多業(yè)務(wù)傳送平臺中數(shù)據(jù)承載新技術(shù)

摘要：城域網(wǎng)內(nèi)分組業(yè)務(wù)占用的帶寬資源已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)的語音業(yè)務(wù)。多業(yè)務(wù)傳送平臺(MSTP)作為一種新的城域網(wǎng)解決方案可以解決對分組業(yè)務(wù)支撐能力不足的問題。文章分析了被應(yīng)用在新一代多業(yè)務(wù)傳送平臺中的新的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)：通用成幀規(guī)程(GFP)、虛級聯(lián)(VC)和鏈路容量調(diào)整規(guī)程(LCAS)，認(rèn)為將GFP、VC和LCAS技術(shù)與可靠的SDH平臺結(jié)合，使傳統(tǒng)的SDH可以較為完美地承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，為SDH帶來新的發(fā)展機(jī)遇，也使MSTP成為城域網(wǎng)最佳解決方案之一。

關(guān)鍵詞：多業(yè)務(wù)傳送平臺；通用成幀規(guī)程；虛級聯(lián)；鏈路容量調(diào)整規(guī)程

　　多業(yè)務(wù)傳送平臺(MSTP)的出現(xiàn)使得電信運(yùn)營商可以熟悉的傳輸體制，較低的成本來構(gòu)建一個高效、可管理、業(yè)務(wù)的安全性和服務(wù)質(zhì)量能夠得到有效保障的城域傳輸網(wǎng)。

　　經(jīng)過幾年的發(fā)展，新一代的MSTP系統(tǒng)[1]，在SDH平臺上綜合了多協(xié)議標(biāo)簽交換(MPLS)、彈性分組環(huán)(RPR)、通用成幀規(guī)程(GFP)[2]、級聯(lián)、虛級聯(lián)(VC)和鏈路容量調(diào)整規(guī)程(LCAS)[3]等新的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，使SDH對于ATM、IP等多種業(yè)務(wù)的支持效率更高并且管理更靈活。特別是VC、LCAS和GFP等技術(shù)的使用，使新一代MSTP較傳統(tǒng)的SDH和以前的MSTP對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)支持的靈活性、帶寬利用率和可用性得到了根本性的提高。

　　MSTP是在SDH這一可靠而廣泛應(yīng)用的物理層平臺上，通過發(fā)展原有技術(shù)，綜合新的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)而形成的一個跨越一層和二層的綜合傳輸平臺。GFP/VC/LCAS這3個新技術(shù)構(gòu)成了新一代MSTP承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上MSTP綜合MPLS、RPR和以太網(wǎng)二層交換等為分組業(yè)務(wù)開發(fā)的二層技術(shù)，實現(xiàn)了對帶寬的統(tǒng)計復(fù)用、服務(wù)分級和業(yè)務(wù)的靈活支持。

1 通用成幀規(guī)程

　　通用成幀規(guī)程屬于ITU-T G.7041規(guī)范，是一種新的封裝規(guī)程。在MSTP中，除可以使用傳統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議/高速數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議(PPP/HDLC)[4]、SDH上的鏈路接入規(guī)程(LAPS)[5]作為數(shù)據(jù)分組的封裝協(xié)議外，GFP是一種新的選擇方案。

　　GFP具有成幀映射和透明映射兩種方式可以分別應(yīng)對不同需求的業(yè)務(wù)。成幀映射需要將客戶數(shù)據(jù)緩存下來再封裝到GFP幀結(jié)構(gòu)中，此方式適用于對時延、抖動不敏感的業(yè)務(wù)；對于那些需要更小時延以及更高傳輸效率的業(yè)務(wù)，可以采用透明映射方式，即直接將數(shù)據(jù)從客戶數(shù)據(jù)塊中取出，再映射進(jìn)周期性的、長度固定的GFP幀結(jié)構(gòu)中。

　　GFP的幀定界方法與ATM中使用的方法類似，通過對核心幀頭中的凈負(fù)荷長度標(biāo)識(PLI)字段和核心頭校驗序列(cHEC)字段進(jìn)行幀長度判別，通過“搜索態(tài)”、“預(yù)同步態(tài)”、“同步態(tài)”3種狀態(tài)的遷移來完成幀定界，這較PPP或LAPS使用的幀標(biāo)識字定界方法有很大改進(jìn)。另外，GFP利用多種擾碼機(jī)制最大限度地抑制了偽數(shù)據(jù)幀的出現(xiàn)，并提供優(yōu)良的糾錯機(jī)制以保證在物理鏈路發(fā)生誤碼時依然能正常工作，這使GFP具有十分高的可靠性。

　　另一個值得關(guān)注的是，G.7041規(guī)范修訂版對將MPLS映射進(jìn)GFP作了規(guī)定，對RPR用戶信息分配了用戶凈負(fù)荷標(biāo)識(UPI)，使得今后在多廠家的MSTP進(jìn)行互連互通時，GFP是一個重要環(huán)節(jié)。

　　1.1 通用成幀規(guī)程的協(xié)議封裝

　　GFP的協(xié)議封裝主要由核心開銷區(qū)、凈荷區(qū)和可選的凈荷區(qū)幀校驗3部分組成，具有相對大的靈活性。

　　1.1.1 核心開銷區(qū)

　　核心開銷區(qū)的長度為4個字節(jié)：2字節(jié)的PLI和2字節(jié)的cHEC。設(shè)置核心開銷區(qū)的目的是為了使幀描述進(jìn)程和建立數(shù)據(jù)連接操作與上層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)無關(guān)。

　　1.1.2 凈荷區(qū)

　　凈荷區(qū)緊隨核心開銷區(qū)之后，其長度在4～65 535字節(jié)之間可變，可以滿足高層某些特殊協(xié)議的要求。凈荷區(qū)主要由兩部分組成：凈荷開銷域和凈荷域。凈荷區(qū)校驗序列是可選的部分。GFP凈荷區(qū)幀結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　(1)凈荷開銷域

　　凈荷開銷域是一個4～64字節(jié)的可變長度的區(qū)域，可以支持某些特定高層客戶信號的數(shù)據(jù)鏈路管理進(jìn)程。它包含兩個部分：類型域和類型校驗域。另外，長度可變的擴(kuò)展頭部域和相應(yīng)附加可選的檢驗域由類型域指定。凈荷開銷域的格式如圖2所示。

　　(2)凈荷域

　　凈荷域包含已經(jīng)成幀的PDU，為0～65 535字節(jié)可變長度，包含一個可選的凈荷校驗域，用戶或控制PDU都以字節(jié)流的形式轉(zhuǎn)入GFP凈荷中。

　　1.1.3 通用成幀規(guī)程的擴(kuò)展開銷域類型

　　為了支持客戶特殊數(shù)據(jù)的邏輯點(diǎn)對點(diǎn)和邏輯環(huán)形配置，現(xiàn)定義了3種不同的擴(kuò)展開銷類型：

　　(1)無擴(kuò)展開銷域

　　凈荷開銷區(qū)中沒有擴(kuò)展開銷域，是適應(yīng)于邏輯上點(diǎn)對點(diǎn)的配置，可為一個客戶信號提供專用的傳輸通道。

　　(2)用于點(diǎn)對點(diǎn)幀的擴(kuò)展開銷域

　　用于點(diǎn)對點(diǎn)幀的擴(kuò)展開銷域包含4比特的目的端口域和4比特的源端口域，可使不同客戶信號共享傳輸通道。

　　(3)用于環(huán)形幀的擴(kuò)展開銷域

　　用于環(huán)形幀的擴(kuò)展開銷域包含以下內(nèi)容：

　　備用域共12比特，留待后用。

　　優(yōu)先級域，4比特，用于流通優(yōu)先級控制，又細(xì)分為兩部分：丟棄資格(DE)比特和服務(wù)等級(CoS)比特。

　　生存時間(TTL)域，8比特，表示GFP的PDU持續(xù)跳轉(zhuǎn)后剩余的數(shù)目�！�0”表示GFP所攜帶的PDU將在下一個GFP終端處終結(jié)。

　　目的端口域，4比特，指示GFP終端16個目的端口中的一個。

　　源端口域，4比特，指示GFP源端16個源端口中的一個。

　　媒體訪問控制(MAC)目的地址域，6字節(jié)，表示GFP終端的MAC目的地址。

　　MAC源地址域，6字節(jié)，表示GFP始端的MAC源地址。

　　擴(kuò)展校驗域，CRC-16生成序列，用以保證擴(kuò)展開銷域的完整性。

　　1.2 GFP與LAPS、PPP協(xié)議的分析比較

　　PPP和LAPS是較早應(yīng)用在MSTP中將IP分組映射至SDH虛容器中的兩種封裝協(xié)議。其中，利用PPP協(xié)議進(jìn)行IP分組的封裝，是先將IP數(shù)據(jù)包通過PPP協(xié)議進(jìn)行分組，然后使用HDLC協(xié)議根據(jù)規(guī)范對PPP分組進(jìn)行定界裝幀，構(gòu)成一個HDLC幀，最后將其映射到SDH虛容器中，再加上相應(yīng)的SDH開銷置入STM-n幀中。LAPS是ITU-T X.85/Y.1321定義的HDLC一個子集，但它是把以太網(wǎng)的MAC幀直接封裝到LAPS幀的數(shù)據(jù)區(qū)，再將LAPS幀映射到SDH虛容器中，故其比PPP/HDLC方式簡單、效率高。

　　PPP和LAPS都是屬于HDLC類的協(xié)議，HDLC類協(xié)議在使用時都存在一些問題，主要表現(xiàn)在：

　　用戶使用HDLC幀時，網(wǎng)管需要對每個輸入、輸出字節(jié)進(jìn)行監(jiān)視。

　　導(dǎo)致帶寬需求增加。

　　基于標(biāo)記的標(biāo)識機(jī)制會帶來接收器的突發(fā)錯誤，即使當(dāng)鏈路只有孤立的隨機(jī)錯誤。

　　接收不完備的幀將導(dǎo)致錯誤的突發(fā)，卻不能被幀的循環(huán)冗余檢測(CRC)辨別出來。

　　采用GFP協(xié)議來實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的幀映射過程，與LAPS和PPP協(xié)議相比有明顯不同，GFP克服了其他技術(shù)所無法避免的只支持點(diǎn)到點(diǎn)的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、需要有特定的幀定界字節(jié)、需要對幀內(nèi)的負(fù)荷進(jìn)行擾碼處理等諸多弊病。利用GFP進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝無須對負(fù)載填充和抽離字節(jié)，使得鏈路的容量僅與負(fù)載總量有關(guān)，而與負(fù)載包含的字節(jié)內(nèi)容無關(guān)，因而效率更高，當(dāng)然也意味著接收端需要完成字節(jié)捕獲，搜索有效的核心開銷域，鎖定并進(jìn)行分析等工作。

　　相對于原來的同類協(xié)議(如PPP、LAPS)，GFP有如下主要優(yōu)點(diǎn)：

　　GFP幀定界是基于幀頭中的幀長度指示符，采用CRC捕獲的方法來實現(xiàn)的。這種方式比用專門的幀標(biāo)識符進(jìn)行幀定界更有效。

　　通過擴(kuò)展幀頭的功能適應(yīng)不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如環(huán)形或點(diǎn)到點(diǎn)方式。也可以定義GFP中數(shù)據(jù)流的不同服務(wù)等級，而不用上層協(xié)議去查看數(shù)據(jù)流的服務(wù)等級。

　　通過擴(kuò)展幀頭可以標(biāo)示負(fù)載類型，以決定如何前傳負(fù)載，而并不需要打開負(fù)載，查看它的類型。

　　GFP有自己的FCS域，可以保證所傳輸負(fù)荷的完整性，對保護(hù)那些自己沒有FCS域的負(fù)荷非常有效。

　　傳輸性能和傳輸內(nèi)容無關(guān)，這個優(yōu)點(diǎn)來自于GFP采用了特定的幀定界方式。在PPP或LAPS里，負(fù)荷的每一個字節(jié)都需要進(jìn)行檢查，如果有字節(jié)與幀標(biāo)識符相同，這一字節(jié)就需要進(jìn)行填充，從而使負(fù)荷變長，且不可預(yù)測。在MSTP測試時，往往利用這一點(diǎn)來判斷設(shè)備所采用的映射協(xié)議是GFP還是PPP，比較設(shè)備在傳送OX7E(16進(jìn)制數(shù)7E，7E在一些協(xié)議中用作區(qū)分一個分組的頭尾信息)和其他非OX7E信息時的傳輸性能。當(dāng)傳送后者的性能明顯優(yōu)于前者時，映射協(xié)議采用PPP，而當(dāng)兩者的傳送性能沒有明顯差別時，映射協(xié)議采用GFP。

　　GFP協(xié)議原則上可以裝載任何一種類型或協(xié)議的數(shù)據(jù)流。在MSTP中利用GFP來替代其他封裝協(xié)議，對于向用戶提供更高速和可靠的數(shù)據(jù)服務(wù)，提高鏈路資源的有效利用能力具有十分重要的意義。

2 虛級聯(lián)及鏈路容量調(diào)整

　　SDH具有固定和嚴(yán)格的速率等級，麻煩的是這些速率等級與用戶所習(xí)慣的以太網(wǎng)速率等級完全不匹配，使人們使用SDH來傳送以太網(wǎng)業(yè)務(wù)時造成了極大的資源浪費(fèi)，比如傳送一個10 Mb/s的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)需要使用一個VC-3來承載，帶寬利用率只有20%左右。為了解決這個問題，一種稱為級聯(lián)的技術(shù)被引入MSTP中，即將相鄰的多個虛容器合并為一個更大的虛容器，以承載速率為單個VC速率x倍的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。這樣就可以使用連續(xù)的由5個VC-12組成一個VC-12-5c級聯(lián)組，用于承載一個速率為10 Mb/s的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，此時帶寬利用率提高到92%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于使用VC-3。但是由于級聯(lián)必須在同一個STM-n中使用連續(xù)相鄰的虛容器，提供一個新的級聯(lián)通道時可能不得不對原網(wǎng)絡(luò)中的交叉連接進(jìn)行調(diào)整，以獲得足夠多的連續(xù)空閑虛容器。這是一個復(fù)雜和麻煩的工作，是運(yùn)營商進(jìn)行快速業(yè)務(wù)提供的障礙。

　　虛級聯(lián)相較級聯(lián)更加靈活，它可以將分布在不同STM-n中的虛容器(這些虛容器甚至可以在不同的路由上)組成一個VC-n-Xv虛級聯(lián)組以提供一個滿足要求的通道。在業(yè)務(wù)的發(fā)送端，數(shù)據(jù)包按照字節(jié)拆分的方式映射到不同的VC-n中送達(dá)接收端，在接收端根據(jù)高階通道開銷/低階通道開銷(H4/K4)字節(jié)組成的虛級聯(lián)控制幀的標(biāo)識，對各虛容器進(jìn)行緩存和延時補(bǔ)償以恢復(fù)出原來的數(shù)據(jù)。

　　虛級聯(lián)技術(shù)規(guī)定了如何把不同的VC級聯(lián)起來以提供一定的傳輸帶寬，但是實際傳送中數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流的帶寬需求可能是動態(tài)的；另外，當(dāng)VCG中各VC是經(jīng)過不同的路由到達(dá)接收端的，當(dāng)其中某個路由出現(xiàn)故障時，需要保障整個VCG不至于由于某一個成員的失效而不可用。這些問題促成了LCAS技術(shù)的提出。

　　LCAS在虛級聯(lián)的源和宿適配功能之間提供一種無損傷的改變線路容量的控制機(jī)制，用來增加或減少同步數(shù)字體系/光傳送網(wǎng)(SDH/OTN)中采用虛級聯(lián)構(gòu)成的容器的容量大小。當(dāng)虛級聯(lián)組中的一個成員失效，采用LCAS可以自動地暫時改變業(yè)務(wù)的承載帶寬或?qū)⑹�效鏈路移出；�?dāng)網(wǎng)絡(luò)修復(fù)完成后，自動增加容量，將業(yè)務(wù)恢復(fù)到最初的配置帶寬。

　　2.1 LCAS控制幀結(jié)構(gòu)

　　LCAS是一種帶內(nèi)機(jī)制，其控制幀的傳遞由SDH幀結(jié)構(gòu)中特定開銷的指示特定功能的字段和比特組成。

　　低階虛級聯(lián)控制信息采用SDH低階通道開銷K4第2比特構(gòu)成的32比特復(fù)幀攜帶，其復(fù)幀結(jié)構(gòu)如圖3所示。由于K4本身是4幀的復(fù)幀結(jié)構(gòu)，每隔500 us出現(xiàn)一次。LCAS控制信息由K4的32比特復(fù)幀構(gòu)成，所以完成一組低階LCAS信息傳送需要16 ms。

　　高階虛級聯(lián)的控制信息由SDH高階通道開銷H4字節(jié)傳送，其復(fù)幀結(jié)構(gòu)如圖4所示。高階LCAS控制復(fù)幀為兩重復(fù)幀，第1重復(fù)幀由16幀組成，第2重復(fù)幀由256幀組成。要完成一組虛級聯(lián)組控制信息的傳輸，需要1復(fù)幀(16幀)，即2 ms時間，一個VCG最多由256個VC-3/VC-4組成。整個復(fù)幀長度為4 096幀，時間周期為512 ms。

　　2.2 LCAS工作原理

　　LCAS考慮了多種可能的控制過程，包括在正常VCG序列后增加新的成員以提高帶寬(LCAS只允許在虛級聯(lián)組最后新增成員)，以及對VCG序列任意失效成員的剔除與恢復(fù)等。VCG成員的失效、增加、刪減以及失效成員的自動恢復(fù)對于VCG承載的業(yè)務(wù)都是無損傷的。

　　2.2.1 增加新成員

　　當(dāng)需要在VCG中增加一個新成員時，就給這個成員分配一個序列號，該序列號要大于當(dāng)前控制代碼中狀態(tài)為序列結(jié)束(EOS)或不可用(DNU)的最大序列號。在收到增加新成員的增加(ADD)命令后面第一個成員狀態(tài)(MST)響應(yīng)為可以(OK)的成員被分配的序列號為最高序列號加1，并且將它的控制(CTRL)字段改為EOS，同時當(dāng)前最高序列號成員的CTRL改為正常(NORM)。新成員開始承載業(yè)務(wù)。但是當(dāng)CTRL為ADD時，CTRL域必須連續(xù)發(fā)送ADD直到收到對應(yīng)的MST為OK為止。一旦增加多個成員時，會同時收到多個成員MST為OK的信息。新成員的序列號是當(dāng)前最高序列號后面任意x個序列號，其中一個將被分配到最高序列值，而當(dāng)前最高序列號成員和其他新增成員的CTRL域都設(shè)置為NORM。

　　在進(jìn)行新成員增加時，必須對新成員的連通性進(jìn)行檢查。除檢查新成員的誤碼率、控制幀的CRC之外，新成員與VCG中原成員的時延差也是重要的檢查內(nèi)容。源端必須確保新成員的時延在宿端的允許范圍內(nèi)。

　　2.2.2 失效成員的臨時刪除和恢復(fù)

　　當(dāng)CTRL為NORM或EOS的成員在網(wǎng)絡(luò)中失效時，宿端會檢測到，并在那個成員的MST中發(fā)送失敗(FAIL)狀態(tài)。接著源端就用DNU狀態(tài)取代NORM或EOS狀態(tài)。如果是EOS成員失效，則位于EOS成員前一個成員在控制字段中會發(fā)送EOS。源端暫停向已刪除成員通道發(fā)送業(yè)務(wù)，該成員通道歸入空閑組中。

　　當(dāng)宿端檢測到引起臨時成員刪除的故障清除了，宿端就在那個成員的MST中發(fā)送OK狀態(tài)。源端就把CTRL字段從DNU改為NORM，或者從DNU改為EOS。在第二種情況下，當(dāng)前EOS成員將在CTRL中發(fā)送NORM。失效的成員又可以繼續(xù)承載業(yè)務(wù)了。

　　2.2.3 成員刪除

　　當(dāng)刪除某一成員時，其他相關(guān)成員的序列號和相應(yīng)的狀態(tài)號將會重新排列。如果被刪除的成員含該組的最高序列號，緊次于最高序列號的成員將它的CTRL字段改為EOS，同時將被刪除成員的CTRL字段改為空閑(IDLE)。如果刪除的成員不是最高序列號的成員，那么序列號在新刪除成員和最高序列號之間的這些成員，它們的序列號將更新，以保持VCG中各成員的序列號連續(xù)。同時相應(yīng)地被刪除成員的CTRL字段改為IDLE。

　　鏈路容量調(diào)整規(guī)程和虛級聯(lián)技術(shù)相輔相成，為運(yùn)營商提供了前所未有的鏈路靈活管理能力，這對運(yùn)營商快速、高效和經(jīng)濟(jì)地為用戶進(jìn)行個性化服務(wù)打下了基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語

　　城域網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展最為迅速的地方，同時運(yùn)營商也在這里遇到最為多樣性的用戶需求�？梢愿咝�、靈活地向用戶提供可靠而又具有多樣性的服務(wù)是運(yùn)營商建設(shè)城域網(wǎng)的基本目標(biāo)。將GFP、VC和LCAS技術(shù)與可靠的SDH平臺結(jié)合，傳統(tǒng)的SDH終于可以較為完美地承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。傳統(tǒng)的SDH因此一躍成為一個適宜承載從TDM語音到以太網(wǎng)互聯(lián)等多種業(yè)務(wù)的多業(yè)務(wù)傳輸平臺，為SDH迎來了一個發(fā)展的新機(jī)遇。

4 參考文獻(xiàn)

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作者：許華東 范戈 來源：中國聯(lián)通網(wǎng)站