深入解析 ETH OAM：以太网链路维护的核心协议

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在以太网技术从局域网向广域网不断拓展的进程中，网络规模日益庞大，结构愈发复杂，运营商对于网络的可维护性提出了更高的要求。传统的网络维护手段在面对复杂的广域网环境时，逐渐显现出诸多不足，难以满足运营商对网络故障快速检测、定位和维护的需求。正是在这样的背景下，ETH OAM（Ethernet Operation, Administration and Maintenance）应运而生，它作为一种基于 MAC 层的协议，为以太网链路的维护提供了全新的解决方案。

ETH OAM 的基本概念与特性

ETH OAM 是一种专门针对以太网链路维护的协议，它的一个重要特点是与传输介质相互独立。这意味着无论以太网采用何种传输介质，如光纤、双绞线等，ETH OAM 都能在 MAC 层上正常工作，不会受到传输介质类型的限制。OAM 报文仅在 MAC 层进行处理，不会对 Ethernet 的其他层次，如物理层、网络层等产生影响，从而保证了以太网原有各层次功能的稳定性和独立性。

同时，ETH OAM 作为一种低速率协议，在运行过程中所占用的网络带宽非常小。通常情况下，这种带宽占用几乎不会对链路所承载的业务造成任何影响，确保了业务的正常传输。这一特性使得 ETH OAM 能够在不影响网络正常业务的前提下，实现对以太网链路的有效维护。

ETH OAM 的两大应用方向

ETH OAM 主要包括以太网业务 OAM 和以太网端口 OAM 两大应用方向，它们从不同的角度为以太网链路的维护提供支持。

以太网业务 OAM：端到端的链路维护

以太网业务 OAM 聚焦于端到端以太网链路的维护工作。它以业务为基础，以 “维护域” 为单位来实现端到端的检测。在实际应用中，它能够对网络中同一业务流流经的各个网络段进行分段管理，从而更加精准地把握整个业务链路的运行状态。

以太网端口 OAM：点到点的链路维护

以太网端口 OAM 则主要关注 EFM（Ethernet in the First Mile，以太网最后一公里）中两台直连设备之间的点到点以太网链路维护。与以太网业务 OAM 不同，它的应用不针对具体的业务，而是通过 OAM 自动发现、链路性能监控、故障检测、远端环回、自环检测等功能，来完成以太网点到点链路的维护工作。

以太网业务 OAM 的核心组成部分

维护点（MP）：OAM 的功能实体

维护点（MP，Maintenance Point）是以太网业务 OAM 的核心功能实体。每个维护点都拥有一个唯一的维护点标识，即 MPID（Maintenance Point Identification），在同一维护联盟（MA）内，该 ID 是唯一的。各维护点的信息通过 MAC 地址表、维护点表和路由表来进行记录。其中，业务类型、业务 ID、VLAN 标签是 MP 配置信息中的关键内容。

维护点主要分为 MEP 和 MIP 两种类型：

  • 维护联盟边缘节点（MEP）：MEP（Maintenance association End Point）定义了 MA 的起始位置，它是 OAM 报文的发起和终结点，与业务紧密相关。
  • 维护联盟内部节点（MIP）：MIP（Maintenance association Intermediate Point）不能发起 OAM 报文，但它可以响应和转发 LB 报文和 LT 报文，不过只能转发 CC 报文。

维护域（MD）：OAM 的网络范围

MD（Maintenance Domain）指的是需要进行 OAM 的一个网络。在实际的网络环境中，客户、服务提供商、运营商所关注的网络段往往存在差异，因此需要以网络段作为管理单位，来实现对网络中同一业务流流经的各个网络段进行分段管理，同时也能对不同业务流进行区分管理。

从 OAM 的角度来看，“维护域” 可以理解为一个服务实例上的所有 MP 的集合，这些 MP 包括 MEP 和 MIP。在需要维护的管理段两端分别建立 MEP，以此来设定维护域的范围，其他位置则根据实际需要建立 MIP。通过对这些维护点的操作，以及 MP 之间的联系和应答结果，就能够掌握整个管理段的状态，实现故障的检测与定位。

维护联盟（MA）：与业务相关的域

MA（Maintenance Association）可以看作是一个与业务相关的域，它由若干 MEP 和 MIP 组成。在运营商的网络中，通常一个 VLAN 对应一个业务实例，而在设备上，一个或多个 MA 可以对应一个 VLAN。通过划分 MA，能够实现对传输某个业务实例的网络的连通性故障检测。

需要注意的是，MA 是 MD 的一部分，一个 MD 可以划分成一个或多个 MA，并且 MA 的级别等于它所在的 MD 的级别。此外，MEP 只能响应同一个 MA 中其他 MEP 发起的 OAM 操作，因此需要将发起 OAM 操作的 MEP 设置为远端维护点，以确保发起和响应 OAM 操作的两个 MEP 属于同一个 MA。

以太网业务 OAM 的分层管理机制

以太网业务 OAM 通过在 OAM 协议报文中加入管理级别（Level）字段，实现了分层管理。高层管理域可以跨越低层管理域，而低层管理域无法跨越高层管理域。这种分层管理机制具有重要的意义，它不仅能够实现同一业务流的分段维护，还能实现不同业务流的管理。

目前，协议支持 0～7 共 8 个层次级别的划分，“0” 层次管理域级别为最低，“1～7” 级别依次递增。这 8 个 MD 等级用于区分用户、供应商和运营商，具体如下：

  • 用户 MD 等级：7、6、5
  • 供应商 MD 等级：4、3
  • 运营商 MD 等级：2、1、0

层级级别由高到低依次为：用户 MD 等级 > 供应商 MD 等级 > 运营商 MD 等级。

在实际应用中，处于不同层次的维护点对 OAM 协议报文的处理方法有所不同：

  • 对于高于本层次级别的 OAM 协议报文，各维护点做透传处理。
  • 对于低于本层次级别的 OAM 协议报文，各维护点直接丢弃。
  • 对于和本层次级别相同的 OAM 协议报文，根据 OAM 协议报文的消息类型，各维护点响应或终结。

以太网业务 OAM 的主要操作

以太网单板支持 CC、LB、LT 等多种以太网业务 OAM 操作，这些操作在不同的场景下发挥着重要的作用。

CC（Continuity Check）：连通性检测

CC 通过 MEP 之间周期性互发 CCM（Continuity Check Message，连续监测报文）来检测各 MEP 之间的连通性，这种检测被称为连通性检测或 CC。需要注意的是，只有 MEP 能够启动和响应连通性检测。它主要用于实时检测链路的单向连通性，但使用 CC 不能精确地检测出网络中哪段链路出现了故障，需要通过 LT 功能进一步定位。

LB（Loopback）：环回测试

LB 可以实现由源端 MEP 到维护域内任一 MP 链路状态的检测。同样，只有 MEP 能够发起 LB 测试以及作为测试的终结点。LB 主要用于实时检测双向连通性，和 CC 相比，LB 实现的是一次性检测，每次检测都需要人工下发命令，并且使用 LB 不能一次性检测出网络中哪段链路出现了故障。

LT（Link Trace）：链路追踪

LT 在环回测试的基础上进一步强化了故障定位的能力，能够实现一次定位故障网络段。只有 MEP 能够发起 LT 测试以及作为测试的终结点。LT 主要用于现场定位问题和定位故障点，和 LB 相比，LT 测试的链路上所有的 MP 都会响应 LTM 消息帧，根据这些响应消息可以判断出源 MEP 到目的 MEP 所经过的所有 MIP。

AIS（Alarm Indication Signal）：告警指示信号

AIS 在以太网 OAM 中用于向上层报告错误。激活了 AIS 的维护点在检测到故障后，将向上层维护点发送 AIS 报文，以通知维护点故障；禁止 AIS 则不上报故障。通常，对于级别为 n 的维护点，屏蔽 AIS 信息的客户层级别应设置为 n+1。当链路中存在多个维护域嵌套时，通过激活 AIS 和设置屏蔽 AIS 的客户层级别，可实现故障维护点的准确定位。

LM（Loss Measurement）：丢包统计

LM 功能就是设备用计数器统计一条链路 Ingress 端和 Egress 端的帧丢失数量。当链路产生故障的时候，LM 功能能够帮助运维人员有效对故障进行分析。丢包率就是未传递的业务帧数量除以时间间隔 T 内业务帧的总数，单位是百分比。LM 分为单端 LM 和双端 LM，单端 LM 是按需 OAM，即一次性丢包率统计；而双端 LM 是主动 OAM，即定期自动持续的丢包率统计，主要用于测试一条链路是否可用。

DM（Delay Measurement）：时延统计

DM 功能用于测量一对 MEP 之间的时延，每个独立的 MEP 点都可以进行时延的测量。DM 包括单向 DM 和双向 DM，该方法利用环回进行帧时延的测量，帮助定位故障。

FDV（Frame Delay Variation）：时延抖动

不同的帧可能时延不一样，时延抖动 FDV 就是根据一段时间内多次时延统计（DM）的测量结果计算而来。FDV 用于测量一条点到点的链路上、MEP 点之间，帧与帧之间的时延变化。

RDI（Remote Defect Indication）：远端故障指示

RDI 以太网远端故障指示功能，用来向对端的 MEP 点指示本地接收到 CC 故障，主要用于单端差错管理和远端性能检测，反映远端是否出现过故障。

OAM Ping：在线测试

OAM_Ping 测试提供了一种在线测试方法，一定程度上可以模拟测试业务因误码导致的丢包率和时延时间。在检测连通性的基础上实现了对以太网 MAC 层的链路性能的精细化管理，主要用于实时检测本端设备与支持 ICMP 协议的数据通信设备间的业务性能，能够比连通性检测提供更详细、精确的 OAM 信息。

ETH OAM 的重要意义与应用前景

ETH OAM 的出现，为以太网链路的维护带来了革命性的变化。它解决了传统网络维护手段在广域网环境下的不足，实现了对以太网链路的高效、精准维护。与现有的端口环回功能相比，ETH OAM 能够有选择性地对某一业务流进行环回，而不是针对端口上所有报文进行环回。同时，它还能够发现硬件故障类的问题，并实现故障的自动检测和定位。

随着以太网技术的不断发展和广泛应用，ETH OAM 在运营商网络中的重要性日益凸显。它为运营商提供了强大的网络维护工具，能够有效提高网络的可靠性和稳定性，降低网络维护成本，提升服务质量。在未来，随着 5G、物联网等新兴技术的快速发展，网络规模将进一步扩大，对网络维护的要求也将更加严格，ETH OAM 有望在更多的领域得到应用和拓展，为构建更加智能、高效的网络环境发挥重要作用。