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攜程光網絡抵御光纜中斷實踐

來源: 責編: 時間:2023-12-15 17:17:56 699觀看
導讀作者簡介Lightworker,攜程網絡技術專家,關注光纖通信、DCI傳輸技術領域。一、背景光傳輸網絡(簡稱OTN)是一種基于光纖技術的通信網絡。它利用光纖作為傳輸介質,將信息以光的形式進行傳輸。其憑借DWDM(密集型波分復用)技術以

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Lightworker,攜程網絡技術專家,關注光纖通信、DCI傳輸技術領域。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

一、背景

光傳輸網絡(簡稱OTN)是一種基于光纖技術的通信網絡。它利用光纖作為傳輸介質,將信息以光的形式進行傳輸。其憑借DWDM(密集型波分復用)技術以及保護倒換技術,可以實現大帶寬、低延遲、高可靠的數據傳輸,因此廣泛應用于多個數據中心互聯場景。國內外大型互聯網公司通過租用運營商光纖自建傳輸網絡,能夠大大降低IDC之間數據傳輸的成本。同樣,攜程也擁有自建的光傳輸網絡(簡稱TOTN),主要用于承載骨干網跨數據中心流量以及IT辦公上網流量。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

作為底層物理網絡,TOTN直接面對運營商光纜,需應對頻繁出現的光纜故障。眾所周知,國內基建仍處于發展階段,運營商光纜經常被施工挖斷。據美國運營商Level3的統計,其光纖網絡大概每年每千公里就會中斷1次;中國電信大概每年會發生50次以上干線光纜中斷;而在印度,幾乎每天都會中斷幾次甚至十幾次??梢?,光纜中斷的次數與當地社會經濟的發展程度密切相關。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

攜程TOTN自建成以來,平均每年監測到20余次光纜中斷。因此在提供大容量傳輸的同時,如果能夠在發生光纜故障的時候,光網絡可以自動切換,使業務帶寬不受影響,甚至不感知故障,將極大的提升網絡可靠性。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

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圖1 光纜挖斷現場5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

二、整體架構

攜程傳輸網絡為雙平面帶保護設計,每個IDC部署完全獨立的2套傳輸設備,分別連接2條不同路由的光纖,組成完全獨立的2個傳輸平面。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

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圖2 TOTN拓撲圖5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

正常狀態下,業務走在直達鏈路上,當主用光纜中斷時,傳輸系統會將業務切換至備用通道繞行。主備通道切換時間遵循ITU-TG.783和ITU-TG.841標準,小于50ms。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

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圖3 光網絡保護5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

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圖4 光纜故障時業務流向5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

通過上述保護機制,能夠解決光纜中斷時業務自動切換,帶寬不損失,并且抵御同時發生2處光纜中斷的極端情況。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

但與此同時,有一個問題一直困擾我們,就是傳輸切換的時候兩端網絡設備端口存在flapping的情況,導致業務有相應的報錯產生。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

三、問題分析

網絡設備接口從down到up的時間因為不同設備不同光模塊有差異,且網絡層的二層及三層收斂時間因網絡架構的不同存在不確定因素(通常認為是秒級中斷),因此每次傳輸切換都會造成一定時間的業務不可用。通常表現在敏感業務的報錯,如Redis。Redis作為內存數據庫,對網絡抖動非常敏感,幾乎每次光纜中斷切換都有感知。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

比如3月17日12:00 傳輸A平面,光纖發生閃斷,骨干網CSR in方向錯包。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

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圖5 骨干網報錯5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

比如9月11日19:44 B平面光纜中斷,傳輸切換時Redis大量報錯,如下圖:5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

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圖6 Redis報錯5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

要解決傳輸切換導致網絡設備端口flapping問題,業界一直沒有成熟的標準方案。通過對其它互聯網公司的調研,比較常用的方案是在交換機接口上配置link-delay,即路由器收到鏈路中斷的信號后,延時一段時間將鏈路狀態置為down,在這段時間里,如果鏈路恢復,即保持鏈路up狀態,不產生down狀態,避免了鏈路的頻繁抖動。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

我們也嘗試了這種方式,但發現有諸如設備不支持、配置不生效等問題,一直無法達到預期的效果。原因是link delay不是IEEE標準,不同廠商的網絡設備對該功能的支持不盡相同。為此,傳輸業務的分配只能分攤在不同的光纜路由,確保光纜中斷時至少有一半業務不受影響,但這始終無法解決業務有感知的問題。例如A端至Z端需開通200G業務,必須分攤到兩個不同平面,每個100G業務參與各自平面的倒換。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

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圖7 業務分攤示意圖5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

另外我們在調研中發現,有些公司為了使link-delay生效,將延時設置成2s。這樣的設置雖然使傳輸保護倒換生效,但一旦保護機制出現故障,路由層面的切換將因此損失2s的寶貴時間。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

四、技術研究

2023年,TOTN引入了支持5ms倒換的DCI產品,該產品通過二個方面的改進將傳輸50ms的倒換時間提升至5ms。一是應用了磁光開關,磁光開關原理是利用法拉第旋光效應, 通過外加磁場的變化來改變磁光晶體對入射偏振光偏振面的作用, 從而達到切換光路的作用。由于無機械移動部件, 可靠性高, 并且開關速度快;二是通過預先將備用通道的光纜參數錄入DSP芯片,在倒換時節省了重新計算參數的時間。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

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圖8 光開關原理5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

我們希望通過縮短光開關切換的時間,解決網絡設備端口flapping的問題。但在實際應用中,即使傳輸倒換時間已經壓縮到5ms,網絡設備的端口仍然會flapping。通過對產品參數的研究和調試后,我們發現,當光纜中斷時,傳輸光層會向兩端電層板卡發送AIS信號,電層板卡收到AIS信號后會向網絡設備發送Local_Fault告警,當網絡設備收到該告警后,端口即變為down(IEEE 802.3ae)。通過設置傳輸系統延時發送該信號(默認4*50ms),只要傳輸切換在該時間段內完成,即不會向網絡設備發送該信號,因此端口就不會flapping。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

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圖9 故障信號傳遞示意圖5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

在DCI產品成功實現了切換無感知后,我們希望在現網傳統產品中也找到類似的參數進行調整。因為告警延時傳遞與5ms倒換時間無關,即使是50ms的倒換時間,如果能讓網絡設備端口不感知光纜抖動,也會對業務穩定性帶來極大的提升。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

五、 優化方案

為了實現網絡傳統產品支持無感切換,通過與廠商技術溝通,得出的結論是需要將100GE業務映射方式由BIT透明映射調整為MAC透明映射(會中斷業務),然后再設置告警參數延時200ms傳遞。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

由于TOTN從來沒有使用過MAC透明映射方式,對此,我們協調設備廠商在實驗室專門做了MAC映射和BIT映射的測試驗證。結論是兩種方式吞吐量沒有區別,延時有差異,BIT映射時對64-9600Byte的幀都是24us,MAC映射時隨幀長增大而增大,但最大9600時,也就25us,可以忽略不計。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

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圖10 實驗環境拓撲5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

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圖11 RFC2544測試結果5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

因此我們制定了優化方案,先調整傳輸A平面,灰度運行一段時間后再調整B平面。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

六、 驗證效果

8月18日對傳輸A平面進行優化:100GE業務映射方式采用MAC透明映射,告警參數延時傳遞200ms。經測試驗證,可實現傳輸光纜主備切換對網絡設備端口無感知,Redis無感知。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

在真實的故障場景下也同樣得到了驗證。如9月7日15:13傳輸A平面發生光纜中斷故障,Redis報錯無異常尖峰。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

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圖12 優化后Redis報錯5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

經過經一個月的灰度驗證后,我們于9月15日對傳輸B平面進行優化,并且將告警參數延時傳遞時間在200ms的基礎進一步縮短至100ms,同樣經測試驗證Redis無感知。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

七、 未來規劃

為保持架構的統一性,我們將重新定義攜程光網絡設備技術標準,要求新入網的OTN設備必須支持BIT映射的告警延遲下插。同時,推動各供應商全面支持該功能,使之成為光纜故障場景下的一種最佳實踐。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

抵御光纜故障是個業界公認的難題,頭部互聯網公司都在此栽過跟頭。通過上述一系列實踐,我們在抵御光纜故障方面已經做到了領先水平。光網絡運維是個長期過程,無感知切換只是其中一小部分,更多的是告警發現、性能監測以及光纜路由識別,避免同路由情況的發生。5bO28資訊網——每日最新資訊28at.com

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