以太網技術具有簡單、高效和低成本等特點，并隨著近幾年的以太網突飛猛進的發展，以太網承載的業務種類越來越多，以太網的帶寬及速率也得到了飛速的發展。

    以太網的特點是統計時分復用和地址自學習機制，但在提高了帶寬效率和簡單靈活性的同時也引入了業務帶寬和業務路徑的不確定性。

    在大部分以太網絡中，大多采用星形或者雙歸屬組網模型。星形網絡一般用在網絡拓撲的接入層，沒有冗余保護，關鍵點的單點故障會導致網絡不可用。這兩種傳統的級聯方式的網絡拓撲在網絡響應時間、保護機制以及對組播應用方面存在著先天的缺陷。

    而隨著以太網向城域網的發展，語音、視頻組播業務對以太網的冗余保護和故障恢復時間提出了更高的要求。原有的STP機制對故障恢復的收斂時間都在秒級，遠遠達不到城域網對故障恢復時間的要求。

    傳統以太網保護方案

    傳統以太網網絡中大多數采用雙歸屬組網模型，多會存在缺乏有效保護和浪費網絡資源等諸多問題，如圖1所示。

圖1 城域網現網存在的問題

 
    雙歸屬網絡中，匯接局和中心機房之間為了保證可靠性部署雙鏈路上行，但實際應用中這兩鏈路或光纖都處于一個地溝或管道中，這樣就出現了SRG(sharedriskgroup)共享風險組，鏈路保護無任何意義；同時該種網絡中還會浪費核心交換機的端口資源和光纖資源。

    以太環網技術保護技術

    以太網環網技術

    以太環網技術就是對上述問題的一種解決方案。作為一種城域以太網技術，以太環網解決了傳統數據網保護能力弱、故障恢復時間長等問題，理論上可以提供50ms的快速保護特性，同時兼容傳統的以太網協議，是城域寬帶接入網優化改造的一種重要的技術選擇和解決方案。

    以太環網主要靠軟件的控制，這是目前以太環網主流的技術，但是在具體的實現上各個廠家又有很大的不同。目前主流的有EAPS環網保護，RPRR環網保護及RCPR環網保護等。

    EAPS環網保護

    EAPS技術由IETF的RFC3619定義。目前大多數設備廠商的以太環網技術都是以此為基礎實現的。EAPS的保護域局限于一個環形組網的范圍內，如圖2所示。

圖2 環形組網

    EAPS以太環網保護技術可以歸納為4項技術的疊加：標準MAC交換+改進的生成樹算法+以太故障檢測OAM+簡單的環網控制協議。通過環網控制協議將物理的環破解成邏輯的鏈，并利用改進的生成樹協議和MAC交換完成保護切換。下面以圖3為例說明EAPS的保護過程。

    在EAPS環內通常會指定一個主節點(N5節點)，其他節點稱為中轉節點。主節點的兩個環路端口一個可指定為主端口，另一個可指定為次端口。在EAPS中，分別設定控制VLAN和業務VLAN，控制VLAN承載EAPS各種控制幀，業務VLAN承載以太數據流量。在這兩個VLAN內，EAPS環內始終是執行標準的MAC交換算法。
 
    在正常工作狀態下，主節點對業務VLAN啟用生成樹，通過阻塞主節點的次端口，將物理的環破解成邏輯的鏈。

    主節點檢測到故障后，就會執行3個動作完成保護切換：

    重新執行生成樹算法，打開次端口阻塞狀態；清空MAC地址學習表，重新學習拓撲；通過控制VLAN發送以太控制OAM幀，其他中轉節點收到OAM幀后，清空本節點的MAC地址表，重新學習拓撲。

    在切換完成后，主節點的主端口繼續向次端口發送連接性檢查，次端口又收到OAM幀時，則表明故障已恢復，主節點再重新執行生成樹算法，關斷次端口，所有節點再次清空MAC表，重新拓撲學習。

    RRPP環網保護

    RRPP主要是華為的環網保護機制，主要由多個節點構成的環網，其中一個為主節點，其他節點為傳輸節點，主節點在環上的兩個端口分為主端口和從端口，主節點通常周期性從主端口發送環的HELLO報文，環完整的情況主節點就會在從端口上接收到自己發送的HELLO報文，這樣主節點認為環網處于完整狀態，則立刻阻斷從端口保證沒有環路；若在一定周期內從端口收不到自己發送的HELLO，則認為環網處于故障狀態，主節點會打開從端口使其正常轉發。

    一旦故障發生時如鏈路down，故障相鄰的節點或端口上會通過中斷立刻檢測到故障，并立刻向主節點發送Link_down報文，主節點收到該報文則認為環處于故障狀態，立刻打開從端口，同時發送報文通知其他傳輸節點更新轉發表，傳輸節點更新轉發表后數據流則切換到正常的鏈路。

    RCPR保護機制

    RCPR是瑞斯康達交換機的環網協議。Raisecom以太環網技術采用自主研發的協議，通過簡單的配置，實現了消除環網環路、故障保護倒換、自動故障恢復功能，并且故障保護倒換時間低于50ms。

圖3 Raisecom 以太網環

    1環拓撲收集：Raisecom以太環網是通過選舉來產生主節點的，所以每個節點都要收集環上設備信息，只有正確地收集才能正確地選舉。Raisecom以太網環上的節點從加入那一刻開始就一直在收集更新拓撲。

    拓撲收集是通過Hello報文完成的，hello報文中包含從另一端口收集到的所有節點信息。以圖3單環中SWA為例：

    開始時，SWA端口1給SWD發出的hello報文節點信息中只包含自己；

    第二次時，由于端口2收到SWB的hello報文，所以端口1給SWD發出的hello報文節點信息為SWA和SWB；

    依此類推，4次后，SWD從SWA的端口1收到帶自己信息的hello報文，SWD認為環網完整。

    2主節點選舉：開始時，所有節點都認為自己是主節點，兩個端口之一被block，這樣環上沒有數據環路；當環上節點兩個端口多次收到一樣的Hello時，該節點認為環網拓撲穩定，可以選舉主節點。不是主節點的節點會放開被阻塞的端口，一般主節點只有一個，這樣能保證只阻塞一個端口，從而保證環上節點的連通性。

    3鏈路故障：當環上某鏈路故障時，該鏈路相鏈的兩個節點都向主節點發送change報文，主節點放開被阻塞端口進行保護倒換。SWB和SWC都發送change報文給SWD(環路正常時公認的主節點)，SWD放開以前被阻塞的節點。但是這時SWB和SWC都認為自己是主節點，從而都把自己down的端口阻塞了。鏈路的故障也將觸發hello報文的發送，待拓撲穩定后，SWC將被公認為主節點；SWB由于不是主節點，端口被放開。

    4鏈路故障恢復：當故障鏈路恢復時，SWC并不馬上放開端口5。而是等新拓撲收集穩定，SWD發現自己應該是主節點，在一段時間延時后，阻塞自己的某一端口，并change報文通知SWC放開端口5。