状态，且确定第一环节点的第一环端口保持正常状态设定时长后，进行以太网环保护倒换，以恢复第一环节点的第一环端口连接的故障链路并阻塞该以太网环的环保护链路，使得第一环节点的处理器在确定第一环节点的第一环端口的故障恢复且保持正常状态设定时长后，才恢复该故障链路，阻塞环保护链路，而不是确定第一环节点的第一环端的故障恢复后，立即恢复该故障链路，阻塞环保护链路，避免了第一环节点的第一环端口状态的抖动导致以太网环频繁倒换以及环状态不稳定，且不影响第一环节点的处理器对第一环端口故障的响应。

第一具体实施例，以下通过两个具体实施例对本发明实施例提供的环网故障倒换方法进行详细说明。

第一具体实施例，环节点的处理器进行以太网环保护倒换的过程如图4所示，具体步骤如下：

步骤401：环节点的处理器设置该环网节点的环端口物理层通过中断直接上报端口状态变化的事件。

步骤402：环节点的处理器接收到该环节点的环端口上报的端口状态变化的中断事件后，从该环端口的物理层获得该环端口当前的状态。

步骤403：环节点的处理器判断该环端口当前的状态是否为故障状态(link down)，若是，执行步骤404，否则，执行步骤405。

具体地，环节点的环端口当前的状态为link down状态或正常状态(link up)。

步骤404：环节点的处理器启动LINKUP_DELAY定时器，执行步骤406。

其中，LINKUP_DELAY定时器的时长为默认值或由环节点的处理器根据用户操作设置。一般，INKUP_DELAY定时器的设定时长为3s。

步骤405：环节点的处理器判断LINKUP_DELAY定时器是否超时，若是，执行步骤406，否则，结束本次端口状态变化的中断事件处理流程。

步骤406：环节点的处理器判断该环端口的状态是否发生变化，若是，执行步骤407，否则，结束本次端口状态变化的中断事件处理流程。

具体地，环节点的处理器根据该环端口当前的状态和本地记录的该环端口的状态，判断该环端口的状态是否发生变化，若该环端口当前的状态与本地记录的该环端口的状态不同，则确定该环端口的状态发生了变化。若环节点的处理器确定该环端口当前的状态为link down状态，本地记录的该环端口的状态为link up状态，则确定环端口由link up状态变为link down状态，并将本地记录的该环端口的状态更新为link down状态；若环节点的处理器确定该环端口当前的状态为link up状态，本地记录的该环端口的状态为link down状态，则确定环端口由link down状态变为link up状态，并将本地记录的该环端口的状态更新为link up状态。

步骤407：环节点的处理器进行以太网环保护倒换。

具体地，若环节点的处理器确定环端口由link up状态变为link down状态，立即生成环保护到环报文，进行以太网环保护倒换，以阻塞故障链路并将RPL从阻塞状态变为转发状态；若环节点的处理器确定环端口由link down状态变为link up状态，进行以太网环保护倒换，以恢复故障链路并将RPL从转发状态变为阻塞状态。

具体地，环节点的处理器确定环端口由link up状态变为link down状态后，立即生成R-APS报文，将该环端口设置为阻塞状态，以阻塞故障链路，同时，将该R-APS报文转发到环上的其他环节点，其他环节点接收到该R-APS报文后，清空该环节点的环端口绑定的FDB表，若该环节点为RPL拥有者节点或RPL邻居节点，清空该环节点的环端口绑定的FDB表，并将连接RPL的端口从阻塞状态变为转发状态，以连通RPL。

例如，对于由四个环节点组成的环网，采用第一具体实施例中的环网故障倒换方法，倒换时间小于10ms，其中，环网故障可以是光口故障或电口故障。

第二具体实施例，基于G.8032协议创建以太网环时，对于任意一个环节点，R-APS报文转发和处理信息的配置过程如图5所示，具体包括以下步骤：

步骤501：环节点的处理器向该环节点的交换芯片下发R-APS报文的特征。

其中，R-APS报文的特征用于识别R-APS报文。

步骤502：环节点的交换芯片根据该R-APS报文的特征生成二层组播表项，其中，该二层组播表项用于识别R-APS报文，设置交换芯片转发R-APS报文的优先级为最高优先级以及配置转发R-APS报文的转发端口，该转发端口为该环节点的两个环端口。

步骤503：环节点的交换芯片根据该R-APS报文的特征生成ACL表项，其中，该ACL表项用于识别R-APS报文，设置该交换芯片以最高优先级将R-APS报文复制到处理器中，以及设置处理器处理R-APS报文的优先级为最高级优先级。

基于同一发明构思，本发明第二实施例提供了一种环节点，该环节点的具体实施可参见第一实施例部分的描述，重复之处不再赘述，如图6所示，该环节点主要包括：

第一环端口601，用于向处理器602上报端口状态变化的中断事件；

所述处理器602，用于接收所述第一环端口601上报的端口状态变化的中断事件后，获取所述第一环端口601当前的状态，根据所述第一环端口601当前的状态，确定所述第一环端口601由正常状态变为故障状态，立即进行以太网环保护倒换，以阻塞所述第一环节点的第一环端口601连接的故障链路并连通所述以太网环的环保护链路。

可能的实施方式中，所述第一环端口601具体用于：检测到所述第一环端口601的状态变化后，立即向所述处理器602上报所述端口状态变化的中断事件。

可能的实施方式中，所述环节点还包括第二环端口603；

所述处理器602具体用于：生成环保护倒换报文，并通过所述第二环端口603将所述环保护倒换报文发送到第二环节点的第一环端口，其中，所述第二环节点为与所述节点相邻的环节点。

可能的实施方式中，所述处理器602还用于：再次接收到所述第一环端口601上报的端口状态变化的中断事件后，若确定所述第一环端口601由故障状态变为正常状态，且确定所述第一环端口601保持正常状态设定时长后，进行以太网环保护倒换，以恢复所述故障链路并阻塞所述环保护链路。

基于同一发明构思，本发明第三实施例提供了一种环节点，该环节点的具体实施可参见第一实施例部分的描述，重复之处不再赘述，如图7所示，该环节点主要包括：

第一环端口701，用于将第一环节点的处理器发送的环保护倒换报文发送给交换芯片702，其中，所述第一环节点为与所述节点相邻的环节点；

所述交换芯片702，用于将所述环保护倒换报文以最高优先级复制到处理器；

所述处理器703，用于保存所述环保护倒换报文，并按照最高优先级处理所述环保护倒换报文。

可能的实施方式中，所述环节点还包括第二环端口704；

所述交换芯片702还用于：根据预先配置的组播表项识别所述环保护倒换报文，将所述环保护倒换报文的转发优先级标记为最高优先级，并将所述环保护倒换报文以最高优先级转发到所述第二环端口704；

所述第二环端口704，用于将所述环保护倒换报文转发到第三环节点的第一环端口，其中，所述第三环节点为与所述环节点相邻，且与所述第一环节点不同的环节点。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。