[0001] 本实用新型涉及网络通信技术领域，尤其是涉及一种跨地域广域网二层透明虚电路数据传输系统。

[0002] 目前数据专线接入平台几乎都是单一运营商基础链路的平台，也就是跨地域广域网平台节点之间互联大部分都是单一运营商线路，会出现以下几点问题：

[0003] 1、单一运营商底层链路的可靠性及容错问题，若当前节点或光缆发生被挖断或故障，导致平台设备不可使用或短时间不可恢复，则会给客户带来巨大的经济损失；

[0004] 2、已有运营商的环路保护单一，底层光纤一般是自建，运营商链路单一，无法做到多个运营商链路混合组网；

[0005] 3、现有运营商平台无法做到多种链路混合组网，大部分都是通过单一MSTP电路方式组网，无法利用宽带IP网络或MPLS VPN方式进行组网。

[0006] 4、现有运营商二层网络架构由于存在多年，自身设计存在一定的缺陷，一般仅局限于城域网范围，无法扩展到跨地域方式。

[0027] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

[0028] 名词解释

[0029] OSPF协议：Open Shortest Path First，开放最短路径优先协议，是IETF组织开发的一个基于链路状态的内部网关协议IGP(Interior Gateway Protocol)。

[0030] ISIS协议：中间系统到中间系统IS‑IS(Intermediate System to Intermediate System)属于内部网关协议IGP(Interior Gateway Protocol)，用于自治系统内部。IS‑IS也是一种链路状态协议，使用最短路径优先SPF(Shortest Path First)算法进行路由计算。

[0031] MPLS协议：多协议标签交换MPLS(Multiprotocol Label Switching)是一种IP(Internet Protocol)骨干网技术。MPLS在无连接的IP网络上引入面向连接的标签交换概念，将第三层路由技术和第二层交换技术相结合，充分发挥了IP路由的灵活性和二层交换的简捷性。

[0032] LDP协议：标签分发协议LDP(Label Distribution Protocol)是多协议标签交换MPLS的一种控制协议，相当于传统网络中的信令协议，负责转发等价类FEC(Forwarding Equivalence Class)的分类、标签的分配以及标签交换路径LSP(Label Switched Path)的建立和维护等操作。LDP规定了标签分发过程中的各种消息以及相关处理过程。

[0033] BFD协议：双向转发检测BFD(Bidirectional Forwarding Detection)是一种全网统一的检测机制，用于快速检测、监控网络中链路或者IP路由的转发连通状况。

[0034] LDP FRR协议：LDP FRR(Fast Reroute)为MPLS网络提供快速重路由功能，实现了链路备份；当主LSP故障时，流量快速切换到备份路径，从而最大程度上避免流量的丢失。

[0035] 如图1所示，本实用新型提出的一种跨地域广域网二层透明虚电路数据传输系统，包括部署于多个城市的POP设备，每个POP设备连接有PE路由器，包括主PE路由器及备份PE路由器；

[0036] POP设备上的主PE路由器与其余POP设备上的主PE路由器相连，POP设备上的备份PE路由器与其余POP设备上的备份PE路由器相连；

[0037] 各个PE路由器为支持MPLS LDP协议的路由器。

[0038] 作为一种优选的实施方式，该系统还包括IDC数据中心机房，POP设备上的PE路由器部署于IDC数据中心机房中，IDC数据中心机房包括多个，PE设备托管在当地的IDC数据中心机房中，环境和电力设施由机房提供，解决了设备的安全保障问题；

[0039] 本实施例中，PE路由器上连接有多个用户，用户与PE节点间通过MSTP、PTN或裸光纤相连，用户通过双路由或单路由与PE路由器相连均可实现。

[0040] 不同POP设备之间的PE路由器通过运营商的加密数据通道连接，运营商包括多个不同的运营商网络，运营商的加密数据通道包括MSTP、MPLS VPN或IPsec加密数据通道。

[0041] 本实施例中，一台POP设备上的主PE路由器及备份PE路由器间采用GE端口相连，不同POP设备上相连接的PE路由器设有BFD双向转发链路。

[0042] 本实施例以北京、上海、广州、深圳四个城市为例说明本实用新型提出的方案，图中，SH‑PE1/SH‑PE2:表示上海PoP设备的PE1和PE2节点；

[0043] BJ‑PE1/BJ‑PE2:表示北京PoP设备的PE1和PE2节点；

[0044] GZ‑PE1/GZ‑PE2:表示广州PoP设备的PE1和PE2节点；

[0045] SZ‑PE1/SZ‑PE2:表示深圳PoP设备的PE1和PE2节点；

[0046] USER1/USER2/USER3.....USERn代表一组点到点连接的用户。

[0047] 本实施例采用的具体方案包括：

[0048] 1、北上广深PoP设备的PE设备托管在当地的IDC数据中心机房中，环境和电力设施由机房提供，解决了设备的安全保障问题；

[0049] 各个POP设备采用2台PE中高端路由器，各个城市之间可采用三大运营商的MSTP、MPLS VPN、IPsec加密数据通道将各个城市的PE节点连接起来，实现了以下功能：

[0050] 1.1、任意2个城市4个PE节点之间都有环路保护，如北京和上海之间形成环网，北京和广州之间形成环网，北京与深圳之间形成环网，深圳与广州之间形成环网。

[0051] 1.2、任意3个城市6个节点之间都会形成一个中等双环路保护，如北京、上海、广州共6个PE节点形成双环路保护；

[0052] 1.3、4个城市4个节点之间形成一个小环网保护；

[0053] 1.4、4个城市8个节点之间再形成一个大环网保护；

[0054] 所有城市之间都具备多路环网保护，当任意一个节点，任意一条链路发生故障都会自动倒换到其他节点和链路到达对应的城市。

[0055] 本实施例提供如下一种可选的、能够实现更多功能的实施方式，但本实用新型不局限于下述实施例所描述的方案。

[0056] 2、IGP路由及LDP可靠性设计方案

[0057] 2.1、IGP路由采用OSPF动态路由，将各台PE节点接口加入到ospf area0区域中，接口绑定MPLS协议和LDP标签分发协议，远端接口定义ospf开销均为10，同PoP设备2台PE之间采用GE口直连，c本实施例中ost值定义如下：上海PE1和PE2之间定义为cost1，北京PE1和PE2之间定义为cost2，广州PE1和PE2之间定义为cost3，深圳PE1和PE2之间定义为cost4。

[0058] 2.2、各个接口下ospf协议和LDP标签发布协议绑定BFD双向转发检测协议，BFD是个轻量级检测协议，能够实现毫秒级检测底层线路是否发生故障，当检测到发生故障时，立即告诉上层LDP协议，自动切换到备份LSP通道。

[0059] 2.3、BFD绑定LDP LSP实现过程如下：

[0060] BFD绑定LDP LSP，指在LSP链路上建立BFD会话，并将会话与LSP绑定。利用BFD快速检测LSP链路的故障，触发LSP的流量切换。使用BFD检测单向LSP路径时，反向链路可以是IP链路、LSP隧道。

[0061] 检测LDP LSP的连通性时，BFD会话使用静态协商方式：通过手工配置BFD的本地标识符和远端标识符，由BFD本身的协商机制建立会话。用户需要指定待检测的LSP的下一跳IP地址以及BFD会话的对端地址，BFD会话将与LSP绑定。

[0062] 之后，BFD会采用异步模式检测LSP的连通性，即在Ingress和Egress之间相互周期性地发送BFD报文。如果任何一端在检测时间内没有收到对端发来的BFD报文，就认为LSP发生了故障，并向LDP管理模块上报LSP故障事件。

[0063] 2.4、LDP和OSPF/ISIS同步联动设计方案

[0064] LDP‑IGP同步是一种通过同步LDP和OSPF/ISIS之间的状态，来保证在网络发生故障时，LDP和OSPF/ISIS配合将流量丢失时间减到最低。

[0065] 在存在主备链路的组网中，当主链路发生故障时，OSPF/ISIS和LSP均切换到备份链路上。但当主链路从故障中恢复时，由于OSPF/ISIS比LDP收敛速度快，OSPF/ISIS会先于LDP切换回主链路，而此时主链路的LSP无法立刻建立，需要一些时间进行建立前准备工作，如邻接体恢复等，因此造成LSP流量丢失。当主链路节点间的LDP会话或邻接体发生故障时，主链路上的LSP被删除，但是OSPF/ISIS仍然使用主链路，导致LSP流量不能切换到备份链路，流量持续丢失。

[0066] LDP和OSPF/ISIS同步的基本原理是：通过设置OSPF/ISIS的cost值来推迟路由的回切，直至LDP完成收敛。也就是在主链路的LSP建立之前，先保留备份链路LSP，让流量继续从备份链路转发。直至主链路的LSP建立成功，再删除备份LSP。

[0067] 2.5、LDP协议自动绑定FRR重路由功能

[0068] 自动化的LDP FRR为MPLS骨干网络提供快速重路由功能，实现了链路备份；当主LSP故障时，流量快速切换到备份路径，从而最大程度上避免流量的丢失。

[0069] 在MPLS骨干网络中，当主链路故障时，虽然有IP FRR使OSPF/ISIS路由快速收敛，切换到备份路径，但对MPLS网络还需重新建立LSP，而这个过程无法避免流量的丢失。另外当LSP故障(非主链路故障引起)时，只能等待重新建立LSP后恢复流量转发，这会引起MPLS流量长时间中断。因此需要一种能够在MPLS网络中提供快速重路由的解决方案，即自动化的LDP FRR方案。

[0070] 自动化的LDP FRR通过LDP信令的自由标签保持方式(Liberal)，先获取Liberal Label，为该标签申请转发表项资源，并将转发信息下发到转发平面作为主LSP的备用转发表项。当接口故障(接口自己感知或者结合BFD检测)或者主LSP不通(结合BFD检测)时，可以快速的将流量切换至备份路径，从而实现了对主LSP的保护。

[0071] 自动化的LDP FRR：依赖IP FRR的实现。只有Liberal Label的来源匹配存在的备份路由，即保留的Liberal Label来自备份路由出接口和下一跳，并且满足备份LSP触发策略，才能够为之建立备份LSP并下发转发表项。

[0072] 2.6、LDP Graceful Restart设计

[0073] LDP GR(Graceful Restart)利用MPLS转发平面与控制平面分离的特点，实现设备在协议重启或主备倒换时转发不中断。

[0074] 在MPLS网络中，设备协议重启或主备倒换时，设备会删除转发平面上的标签转发表项，导致数据转发中断。

[0075] 通过LDP GR可以解决此问题，提高了网络的可靠性。LDP GR在设备协议重启或主备倒换时，利用控制平面和转发平面分离的特点，保留标签转发表项，设备依然根据该表项转发报文，从而保证数据传输不会中断。同时，协议重启或主备倒换后，设备在邻居的协助下恢复到重启之前的状态。

[0076] 2.7、本端及远端LDP会话共存设计

[0077] 本远端LDP会话共存，其本质是LDP的本地邻接体和远端邻接体可以同时绑定到同一个对等体上，也就是说该对等体同时由本地、远端两种邻接体来维持。

[0078] 当和本地邻接体相关的链路发生故障，导致该邻接体被删除时，只可能会改变该对等体的类型(对等体类型由维持对等体的邻接体的类型来决定，可以在本地、远端、本远共存之间进行切换)，不会影响到对等体的存在和状态。

[0079] 在链路发生故障或者故障恢复的过程中，对等体类型可能发生改变，和该对等体对应的会话类型也随之发生变化。但是，在整个过程中会话都不会被删除，也不会被置Down，始终能够起作用。

[0080] 具体实现过程如下：

[0081] 本实施例以上海和北京的PE节点为例，分别记上海的两个PE节点为SH‑PE1及SH‑PE2，分别记北京的两个PE节点为BJ‑PE1及BJ‑PE2,；

[0082] 以SH‑PE1和BJ‑PE1为例来描述本实用新型提出的整个过程，在直连的两台路由SH‑PE1和BJ‑PE1上，分别使能MPLS LDP，建立SH‑PE1和BJ‑PE1之间的本地会话。然后配置SH‑PE1和BJ‑PE1互为远端对等体，建立SH‑PE1和BJ‑PE1间的远端会话。此时SH‑PE1和BJ‑PE1既是本地邻接体，又是远端邻接体，SH‑PE1和BJ‑PE1之间本端和远端会话共存。L2VPN信令消息通过此会话传递。

[0083] SH‑PE1和BJ‑PE1之间的物理链路进入Down状态，导致LDP对等体的本地邻接体进入Down状态。SH‑PE1和BJ‑PE1之间的路由通过P可达，即远端邻接体依然处于Up状态，会话类型发生变化，成为远端会话，但会话依然处于Up状态，L2VPN感知不到会话状态变化，不会主动拆除，这就避免了L2VPN断开邻居并重新恢复的过程，减少业务中断时间。

[0084] 随后故障恢复，SH‑PE1和BJ‑PE1之间的链路进入Up状态，随后本地邻接体随之进入Up状态。会话类型发生变化，恢复为本远共存会话，会话依然处于Up状态，L2VPN感知不到会话状态变化，不会主动拆除，这也减少了业务中断时间。

[0085] 3、用户接入网设计方案

[0086] 用户办公点或数据中心通过本地运营商MSTP、PTN、裸光纤等方式接入所在城市PoP设备PE节点，双路由或单路由皆可实现。两端AC皆可通过MPLS L2VC绑定一个VC ID来隔离各个用户，确保二层的安全性。网络结构图中的USER1用户分别连接到上海SH‑PE1和深圳SH‑PE1形成一条VC虚电路连接，虚电路上层可承载各类协议及应用层数据报文传输。

[0087] 综上所述，本实用新型提出了创新性的网络拓扑架构，任意2个城市之间的PoP点都有环路保护，4个城市任意4个节点之间都会形成一个环路保护，如北京和上海之间形成环网，北京和广州之间环网，北京与深圳的环网，深圳与广州之间的环网，4个城市任意6个节点之间形成中等环网，4个城市8个节点之间形成一个大环网，所有城市之间都具备多路环网保护，当任意一个节点，任意一条链路发生故障都会自动倒换到其他节点和链路到达对应的城市。

[0088] 本实用新型提出的方案中，节点和链路的主备环路切换能够达到毫秒级别，当任意一个环路的某个节点或某条链路发生故障，可实现50ms级别的不丢包自动切换到备份路由上。

[0089] 本实用新型实现各个城市PoP节点之间互联链路和底层链路解耦性，可通过MSTP，裸光纤，SDH，宽带IP网，MPLS VPN等多种链路混合组网，提高各种不同种类链路的可靠性之外，也降低组网成本，为客户提供了更加优质低廉的二层透明链路解决方案；

[0090] 本实用新型还具有协议透明传送性，实现跨地区跨域方式提供用户LAN to LAN的二层透明方式组网，对客户上层协议不做任何处理，直接透明传送。

[0091] 以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。