第三代MSTP關(guān)鍵技術(shù)綜述
信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院通信標(biāo)準(zhǔn)研究所高級(jí)工程師 徐貴寶
2004/03/05
摘 要：首先概述了MSTP技術(shù)發(fā)展的三個(gè)階段，接著詳細(xì)介紹了第三代MSTP技術(shù)中虛級(jí)聯(lián)、通用成幀規(guī)程、鏈路容量調(diào)整機(jī)制和智能適配層等關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)實(shí)現(xiàn)智能適配層的MPLS和RPR技術(shù)進(jìn)行了介紹和比較。
關(guān)鍵詞：城域網(wǎng)，MSTP，MPLS，RPR
一、MSTP概述
近年來(lái)，不斷增長(zhǎng)的IP數(shù)據(jù)、話音、圖像等多種業(yè)務(wù)傳送需求使得用戶接入及駐地網(wǎng)的寬帶化技術(shù)迅速普及起來(lái)，同時(shí)也促進(jìn)了傳輸骨干網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)。由于業(yè)務(wù)的傳送環(huán)境發(fā)生了巨大變化，原先以承載話音為主要目的的城域網(wǎng)在容量以及接口能力上都已經(jīng)無(wú)法滿足業(yè)務(wù)傳輸與匯聚的要求。于是，多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（MSTP）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
MSTP技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在對(duì)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的支持上，以太網(wǎng)新業(yè)務(wù)的QoS要求推動(dòng)著MSTP的發(fā)展。一般認(rèn)為MSTP技術(shù)發(fā)展可以劃分為三個(gè)階段。
第一代MSTP的特點(diǎn)是提供以太網(wǎng)點(diǎn)到點(diǎn)透?jìng)鳌Ｋ菍⒁蕴W(wǎng)信號(hào)直接映射到SDH的虛容器（VC）中進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)傳送。在提供以太網(wǎng)透?jìng)髯饩�業(yè)務(wù)時(shí)，由于業(yè)務(wù)粒度受限于VC，一般最小為2Mbit/s因此，第一代MSTP還不能提供不同以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的QoS區(qū)分、流量控制、多個(gè)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)流的統(tǒng)計(jì)復(fù)用和帶寬共享以及以太網(wǎng)業(yè)務(wù)層的保護(hù)等功能。
第二代MSTP的特點(diǎn)是支持以太網(wǎng)二層交換。它是在一個(gè)或多個(gè)用戶以太網(wǎng)接口與一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的基于SDH虛容器的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路之間實(shí)現(xiàn)基于以太網(wǎng)鏈路層的數(shù)據(jù)幀交換。相對(duì)于第一代MSTP，第二代MSTP作了許多改進(jìn)，它可提供基于802.3x的流量控制、多用戶隔離和VLAN劃分、基于STP的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)層保護(hù)以及基于802.1p的優(yōu)先級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)等多項(xiàng)以太網(wǎng)方面的支持。目前正在使用的MSTP產(chǎn)品大多都屬于第二代MSTP技術(shù)。但是，與以太網(wǎng)業(yè)務(wù)需求相比，第二代MSTP仍然存在著許多的不足，比如不能提供良好的QoS支持，業(yè)務(wù)帶寬粒度仍然受限于VC，基于STP的業(yè)務(wù)層保護(hù)時(shí)間太慢，VLAN功能也不適合大型城域公網(wǎng)應(yīng)用，還不能實(shí)現(xiàn)環(huán)上不同位置節(jié)點(diǎn)的公平接入，基于802.3x的流量控制只是針對(duì)點(diǎn)到點(diǎn)鏈路，等等。
最近才出現(xiàn)的第三代MSTP的特點(diǎn)是支持以太網(wǎng)QoS。在第三代MSTP中，引入了中間的智能適配層、通用成幀規(guī)程（GFP：Generic Framing Procedure）高速封裝協(xié)議、虛級(jí)聯(lián)和鏈路容量調(diào)整機(jī)制（LCAS）等多項(xiàng)全新技術(shù)。因此，第三代MSTP可支持QoS、多點(diǎn)到多點(diǎn)的連接、用戶隔離和帶寬共享等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)等級(jí)協(xié)定（SLA）增強(qiáng)、阻塞控制以及公平接入等。此外，第三代MSTP還具有相當(dāng)強(qiáng)的可擴(kuò)展性�？梢哉f(shuō)，第三代MSTP為以太網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展提供了全面的支持。
二、第三代MSTP關(guān)鍵技術(shù)
1.虛級(jí)聯(lián)
VC的級(jí)聯(lián)概念是在ITU-T G.7070中定義的，分為相鄰級(jí)聯(lián)和虛級(jí)聯(lián)兩種。SDH中用來(lái)承載以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的各個(gè)VC在SDH的幀結(jié)構(gòu)中是連續(xù)的，共用相同的通道開(kāi)銷(xiāo)（POH），此種情況稱為相鄰級(jí)聯(lián)，有時(shí)也直接簡(jiǎn)稱為級(jí)聯(lián)。SDH中用來(lái)承載以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的各個(gè)VC在SDH的幀結(jié)構(gòu)中是獨(dú)立的，其位置可以靈活處理，此種情況稱為虛級(jí)聯(lián)。
從原理上講，可以將級(jí)聯(lián)和虛級(jí)聯(lián)看成是把多個(gè)小的容器組合為一個(gè)比較大的容器來(lái)傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的技術(shù)。通過(guò)級(jí)聯(lián)和虛級(jí)聯(lián)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)以太網(wǎng)帶寬和SDH虛通道之間的速率適配。尤其是虛級(jí)聯(lián)技術(shù)，可以將從VC－4到VC－12等不同速率的小容器進(jìn)行組合利用，能夠做到非常小顆粒的帶寬調(diào)節(jié)，相應(yīng)的級(jí)聯(lián)后的最大帶寬也能在很小的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。虛級(jí)聯(lián)技術(shù)的特點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)了使用SDH經(jīng)濟(jì)有效地提供合適大小的信道給數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，避免了帶寬的浪費(fèi)，這也是虛級(jí)聯(lián)技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)。
2.通用成幀規(guī)程
GFP是在ITU-T G.7041中定義的一種鏈路層標(biāo)準(zhǔn)它既可以在字節(jié)同步的鏈路中傳送長(zhǎng)度可變的數(shù)據(jù)包，又可以傳送固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)塊，是一種簡(jiǎn)單而又靈活的數(shù)據(jù)適配方法。
GFP采用了與ATM技術(shù)相似的幀定界方式，可以透明地封裝各種數(shù)據(jù)信號(hào)，利于多廠商設(shè)備互聯(lián)互通；GFP引進(jìn)了多服務(wù)等級(jí)的概念，實(shí)現(xiàn)了用戶數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)復(fù)用和QoS功能。
GFP采用不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)封裝方法對(duì)不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，包括GFP－F和GFP－T兩種方式。GFP－F封裝方式適用于分組數(shù)據(jù)，把整個(gè)分組數(shù)據(jù)（PPP、IP、RPR、以太網(wǎng)等）封裝到GFP負(fù)荷信息區(qū)中，對(duì)封裝數(shù)據(jù)不做任何改動(dòng)，并根據(jù)需要來(lái)決定是否添加負(fù)荷區(qū)檢測(cè)域。GFP－Ｔ封裝方式則適用于采用8B/10B編碼的塊數(shù)據(jù)，從接收的數(shù)據(jù)塊中提取出單個(gè)的字符，然后把它映射到固定長(zhǎng)度的GFP幀中。
3.鏈路容量調(diào)整機(jī)制
LCAS是在ITU-T G.7042中定義的一種可以在不中斷數(shù)據(jù)流的情況下動(dòng)態(tài)調(diào)整虛級(jí)聯(lián)個(gè)數(shù)的功能，它所提供的是平滑地改變傳送網(wǎng)中虛級(jí)聯(lián)信號(hào)帶寬以自動(dòng)適應(yīng)業(yè)務(wù)帶寬需求的方法。
LCAS是一個(gè)雙向的協(xié)議，它通過(guò)實(shí)時(shí)地在收發(fā)節(jié)點(diǎn)之間交換表示狀態(tài)的控制包來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整業(yè)務(wù)帶寬。控制包所能表示的狀態(tài)有固定、增加、正常、EOS（表示這個(gè)VC是虛級(jí)聯(lián)信道的最后一個(gè)VC）、空閑和不使用六種。
LCAS可以將有效凈負(fù)荷自動(dòng)映射到可用的VC上，從而實(shí)現(xiàn)帶寬的連續(xù)調(diào)整，不僅提高了帶寬指配速度、對(duì)業(yè)務(wù)無(wú)損傷，而且當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)帶寬，無(wú)須人工介入，在保證服務(wù)質(zhì)量的前提下顯著提高網(wǎng)絡(luò)利用率。一般情況下，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在通過(guò)網(wǎng)管增加或者刪除虛級(jí)聯(lián)組中成員時(shí)，保證“不丟包”；即使是由于“斷纖”或者“告警”等原因產(chǎn)生虛級(jí)聯(lián)組成員刪除時(shí)，也能夠保證只有少量丟包。
4.智能適配層
雖然在第二代MSTP中也支持以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，但卻不能提供良好的QoS支持，其中一個(gè)主要原因就是因?yàn)楝F(xiàn)有的以太網(wǎng)技術(shù)是無(wú)連接的。為了能夠在以太網(wǎng)業(yè)務(wù)中引入QoS，第三代MSTP在以太網(wǎng)和SDH/SONET之間引入了一個(gè)智能適配層，并通過(guò)該智能適配層來(lái)處理以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的QoS要求。智能適配層的實(shí)現(xiàn)技術(shù)主要有多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）和彈性分組環(huán)（RPR）兩種。
�。�1）多協(xié)議標(biāo)簽交換
MPLS是1997年由思科公司提出，并由IETF制定的一種多協(xié)議標(biāo)簽交換標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，它利用2.5層交換技術(shù)將第三層技術(shù)（如IP路由等）與第二層技術(shù)（如ATM、幀中繼等）有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，從而使得在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上既能提供點(diǎn)到點(diǎn)傳送，也可以提供多點(diǎn)傳送；既能提供原來(lái)以太網(wǎng)盡力而為的服務(wù)，又能提供具有很高QoS要求的實(shí)時(shí)交換服務(wù)。MPLS技術(shù)使用標(biāo)簽對(duì)上層數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一封裝，從而實(shí)現(xiàn)了用SDH承載不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)包。這一過(guò)程的實(shí)質(zhì)就是通過(guò)中間智能適配層的引入，將路由器邊緣化，同時(shí)又將交換機(jī)置于網(wǎng)絡(luò)中心，通過(guò)一次路由、多次交換將以太網(wǎng)的業(yè)務(wù)要求適配到SDH信道上，并通過(guò)采用GFP高速封裝協(xié)議、虛級(jí)聯(lián)和LCAS，將網(wǎng)絡(luò)的整體性能大幅提高。
基于MPLS的第三代MSTP設(shè)備不但能夠?qū)崿F(xiàn)端到端的流量控制，而且還具有公平的接入機(jī)制與合理的帶寬動(dòng)態(tài)分配機(jī)制，能夠提供獨(dú)特的端到端業(yè)務(wù)QoS功能。另外，通過(guò)嵌入二層MPLS技術(shù)，允許不同的用戶使用同樣的VLAN ID，從根本上解決了VLAN地址空間的限制。再有，由于MPLS中采用標(biāo)簽機(jī)制，路由的計(jì)算可以基于以太網(wǎng)拓?fù)�，大大減少了路由設(shè)備的數(shù)量和復(fù)雜度，從整體上優(yōu)化了以太網(wǎng)數(shù)據(jù)在MSTP中的傳輸效率，達(dá)到了網(wǎng)絡(luò)資源的最優(yōu)化配置和最優(yōu)化使用。
（2）彈性分組環(huán)
RPR是IEEE定義的如何在環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上優(yōu)化數(shù)據(jù)交換的MAC層協(xié)議，RPR可以承載以太網(wǎng)業(yè)務(wù)、IP/MPLS業(yè)務(wù)、視頻和專線業(yè)務(wù)，其目的在于更好地處理環(huán)形拓?fù)渖蠑?shù)據(jù)流的問(wèn)題。RPR環(huán)由兩根光纖組成，在進(jìn)行環(huán)路上的分組處理時(shí)，對(duì)于每一個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果數(shù)據(jù)流的目的地不是本節(jié)點(diǎn)的話，就簡(jiǎn)單地將該數(shù)據(jù)流前傳，這就大大地提高了系統(tǒng)的處理性能。通過(guò)執(zhí)行公平算法，使得環(huán)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以公平地享用每一段帶寬，大大提高了環(huán)路帶寬利用率，并且一條光纖上的業(yè)務(wù)保護(hù)倒換對(duì)另一條光纖上的業(yè)務(wù)沒(méi)有任何影響。
RPR是一種專門(mén)為環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)造的新型MAC協(xié)議，具有靈活、可靠等特點(diǎn)。它能夠適應(yīng)任何標(biāo)準(zhǔn)（如SDH、以太網(wǎng)、DWDM等）的物理層幀結(jié)構(gòu)，可有效地傳送話音、數(shù)據(jù)、圖像等多種類(lèi)型的業(yè)務(wù)，支持SLA以及二層和三層功能，提供多等級(jí)、可靠的QoS服務(wù)支持動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓�。其�?jié)點(diǎn)間可采用類(lèi)似OSPF的算法交換拓?fù)渥R(shí)別信令并具有防止分組死循環(huán)的機(jī)制，增加了環(huán)路的自愈能力。另外，RPR還具有較強(qiáng)的兼容性和良好的擴(kuò)展性，具有TDM、SDH、以太網(wǎng)、POS等多種類(lèi)多速率端口，能夠承載IP、SDH、TDM、ATM、以太網(wǎng)等多種協(xié)議的業(yè)務(wù)還可以方便地增加傳輸線路、傳輸帶寬或插入新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，對(duì)將來(lái)可能出現(xiàn)的新業(yè)務(wù)、協(xié)議或物理層規(guī)范具有良好的適應(yīng)性。再有，由于RPR環(huán)路每個(gè)節(jié)點(diǎn)都掌握環(huán)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和資源情況，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整環(huán)路帶寬分配情況，所以網(wǎng)管人員并不需要對(duì)節(jié)點(diǎn)間資源分配進(jìn)行太多干預(yù)，減少了人工配置所帶來(lái)的人為錯(cuò)誤。RPR使得運(yùn)營(yíng)商能夠在城域網(wǎng)內(nèi)以較低成本提供電信級(jí)服務(wù)，是一種非常適合在城域網(wǎng)骨干層、匯聚層使用的技術(shù)。
（3）MPLS技術(shù)與RPR技術(shù)比較
MPLS技術(shù)與RPR技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)。MPLS技術(shù)通過(guò)LSP標(biāo)簽棧突破了VLAN在核心節(jié)點(diǎn)的4096地址空間限制，并可以為以太網(wǎng)業(yè)務(wù)QoS、SLA增強(qiáng)和網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化利用提供很好的支持；而RPR技術(shù)為全分布式接入，提供快速分組環(huán)保護(hù)，支持動(dòng)態(tài)帶寬分配、空間重用和額外業(yè)務(wù)。從對(duì)整個(gè)城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化功能來(lái)看，MPLS技術(shù)可以從整個(gè)城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行資源的優(yōu)化，完成最佳的統(tǒng)計(jì)復(fù)用，而RPR技術(shù)只能從局部（在一個(gè)環(huán)的內(nèi)部）而不是從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行優(yōu)化。從整個(gè)城域網(wǎng)的設(shè)備構(gòu)成復(fù)雜性上來(lái)看，使用MPLS技術(shù)可以在整個(gè)城域網(wǎng)上避免第三層路由設(shè)備的引入，而RPR設(shè)備在環(huán)與環(huán)之間相連接時(shí)，卻不可避免地要引入第三層路由設(shè)備。從保護(hù)恢復(fù)來(lái)看，雖然MPLS技術(shù)也能提供網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)功能，但是RPR卻能提供更高的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)速度。
目前RPR技術(shù)已經(jīng)為大多數(shù)廠商所采用，在市場(chǎng)上具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)。
三、結(jié) 語(yǔ)
隨著對(duì)業(yè)務(wù)種類(lèi)和帶寬需求的進(jìn)一步增長(zhǎng)，城域網(wǎng)必須要靈活可靠、具有大容量和良好的可擴(kuò)展性、支持多協(xié)議和多業(yè)務(wù)、有靈活的電路調(diào)度和業(yè)務(wù)管理能力，從而使運(yùn)營(yíng)商在保護(hù)既往投資的同時(shí)，又能夠靈活、快速地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容和開(kāi)展新業(yè)務(wù)，進(jìn)而降低運(yùn)營(yíng)成本，增加業(yè)務(wù)收入，提升自身的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在城域網(wǎng)的建設(shè)中，虛級(jí)聯(lián)可以提供一種更加靈活的信道容量組織方式以更好地滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸特點(diǎn)；LCAS可以提供一系列動(dòng)態(tài)改變傳送信道容量的規(guī)約和步驟；GFP可以提供一種對(duì)于以幀為單位組織的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)單有效的封裝方式；MPLS和RPR可以提供大量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)哪芰�。可以說(shuō)，第三代MSTP為城域網(wǎng)建設(shè)提供了非常理想的解決方案。
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