ECC网络分割
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[摘要] 针对华为SDH网络集中化管理，通信网络规模变大后产生网管业务通信堵塞的原因分析及其解决方案。
引言
随着大佛山的整合，佛山电力通信将五区的的华为SDH网络进行集中化管理，各网元间ECC通信组网的规模相应变大。但是当网络过于庞大，超过网元处理能力的极限后，网元间通信就会出现障碍，导致通道堵塞致使告警丢失或延迟上报，严重时影响业务配置/下载；甚至网管脱管，主机频繁复位，严重影响业务。因此需要将ECC网络分层分域地进行管理，保证网管系统的稳定运行。
1ECC网络的构成
华为OptiX设备网元上一般提供两个通信接入通道：一条是在网元与网管之间建立的基于TCP/IP协议的通信路由；另一条是在SDH网元间用于传送OAM&P消息的DCC通道--嵌入控制通路(ECC)。
网管接入网元的物理通道采用的是LAN，主要采用TCP/IP协议中的Socket通信方式。作为网关（GNE）的网元能提供支持多个网管同时接入的能力。其路由接入设计思想如下：
在建立接入连接时， 网元作为Server，网元通过约定的端口（通常为1400）等待网管发出建立连接请求。 需要新建连接时，网管作为Client，向网元发送一个连接请求；网元监听到连接请求后接收下该连接请求，并对该请求回发响应。从而根据TCP/IP协议建立一个网管与网元之间的连接通道。在建立连接通道的同时给该通道分配一个端口号，每个连接通道所拥有的通道号是独立的。对于该连接的监视是通过环回帧方式，即网管定时向网元发送一个检测帧，网元将该帧环回给网管，由网管检测。若在约定时间内检测不到，则说明该连接已中断。
而网管系统要对SDH网络进行管理，必须让网络中各网元间使用SDH 帧结构中用于传送OAM&P消息的DCC通道建立嵌入控制通路(ECC)，进而才能通过ECC路由登录网络中的网元进行管理。用于OAM功能的数据信息――下发的命令，查询上来的告警性能数据等，是通过STM-N帧中的D1-D12字节传送的。也就是说用于OAM功能的相关数据是放在STM-N帧中的D1-D12字节处，由STM-N信号在SDH网络上传输的。这样D1-D12字节提供了所有SDH网元都可接入的通用数据通信通路，作为嵌入式控制通路（ECC）的物理层，在网元之间传输操作、管理、维护（OAM）信息，构成SDH管理网（SMN）的传送通路。
其中，D1-D3是再生段数据通路字节（DCCR），速率为3×64kbit/s＝192kbit/s，用于再生段终端间传送OAM信息；D4-D12是复用段数据通路字节（DCCM），共9×64kbit/s=576kbit/s，用于在复用段终端间传送OAM信息。DCC通道速率总共768kbit/s。
在一组光路上（包括一收一发）只能构建一条ECC通道。ECC通道的建立方式也是采用发端站并发，收端站选择建立路由的方式。其选择原则是根据最短路径建立路由（需要注意的是这里的最短路径不是指地理上的实际距离，而是指路由表中的逻辑距离，即间隔站点的数量）。
当两个或多个网元之间没有光路互通时，可以用以太网来扩展ECC通信。扩展ECC分为自动扩展ECC和人工扩展ECC。在自动扩展ECC方式下，只需要将两个网元的以太网口用直连网线连接（或标准网线通过HUB连接），扩展ECC即通，不需要指定server和client；在人工扩展ECC时，需要将其中的一个网元设为server（一般是将距网关网元距离最短的网元设为server），其它网元设为client。若只有两个网元互连，则可用直连网线直接将网元连接起来；若有多个网元，则用标准网线将网元连至同一个HUB上（图一）。
图一
2ECC网络过大导致通信不稳定的原因分析
DCC链路越多的网元，信息量就越为集中，而其带内带宽始终不变只有768Kbps。在最短路径寻径方式下，无论网元可以接入多少DCC，无论网元的转发能力有多么强大，网元管理信息的出口始终只有一条：最短路径DCC，在这个最短路径上导致了数据拥塞。
网络过大，网管与网元间的通信量巨大。一方面网管需要定时查询一些网元的信息，另一方面，网元会自己产生一些性能、告警数据上报给网管。这两个方向上的数据都需要经过网络上的一些主干网元比如网关等。可以想像，当所有末端网元的数据都上报到网关网元时，该网关将会承担繁重的通信任务。当通信量超过该网关网元所能承受的最大限度时，通信也就变得不稳定了。
一般来说，每个告警的开始、结束信息都要包含30个左右的字节，而只使用D1~D3时，实测单DCC链路的转发能力为20k byte/s左右，也就是说，不含性能监控信息的情况下，每秒能传送的告警是700多个，而告警上报后网管未及时应答时，则会重复上报告警，加剧网络拥塞。一旦打开性能监控和上报，管理通道上的数据也会变得更为拥塞。当各DCC通道趋向于满流量的时候，DCC通道瓶颈就会出现丢包现象。由于目前无缓冲溢出处理的机制，ECC各层在发生缓冲区满后，对溢出报文都是直接丢弃，无任何反馈和通报，上层软件毫不知悉。当由于所有告警在同一时间上报，而目前设备的DCC转发缓冲有限，所以在管理DCN的瓶颈链路上会出现DCC转发缓冲溢出而导致报文丢失。
大的网络跟小网相比，网络的稳定性较差，而维护网络所花费的开销又会较大。一个大的网络，中间有一个网元脱网的概率大大增加。网管以1分钟为周期与设备尝试通信；连续2次连接不上（2分钟超时）则判定通信连接中断。 假设第一次连接报文丢失，那么若第二次报文出现些许延时，就可能造成瞬间脱网的错误判断。
当在断纤或光缆恢复等情况下，ECC路由需要刷新，在这个刷新调整周期内，部分网元会不可达。而当该网元不可达时，路由信息会广播到整个网络，让所有其它网元都知道该网元已经不可达。这一路由信息的扩散是需要一定的时间的。有可能在此期间，该网元又变为可达的，或者有其它网元又脱网了。这样就会导致整个网络不停的振荡。路由信息在网络上不停的传播、扩散，这无形中也增加了网络的通信量。在网元数目较多时，这个网络拓扑收敛会变得较慢，可能会导致大量的管理信息丢失。
当有大量站点时，路由表刷新、接收到的数据包流量过大会导致内存不够，产生的中断过于频繁，甚至可能会导致主机产生异常复位，最终对保护倒换和配置下发或网元数据下载构成影响
3解决措施
为了避免ECC数据过于拥挤，需要将ECC网络分层分域地进行管理。即将一个大的网络划分为多个小的ECC子网，并将各个ECC子网之间互通的STM-N光/电接口的ECC关闭，以确保路由信息和数据只在小网内传播，不会扩散到其它网络。
当然，相应的需要增加网关网元的数量，每个小网通过对应的网关与网管之间通信。每个网关之间将ECC路由切断，网关通过DCN数据通信网直接和中心网管通信。该方案能够大大提高ECC通信网络的稳定性，减少网络维护的开销，便于对整个网络的管理。缺点就是需要额外增加DCN数据通信网。如果需要路由保护，则每个ECC小网内要保证网络拓朴结构能够成环。
划分子网主要考虑的要点包括以下几点：
1.1、ECC子网的网元数目：考虑到设备的ECC数据量的限制和方便网管的控制，根据国外运营商的建议和惯例，一个ECC子网中网元的最大数目控制在64个之内。
1.2 ECC巨网分割原则
a、可靠性原则：分割后，应能够确保网络在出现异常情况（断纤、DCN异常、换板）时，网管能够和分割前一样仍可达各网元，避免影响维护；
b、保证性能的原则：各个ECC子网内的网元数控制在建议的数量范围内；
c、按分层、分域的管理原则：分层（骨干网、省干、本地网；或主节点与下挂的网元之间）、分域（如不同节点之间）进行分割。
实施完ECC分割优化方案后，网络上任何一处断纤或其它异常情况，应确保能够达到分割前的ECC路由恢复（保护）能力。
1.3 ECC子网内网元的划分和选择:按分层、分域的管理原则，将相邻网络划分为同一个子网；当子网中仍具有多个环路和链路时，网关网元取其中处于最多环路和链路的设备之上。需要注意的是：方案实施后，对于环网，ECC分割方案应确保环上断纤后各个网元仍能实现正常监管。
1.4 ECC子网网关网元选择建议:选择设定在子网中星形业务的中心节点上，以避免大量的管理信息需要通过基于DCC这种窄带宽信道传送，减少DCN再发生拥塞的可能性。或设置在子网中入路光纤最多的设备。以减少子网中基于DCC的管理DCN再发生拥塞的可能性。
考虑DCN通道的安全性，ECC分割时建议采用主、备网关的方式，避免一个网关的 DCN路由失效时，失去对整个网络的监控。
结束语
本文对ECC通信网络拥挤的原因和危害进行了分析，并针对其危害提出了相应的应对措施。对ECC网络进行合理的分层分域管理，能够有效提高ECC通信网络的稳定性，减少网络维护的开销，使SDH通信系统能安全运行和管理。
参考文献
[1] 《OptiX 155/622/2500 ECC配置指导书》华为技术有限公司2005
[2] 《ECC振荡的判断方法》华为技术有限公司2004
伦杰勇(1974-)，男，广东省佛山市，毕业于广东暨南大学，电力通信助理工程师。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。