淺析MSTP技術(shù)對(duì)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的支持

MSTP(Multi-service Transport Platform)即多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)，它是一種城域傳輸網(wǎng)技術(shù)，將SDH傳輸技術(shù)、以太網(wǎng)、ATM、POS等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)融合，以SDH技術(shù)為基礎(chǔ)，將多種業(yè)務(wù)進(jìn)行匯聚并進(jìn)行有效適配，實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)的綜合接入和傳送，實(shí)現(xiàn)SDH從純傳送網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)閭魉途W(wǎng)和業(yè)務(wù)網(wǎng)一體化的多業(yè)務(wù)平臺(tái)。從傳輸網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀來(lái)看，大部分的城域傳輸網(wǎng)絡(luò)仍以SDH設(shè)備為主，基于技術(shù)成熟性、可靠性和成本等方面綜合考慮，以SDH為基礎(chǔ)的MSTP技術(shù)在城域網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域扮演著十分重要的角色。隨著近年來(lái)數(shù)據(jù)、寬帶等IP業(yè)務(wù)的迅猛增長(zhǎng)，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)的要求推動(dòng)著MSTP技術(shù)的發(fā)展。

1、MSTP如何承載和傳送以太網(wǎng)業(yè)務(wù)

在MSTP技術(shù)的發(fā)展演進(jìn)過(guò)程中，針對(duì)業(yè)務(wù)的應(yīng)用情況，以太網(wǎng)業(yè)務(wù)在MSTP上的承載和傳送目前大致存在以下幾種方式：

(1)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的透?jìng)鞣绞�，這是目前應(yīng)用較廣的一種方式，也是MSTP初期在SDH設(shè)備上為了實(shí)現(xiàn)對(duì)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的透明傳送而采取的方式。這種方式只是為了實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的透明傳送，利用某種協(xié)議(PPP/LAPS/GFP)將非交換型的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的幀信號(hào)直接進(jìn)行封裝，然后利用PPP OVER SDH、反向復(fù)用(將高速數(shù)據(jù)流分散在多個(gè)低速VC中傳送以提高傳輸效率，如采用5*VCl2級(jí)聯(lián)來(lái)傳送10MB/S以太網(wǎng)業(yè)務(wù))等技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。由于各廠商將以太網(wǎng)業(yè)務(wù)映射進(jìn)VC的方法不同，采用的協(xié)議各異，以太網(wǎng)業(yè)務(wù)經(jīng)過(guò)透明傳送后，必須在同廠商的設(shè)備上進(jìn)行終結(jié)。

(2)對(duì)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行第二層交換處理后再進(jìn)行封裝，然后映射到SDH的VC中再送入線路側(cè)進(jìn)行傳送，這樣更好的適應(yīng)了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)。這種方式將第二層以太網(wǎng)幀(MAC幀)交換集成到SDH設(shè)備的支路卡上，二層交換機(jī)通過(guò)學(xué)習(xí)連接在網(wǎng)上設(shè)備的MAC地址，并根據(jù)目的地的MAC地址將幀信號(hào)交換到正確的端口。因此MSTP設(shè)備可以對(duì)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行如下處理：①mstp可以對(duì)分散在各個(gè)地點(diǎn)的多個(gè)低速率的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行匯聚處理，將其傳送到特定地點(diǎn)的單個(gè)或多個(gè)高速以太網(wǎng)接口上。②可以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的統(tǒng)計(jì)復(fù)用，在線路側(cè)有效利用帶寬。MSTP可以將多個(gè)以太網(wǎng)接口的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)劃分到一個(gè)高速帶寬的管道中，這樣單一的線路側(cè)信道就可以由多個(gè)用戶使用，既可以保證以太網(wǎng)業(yè)務(wù)突發(fā)時(shí)的峰值流量，又能夠保證帶寬(以太網(wǎng)業(yè)務(wù)很多時(shí)段并沒(méi)有業(yè)務(wù)傳送)的有效利用。如5個(gè)快速以太網(wǎng)接口可以在MSTP上共享一個(gè)155MB/S的傳輸帶寬，降低運(yùn)行成本。③可以有效的利用多種方法對(duì)不同用戶的業(yè)務(wù)進(jìn)行隔離，保證用戶數(shù)據(jù)的安全性。一種是對(duì)用戶的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)開(kāi)通專用的通道，既將業(yè)務(wù)映射入單獨(dú)的VC中，這樣就在物理層實(shí)現(xiàn)了對(duì)用戶的業(yè)務(wù)有效隔離。另外，對(duì)用戶的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)使用VLAN標(biāo)簽，利用802.1 Q的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)劃分VLAN來(lái)將用戶的業(yè)務(wù)進(jìn)行隔離；在必要時(shí)還可以在802.1 Q的標(biāo)記上再打標(biāo)記的方法對(duì)用戶的業(yè)務(wù)進(jìn)行隔離。

(3)有些MSTP設(shè)備具有3層交換機(jī)和SDH網(wǎng)元相結(jié)合，是第二層交換方案的擴(kuò)展。這種方式下用戶的業(yè)務(wù)信號(hào)是根據(jù)IP地址而不是MAC地址來(lái)送到正確的端口或者SDH線路側(cè)信道；它具有二層交換方式同樣的優(yōu)點(diǎn)，而且可以有效的隔離MAC尋址帶來(lái)的廣播包。但是第三層交換屬于業(yè)務(wù)層面，并且由于技術(shù)、成本以及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等因素，在MSTP設(shè)備中較少使用這種方式。

(4)將RPR(彈性分組環(huán))的處理機(jī)制和功能引入MSTP。RPR是一種新的MAC層協(xié)議，用以太網(wǎng)技術(shù)為核心，是為優(yōu)化數(shù)據(jù)包的傳輸而提出的，它不僅有效地支持環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、在光纖斷開(kāi)或連接失敗時(shí)可實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)，而且使用空間重用機(jī)制來(lái)提供有效的帶寬共享功能，具備數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝�、�?jiǎn)單和低成本等典型以太網(wǎng)特性，目前正由IEEE802.17工作組對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化�？稍贛STP的SDH層上抽取部分時(shí)隙采用GFP協(xié)議進(jìn)行RPR到SDH幀結(jié)構(gòu)的映射，構(gòu)建RPR邏輯環(huán)，通過(guò)RPR板卡上的快速以太網(wǎng)接口和千兆以太網(wǎng)接口接入業(yè)務(wù)。

2、MSTP承載和傳送以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)

(1)封裝協(xié)議：MSTP在承載和傳送以太網(wǎng)業(yè)務(wù)時(shí)首先要對(duì)以太網(wǎng)信號(hào)以某種協(xié)議進(jìn)行封裝，封裝協(xié)議可以有很多方式，最常用的有PPP、LAPS、GFP以及一些設(shè)備廠商的專有封裝機(jī)制。PPP協(xié)議為點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議，它要利用HDLC(高速數(shù)據(jù)鏈路控制)協(xié)議來(lái)組幀，分組/包組成的HDLC幀利用字節(jié)同步方式映射入SDH的VC中；它在POS(PACKET OVER SDH)系統(tǒng)中用來(lái)承載IP數(shù)據(jù)，在ETHERNET OVER SDH系統(tǒng)中用來(lái)承載以太幀。LAPS為鏈路接入?yún)f(xié)議，是由武漢郵科院余少華博士提出的，它被ITU-T接納成為標(biāo)準(zhǔn)X.86，這種方式特別用于SDH鏈路承載以太幀，它與HDLC十分相似。GFP為通用幀協(xié)議，是在ITU-TG.704標(biāo)準(zhǔn)中定義的一種鏈路層標(biāo)準(zhǔn)，這種方式可以承載所有的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，是一種可以透明地將各種數(shù)據(jù)信號(hào)封裝進(jìn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放的通用的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)適配映射技術(shù)，它可以替代眾多不同的映射方法，有利于各廠商設(shè)備之間的互聯(lián)互通。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，包括幀映射(GFP-F)和透明傳輸(GFP-T)兩種模式，GFP-F封裝方式可以將業(yè)務(wù)信號(hào)幀完全地映射進(jìn)一個(gè)可變長(zhǎng)度的GFP幀，對(duì)封裝數(shù)據(jù)不做任何改動(dòng)，支持包顆粒級(jí)別的速率適配和復(fù)用，這種方式是在收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀后再處理，需要有緩存和媒體接入控制，因此最適合于以太網(wǎng)業(yè)務(wù)等可變長(zhǎng)度的分組數(shù)據(jù)GFP-T采用透明映射的方式及時(shí)處理而不必等待整個(gè)幀的到達(dá)，適合處理實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)以及固定幀長(zhǎng)的塊狀編碼信號(hào)格式的業(yè)務(wù)。

(2)虛級(jí)聯(lián)：MSTP設(shè)備支持以太網(wǎng)業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中的帶寬可配置，這是通過(guò)VC級(jí)聯(lián)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也就是利用多個(gè)VC容器組成一個(gè)更大的容器。SDH中VC的級(jí)聯(lián)分為連續(xù)級(jí)聯(lián)和虛級(jí)聯(lián)兩種。連續(xù)級(jí)聯(lián)就是用來(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，公用相同的開(kāi)銷。如果用來(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，那么這種情況稱為虛級(jí)聯(lián)。通過(guò)虛級(jí)聯(lián)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)帶寬和SDH虛容器之間的速率適配，可以將VC-12到VC-4等不同速率的小容器進(jìn)行組合利用，能夠做到很小顆粒的帶寬調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了有效的提供合適大小的信道給以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)了帶寬的動(dòng)態(tài)調(diào)整，它比連續(xù)級(jí)聯(lián)更好地利用SDH的鏈路帶寬，提高了傳送效率，避免了帶寬的浪費(fèi)。虛級(jí)聯(lián)的實(shí)現(xiàn)最重要的是參與虛級(jí)聯(lián)的VC容器序列號(hào)的傳送，以保證收端能夠?qū)�業(yè)務(wù)信號(hào)的VC重新進(jìn)行排序重組。
 
　　(3)鏈路容量調(diào)整機(jī)制(LCAS)：在ITU-TG.7042標(biāo)準(zhǔn)中定義了LCAS是一種可以在不中斷業(yè)務(wù)的情況下動(dòng)態(tài)調(diào)整虛級(jí)聯(lián)個(gè)數(shù)的功能，它可以靈活地改變虛級(jí)聯(lián)信號(hào)的帶寬以自動(dòng)適應(yīng)業(yè)務(wù)流量的變化，特別適用于以太網(wǎng)業(yè)務(wù)帶寬動(dòng)態(tài)變化的要求，它和虛級(jí)聯(lián)是衡量MSTP帶竟是否有效利用的重要指標(biāo)。LCAS利用SDH預(yù)留的開(kāi)銷字節(jié)來(lái)傳遞控制信息，控制信息包括固定、增加、正常、VC結(jié)束、空閑和不使用六種；通過(guò)控制信息的傳送來(lái)動(dòng)態(tài)的調(diào)整VC的個(gè)數(shù)，適應(yīng)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)帶寬的需求。LCAS可以將有效凈負(fù)荷自動(dòng)映射到可用的VC上，避免了復(fù)雜的人工電路交叉連接配置，提高了帶寬指配速度，對(duì)業(yè)務(wù)無(wú)損傷，而且在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)帶寬，無(wú)須人工介入，在一個(gè)或幾個(gè)VC通路出現(xiàn)故障時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸也能夠保持正常。因此，LCAS為MSTP提供了端到端的動(dòng)態(tài)帶寬調(diào)整機(jī)制，可以在保證QOS的前提下顯著提高網(wǎng)絡(luò)利用率。

3、MSTP承載和傳送以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的性能分析

在MSTP的透明傳送以太網(wǎng)業(yè)務(wù)功能中，MSTP利用TDM的機(jī)制，將SDH中的VC指配給以太網(wǎng)端口，獨(dú)享SDH提供的線路帶寬，具有很好的帶寬保證功能和安全隔離保證功能，適合有較高QOS的以太網(wǎng)租線業(yè)務(wù)和核心層應(yīng)用；但是這種方式基于固定時(shí)隙結(jié)構(gòu)不具備動(dòng)態(tài)帶寬分配特性。業(yè)務(wù)顆粒受限于VC，一般最小為2MB/S，無(wú)法實(shí)現(xiàn)流量控制、多個(gè)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的統(tǒng)計(jì)復(fù)用和帶寬共享，用來(lái)傳輸以太網(wǎng)業(yè)務(wù)難以適應(yīng)突發(fā)性與速率可變性的特點(diǎn)，業(yè)務(wù)帶寬利用率較低，缺乏靈活性。實(shí)際應(yīng)用中，在實(shí)際通道帶寬是一個(gè)VC-12所承載和傳送的10M以太網(wǎng)業(yè)務(wù)中，它的實(shí)際吞吐量不超過(guò)E1；在沒(méi)有達(dá)到E1帶寬極限時(shí)，采用大幀，通道沒(méi)有幀丟失，對(duì)于小幀，在沒(méi)有達(dá)到帶寬極限時(shí)，由于數(shù)據(jù)包短造成封裝效率低，網(wǎng)元的幀處理軟件無(wú)法跟上數(shù)量較多的小幀，就會(huì)產(chǎn)生幀丟失，當(dāng)超過(guò)帶寬極限時(shí)，業(yè)務(wù)將產(chǎn)生大量幀丟失；當(dāng)采用大幀達(dá)到帶寬容限時(shí)，業(yè)務(wù)傳輸時(shí)延將突然變大。

對(duì)于使用二層交換進(jìn)行以太網(wǎng)業(yè)務(wù)接入和匯聚的方式可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的統(tǒng)計(jì)復(fù)用、帶寬共享、端口匯聚，通過(guò)VLAN方式來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶隔離和速率控制，目前大多數(shù)MSTP產(chǎn)品都支持二層交換方式。以太網(wǎng)業(yè)務(wù)在每個(gè)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行封裝、解封裝，并進(jìn)行二層交換，使得各個(gè)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)可以共享共同的傳輸通道，節(jié)約了局端以太網(wǎng)的接口；以太網(wǎng)板卡在端口上通過(guò)對(duì)不同的802.P值的業(yè)務(wù)流量映射到不同的隊(duì)列進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)策略；可以基于端口或者VLAN設(shè)置速率限制(如最小和最大帶寬)，使得系統(tǒng)有了一定的帶寬控制機(jī)制，對(duì)富余的帶寬通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)接入。然而在以太網(wǎng)的業(yè)務(wù)保護(hù)方面，依賴于STP協(xié)議(生成樹(shù)協(xié)議)來(lái)進(jìn)行故障恢復(fù)，可能花費(fèi)數(shù)十秒時(shí)間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于SDH50ms的自愈保護(hù)時(shí)間，倒換速率比較慢。而且，二層交換對(duì)同一等級(jí)業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng)帶寬缺乏完善的公平算法，使得在網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)尤其是在以太環(huán)網(wǎng)運(yùn)用時(shí)難以保證用戶的帶寬。

通過(guò)內(nèi)嵌RPR模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)以太環(huán)網(wǎng)已經(jīng)為眾多設(shè)備制造商所接受。RPP提供MAC層與物理層之間的介質(zhì)無(wú)關(guān)接口，構(gòu)架在MSTP上實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的帶寬公平分配、業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)處理以及提高帶寬利用率。RPR通過(guò)限制以太網(wǎng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流僅能夠在源和目標(biāo)之間進(jìn)行雙向流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)空間重用機(jī)制，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)將發(fā)送給它的數(shù)據(jù)包從環(huán)上剝落，從而釋放了環(huán)上其余部分的帶寬給其他數(shù)據(jù)包使用，這樣提高了帶寬的利用率通過(guò)動(dòng)態(tài)的利用統(tǒng)計(jì)復(fù)用的方法來(lái)保證各個(gè)節(jié)點(diǎn)的帶寬訪問(wèn)的公平性，環(huán)上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都執(zhí)行一種算法，使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)得到平等的帶寬分額，防止因某一節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)流量過(guò)大引起環(huán)上其他業(yè)務(wù)的堵塞。RPR具有自動(dòng)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)能力，采用一種類似OSPF算法交換拓?fù)渥R(shí)別信令，自動(dòng)識(shí)別任何二層拓?fù)涞淖兓�，增�?qiáng)了環(huán)路的自愈能力。同時(shí)RPR還能夠針對(duì)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)提供電信級(jí)的小于50ms的快速自愈能力，保護(hù)由于節(jié)點(diǎn)失效或鏈路失效產(chǎn)生的故障。

4、MSTP承載和傳送以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展趨勢(shì)

從當(dāng)前以太網(wǎng)業(yè)務(wù)來(lái)看，數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度不斷下降，小幀比例越來(lái)越高，而數(shù)據(jù)包越短，MSTP處理小幀的封裝效率越低，系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的負(fù)荷越重，因此要解決MSTP設(shè)備處理小幀的能力。同時(shí)MSTP在支持傳統(tǒng)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，還將支持?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如GMPLS信令等。

MSTP技術(shù)仍在不斷的發(fā)展之中，今后的發(fā)展將進(jìn)入智能化服務(wù)發(fā)展階段，引入自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)功能，利用獨(dú)立的ASON控制平面來(lái)實(shí)施自動(dòng)連接管理，快速響應(yīng)業(yè)務(wù)的需求，提供業(yè)務(wù)的自動(dòng)配置、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖詣?dòng)發(fā)現(xiàn)、帶寬動(dòng)態(tài)分配等更為智能化的策略，大大增強(qiáng)MSTP自身的靈活有效支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的能力。