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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。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；NQA用于对网络质量进行诊断和评估；Monitor Link和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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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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NQA |
全称Network Quality Analyzer（网络质量分析），通过发送测试报文，对网络性能、网络提供的服务及服务质量进行分析，并为用户提供网络性能和服务质量的参数，如时延抖动、TCP连接时延、FTP连接时延和文件传输速率等 |
网络管理和监控配置指导/NQA |
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Monitor Link |
一种端口联动方案，主要用于配合二层拓扑协议的组网应用。它通过监控设备的上行端口，根据其up/down状态的变化来触发下行端口up/down状态的变化，从而触发下游设备上备份链路的切换 |
可靠性配置指导/Monitor Link |
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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 |
支持该功能的设备上有两块主控板：主用主控板和备用主控板，备用主控板与主用主控板的配置保持一致。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 |
可靠性配置指导/主备倒换 |
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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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Smart Link |
实现了双上行组网主备链路的冗余备份，并在主用链路发生故障后使流量能够迅速切换到备用链路上，具备较高的收敛速度 |
可靠性配置指导/Smart Link |
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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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RPR |
全称Resilient Packet Ring（弹性分组环），是一套用来建立IP环网的国际标准，作为一种新型的MAC层技术，它结合以太网的经济性和光纤环网的高带宽、高可靠性等优点于一身，为宽带IP城域网运营商提供了灵活高效的组网方案 |
可靠性配置指导/RPR |
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FRR |
全称Fast ReRoute（快速重路由），是一种实现网络局部保护的技术。它通过为主路由或路径建立备份路由或路径，当主路由或路径出现故障时能够迅速切换到备份路由或路径，从而减少网络故障引起的数据丢失。支持该技术的协议有RIP、OSPF、IS-IS、静态路由和RSVP-TE等 |
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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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和RSVP-TE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 |
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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