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01-可靠性概述
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随着网络的快速普及和应用的日益深入，各种增值业务（如IPTV、视频会议等）得到了广泛部署，网络中断可能影响大量业务、造成重大损失。因此，作为业务承载主体的基础网络，其可靠性日益成为受关注的焦点。
在实际网络中，总避免不了各种非技术因素造成的网络故障和服务中断。因此，提高系统容错能力、提高故障恢复速度、降低故障对业务的影响，是提高系统可靠性的有效途径。
可靠性需求根据其目标和实现方法的不同可分为三个级别，各级别的目标和实现方法如表1-1所示。
表1-1 可靠性需求的级别
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级别 |
目标 |
实现方法 |
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1 |
减少系统的软、硬件故障 |
· 硬件：简化电路设计、提高生产工艺、进行可靠性试验等 · 软件：软件可靠性设计、软件可靠性测试等 |
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2 |
即使发生故障，系统功能也不受影响 |
设备和链路的冗余设计、部署倒换策略、提高倒换成功率 |
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3 |
尽管发生故障导致功能受损，但系统能够快速恢复 |
提供故障检测、诊断、隔离和恢复技术 |
在上述三个级别的可靠性需求中，第1级别需求的满足应在网络设备的设计和生产过程中予以考虑；第2级别需求的满足应在设计网络架构时予以考虑；第3级别需求则应在网络部署过程中，根据网络架构和业务特点采用相应的可靠性技术来予以满足。
通常，我们使用MTBF（Mean Time Between Failures，平均故障间隔时间）和MTTR（Mean Time to Repair，平均修复时间）这两个技术指标来评价系统的可靠性。
MTBF是指一个系统无故障运行的平均时间，通常以小时为单位。MTBF越多，可靠性也就越高。
MTTR是指一个系统从故障发生到恢复所需的平均时间，广义的MTTR还涉及备件管理、客户服务等，是设备维护的一项重要指标。
MTTR的计算公式为：MTTR=故障检测时间+硬件更换时间+系统初始化时间+链路恢复时间+路由覆盖时间+转发恢复时间。公式中各项的值越小，MTTR也就越少，可靠性也就越高。
通过前面的介绍可知，提高MTBF或降低MTTR都可以提高网络的可靠性。在实际网络中，各种因素造成的故障难以避免，因此能够让网络从故障中快速恢复的技术就显得非常重要。本节介绍的各种可靠性技术将主要从降低MTTR的角度，为满足第2、3级别的可靠性需求来提供技术手段。
可靠性技术的种类繁多，我们根据其解决网络故障的侧重不同，将其大致分为故障检测技术和保护倒换技术两大类。
故障检测技术侧重于网络的故障检测和诊断。DLDP和以太网OAM属于链路层的故障检测技术；BFD是一种通用的故障检测技术，可用于各层面的故障检测；Track通过故障检测的联动机制来与其它可靠性技术进行配合。对这些技术的进一步介绍如表1-2所示。
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名称 |
简介 |
详细介绍 |
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DLDP |
全称Device Link Detection Protocol（设备链路检测协议），用于监控光纤或铜质双绞线的链路状态。当发现单向链路后，会根据用户配置，自动关闭或通知用户手工关闭相关端口，以防止网络问题的发生 |
可靠性配置指导/DLDP |
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以太网OAM |
一种监控网络故障的工具，主要用于解决以太网接入“最后一公里”中常见的链路问题。用户通过在两个点到点连接的设备上启用以太网OAM功能，可以监控这两台设备之间的链路状态 |
可靠性配置指导/以太网OAM |
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BFD |
全称Bidirectional Forwarding Detection（双向转发检测），是一个通用的、标准化的、介质无关、协议无关的快速故障检测机制，用于快速检测、监控网络中链路或IP路由的转发连通状况 |
可靠性配置指导/BFD |
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Track |
用于实现联动功能。联动功能由应用模块、Track模块和监测模块三部分组成，它通过建立联动项来实现不同模块间的联动，即由监测模块通过Track模块触发应用模块来执行某种操作。监测模块负责对链路状态、网络性能等进行探测，并通过Track模块将探测结果通知给应用模块；应用模块感知到网络状态变化后，及时进行相应处理，从而避免通信的中断或服务质量的降低 |
可靠性配置指导/Track |
保护倒换技术侧重于网络的故障恢复，主要通过对硬件、链路、路由信息和业务信息等进行冗余备份以及故障时的快速切换，从而保证网络业务的连续性。对各种保护倒换技术的具体介绍如表1-3所示。
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名称 |
简介 |
详细介绍 |
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主备倒换 |
当设备上同时配置了两块主控板，会有一块主控板处于工作状态，能够转发报文、处理业务，我们称这样的主控板为主用主控板；另一块主控板会处于备用状态，不能够转发报文、处理业务，我们称这样的主控板为备用主控板。通常情况下，系统会选择所在槽位号小的主控板作为主用主控板，所在槽位号大的主控板作为备用主控板。备用主控板会通过同步功能，来保持与主用主控板状态和当前配置的一致。当主用主控板发生故障或被拔出时，备用主控板将迅速自动取代主用主控板，以此来保证设备的不间断运行 |
- |
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以太网链路聚合 |
简称链路聚合，它通过将多条以太网物理链路捆绑在一起成为一条逻辑链路，实现了增加链路带宽的目的，而这些捆绑在一起的链路通过相互间的动态备份，可以有效地提高链路的可靠性 |
二层技术-以太网交换配置指导/以太网链路聚合 |
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MSTP |
全称Multiple Spanning Tree Protocol（多生成树协议），是一种二层管理协议，它通过选择性地阻塞网络中的冗余链路来消除二层环路，同时还具备链路备份的功能 |
二层技术-以太网交换配置指导/生成树 |
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RRPP |
全称Rapid Ring Protection Protocol（快速环网保护协议），是一个专门应用于以太网环的链路层协议。它在以太网环完整时能够防止数据环路引起的广播风暴，而当以太网环上一条链路断开时能迅速恢复环网上各个节点之间的通信通路，具备较高的收敛速度 |
可靠性配置指导/RRPP |
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GR |
全称Graceful Restart（平滑重启），是一种保证转发业务在设备进行IP/MPLS转发协议（如BGP、IS-IS、OSPF、LDP等）重启或主备倒换时不中断的技术。它需要周边设备的配合来完成路由等信息的备份与恢复 |
三层技术-IP路由配置指导、MPLS配置指导/相关协议内容 |
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VRRP |
全称Virtual Router Redundancy Protocol（虚拟路由器冗余协议），是一种容错协议，在具有组播或广播能力的局域网（如以太网）中，使设备出现故障时仍能提供缺省链路，有效地避免了单一链路发生故障后出现网络中断的问题 |
可靠性配置指导/VRRP |
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进程分布优化 |
当系统运行某业务时，一般会同时在设备的多个节点（主用主控板或者备用主控板上的一个CPU就是一个节点）运行其对应进程。其中，一个为主控进程，其它为备份进程，主控进程处于工作状态，为用户提供服务，备份进程处于备用状态。当主控进程故障时，系统能迅速从备份进程中选举一个新的主控进程，接替原主控进程继续为用户提供服务，不会影响到其它进程提供的业务。而且不同业务的主控进程可以分别指定到不同节点运行，能充分利用多个节点的CPU和内存资源，有效地分担系统的负载。 |
可靠性配置指导/进程分布优化 |
从前面的介绍可知，可靠性技术的种类繁多，面对越来越复杂的网络环境，要想依靠单一的技术来解决所有的可靠性问题几乎无法实现。因此，需要在对网络环境和用户需求进行细致分析的基础上，综合运用各种可靠性技术来提高网络的可靠性。此外，在建网之初还应充分考虑组网的可靠性，譬如：根据业务现状或业务预测，边缘层的节点在接入时应采用冗余备份机制，分别与汇聚层的节点相连；核心层的各节点之间尽量采用全连接的方式，等等。
总之，提高网络可靠性是一个系统工程，需要网络设计和管理者在网络的设计、建设与维护过程中加以全面考虑。
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