1. 前言
以太网技术由于其简单、高效的特点，正迅速的从局域网组网技术向城域网组网技术发展。长期以来制约以太网在电信网络上使用的主要原因之一就是传统以太网的可靠性问题。人们不断为提高以太网技术可靠性的努力，各种技术和标准也不断涌现，在保护技术上包括：
链路聚合保护(IEEE802.3ad)
生成树保护(STP/RSTP/MSTP)
以太环网保护(EAPS、MSR、G.8032、ERP、RRPP、ZESR、E-SPRing……)
RPR保护(Wrapping、Steering)
线性保护(G.8031/G.8131)
MPLS保护(Y1720)
ALNP保护(MPLS FRR)
电信级的可靠性要求主要包括5个9的设备和网络高可靠性要求。设备的高可靠主要体现在各种级别设备的软、硬件高可靠设计如关键模块和板卡的备用冗余能力等，而网络高可靠性主要体现在50 ms的网络自愈时间要求等，为达到50ms级的保护切换机制，为达到这一要求,基于硬件的快速和丰富的OAM检测机制，支持包括802.1ag/Y1731 Ethernet OAM,Y1711/Y1373 MPLS/TMPLS OAM,802.1ah/802.1qay PBB/PBT等3.33ms级别的路径失效的检测机制，同时提供基于G8031/G8032/Y1720等快速保护机制，以满足电信级50ms的保护需求。
2. 以太网线性保护倒换
在保护倒换机制中，需要为保护主路径的备份路径预留路由和带宽，且备份路径与主路程径经过的物理通道不能重叠，以保证主路径失效时，能够将流量成功地切换到备份路径。由ITU-T制定的G.8031协议提供了一种基于vlan的以太网线性保护倒换机制，定义了1+1保护倒换和线性1：1保护倒换模式。
在1:1 的保护保护倒换架构下，在保护域源端，每个工作通道都有专门的保护通道，但是业务流量仅在工作通道体或保护通道上传输，在哪个通道上传输是由保护域源端的保护组中的W/P决定的，而接收端只用选择传输业务流量的实体即可。由于从源到接收端需要保证选择的通道相同，因此线性1：1保护倒换架构需要引入APS协议。
在1+1 的保护情况下，每个工作通道都有专用的保护通道。在保护域源端，需要保护的业务流量同时发送到工作通道和保护通道到到保护域的宿端;在宿端由selector从主备通道中根据当前保护组所处的工作状态选取一个通道的数据进行接收。根据不同的应用场合，1+1保护倒换提供单向和双向两种倒换模式. 在线性1+1保护倒换架构中，双向1+1保护倒换需要引入APS协议来确保两个方向选择的通道是相同的。而单向的1+1保护倒换可以不引入APS协议。
2.1 1:1 保护倒换1：1保护倒换模式如图1所示。被保护的业务流量ETH#A通过工作通道传送。此时工作通道和保护通道都能为其他以太网业务所利用，而保护倒换仅仅是为ETH#A流量建立的。图2显示了当工作通道出现连接故障而导致保护倒换发生时的情况。ETH#A流量在源端被灌入通道，在接收端被提取。由于保护倒换是基于vlan的，不同的VID必须在保护通道上配置，从而将ETH#A从不被保护的其他业务流中区分出来.
图1 1：1保护倒换模式
图2 1：1保护倒换模式，工作通道发生连接故障
在在双向保护倒换模式下，基于本地或近端信息和来自另一端或远端的APS协议信息，保护倒换由保护域源Selector和宿Selector共同来完成。在正常工作状态下，在工作通道和保护通道上同时运行检测故障的协议(如CCM)进行故障的检测，当在工作通道上检测故障时，需要发生保护倒换，则检测到故障的一段会向另一端发送APS协议协调源Selector和宿Selector进行保护切换动作，如图3所示.
在1:1的基础上可以扩展为1:N的隧道保护，既一个保护隧道，N条工作隧道，保护隧道同时为N条工作隧道提供保护，增加了链路的利用率
图3 1：1保护倒换下故障检测
2.2 1+1双向保护倒换
1+1双向线性保护倒换模式如图4所示。被保护的ETH#A流量在传输的双方向上被分发到工作通道和保护通道。如图4所示，流量仅仅在接收端由ETH_FF(ETH Flow Forwarding function)从工作通道接收。图5显示的是当工作通道上由WEST到EAST方向出现连接故障从而导致保护倒换发生时的状态。
图4 1+1双向保护倒换模式
图5 1+1双向保护倒换模式，在工作通道上由WEST到EAST方向出现连接故障
在1+1双向保护倒换模式下，在工作通道和保护通道上同时运行检测故障的协议(如CCM)进行故障的检测，但需要注意的是即使是在一个方向上发生了连接故障，为了同步倒换信息，APS协议需要被引入，以保证两个方向的传输都被倒换到了保护通道上。
2.3 1+1单向保护倒换
1+1单向线性保护倒换模式如图6所示。被保护的ETH#A流量在传输的双方向上被分发工作通道和保护通道。如图6所示，流量在双方向上仅仅在接收端由ETH_FF(ETH Flow Forwarding function)从工作通道接收。图7显示的是当工作通道上由WEST到EAST方向出现连接故障从而导致保护倒换发生时的状态。
图6 1+1单向保护倒换模式
图7 1+1单向保护倒换模式，在工作通道上由WEST到EAST方向出现连接故障
在1+1单向保护倒换模式下，在工作通道和保护通道上同时运行检测故障的协议(如CCM)进行故障的检测，当一端检测到故障时，发生保护切换仅仅是故障的一端，故此时不用引入APS协议。图8显示了在两个方向上和两个通道上同时发生连接故障时，保护倒换的状态。由此可见，在单向保护倒换中，两个方向的倒换是各自独立的。
图8 1+1单向保护倒换模式，两个方向上和两个通道上同时发生连接故障
3. 以太环网保护倒换
环网保护是要对一个以太网环拓扑进行自动保护，在正常状态下，要在环网内设置阻塞链路，以防止成环。当其他链路发生故障时间，这段阻塞链路打开，流量倒换到环上的另一侧路径从而进行倒换保护。在G.8032 中，这段链路并称为环路保护链路(Ring Protection Link，RPL)，负责阻塞这段链路的节点称之为RPL拥有节点(RPL Owner),也对应于其它环网技术中的主结点和从端口的概念。
图9 环网保护倒换下故障检测
在环网保护中，每一个节点G.8032定义了2种状态，空闲态(Idlestate)及保护状态(Protection state)，每一个Ring link配置一对Down MEP进行检测，即使节点处于block状态，两个Ring link间运行的CCM都能工作正常，RAPS消息通过预先保留的VLAN进行发送，当故障发送时通过RAPS消息通知所有节点进行保护倒换。
4. 保护倒换的实现
Automatic Path Swtiching (APS) 是电信级服务部署中很重要的一个特性，根据不同的应用网络中提供各个层次的1+1，1 :1 路径保护。由于APS 涉及数据流的路径选择和处理，一般很难通过外扩实现，为满足50ms 保护切换的要求，芯片内部的APS 支持至关重要, 盛科芯片通过一系列的创新机制，在故障检测机制方面，芯片支持使用802.1ag/Y1731,BFD等3.33ms级别的故障的检测协议;在保护倒换机制方面，在芯片中融合了G8031/G8032/Y1720等保护倒换，来保障各个层次服务的APS快速保护切换。
- 在QinQ/PBB/PBT/VPWS/VPLS应用网络中, 根据MEF提供的不同业务应用模型，同时提供基于Port 或者Port+Vlan 来创建APS Group，将不同的业务数据流关联到同一个APS group中进行保护；
- 在MPLS/TMPLS/MPLS TP 网络中,支持多层次标签的分析，能够提供不同层次的APS 保护，譬如针对整个LSP/Tunnel 上所有服务的保护，或者是单一服务的保护。能够根据LSP/PW 的本地出口(可以是egress 端口/remote chip 等)创建APS Group，将不同的LSP/PW 关联到同一个APS Group 加以保护；
采用1-bit快速保护切换.只需修改一个bit，就能够将同一个APS Group 内的多条转发流同时切换到保护路径，而不需要逐条修改每条流所关联的转发路径信息(MAC/Route Table)大大加快了APS 保护切换速度;
