新一代MSTP的關鍵技術和發(fā)展方向

0、引言

基于同步數(shù)字體系(SDH)的多業(yè)務傳送平臺(MSTP)是指基于SDH平臺，實現(xiàn)TDM、ATM及以太網(wǎng)業(yè)務的接入處理和傳送，并提供統(tǒng)一網(wǎng)管的多業(yè)務綜合傳送設備。MSTP設備是傳統(tǒng)SDH設備的延續(xù)和發(fā)揚，它的出現(xiàn)延長了SDH的壽命。

MSTP已有較成熟的產(chǎn)品，能在單一傳送平臺上對TDM、ATM及以太網(wǎng)業(yè)務進行統(tǒng)一處理和管理，但MSTP技術仍需要不斷發(fā)展和完善。隨著通用成幀規(guī)程(GFP)、虛級聯(lián)(VCat)、鏈路容量調(diào)整(LCAS)、彈性分組環(huán)(RPR)、多協(xié)議標簽交換(MPLS)、自動交換光網(wǎng)絡(ASON)等技術的國際標準相繼推出，新一代MSTP設備將逐步采用這些核心技術，面對新時期城域網(wǎng)TP業(yè)務大量興起，MSTP逐步從簡單透傳、匯聚、共享開發(fā)展到帶寬管理，提供面向數(shù)據(jù)優(yōu)化的傳送能力。

1、GFP、VCat和LCAS

目前，I-TUT已經(jīng)把GFP、VCat、LCAS定為SDH的封裝映射標準。

1.1　GFP

GFP是一種將高層用戶信息流適配到傳送網(wǎng)絡的通用機制。早期的MSTP對數(shù)據(jù)業(yè)務技術標準限制較少，數(shù)據(jù)業(yè)務適配到SDH虛容器(VC)可選用多種封裝協(xié)議(如PPP/LAPS/GFP)，導致不同廠家的MSTP設備傳送數(shù)據(jù)業(yè)務時很難互通，難以進行全網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務運營。要實現(xiàn)不同廠商映射方式互通，提供從網(wǎng)絡到業(yè)務的互通，提高網(wǎng)絡效率，簡化網(wǎng)絡管理，提高經(jīng)濟效益，就必須統(tǒng)一封裝標準，GFP將成為各廠商以太網(wǎng)業(yè)務處理的唯一封裝標準。

GFP采用類似ATM的自同步定幀技術，簡單靈活，開銷低，帶寬利用率高，標準化程度高，能支持各種網(wǎng)絡拓撲，能對用戶數(shù)據(jù)實施統(tǒng)計復用。GFP具有QoS機制，對應的傳輸層也不限定于SDH，可以是光傳送網(wǎng)(OTN)或其他字節(jié)同步的物理通道。利用現(xiàn)代光通信的低誤碼特性，GFP還可進一步降低接收機的復雜性和成本，減小設備尺寸，使GFP特別適合高速傳輸鏈路應用。GFP利用線性擴展頭中的標記空間，能與MPLS合為一體，利用MPLS加強GFP，提供端到端的運維、保護和恢復能力。

1.2　VCat

SDH中虛容器的容量固定，非常適合承載話音業(yè)務，但不適合承載數(shù)據(jù)業(yè)務。例如，若要在SDH上承載千兆比以太網(wǎng)信號，傳統(tǒng)的SDH映射方式必須用VC-4-16c傳送，大大浪費帶寬。

通過VCat則可靈活實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務帶寬與SDH虛容器適配。它可以將幾個虛容器(VC)“虛”級聯(lián)到一個大的虛容器中，滿足大數(shù)據(jù)業(yè)務的帶寬需求。例如級聯(lián)7個VC-4，構成VC-4-7v，提供1.05Gbit/s的帶寬，用于千兆比以太網(wǎng)信號的傳輸。它將SDH的帶寬分成不同的業(yè)務帶寬傳送信號，使SDH設備在傳送語音業(yè)務的同時，還提供IP業(yè)務。

此外，VCat信號的每個虛容器都有自己的通道開銷(POH)，各個虛容器都可以獨立通過網(wǎng)絡傳輸，并不一定通過同一路徑傳輸。多徑傳輸可大大提高網(wǎng)絡資源利用率，降低業(yè)務阻塞率。

1.3　LCAS

Vcat一旦建立，就不能隨意改變大小，而且萬一其中任何一條鏈路失效，就意味著整個VCat失效。為了解決這一問題，LCAS定義了根據(jù)業(yè)務流量對所分配虛容器帶寬進行動態(tài)調(diào)整的機制，并確保調(diào)整過程中不會對數(shù)據(jù)傳送性能造成任何影響。這樣，SDH就可以自動適應有效業(yè)務帶寬，滿足類似以太網(wǎng)帶寬動態(tài)變化的數(shù)據(jù)業(yè)務帶寬需求，顯著提高網(wǎng)絡利用率。

具體實現(xiàn)方法是定義一個VCat組(VCG)，利用SDH預留的開銷字節(jié)傳遞控制信息，通過網(wǎng)管系統(tǒng)在該VCG內(nèi)動態(tài)實時調(diào)整VC數(shù)目，快速適應上層業(yè)務帶寬的需求。另外，當鏈路某些段落失效或進行修復時，通過LCAS協(xié)議可以將失效資源刪除或重新恢復。

2、RPR

RPR技術是一種新型的媒體訪問控制(MAC)層協(xié)議，它基于環(huán)型結構優(yōu)化數(shù)據(jù)業(yè)務的傳送，能適應多種物理層(如SDH、以太網(wǎng)、密集波分復用(DWDM)等)，能同時支持語音、數(shù)據(jù)和圖像等多業(yè)務類型。

RPR具備信號QoS、帶寬公平算法和保護倒換三大功能。在MSTP中嵌入RPR，主要是利用其帶寬公平機制，通過公平算法調(diào)整帶寬使用量，保證環(huán)上所有節(jié)點的公平性，達到環(huán)路帶寬動態(tài)調(diào)整和共享的目的。

如果B、C、D3個節(jié)點同時以200Mbit/s速率向A點發(fā)送業(yè)務，這時622Mbit/s的總環(huán)路帶寬還能承受，不需要用公平算法限制各節(jié)點的流量。如果這時E點也以200Mbit/s的速率向A點發(fā)送業(yè)務，B點就會出現(xiàn)擁塞，B點向C點發(fā)送帶寬限制信息，C點又向下游節(jié)點發(fā)送該信息，直到B、C、D、E節(jié)點的分配帶寬收斂為公平的155Mbit/s為止。

目前，已基本完成內(nèi)嵌RPR功能MSTP設備的開發(fā)，華為、中興等公司都相繼推出具有RPR功能的MSTP設備。

基于SDH的RPR技術實現(xiàn)起來非常容易，目前已能將RPR功能集成在一塊單板上，只需將RPR單板插入SDH設備相應子架槽位，即可對接入的以太網(wǎng)業(yè)務(基于802.3MAC幀)和純粹的RPR業(yè)務(基于新型的802.17MAC幀)進行高效處理，包括公平帶寬處理、RPR環(huán)業(yè)務保護、嚴格的用戶隔離和業(yè)務分級(CoS)等。

RPR可以利用SDH的通道，跨越復雜的SDH網(wǎng)絡，基本上不受地域和網(wǎng)絡拓撲的限制，通過網(wǎng)絡規(guī)劃預留SDH通道資源或VCat+LCAS聯(lián)合，實現(xiàn)帶寬靈活調(diào)配，形成面向數(shù)據(jù)業(yè)務傳送的虛擬傳送網(wǎng)絡。另外，由于RPR占用的SDH通道帶寬可根據(jù)需要靈活配置，隨著未來數(shù)據(jù)業(yè)務不斷增長，可在SDH網(wǎng)絡中逐步增加分配給RPR的帶寬，相應減少窄帶語音等TDM業(yè)務的帶寬，這樣，無需更新設備就可不斷拓展網(wǎng)絡應用。

3、MPLS

隨著IEEE 802.17標準化，各廠商設備的RPR功能也逐漸標準化。在國內(nèi)，內(nèi)嵌RPR功能的MSTP設備已有一些應用，但仍存在數(shù)據(jù)業(yè)務處理能力不足的問題，主要原因是RPR為MAC層技術。

基本的二層交換就是MAC地址交換，即對來自不同端口的每個以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包進行檢測，根據(jù)其MAC地址和其它信息，重新發(fā)送數(shù)據(jù)包，形成一個或多個新的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。二層交換雖然能在功能上滿足用戶需求，但以太網(wǎng)業(yè)務的無連接性質(zhì)難以保障QoS。為了將真正的QoS引入以太網(wǎng)業(yè)務，需要在以太網(wǎng)與SDH間引入一個智能適配層，處理以太網(wǎng)業(yè)務的QoS問題。MPLS技術的特點是在數(shù)據(jù)傳送之前要先建立標簽交換路徑(LSP)，具有某個標簽的數(shù)據(jù)一定會沿著預先建立的路徑傳輸，面向連接。另外，作為MAC層的技術，RPR缺少業(yè)務層定義，根本無法提供端到端的以太網(wǎng)業(yè)務，更無法提供跨環(huán)的以太網(wǎng)業(yè)務。因此，RPR技術必須與一種端口識別技術結合，這種技術可以是IEEE 802.1D、IEEE 802.1Q、MPLS等，目前人們比較看好MPLS技術與RPR的結合。IEEE 802.1D和IEEE 802.1Q是橋接技術，大量使用橋接技術會消耗大量帶寬，破壞RPR的空間重用，而且無法提供業(yè)務隔離功能。MPLS與RPR結合則可以提供端到端的QoS，解決VLAN擴展，實現(xiàn)業(yè)務隔離以及更靈活的業(yè)務功能，并提供新型的以太網(wǎng)業(yè)務，如L2VPN。

傳統(tǒng)的MPLS技術應用于IP數(shù)據(jù)包，只能與二層技術一起提供單一的二層業(yè)務，如果要提供多種二層業(yè)務，MPLS網(wǎng)絡中必須對二層業(yè)務進行仿真和MPLS封裝，建立虛電路，例如Martini MPLS技術或EoMPLS。EoMPLS采用雙層MPLS標簽----隧道標簽和VC標簽，隧道標簽用于標識業(yè)務在網(wǎng)絡中的傳送通道，稱為隧道標簽交換通道(LSP)；VC標識隧道LSP中的小虛電路，用于業(yè)務隔離和復用。LSP有動態(tài)和靜態(tài)兩種方式，靜態(tài)LSP通過網(wǎng)管配置建立，動態(tài)LSP通過信令協(xié)議方式建立。如果采用動態(tài)方式，就會涉及到三層路由功能，目前國內(nèi)對MSTP只能實現(xiàn)二層以下的功能。因此，現(xiàn)階段只能考慮通過Martini草案實現(xiàn)靜態(tài)MPLS功能，但各廠家采用的網(wǎng)管不同，實現(xiàn)MPLS功能還存在一些問題。

基于RPR/MPLS的協(xié)議棧如表1所示。

表1　基于RPR/MPLS的協(xié)議棧

4、MSTP技術的發(fā)展方向

經(jīng)過近幾年的發(fā)展和應用，基于SDH的MSTP已成為城域傳送網(wǎng)最合適的主流技術。如何進一步提高網(wǎng)絡資源利用率和網(wǎng)絡服務質(zhì)量，是運營商最關心的問題。隨著網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)業(yè)務比重逐漸增大，要適應數(shù)據(jù)業(yè)務不確定性和小可預見性的特點，MSTP技術必須進一步優(yōu)化數(shù)據(jù)業(yè)務傳送機制，逐步引進智能特性，向ASON演進和發(fā)展。

ASON是指在選路和信令協(xié)議控制下完成自動交換功能的新一代智能光網(wǎng)絡，是具備分布式智能的光傳送網(wǎng)。MSTP作為節(jié)點設備，在用戶網(wǎng)絡接口(UNI)側，接口類型豐富，接入靈活；在網(wǎng)絡節(jié)點接口(UNI)側，業(yè)務與通道和帶寬的互動性較差。MSTP引入ASON中的G.MPLS協(xié)議后，控制平面可實現(xiàn)一層VC通道自動連接，結合LCAS對通道的加減法運算功能，實現(xiàn)業(yè)務與VC通道和帶寬的互動。MSTP與ASON的融合，減少了網(wǎng)絡運行維護的人工干預，實現(xiàn)了業(yè)務端到端的自動提供、網(wǎng)絡可用資源的自動識別、故障的自動定位和恢復，降低了網(wǎng)絡生命周期成本。目前，盡管ASON尚未標準化，但重大技術障礙已不存在，在未來幾年內(nèi)，ASON將走向實用化，光城域網(wǎng)引入ASON是必然趨勢。

5、結束語

目前，部分廠家的MSTP已逐步融入上述一種或幾種新技術，可以預見，新一代MSTP將把VCat、GFP、LCAS、RPR、MPLS等幾種標準功能集成在一起，并逐步引入ASON，出現(xiàn)GMPLS的概念，采用獨立的控制層面，實現(xiàn)各類業(yè)務端到端的調(diào)度和保護，最終形成真正的自動交換傳送網(wǎng)。