1.4.3 网络生存性策略——保护和恢复

通过以上列举的网络事故及其造成的影响，可以很明显地看出，一种健壮的网络结构就迫切需要一种快速、可靠的交叉连接机制和重选路由技术以实现对业务的保护倒换目的。为了提高网络的生存能力，人们可以利用以下方法：

● 降低网络单元脆弱性，特别是硬件、软件故障以及过程差错引起的脆弱性。

● 提高网络拓扑结构的可靠性。

● 通过网络保护恢复技术来实现网络的生存性。

第一种方法，侧重于提高网络单元的可靠性，从而改善网络的生存性。而后两种方法，

特别是网络保护恢复技术，则是在现行的网络单元基础上，通过适当的生存机制来提高网络的抗故障能力。就网络的生存性策略而言，它具体包括保护恢复技术、升级机制以及相关的管理功能，所以实现网络生存性一般有两类方法：保护和恢复。

保护是指利用节点间预先分配的容量实施网络保护，即当一个工作通路失效时，利用备用设备的倒换，使工作信号通过保护通路维持正常传输。保护往往处于本地网元或远端网元的控制下，不需要外部网管系统的介入，保护倒换时间很短，但备用资源无法在网络范围内共享，资源利用率低。

恢复则通常利用节点之间可用的任何容量，包括预留的专用空闲备用容量、网络专用的容量乃至低优先级业务可释放的额外容量，还需要准确地知道故障点的位置，其实质是在网络中寻找失效路由的替代路由，因而恢复算法与网络选路算法相同。使用网络恢复可大大节省备用资源，但恢复倒换由外部网络操作系统控制，具有相对较长的计算时间。

从历史上看，保护和恢复的主要区别在于适用的网络拓扑、业务的恢复速度以及保护容量的确定性等因素。通常认为保护是一种能够提供快速恢复、适用特定拓扑的技术（如线形或环形），而恢复通常主要适用于网状拓扑，能最佳地利用网络容量资源。恢复的目标应该是利用网络提供的容量富余度使得由于故障所带来的阻塞快速而准确地被重新安排路由而确保畅通。恢复机制通常采用集中控制方式，需要外部网管系统介入，恢复响应不确定，业务恢复时间较长，可能长达数秒至分钟量级，这是恢复机制的主要缺点。在实际电信网中，常常以保护机制作为第一道防线，对付诸如光缆被切断之类的公共失效故障，然后可以用恢复机制作为第二道防线对付网络范围的故障和失效。

从本质上来讲，网络的保护问题是网络的冗余性设计问题。网络的冗余性设计不但涉及网络的物理拓扑设计，还与网络业务的安排有重要的关系。通常实用的网络都是有一定冗余度的，以防一旦在工作通道出现故障时，可以使用网络的冗余容量为工作容量提供保护，从而维持网络的正常运转，保证网络业务的畅通。

网络的故障可以分为线路（链路）故障和通道故障两种。通常的光缆线路受损是典型的线路故障，而组成光通道的某个区段的光电元器件的故障则通常会导致通道故障。对于网络节点失效的情况，通常可以认为是若干线路故障的特殊组合，由于与该节点的通信联系全部被切断，网络只需要为路过该节点的通道提供保护即可，这就是“尽力恢复”原则。在实际的网络中，网络对非节点失效的单一故障的保护能力通常要达到100%，所谓的单一故障条件，就是单处线路故障或者单条通道失效条件。目前出现的恢复算法基本是针对单一类型故障条件的，对于多类型故障条件还没有有效的恢复方案。与故障条件相对应，网络的恢复方案也有线路恢复和通道恢复两种。在WDM光网络中，通常线路恢复也称为光复用段恢复。尽管故障不能避免，然而快速的故障检测与识别和业务恢复却能使网络更为坚固可靠，并且最终增加用户对网络提供商和业务提供商的信任感。从这一点来看，网络的拓扑结构必须具有坚固的可生存性，这决定了它在单个或多重连接以及设备出现故障时所具有的恢复能力。一个网络要具有生存性，它的拓扑结构在出现故障时必须能够实现重选路由功能。

表征网络生存性能的主要技术指标如下。

● 冗余度：定义为网络中总空闲容量（为恢复保留）与总工作容量之比。

● 恢复率：定义为已恢复的通道数与原来失效的总通道数之比，或定义为已恢复的失效容量与原来失效的总容量之比。

● 恢复时间：它与恢复率紧密相关，定义为以一定的恢复率为目标，恢复网络所需要的时间。在一般情况下，冗余度越大，恢复时间越短，恢复率也就越高。如果允许的恢复时间越长，恢复率也就越高。如果网络有足够的冗余度，恢复率可能接近或达到100%。恢复时间不仅与所采用的恢复技术有关，还与恢复算法、消息的传送和处理时间有关。

● 开销以及复杂度：在制定合适的生存性策略中，应根据网络或用户的不同需求，对冗余度、恢复时间以及恢复率进行折中以选择最优方案，并实现网络资源的合理使用。

按用户不同的要求可以将用户分为四大类：

● 安全用户，包括紧急业务、医疗业务等。对于他们来说，必须保证业务的连续性和安全性，业务中断是不能接受的，费用是次要因素。

● 商业用户，包括政府、军事机构和银行用户，业务中断使用户的损失巨大，取决于用户愿为此支付的费用。

● 低费用用户，包括住宅用户，主要是POTS业务以及Internet接入服务，业务中断不影响其收入，只是造成一些麻烦。

● 基本用户，非常低的费用，无时间需求的业务，如夜间的某些家庭与办公室的成批处理。