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01-可靠性概述
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隨著網絡的快速普及和應用的日益深入，各種增值業務（如IPTV、視頻會議等）得到了廣泛部署，網絡中斷可能影響大量業務、造成重大損失。因此，作為業務承載主體的基礎網絡，其可靠性日益成為受關注的焦點。
在實際網絡中，總避免不了各種非技術因素造成的網絡故障和服務中斷。因此，提高係統容錯能力、提高故障恢複速度、降低故障對業務的影響，是提高係統可靠性的有效途徑。
可靠性需求根據其目標和實現方法的不同可分為三個級別，各級別的目標和實現方法如表1-1所示。
表1-1 可靠性需求的級別
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級別 |
目標 |
實現方法 |
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1 |
減少係統的軟、硬件故障 |
· 硬件：簡化電路設計、提高生產工藝、進行可靠性試驗等 · 軟件：軟件可靠性設計、軟件可靠性測試等 |
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2 |
即使發生故障，係統功能也不受影響 |
設備和鏈路的冗餘設計、部署倒換策略、提高倒換成功率 |
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3 |
盡管發生故障導致功能受損，但係統能夠快速恢複 |
提供故障檢測、診斷、隔離和恢複技術 |
在上述三個級別的可靠性需求中，第1級別需求的滿足應在網絡設備的設計和生產過程中予以考慮；第2級別需求的滿足應在設計網絡架構時予以考慮；第3級別需求則應在網絡部署過程中，根據網絡架構和業務特點采用相應的可靠性技術來予以滿足，本文將對這些技術加以重點介紹。
通常，我們使用MTBF（Mean Time Between Failures，平均故障間隔時間）和MTTR（Mean Time to Repair，平均修複時間）這兩個技術指標來評價係統的可靠性。
MTBF是指一個係統無故障運行的平均時間，通常以小時為單位。MTBF越多，可靠性也就越高。
MTTR是指一個係統從故障發生到恢複所需的平均時間，廣義的MTTR還涉及備件管理、客戶服務等，是設備維護的一項重要指標。
MTTR的計算公式為：MTTR=故障檢測時間+硬件更換時間+係統初始化時間+鏈路恢複時間+路由覆蓋時間+轉發恢複時間。公式中各項的值越小，MTTR也就越少，可靠性也就越高。
通過前麵的介紹可知，提高MTBF或降低MTTR都可以提高網絡的可靠性。在實際網絡中，各種因素造成的故障難以避免，因此能夠讓網絡從故障中快速恢複的技術就顯得非常重要。本節介紹的各種可靠性技術將主要從降低MTTR的角度，為滿足第3級別的可靠性需求來提供技術手段。
可靠性技術的種類繁多，我們根據其解決網絡故障的側重不同，將其大致分為故障檢測技術和保護倒換技術兩大類。
故障檢測技術側重於網絡的故障檢測和診斷。DLDP、以太網OAM都屬於鏈路層的故障檢測技術；BFD是一種通用的故障檢測技術，可用於各層麵的故障檢測；NQA用於對網絡質量進行診斷和評估；Monitor Link和Track通過故障檢測的聯動機製來與其它可靠性技術進行配合。對這些技術的進一步介紹如表1-2所示。
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名稱 |
簡介 |
詳細介紹 |
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CFD |
全稱Connectivity Fault Detection（連通錯誤檢測），遵循IEEE 802.1ag的CFM（Connectivity Fault Management，連通錯誤管理）協議和ITU-T的Y.1731協議，是一種二層鏈路上基於VLAN的端到端OAM（Operation, Administration and Maintenance，操作、管理和維護）機製，主要用於在二層網絡中檢測鏈路連通性、確認故障並定位故障 |
可靠性配置指導/CFD |
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DLDP |
全稱Device Link Detection Protocol（設備鏈路檢測協議），用於監控光纖或銅質雙絞線的鏈路狀態。當發現單向鏈路後，會根據用戶配置，自動關閉或通知用戶手工關閉相關端口，以防止網絡問題的發生 |
可靠性配置指導/DLDP |
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以太網OAM |
一種監控網絡故障的工具，主要用於解決以太網接入“最後一公裏”中常見的鏈路問題。用戶通過在兩個點到點連接的設備上啟用以太網OAM功能，可以監控這兩台設備之間的鏈路狀態 |
可靠性配置指導/以太網OAM |
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BFD |
全稱Bidirectional Forwarding Detection（雙向轉發檢測），是一個通用的、標準化的、介質無關、協議無關的快速故障檢測機製，用於快速檢測、監控網絡中鏈路或IP路由的轉發連通狀況 |
可靠性配置指導/BFD |
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NQA |
全稱Network Quality Analyzer（網絡質量分析），通過發送測試報文，對網絡性能、網絡提供的服務及服務質量進行分析，並為用戶提供網絡性能和服務質量的參數，如時延抖動、TCP連接時延、FTP連接時延和文件傳輸速率等 |
網絡管理和監控配置指導/NQA |
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Monitor Link |
一種端口聯動方案，主要用於配合二層拓撲協議的組網應用。它通過監控設備的上行端口，根據其up/down狀態的變化來觸發下行端口up/down狀態的變化，從而觸發下遊設備上備份鏈路的切換 |
可靠性配置指導/Monitor Link |
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Track |
用於實現聯動功能。聯動功能由應用模塊、Track模塊和監測模塊三部分組成，它通過建立聯動項來實現不同模塊間的聯動，即由監測模塊通過Track模塊觸發應用模塊來執行某種操作。監測模塊負責對鏈路狀態、網絡性能等進行探測，並通過Track模塊將探測結果通知給應用模塊；應用模塊感知到網絡狀態變化後，及時進行相應處理，從而避免通信的中斷或服務質量的降低 |
可靠性配置指導/Track |
保護倒換技術側重於網絡的故障恢複，主要通過對硬件、鏈路、路由信息和業務信息等進行冗餘備份以及故障時的快速切換，從而保證網絡業務的連續性。對各種保護倒換技術的具體介紹如表1-3所示。
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名稱 |
簡介 |
詳細介紹 |
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主備倒換 |
支持該功能的設備上有兩塊主控板：主用主控板和備用主控板，備用主控板與主用主控板的配置保持一致。當主用主控板發生故障或被拔出時，備用主控板將迅速自動取代主用主控板，以此來保證設備的不間斷運行 |
可靠性配置指導/主備倒換 |
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以太網鏈路聚合 |
簡稱鏈路聚合，它通過將多條以太網物理鏈路捆綁在一起成為一條邏輯鏈路，實現了增加鏈路帶寬的目的，而這些捆綁在一起的鏈路通過相互間的動態備份，可以有效地提高鏈路的可靠性 |
二層技術-以太網交換配置指導/以太網鏈路聚合 |
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Smart Link |
實現了雙上行組網主備鏈路的冗餘備份，並在主用鏈路發生故障後使流量能夠迅速切換到備用鏈路上，具備較高的收斂速度 |
可靠性配置指導/Smart Link |
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MSTP |
全稱Multiple Spanning Tree Protocol（多生成樹協議），是一種二層管理協議，它通過選擇性地阻塞網絡中的冗餘鏈路來消除二層環路，同時還具備鏈路備份的功能 |
二層技術-以太網交換配置指導/生成樹 |
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RPR |
全稱Resilient Packet Ring（彈性分組環），是一套用來建立IP環網的國際標準，作為一種新型的MAC層技術，它結合以太網的經濟性和光纖環網的高帶寬、高可靠性等優點於一身，為寬帶IP城域網運營商提供了靈活高效的組網方案 |
可靠性配置指導/RPR |
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RRPP |
全稱Rapid Ring Protection Protocol（快速環網保護協議），是一個專門應用於以太網環的鏈路層協議。它在以太網環完整時能夠防止數據環路引起的廣播風暴，而當以太網環上一條鏈路斷開時能迅速恢複環網上各個節點之間的通信通路，具備較高的收斂速度 |
可靠性配置指導/RRPP |
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FRR |
全稱Fast ReRoute（快速重路由），是一種實現網絡局部保護的技術。它通過為主路由或路徑建立備份路由或路徑，當主路由或路徑出現故障時能夠迅速切換到備份路由或路徑，從而減少網絡故障引起的數據丟失。支持該技術的協議有RIP、OSPF、IS-IS、靜態路由和RSVP-TE等 |
三層技術-IP路由配置指導、MPLS配置指導/相關協議內容 |
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GR |
全稱Graceful Restart（平滑重啟），是一種保證轉發業務在設備進行IP/MPLS轉發協議（如BGP、IS-IS、OSPF、LDP和RSVP-TE等）重啟或主備倒換時不中斷的技術。它需要周邊設備的配合來完成路由等信息的備份與恢複 |
三層技術-IP路由配置指導、MPLS配置指導/相關協議內容 |
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NSR |
全稱Non-stop Routing（不間斷路由），是一種保證數據傳輸在設備進行主備倒換時不中斷的技術。它通過將IP/MPLS等轉發信息從主用主控板備份到備用主控板，從而在設備進行主備倒換時，無需周邊設備配合即可完成上述信息的備份與恢複。支持該技術的協議有IS-IS |
三層技術-IP路由配置指導/IS-IS |
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VRRP |
全稱Virtual Router Redundancy Protocol（虛擬路由器冗餘協議），是一種容錯協議，在具有組播或廣播能力的局域網（如以太網）中，使設備出現故障時仍能提供缺省鏈路，有效地避免了單一鏈路發生故障後出現網絡中斷的問題 |
可靠性配置指導/VRRP |
從前麵的介紹可知，可靠性技術的種類繁多，麵對越來越複雜的網絡環境，要想依靠單一的技術來解決所有的可靠性問題幾乎無法實現。因此，需要在對網絡環境和用戶需求進行細致分析的基礎上，綜合運用各種可靠性技術來提高網絡的可靠性。此外，在建網之初還應充分考慮組網的可靠性，譬如：根據業務現狀或業務預測，邊緣層的節點在接入時應采用冗餘備份機製，分別與彙聚層的節點相連；核心層的各節點之間盡量采用全連接的方式，等等。
總之，提高網絡可靠性是一個係統工程，需要網絡設計和管理者在網絡的設計、建設與維護過程中加以全麵考慮。
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