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準研究所高級工程師 徐貴寶
2004/03/05
摘 要：首先概述了MSTP技術(shù)發(fā)展的三個階段，接著詳細介紹了第三代MSTP技術(shù)中虛級聯(lián)、通用成幀規(guī)程、鏈路容量調(diào)整機制和智能適配層等關(guān)鍵技術(shù)，并對實現(xiàn)智能適配層的MPLS和RPR技術(shù)進行了介紹和比較。
關(guān)鍵詞：城域網(wǎng)，MSTP，MPLS，RPR
一、MSTP概述
近年來，不斷增長的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，同時也促進了傳輸骨干網(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（MSTP）技術(shù)應(yīng)運而生。
MSTP技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的支持上，以太網(wǎng)新業(yè)務(wù)的QoS要求推動著MSTP的發(fā)展。一般認為MSTP技術(shù)發(fā)展可以劃分為三個階段。
第一代MSTP的特點是提供以太網(wǎng)點到點透傳。它是將以太網(wǎng)信號直接映射到SDH的虛容器（VC）中進行點到點傳送。在提供以太網(wǎng)透傳租線業(yè)務(wù)時，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、多個以太網(wǎng)業(yè)務(wù)流的統(tǒng)計復(fù)用和帶寬共享以及以太網(wǎng)業(yè)務(wù)層的保護等功能。
第二代MSTP的特點是支持以太網(wǎng)二層交換。它是在一個或多個用戶以太網(wǎng)接口與一個或多個獨立的基于SDH虛容器的點對點鏈路之間實現(xiàn)基于以太網(wǎng)鏈路層的數(shù)據(jù)幀交換。相對于第一代MSTP，第二代MSTP作了許多改進，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)層保護以及基于802.1p的優(yōu)先級轉(zhuǎn)發(fā)等多項以太網(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)層保護時間太慢，VLAN功能也不適合大型城域公網(wǎng)應(yīng)用，還不能實現(xiàn)環(huán)上不同位置節(jié)點的公平接入，基于802.3x的流量控制只是針對點到點鏈路，等等。
最近才出現(xiàn)的第三代MSTP的特點是支持以太網(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、虛級聯(lián)和鏈路容量調(diào)整機制（LCAS）等多項全新技術(shù)。因此，第三代MSTP可支持QoS、多點到多點的連接、用戶隔離和帶寬共享等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)等級協(xié)定（SLA）增強、阻塞控制以及公平接入等。此外，第三代MSTP還具有相當強的可擴展性�？梢哉f，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.虛級聯(lián)
VC的級聯(lián)概念是在ITU-T G.7070中定義的，分為相鄰級聯(lián)和虛級聯(lián)兩種。SDH中用來承載以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的各個VC在SDH的幀結(jié)構(gòu)中是連續(xù)的，共用相同的通道開銷（POH），此種情況稱為相鄰級聯(lián)，有時也直接簡稱為級聯(lián)。SDH中用來承載以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的各個VC在SDH的幀結(jié)構(gòu)中是獨立的，其位置可以靈活處理，此種情況稱為虛級聯(lián)。
從原理上講，可以將級聯(lián)和虛級聯(lián)看成是把多個小的容器組合為一個比較大的容器來傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的技術(shù)。通過級聯(lián)和虛級聯(lián)技術(shù)，可以實現(xiàn)對以太網(wǎng)帶寬和SDH虛通道之間的速率適配。尤其是虛級聯(lián)技術(shù)，可以將從VC－4到VC－12等不同速率的小容器進行組合利用，能夠做到非常小顆粒的帶寬調(diào)節(jié)，相應(yīng)的級聯(lián)后的最大帶寬也能在很小的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。虛級聯(lián)技術(shù)的特點就是實現(xiàn)了使用SDH經(jīng)濟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，這也是虛級聯(lián)技術(shù)最大的優(yōu)勢。
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準它既可以在字節(jié)同步的鏈路中傳送長度可變的數(shù)據(jù)包，又可以傳送固定長度的數(shù)據(jù)塊，是一種簡單而又靈活的數(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，利于多廠商設(shè)備互聯(lián)互通；GFP引進了多服務(wù)等級的概念，實現(xiàn)了用戶數(shù)據(jù)的統(tǒng)計復(fù)用和QoS功能。
GFP采用不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)封裝方法對不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行封裝，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)，把整個分組數(shù)據(jù)（PPP、IP、RPR、以太網(wǎng)等）封裝到GFP負荷信息區(qū)中，對封裝數(shù)據(jù)不做任何改動，并根據(jù)需要來決定是否添加負荷區(qū)檢測域。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)塊中提取出單個的字符，然后把它映射到固定長度的GFP幀中。
3.鏈路容量調(diào)整機制
LCAS是在ITU-T G.7042中定義的一種可以在不中斷數(shù)據(jù)流的情況下動態(tài)調(diào)整虛級聯(lián)個數(shù)的功能，它所提供的是平滑地改變傳送網(wǎng)中虛級聯(lián)信號帶寬以自動適應(yīng)業(yè)務(wù)帶寬需求的方法。
LCAS是一個雙向的協(xié)議，它通過實時地在收發(fā)節(jié)點之間交換表示狀態(tài)的控制包來動態(tài)調(diào)整業(yè)務(wù)帶寬�？刂瓢鼙硎镜臓顟B(tài)有固定、增加、正常、EOS（表示這個VC是虛級聯(lián)信道的最后一個VC）、空閑和不使用六種。
LCAS可以將有效凈負荷自動映射到可用的VC上，從而實現(xiàn)帶寬的連續(xù)調(diào)整，不僅提高了帶寬指配速度、對業(yè)務(wù)無損傷，而且當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可以動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)帶寬，無須人工介入，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)可以實現(xiàn)在通過網(wǎng)管增加或者刪除虛級聯(lián)組中成員時，保證“不丟包”；即使是由于“斷纖”或者“告警”等原因產(chǎn)生虛級聯(lián)組成員刪除時，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，其中一個主要原因就是因為現(xiàn)有的以太網(wǎng)技術(shù)是無連接的。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之間引入了一個智能適配層，并通過該智能適配層來處理以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的QoS要求。智能適配層的實現(xiàn)技術(shù)主要有多協(xié)議標簽交換（MPLS）和彈性分組環(huán)（RPR）兩種。
�。�1）多協(xié)議標簽交換
MPLS是1997年由思科公司提出，并由IETF制定的一種多協(xié)議標簽交換標準協(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）有機地結(jié)合起來，從而使得在同一個網(wǎng)絡(luò)上既能提供點到點傳送，也可以提供多點傳送；既能提供原來以太網(wǎng)盡力而為的服務(wù)，又能提供具有很高QoS要求的實時交換服務(wù)。MPLS技術(shù)使用標簽對上層數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一封裝，從而實現(xiàn)了用SDH承載不同類型的數(shù)據(jù)包。這一過程的實質(zhì)就是通過中間智能適配層的引入，將路由器邊緣化，同時又將交換機置于網(wǎng)絡(luò)中心，通過一次路由、多次交換將以太網(wǎng)的業(yè)務(wù)要求適配到SDH信道上，并通過采用GFP高速封裝協(xié)議、虛級聯(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制與合理的帶寬動態(tài)分配機制，能夠提供獨特的端到端業(yè)務(wù)QoS功能。另外，通過嵌入二層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中采用標簽機制，路由的計算可以基于以太網(wǎng)拓撲，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)形拓撲結(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)形拓撲上數(shù)據(jù)流的問題。RPR環(huán)由兩根光纖組成，在進行環(huán)路上的分組處理時，對于每一個節(jié)點，如果數(shù)據(jù)流的目的地不是本節(jié)點的話，就簡單地將該數(shù)據(jù)流前傳，這就大大地提高了系統(tǒng)的處理性能。通過執(zhí)行公平算法，使得環(huán)上的每個節(jié)點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)保護倒換對另一條光纖上的業(yè)務(wù)沒有任何影響。
RPR是一種專門為環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)構(gòu)造的新型MAC協(xié)議，具有靈活、可靠等特點。它能夠適應(yīng)任何標準（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)、圖像等多種類型的業(yè)務(wù)，支持SLA以及二層和三層功能，提供多等級、可靠的QoS服務(wù)支持動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓撲更新。其節(jié)點間可采用類似OSPF的算法交換拓撲識別信令并具有防止分組死循環(huán)的機制，增加了環(huán)路的自愈能力。另外，RPR還具有較強的兼容性和良好的擴展性，具有TDM、SDH、以太網(wǎng)、POS等多種類多速率端口，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，對將來可能出現(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)路每個節(jié)點都掌握環(huán)路拓撲結(jié)構(gòu)和資源情況，并根據(jù)實際情況調(diào)整環(huán)路帶寬分配情況，所以網(wǎng)管人員并不需要對節(jié)點間資源分配進行太多干預(yù)，減少了人工配置所帶來的人為錯誤。RPR使得運營商能夠在城域網(wǎng)內(nèi)以較低成本提供電信級服務(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。MPLS技術(shù)通過LSP標簽棧突破了VLAN在核心節(jié)點的4096地址空間限制，并可以為以太網(wǎng)業(yè)務(wù)QoS、SLA增強和網(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，支持動態(tài)帶寬分配、空間重用和額外業(yè)務(wù)。從對整個城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化功能來看，MPLS技術(shù)可以從整個城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上進行資源的優(yōu)化，完成最佳的統(tǒng)計復(fù)用，而RPR技術(shù)只能從局部（在一個環(huán)的內(nèi)部）而不是從整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對網(wǎng)絡(luò)資源進行優(yōu)化。從整個城域網(wǎng)的設(shè)備構(gòu)成復(fù)雜性上來看，使用MPLS技術(shù)可以在整個城域網(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，卻不可避免地要引入第三層路由設(shè)備。從保護恢復(fù)來看，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，在市場上具有相對優(yōu)勢。
三、結(jié) 語
隨著對業(yè)務(wù)種類和帶寬需求的進一步增長，城域網(wǎng)必須要靈活可靠、具有大容量和良好的可擴展性、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，從而使運營商在保護既往投資的同時，又能夠靈活、快速地進行網(wǎng)絡(luò)擴容和開展新業(yè)務(wù)，進而降低運營成本，增加業(yè)務(wù)收入，提升自身的競爭優(yōu)勢。在城域網(wǎng)的建設(shè)中，虛級聯(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；LCAS可以提供一系列動態(tài)改變傳送信道容量的規(guī)約和步驟；GFP可以提供一種對于以幀為單位組織的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的簡單有效的封裝方式；MPLS和RPR可以提供大量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)哪芰��？梢哉f，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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