MSTP技术浅析.docx
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MSTP技术浅析
MSTP技术浅析
1MSTP的概述............................................2
2MSTP的功能模型........................................2
2.1MSTP的技术特征...................................3
3MSTP中的SDH技术....................................4
3.1SDH的级联和虚级联................................4
3.2链路容量调整方案..................................6
4MSTP对以太网的支持...................................8
4.1以太网技术存在的问题.................................8
4.2MSTP对以太网业务的支持...........................9
4.3RPR技术对以太网技术缺陷的弥补...................11
5MSTP对ATM的支持....................................13
5.1IMA技术.........................................13
5.2ATMVP-Ring技术.................................14
1MSTP的概述
MSTP(MultipleServiceTransmissionPlatform)多业务传送节点技术,它指的是基于SDH平台,同时实现TDM、ATM、以太网等多种业务的接入、处理和传送,提供统一网管的多业务节点。
其基本思想是:
在传统的SDH传输平台上集成2层以太网、ATM等处理能力,将SDH对实时业务的有效承载和网络2层、甚至3层技术(如RPR、MPLS等)所具有的数据业务处理能力有机结合起来,以增强传送节点对多种类型业务的综合承载能力。
2MSTP的功能模型
基于SDH的多业务传送节点MSTP的基本功能模型如图2-1所示。
该功能模型包括以下几个部分:
SDH基本功能部分、以太网业务承载的基本功能部分、ATM业务处理功能部分、内嵌RPR功能部分、内嵌MPLS功能部分等。
图2-1基于SDH的MSTP的基本功能模型下面具体介绍MSTP节点的基本功能要求。
(1)基于SDH的多业务传送节点应满足SDH节点的基本功能要求,具体要求应符合YD/T1022-1999《SDH节点功能要求》和YDN099-1998《光同步传输
网技术体制》。
(2)具有TDM业务、ATM业务或以太网业务的接入功能。
(3)具有TDM业务、ATM业务或以太网业务的传送功能,包括点到点的透明传送功能。
(4)具有ATM业务或以太网业务的带宽统计复用功能。
(5)具有ATM业务或以太网业务映射到SDH虚容器的指配功能
2.1MSTP的技术特征
MSTP作为一个在技术完善的SDH体系发展起来的多业务承载平台,在城域网络建设中起到越来越大的作用。
相对于传统技术而言,MSTP具有如下的技术特征。
(1)继承了SDH技术的优点:
如良好的网络保护倒换功能、对TDM业务的较好的支持能力等。
(2)支持多种协议:
通过对多种协议的支持来增强网络边缘的智能型;通过对不同业务的聚合、交换或路由来提供对不同类型传输流的分离。
(3)支持多种物理端口:
常见的有接口类型有:
TDM接口(T1/El、
T3/E3),SDH接口(OC-N/STM-M)、以太网接口(10/100BaseT,GE)、POS接口。
(4)提供集成的数字交叉连接交换:
MSTP可以在网络边缘完成大部分交叉连接功能,从而节省传输带宽以及省去核心层中昂贵的数字交叉连接系统端口。
(5)支持WDM扩展:
MSTP根据在网络中位置的不同有着多种不同的信号类型,当MSTP位于核心骨干网时,信号类型最低为OC-48并可以扩展
到OC-192和密集波分复用(DWDM);当MSTP位于边缘接入和汇聚层时,信号类型从OC-3/OC-12开始并可以在将来扩展至支持DWDM的OC-48。
(6)支持动态带宽分配:
MSTP支持级联和虚级联功能,可以对带宽进行灵活的分配,其带宽可分配粒度为2Mbit/s;也能通过对LCAS的支持来实现
对链路带宽动态配置和调整。
(7)链路的高效建立能力:
面对城域网用户不断提高的即时带宽要求和IP业务流量的增加,要求MSTP能够提供高效的链路配置、维护和管理能力。
(8)协议和接口的分离:
一些MSTP产品把协议处理与物理接口分离开,可以提供“到任务端口的任何协议”的功能,这增加了在使用给定端口集
合时的灵活性和扩展性。
(9)提供综合网络管理功能:
MSTP管理是面向整个网络的,能够快速提供业务,并提供基于端到端业务的性能、告警监控及故障辅助定位。
MSTP还能支持用户等级定义、带宽租用和计费等功能。
越来越强的智能化特征成为MSTP的显著特征。
3MSTP中的SDH技术
MSTP技术是在SDH技术的基础上通过与以太网技术和ATM技术的结合,实现多种业务在SDH系统中的传输。
在MSTP技术中,直接利用SDH可以对TDM业务提供更好的支持。
3.1SDH的级联和虚级联
VC的级联概念是在ITU-TG.707中定义的,就是将多个虚容器的内容彼此关联复合在一起,形成一个组合容量更大的容器的过程,该容器仍然维持比特系列的完整性。
级联分为相邻级联和虚级联两种。
它们是SDH的重要特性之一,在MSTP中占有重要的地位。
(1)级联的技术概况
SDH中用来承载以太网业务的各个VC在SDH的帧结构中是连续的,共用相同的通道开销(POH),此种情况称为相邻级联,有时也直接简称为级联。
SDH中用来承载以太网业务的各个VC在SDH的帧结构中是独立的,其位置可以灵活处理,此种情况称为虚级联。
从原理上看,级联与虚级联技术可以被看成是把多个小的容器级联起来并组装成为一个比较大的容器来传输业务数据的一种技术。
利用VC级联与虚级联技术可对以太网带宽与SDH虚通道进行速率适配,从而实现对传输带宽的灵活配置。
尤其是虚级联技术,可以级联从VC-12到VC-4等不同速率的容器,用小的容器级联可以得到非常小颗粒的带宽调节,相应级联后的最
大带宽通常也能在很小范围内调节,得上层业务只要适配成通道速率的整数倍就可以进入网络进行传送。
这样极大的增加了通道不同颗粒的数量,丰
富了SDH设备的接口种类,而且可以实现灵活的动态通道分配,对上层业
务具有极强的适应性,大大延长了网络的使用周期。
级联和虚级联的主要区别在于构成级联的VC的传输方式。
相邻级联是指
需要级联的VC是相邻的,需要在整个传输过程中保持占用一个连续的带宽,
并且要求途经的每一个结点都具备级联功能。
而虚级联是指先将连续带宽分解成不同的VC在网络中独立传送,不一定相邻,只是在通道终端结点将其
重组,使之成为连续带宽并向业务层递交,只要求网络终接点设备具有级联
功能即可。
因此虚级联对比相邻级联要更加灵活,将是未来级联功能发展方向的重点。
(2)级联和虚级联的实现
目前,VC-4的级联技术提出较早,也比较成熟,现在大多数MSTP产品
都支持VC4的级联。
VC4的级联是利用物理上连续的SDH帧空间来存储大
于单个VC4容量的数据,并通过AU-4指针内的级联指示字节来标识级联现象的发生。
多个VC4进行级联时,在数据的源端以太网帧被拆分成多个部分,
然后分载到
不同的VC4中,这些VC4可以利用不同的通道传送到同一个目的端,在目的端对这些来自不同VC4通道的SDH帧进行分解和重组,还原成源端发送的以太网帧,这个过程中利用了SDH帧中的开销字节H4。
在SDH帧的H4字节中携带了如何重组不同VC中所携带数据的信息,利用它,可以在目的端恢复原始的数据。
由于一个VC4中的H4字节只有8个比特,可以携带的信息很少,因此利用16个VC4帧组成复帧。
而对于VC-4虚级联而言,一个VC-4-Xv的容器可以看作是X个VC-4容器字节间插组成的。
在发送方向,成帧的时候,在VC-4-Xv的一个单帧里,每一个VC-4所带的复帧指示的值是一样的,所不同的是序列号(SQ)的值。
每一个序列号代表了这个VC-4在整个VC-4-Xv中间所占的时隙(也就是字节间插的顺序)。
在实际的应用中,每个通道的SQ值是通过网管根据具体使用情况进行配置的,配置内容放入寄存器。
对于发送方而言,发送到一级复帧的第14,15子帧的时候,将寄存器里的SQ值放入H4的1到4位。
在线路上传送的时候,VC-4-Xv可以拆分到不同的线路(最多X个)上进行传送。
由于在传送的过程中,每个VC-4所产生的时延是不一样的,因此,
到达接收机的数据不能简单的间插到一起,在接收方向需要进行虚级联处理。
在接收方,首先要进行定帧和指针调整工作。
根据A1A2和指针指示出H4
字节的位置。
对于VC-4-Xv来说,一共有X个H4字节。
每一个H4都带有自己
相应的VC-4的虚级联信息。
接收方的网管要配置期望的SQ值,这个期望的SQ值和发送方发送的SQ值应该一样,这样就可以从线路上完全恢复出发送的VC-4-Xv。
在接收方的接收端口处有X个缓存器,每个缓存器可以缓存一个VC4单帧的数据(对于不同的设备来说,缓存器的容量可能不同)。
每个缓存器也要
由网管进行配置,可以缓存特定SQ的数据。
当一个缓存器检测到线路上数据所带的SQ与自己设定的期望SQ值相同时,就会将这个VC4放进自己缓存起
来。
同时监测复帧指示,当几个缓存器中缓存的数据据有相同的复帧指示,就将缓存器里面的数据,按照SQ值字节间插,重新组成一个VC-4-Xv。
完成接收工作。
一个设备一旦配置好,一般是不会改变发送的SQ值,而接收方也可以按照SQ来还原,所以不用每一帧都带SQ信息。
处理的时候只是在每一个一级复帧里监测一次就行了。
如果要改变SQ值,一般都是设备结构进行调整,
整个系统也要重新配置,设备重新完成虚级联的工作。
3.2链路容量调整方案
链路容量调整方案(LCAS)可以被看作是一种在虚级联技术基础上的较为简单的调节机制。
它提供了一种虚级联首端和末端之间的适配功能,可以平滑的改变传送网中虚级联信号的带宽以自动适应业务带宽需求的,还能够在网络发生故障时减少受故障影响的虚容器(VCG)中的成员的链路。
因此,LCAS使SDH能高效、灵活、迅速的分配带宽,提高了带宽的利用率,实现各种数据在SDH上高效、高速、可靠的传输。
(1)LCAS的主要功
LCAS可以通过增加或减少VCG中VC的数量来提高或降低可用的传送带宽。
LCAS的容量调整动作可以不损伤业务。
容量调整控制过程的实施时单向的。
受LCAS作用的前向VCG的容量可
以和反方向的VCG的容量不同而且正反两个方向的调整过程无须相互协同。
支持在不影响整个VCG可用的情况下将受失效事件影响的VC从VCG中临时删除,并在失效影响解除后动态地将该VC添加到VCG中。
整个调整过
程业务无损伤。
LCAS可以实现LCASVCG和非LCASVCG之间互联互通,即支持LCAS功能的发送端可以和不支持LCAS功能的接收端实现互相通信,而不支持LCAS的发送端也可以和支持LCAS功能的接收端相互通信。
(2)LCAS链路容量调整过程
作为基于SDH的协议,与VC级联一样,LCAS技术也是通过定义SDH帧结构当中的空闲开销字节(对于高阶虚级联和低阶虚级联,LCAS分别利用了VC-4通道开销的H4字节和VC-12通道开销的K4字节)来实现的。
LCAS定义了一套控制分组来负责描述虚级联的通路状态并控制通路首、末端动作,以保证当网络发生变化时通路首端和末端能够及时动作并保持同步。
作为一个双向握手协议,在任何调整进行之前,发送端和接收端需要首先交换控制信息,然后再传输净荷。
①链路容量增加的处理过程
图2-2为链路容量增加的过程。
假设原来的VCG中有n个成员,也就是说原来的VCG中最后一个成员memn-1的CTRL字段为EOS。
现在需要增加一个成员,其链路容量增加的处理过程描述如下。
首先网络管理系统向发送端和接收端发出链路容量调整的请求。
发送端找到一个CTRL=IDLE的空闲成员memn,并将其CTRL字段改为
ADD发送到接收端。
接收端检查无误后将memn成员的MST置为OK表明该成员可以被加入。
发送端接到MST=OK的信息后一方面将原来VCG中最后一个成员
memn-1的CTRL置为NORM,另一方面将新加进来的memn成员的CTRL设为EOS。
同时还要改变memn的SQ值且新的SQ值应当是memn-1的SQ值加1。
在上述这些过程完成之后,接收端将RS-Ack取反表明链路容量调整结束。
发送端在接收到这个确认信息之前都不会接收任何新的改变容量的请求。
图2-2链路容量增加的处理过程
②链路出现故障的处理过程
当VCG中某一VC发生故障时,LCAS可以自动暂时将失效的VC从VCG中删除,此时VCG的容量降低,但整个VCG仍可用;待该VC故障恢复时,LCAS再将其重新纳入VCG,自动恢复VCG的可用容量。
LCAS的控制过程如图2-3所示。
图2-3动态调整出错成员的处理过程
当VCG中某VC失效,LCAS的动作过程如下,实现了由于链路失效而触发的SDH通路的带宽动态调整。
zVCG链路末端结点首先检测出故障并向首端发送成员失效消息(MST=FAIL),指出失效成员(设为成员i)。
z首端结点将成员i的控制字段CTRL置为“不可用(DNU)”,发往末端结点。
z末端结点开始仅采用仍能够正常传送的剩余VCs重组VCG(即将失
效的VC从VCG中暂时删除)。
。
z此时首端结点亦将失效VC从VCG中暂时删除,仅采用正常VCs发送数据。
z首端结点将动作情况上报网管系统。
当失效的VC故障恢复后,LCAS的动作过程如下。
zVCG通路的末端结点首先检测出失效VC已恢复,向首端发送“成员恢复消息(MST=OK)”。
z首端结点将该成员的控制字段CTRL置为“正常(NORM)”,发往末端结点。
z首端结点将恢复正常的VC重新纳入VCG。
z末端结点亦将恢复正常的VC纳入VCG。
z首端结点将动作情况上报网管系统。
4MSTP对以太网的支持
4.1以太网技术存在的问题
以太网交换机的光口是以点到点方式直接连接的,省掉了传输设备,无法提供故障定位和性能监视手段,保护功能难以实现。
并且以太网作为公用电信网特别是广域网环境的应用仍是一项未经测试的新技术,其设备是否能提供大型电信级公用网硬件和软件所必需的可靠性,也需要实践和时间的验证。
其具体存在的问题包括以下几个方面。
(1)缺少端到端的QoS保障体制
①缺少对新的连接请求提供连接许可得能力,在网络带宽资源缺乏的情况下,当网元接收到了某个带有QoS要求的连接请求时,如何保障它对现有的己接收连接的性能不造成影响是个值得研究的问题。
②调度策略缺少公平性,当面对竞争时,如何能够确保用户公平的共享可用带宽,如何尽量避免拥塞发生,以及在拥塞发生之后如何尽量恢复都是需要进一步研究的问题。
③缺少优化的路径选择,传统的以太网路径的建立利用了生成树(SpanningTree)算法,而生成树算法并不保证路由具有最优性,意味着可能并不是在最佳的路由路径上传输,这可能引起报文的丢失、抖动和延时。
(2)护机制不完整:
由于以太网最初用于局域网环境,因此当网络发生故障时,它的保护机制存在以下缺点。
①恢复时间慢。
在以太网中,链路发生故障通过生成树算法进行处理,根据网络的规模不同,它的恢复时间可能要几十秒。
同SDH的50ms自愈时
间相比,以太网的故障恢复时间太长,不适于传送语音、视频数据。
②缺少故障隔离的能力。
以太网不具备象SDH的LOS和RDI内置告警功能,因此它不能对发生故障的部分、线路、路径进行故障隔离。
(3)缺少性能检测和内在OAM能力。
以太网的报文中没有用于BER检测的开销,也不具备类似于ATM的OAM机制,但是这些功能对于进行环回和可
达性测试的服务分界点特别有用。
总之,只有妥善的解决了上述主要问题后,传统以太网才能顺利地应用于大型公用电信网环境。
4.2MSTP对以太网业务的支持
利用MSTP传送数据业务,尤其是IP时,首先要解决的一个问题就是如何完成以太网帧向SDH帧的映射。
这个问题实际上是完成异步网络向同步网络的映射,这就包括两个方面,一个方面是速度的调整和匹配,另一个方面是帧的封装方法和映射格式。
对于前者,可以通过增加缓存并采用码速调整技术来解决,对于后者,现有的封装方法主要有PPP封装、LAPS封装、GFP封装。
下面就对这些常用的以太网帧封装方法进行简单的介绍。
(1)PPP点对点协议(PPP)提供了一种在点对点链路上传送多协议数据报的方法,
是Internet的数据链路层协议,适用于路由器-路由器租用线路连接方式和拨号主机-路由器连接方式,完成成帧、差错控制等数据链路层功能。
它主要完成这样一些工作。
①明确划分帧头和帧尾的成帧方式,并处理错误检测工作。
②通过链路控制协议(LCP)来实现建立和释放连接等链路控制功能。
③通过网络控制协议(NCP)来支持不同的网络层协议。
通过点到点协议PPP转换成HDLC帧结构再映射到SDH的虚容器VC中,简
称POS。
把IP包映射到SDH的方法,实际上是通过把IP封装进PPP帧,然后
再映射进SDH帧中传送。
也就是说,把IP数据报映射进SDH帧分3步进行。
①把IP数据报插入PPP帧中的信息字段。
②把PPP帧映射到SDH同步净荷中。
③加入SDH段开销和通道开销然后传输。
去映射则按照相反的方向进行。
因为PPP封装开销相对较低,与其它SDH
净荷映射相比,可以获得更高的吞吐量,而线路终端设备的费用更低。
(2)LAPS
2003年3月,由武汉邮电科学研究院向国际电联提交的基于SDH的链路接入规程(LAPS,LinkAccessProcedure-SDH)被正式批准。
2001年2月,采用LAPS协议实现EthernetoverSDH的建议也获得批准,该方案采用了LAPS协议作为以太网MAC层与物理层SDH之间的数据链路适配层。
用LAPS封装以太网帧,实际上就是把以太网MAC帧去掉前导码和帧起始
定界符,再用LAPS协议封装剩余的区域,然后映射到SDH的VC虚级联中进行传输,这是在发送端的操作;在接收端,先从VC虚级联中提取并解析LAPS
协议帧,然后添加前导码和帧起始定界符,还原成以太网帧。
(3)GFP
GFP(GenericFramingProcedure,通用成帧规程)是由ITU-TG..7041标准化的一种面向无连接的新型数据链路封装技术。
主要针对基于位同步的块状编码或面向分组的数据流。
它不但可以在字节同步的链路中传送变长度的数据包,而且可以传送固定长度的数据块。
GFP协议的基本思想来源于简单数据链路(SDL),其目的是为了将高层客户信号映射到字节同步的物理传输通道中。
一方面,GFP采用灵活的帧封装以支持固定或可变长度的数据,GFP能对可变长度的用户PDU(ProtocolDataUnit,协议数据单元)进行全封装,免去对数据的拆分、重组及对帧的填充,简化了系统的操作,提高了系统的处理速度和稳定度;另一方面,GFP不像HDLC以特定字符填充帧头来确定帧边界,GFP使用以HEC(HeadErrorCheck,帧头错误检验)为基础的自描述技术,通过两字节当前帧的净负荷长度和两字节的帧头错误检验来确定帧的边界,因此克服了靠帧标志定位带来的种种缺点,进一步加快了处理速度,适应下一代SDH高速的要求。
同时GFP定义了两种数据处理模式:
一种是面向数据块的数据处理模式
(Transparent-MappedGFP),如FiberChannel、ESCON、FICON等有固定帧长度的块状编码的信号,它们可以用透明映射的方式及时处理而不用等
待整个帧都收到,这种适配方式适合于处理实时业务,如视频信号(DVD)
和块状编码的信号,如存储业务。
另一种是面向不定长数据处理模式
(Frame-Mapped
GFP),如IP/PPP或以太网MAC帧等没有固定长度的帧,它们可以用映射整个帧的适配方式,等接收到一个完整的帧后再进行处理。
上述三种封装方法中,POS技术比较成熟,适用于多协议环境,但由于PPP并不是专为SDH运载设计的,POS效率并不理想。
LAPS在HDLC净荷中省去
填充字节PAD,因而对于短数据包,LAPS比PPP效率高,并将扰码作为强
制要求,而不象PPP那样是可选功能。
GFP比LAPS效率高,它采用高效的帧定位方法,提高了传输效率,减少传输开销,打破了链路层适配协议只能支持点到点拓扑结构的局限性,可以实现对不同拓扑结构的支持,是今后以太网帧向SDH映射的比较理想的方法。
PPP、LAPS及GFP只是一种封装方法,只有当其与级联或虚级联和LCAS协议配合才能完成带宽控制和管理功能。
4.3RPR技术对以太网技术缺陷的弥补
弹性分组环(RPR)协议是一种新的MAC层协议,是为优化数据包的传输而提出的。
(1)弹性分组环(ResilientPacketRing)技术的简介
由于SDH和以太网处理环形拓扑上的数据流都不是很理想。
RPR通过在环网上增加一个新的MAC层协议来解决城域网的瓶颈问题。
RPR协议栈如图2-4所示。
图
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