mstp关键技术和发展方向.docx

mstp关键技术和发展方向.docx

《mstp关键技术和发展方向.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《mstp关键技术和发展方向.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

mstp关键技术和发展方向

新一代MSTP的关键技术和发展方向

0、引言

基于同步数字体系（SDH）的多业务传送平台（MSTP）是指基于SDH平台，实现TDM、ATM及以太网业务的接入处理和传送，并提供统一网管的多业务综合传送设备。

MSTP设备是传统SDH设备的延续和发扬，它的出现延长了SDH的寿命。

MSTP已有较成熟的产品，能在单一传送平台上对TDM、ATM及以太网业务进行统一处理和管理，但MSTP技术仍需要不断发展和完善。

随着通用成帧规程（GFP）、虚级联（VCat）、链路容量调整（LCAS）、弹性分组环（RPR）、多协议标签交换（MPLS）、自动交换光网络（ASON）等技术的国际标准相继推出，新一代MSTP设备将逐步采用这些核心技术，面对新时期城域网TP业务大量兴起，MSTP逐步从简单透传、汇聚、共享开发展到带宽管理，提供面向数据优化的传送能力。

1、GFP、VCat和LCAS

目前，I-TUT已经把GFP、VCat、LCAS定为SDH的封装映射标准。

1.1GFP

GFP是一种将高层用户信息流适配到传送网络的通用机制。

早期的MSTP对数据业务技术标准限制较少，数据业务适配到SDH虚容器（VC）可选用多种封装协议（如PPP/LAPS/GFP），导致不同厂家的MSTP设备传送数据业务时很难互通，难以进行全网数据业务运营。

要实现不同厂商映射方式互通，提供从网络到业务的互通，提高网络效率，简化网络管理，提高经济效益，就必须统一封装标准，GFP将成为各厂商以太网业务处理的唯一封装标准。

GFP采用类似ATM的自同步定帧技术，简单灵活，开销低，带宽利用率高，标准化程度高，能支持各种网络拓扑，能对用户数据实施统计复用。

GFP具有QoS机制，对应的传输层也不限定于SDH，可以是光传送网（OTN）或其他字节同步的物理通道。

利用现代光通信的低误码特性，GFP还可进一步降低接收机的复杂性和成本，减小设备尺寸，使GFP特别适合高速传输链路应用。

GFP利用线性扩展头中的标记空间，能与MPLS合为一体，利用MPLS加强GFP，提供端到端的运维、保护和恢复能力。

1.2VCat

SDH中虚容器的容量固定，非常适合承载话音业务，但不适合承载数据业务。

例如，若要在SDH上承载千兆比以太网信号，传统的SDH映射方式必须用VC-4-16c传送，大大浪费带宽。

通过VCat则可灵活实现数据业务带宽与SDH虚容器适配。

它可以将几个虚容器（VC）“虚”级联到一个大的虚容器中，满足大数据业务的带宽需求。

例如级联7个VC-4，构成VC-4-7v，提供1.05Gbit/s的带宽，用于千兆比以太网信号的传输。

它将SDH的带宽分成不同的业务带宽传送信号，使SDH设备在传送语音业务的同时，还提供IP业务。

此外，VCat信号的每个虚容器都有自己的通道开销（POH），各个虚容器都可以独立通过网络传输，并不一定通过同一路径传输。

多径传输可大大提高网络资源利用率，降低业务阻塞率。

1.3LCAS

Vcat一旦建立，就不能随意改变大小，而且万一其中任何一条链路失效，就意味着整个VCat失效。

为了解决这一问题，LCAS定义了根据业务流量对所分配虚容器带宽进行动态调整的机制，并确保调整过程中不会对数据传送性能造成任何影响。

这样，SDH就可以自动适应有效业务带宽，满足类似以太网带宽动态变化的数据业务带宽需求，显著提高网络利用率。

具体实现方法是定义一个VCat组（VCG），利用SDH预留的开销字节传递控制信息，通过网管系统在该VCG内动态实时调整VC数目，快速适应上层业务带宽的需求。

另外，当链路某些段落失效或进行修复时，通过LCAS协议可以将失效资源删除或重新恢复。

2、RPR

RPR技术是一种新型的媒体访问控制（MAC）层协议，它基于环型结构优化数据业务的传送，能适应多种物理层（如SDH、以太网、密集波分复用（DWDM）等），能同时支持语音、数据和图像等多业务类型。

RPR具备信号QoS、带宽公平算法和保护倒换三大功能。

在MSTP中嵌入RPR，主要是利用其带宽公平机制，通过公平算法调整带宽使用量，保证环上所有节点的公平性，达到环路带宽动态调整和共享的目的。

如果B、C、D3个节点同时以200Mbit/s速率向A点发送业务，这时622Mbit/s的总环路带宽还能承受，不需要用公平算法限制各节点的流量。

如果这时E点也以200Mbit/s的速率向A点发送业务，B点就会出现拥塞，B点向C点发送带宽限制信息，C点又向下游节点发送该信息，直到B、C、D、E节点的分配带宽收敛为公平的155Mbit/s为止。

目前，已基本完成内嵌RPR功能MSTP设备的开发，华为、中兴等公司都相继推出具有RPR功能的MSTP设备。

基于SDH的RPR技术实现起来非常容易，目前已能将RPR功能集成在一块单板上，只需将RPR单板插入SDH设备相应子架槽位，即可对接入的以太网业务（基于802.3MAC帧）和纯粹的RPR业务（基于新型的802.17MAC帧）进行高效处理，包括公平带宽处理、RPR环业务保护、严格的用户隔离和业务分级（CoS）等。

RPR可以利用SDH的通道，跨越复杂的SDH网络，基本上不受地域和网络拓扑的限制，通过网络规划预留SDH通道资源或VCat+LCAS联合，实现带宽灵活调配，形成面向数据业务传送的虚拟传送网络。

另外，由于RPR占用的SDH通道带宽可根据需要灵活配置，随着未来数据业务不断增长，可在SDH网络中逐步增加分配给RPR的带宽，相应减少窄带语音等TDM业务的带宽，这样，无需更新设备就可不断拓展网络应用。

随着IEEE802.17标准化，各厂商设备的RPR功能也逐渐标准化。

在国内，内嵌RPR功能的MSTP设备已有一些应用，但仍存在数据业务处理能力不足的问题，主要原因是RPR为MAC层技术。

基本的二层交换就是MAC地址交换，即对来自不同端口的每个以太网数据包进行检测，根据其MAC地址和其它信息，重新发送数据包，形成一个或多个新的以太网数据。

二层交换虽然能在功能上满足用户需求，但以太网业务的无连接性质难以保障QoS。

为了将真正的QoS引入以太网业务，需要在以太网与SDH间引入一个智能适配层，处理以太网业务的QoS问题。

MPLS技术的特点是在数据传送之前要先建立标签交换路径（LSP），具有某个标签的数据一定会沿着预先建立的路径传输，面向连接。

另外，作为MAC层的技术，RPR缺少业务层定义，根本无法提供端到端的以太网业务，更无法提供跨环的以太网业务。

因此，RPR技术必须与一种端口识别技术结合，这种技术可以是IEEE802.1D、IEEE802.1Q、MPLS等，目前人们比较看好MPLS技术与RPR的结合。

IEEE802.1D和IEEE802.1Q是桥接技术，大量使用桥接技术会消耗大量带宽，破坏RPR的空间重用，而且无法提供业务隔离功能。

MPLS与RPR结合则可以提供端到端的QoS，解决VLAN扩展，实现业务隔离以及更灵活的业务功能，并提供新型的以太网业务，如L2VPN。

传统的MPLS技术应用于IP数据包，只能与二层技术一起提供单一的二层业务，如果要提供多种二层业务，MPLS网络中必须对二层业务进行仿真和MPLS封装，建立虚电路，例如MartiniMPLS技术或EoMPLS。

EoMPLS采用双层MPLS标签----隧道标签和VC标签，隧道标签用于标识业务在网络中的传送通道，称为隧道标签交换通道（LSP）；VC标识隧道LSP中的小虚电路，用于业务隔离和复用。

LSP有动态和静态两种方式，静态LSP通过网管配置建立，动态LSP通过信令协议方式建立。

如果采用动态方式，就会涉及到三层路由功能，目前国内对MSTP只能实现二层以下的功能。

因此，现阶段只能考虑通过Martini草案实现静态MPLS功能，但各厂家采用的网管不同，实现MPLS功能还存在一些问题。

经过近几年的发展和应用，基于SDH的MSTP已成为城域传送网最合适的主流技术。

如何进一步提高网络资源利用率和网络服务质量，是运营商最关心的问题。

随着网络中数据业务比重逐渐增大，要适应数据业务不确定性和小可预见性的特点，MSTP技术必须进一步优化数据业务传送机制，逐步引进智能特性，向ASON演进和发展。

ASON是指在选路和信令协议控制下完成自动交换功能的新一代智能光网络，是具备分布式智能的光传送网。

MSTP作为节点设备，在用户网络接口（UNI）侧，接口类型丰富，接入灵活；在网络节点接口（UNI）侧，业务与通道和带宽的互动性较差。

MSTP引入ASON中的G.MPLS协议后，控制平面可实现一层VC通道自动连接，结合LCAS对通道的加减法运算功能，实现业务与VC通道和带宽的互动。

MSTP与ASON的融合，减少了网络运行维护的人工干预，实现了业务端到端的自动提供、网络可用资源的自动识别、故障的自动定位和恢复，降低了网络生命周期成本。

目前，尽管ASON尚未标准化，但重大技术障碍已不存在，在未来几年内，ASON将走向实用化，光城域网引入ASON是必然趋势。

5、结束语

目前，部分厂家的MSTP已逐步融入上述一种或几种新技术，可以预见，新一代MSTP将把VCat、GFP、LCAS、RPR、MPLS等几种标准功能集成在一起，并逐步引入ASON，出现GMPLS的概念，采用独立的控制层面，实现各类业务端到端的调度和保护，最终形成真正的自动交换传送网。

第三代MSTP关键技术综述

【2004-03-0419:

36】【徐贵宝】【中国电信网站】

　　摘要：

首先概述了MSTP技术发展的三个阶段，接着详细介绍了第三代MSTP技术中虚级联、通用成帧规程、链路容量调整机制和智能适配层等关键技术，并对实现智能适配层的MPLS和RPR技术进行了介绍和比较。

　　关键词：

城域网，MSTP，MPLS，RPR

　　一、MSTP概述

　　近年来，不断增长的IP数据、话音、图像等多种业务传送需求使得用户接入及驻地网的宽带化技术迅速普及起来，同时也促进了传输骨干网的大规模建设。

由于业务的传送环境发生了巨大变化，原先以承载话音为主要目的的城域网在容量以及接口能力上都已经无法满足业务传输与汇聚的要求。

于是，多业务传送平台（MSTP）技术应运而生。

　　MSTP技术的发展主要体现在对以太网业务的支持上，以太网新业务的QoS要求推动着MSTP的发展。

一般认为MSTP技术发展可以划分为三个阶段。

　　第一代MSTP的特点是提供以太网点到点透传。

它是将以太网信号直接映射到SDH的虚容器（VC）中进行点到点传送。

在提供以太网透传租线业务时，由于业务粒度受限于VC，一般最小为2Mbit/s因此，第一代MSTP还不能提供不同以太网业务的QoS区分、流量控制、多个以太网业务流的统计复用和带宽共享以及以太网业务层的保护等功能。

　　第二代MSTP的特点是支持以太网二层交换。

它是在一个或多个用户以太网接口与一个或多个独立的基于SDH虚容器的点对点链路之间实现基于以太网链路层的数据帧交换。

相对于第一代MSTP，第二代MSTP作了许多改进，它可提供基于802.3x的流量控制、多用户隔离和VLAN划分、基于STP的以太网业务层保护以及基于802.1p的优先级转发等多项以太网方面的支持。

目前正在使用的MSTP产品大多都属于第二代MSTP技术。

但是，与以太网业务需求相比，第二代MSTP仍然存在着许多的不足，比如不能提供良好的QoS支持，业务带宽粒度仍然受限于VC，基于STP的业务层保护时间太慢，VLAN功能也不适合大型城域公网应用，还不能实现环上不同位置节点的公平接入，基于802.3x的流量控制只是针对点到点链路，等等。

　　最近才出现的第三代MSTP的特点是支持以太网QoS。

在第三代MSTP中，引入了中间的智能适配层、通用成帧规程（GFP：

GenericFramingProcedure）高速封装协议、虚级联和链路容量调整机制（LCAS）等多项全新技术。

因此，第三代MSTP可支持QoS、多点到多点的连接、用户隔离和带宽共享等功能，能够实现业务等级协定（SLA）增强、阻塞控制以及公平接入等。

此外，第三代MSTP还具有相当强的可扩展性。

可以说，第三代MSTP为以太网业务发展提供了全面的支持。

二、第三代MSTP关键技术

　　1.虚级联

　　VC的级联概念是在ITU-TG.7070中定义的，分为相邻级联和虚级联两种。

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。

　　从原理上讲，可以将级联和虚级联看成是把多个小的容器组合为一个比较大的容器来传输数据业务的技术。

通过级联和虚级联技术，可以实现对以太网带宽和SDH虚通道之间的速率适配。

尤其是虚级联技术，可以将从VC-4到VC-12等不同速率的小容器进行组合利用，能够做到非常小颗粒的带宽调节，相应的级联后的最大带宽也能在很小的范围内调节。

虚级联技术的特点就是实现了使用SDH经济有效地提供合适大小的信道给数据业务，避免了带宽的浪费，这也是虚级联技术最大的优势。

　　2.通用成帧规程

　　GFP是在ITU-TG.7041中定义的一种链路层标准它既可以在字节同步的链路中传送长度可变的数据包，又可以传送固定长度的数据块，是一种简单而又灵活的数据适配方法。

　　GFP采用了与ATM技术相似的帧定界方式，可以透明地封装各种数据信号，利于多厂商设备互联互通；GFP引进了多服务等级的概念，实现了用户数据的统计复用和QoS功能。

　　GFP采用不同的业务数据封装方法对不同的业务数据进行封装，包括GFP-F和GFP-T两种方式。

GFP-F封装方式适用于分组数据，把整个分组数据（PPP、IP、RPR、以太网等）封装到GFP负荷信息区中，对封装数据不做任何改动，并根据需要来决定是否添加负荷区检测域。

GFP-T封装方式则适用于采用8B/10B编码的块数据，从接收的数据块中提取出单个的字符，然后把它映射到固定长度的GFP帧中。

　　3.链路容量调整机制

　　LCAS是在ITU-TG.7042中定义的一种可以在不中断数据流的情况下动态调整虚级联个数的功能，它所提供的是平滑地改变传送网中虚级联信号带宽以自动适应业务带宽需求的方法。

LCAS是一个双向的协议，它通过实时地在收发节点之间交换表示状态的控制包来动态调整业务带宽。

控制包所能表示的状态有固定、增加、正常、EOS（表示这个VC是虚级联信道的最后一个VC）、空闲和不使用六种。

　　LCAS可以将有效净负荷自动映射到可用的VC上，从而实现带宽的连续调整，不仅提高了带宽指配速度、对业务无损伤，而且当系统出现故障时，可以动态调整系统带宽，无须人工介入，在保证服务质量的前提下显著提高网络利用率。

一般情况下，系统可以实现在通过网管增加或者删除虚级联组中成员时，保证“不丢包”；即使是由于“断纤”或者“告警”等原因产生虚级联组成员删除时，也能够保证只有少量丢包。

　　4.智能适配层

　　虽然在第二代MSTP中也支持以太网业务，但却不能提供良好的QoS支持，其中一个主要原因就是因为现有的以太网技术是无连接的。

为了能够在以太网业务中引入QoS，第三代MSTP在以太网和SDH/SONET之间引入了一个智能适配层，并通过该智能适配层来处理以太网业务的QoS要求。

智能适配层的实现技术主要有多协议标签交换（MPLS）和弹性分组环（RPR）两种。

（1）多协议标签交换

　　MPLS是1997年由思科公司提出，并由IETF制定的一种多协议标签交换标准协议，它利用2.5层交换技术将第三层技术（如IP路由等）与第二层技术（如ATM、帧中继等）有机地结合起来，从而使得在同一个网络上既能提供点到点传送，也可以提供多点传送；既能提供原来以太网尽力而为的服务，又能提供具有很高QoS要求的实时交换服务。

MPLS技术使用标签对上层数据进行统一封装，从而实现了用SDH承载不同类型的数据包。

这一过程的实质就是通过中间智能适配层的引入，将路由器边缘化，同时又将交换机置于网络中心，通过一次路由、多次交换将以太网的业务要求适配到SDH信道上，并通过采用GFP高速封装协议、虚级联和

（2）弹性分组环

　　RPR是IEEE定义的如何在环形拓扑结构上优化数据交换的MAC层协议，RPR可以承载以太网业务、IP/MPLS业务、视频和专线业务，其目的在于更好地处理环形拓扑上数据流的问题。

RPR环由两根光纤组成，在进行环路上的分组处理时，对于每一个节点，如果数据流的目的地不是本节点的话，就简单地将该数据流前传，这就大大地提高了系统的处理性能。

通过执行公平算法，使得环上的每个节点都可以公平地享用每一段带宽，大大提高了环路带宽利用率，并且一条光纤上的业务保护倒换对另一条光纤上的业务没有任何影响。

　　RPR是一种专门为环形拓扑结构构造的新型MAC协议，具有灵活、可靠等特点。

它能够适应任何标准（如SDH、以太网、DWDM等）的物理层帧结构，可有效地传送话音、数据、图像等多种类型的业务，支持SLA以及二层和三层功能，提供多等级、可靠的QoS服务支持动态的网络拓扑更新。

其节点间可采用类似OSPF的算法交换拓扑识别信令并具有防止分组死循环的机制，增加了环路的自愈能力。

另外，RPR还具有较强的兼容性和良好的扩展性，具有TDM、SDH、以太网、POS等多种类多速率端口，能够承载IP、SDH、TDM、ATM、以太网等多种协议的业务还可以方便地增加传输线路、传输带宽或插入新的网络节点，对将来可能出现的新业务、协议或物理层规范具有良好的适应性。

再有，由于RPR环路每个节点都掌握环路拓扑结构和资源情况，并根据实际情况调整环路带宽分配情况，所以网管人员并不需要对节点间资源分配进行太多干预，减少了人工配置所带来的人为错误。

RPR使得运营商能够在城域网内以较低成本提供电信级服务，是一种非常适合在城域网骨干层、汇聚层使用的技术。

　　（3）MPLS技术与RPR技术比较

　　MPLS技术与RPR技术各有优缺点。

MPLS技术通过LSP标签栈突破了VLAN在核心节点的4096地址空

新型城域网MSTP的关键技术

光纤在线编辑部  2003-10-0418:

53:

55原文转载浏览次数：

1920

新型城域网MSTP的关键技术

 　2003年06月03日 　　中国电信集团北京研究院 张成良 

在目前城域传送网的建设中，有一些概念值得探讨，特别是城域传送网与过去本地传输网的关系、城域传送网与城域数据网的关系。

目前宣传比较多的是第三代MSTP 更是让人摸不着头脑，到底什么是第三代MSTP ，也是众说纷纭。

本文将对城域传送网与现有传输网关系和MSTP 新功能讨论。

特别是对于新型MSTP 几项关键技术如虚级联、LCAS、RPR 功能的实现应用环境进行探讨。

一、城域传送网与目前城市传输网关系

城域传送网首先不是一个新的概念，特别是对于已经拥有庞大城市传输网的运营商（例如中国电信），今天我们谈论的建设城域网的建设，绝对不是重新敷设一张新的传输网（专门承载数据业务），而是在城域地区对以前建设的传输网进行优化和改造。

过去传输网支持的主要的是TDM 业务，随着数据业务的增加，有必要使这张网更有效地支持各种业务。

城域网建设应该理解为在新引入传输设备采用新一代MSTP （而不是传统SDH），对原来SDH进行扩容时增加数据处理功能，例如引入支持数据功能的支路板卡，以便在一个传输平台上同时支持TDM 和数据的传输。

在建设过程中，应该保持新建设 MSTP （或者对原来SDH数据处理板卡扩展）应与原来SDH 系统统一到一个管理平台内，基于SDH 多业务传送节点是一种新型SDH ，它的核心处理依然基于SDH VC 通道的，只是外围增加了以太网处理和一些新功能，网管系统与原来的SDH 是后向兼容的。

二、新型MSTP 关键技术

目前关于新型MSTP 的讨论比较多，有些制造商甚至称之为所谓“第三代MSTP”。

其实这是很不科学的，也是不近合理的。

MSTP 是一种快速发展的技术，从2001年以来已经出现了几个版本，并没有一个十分稳定的我们可以称为“一代产品”的版本。

而且在2001年国内行业标准《基于SDH 多业务传送节点技术要求》中已经包含了“第一代”和“第二代”应用，两者之间的差别在于在二层交换的支持。

而目前新型MSTP 只是在以前基础上增加了一些新功能，特别是链路容量自动调整（LCAS）机制、以太环网带宽公平接入和拥塞控制等。

下面我们将具体讨论其实现机制和应用。

2.1 虚级联和LCAS 功能

在数据业务应用环境下，由于业务的突发特征，虚级联和LCAS是衡量MSTP带宽是否有效利用的重要指标。

虚级联实现了动态调整，通过虚级联实现业务带宽和SDH虚容器之间的适配，比连续级联更好地利用SDH链路带宽，提高了传送效率；LCAS可以根据业务流量对所分配的虚容器带宽进行动态调整，而且在这个调整过程中不会对数据传送性能造成影响。

在SDH 网络中，虚级联实现相对简单，最重要的是参与虚级联VC容器 序列号SQ的传送，以保证系统在末端能够将传送信号的VC 重新排队重组。

而在LCAS 更多的是实现双向通信的控制信息的传送，如CTRL、MST等。

虚级联和LCAS 功能实现都是通过同一个字节实现的。

在VC-3/VC-4采用的是H4 字节（H4 是通道开销字节）。

其构成两重复幀，第一重复幀由16幀组成，第二重复幀长256 。

要完成一组VCG（虚级联组）控制信息的传输，需要1 复幀16幀，也就是2ms时间，一个VCG 最多由 256个VC 组成。

在低阶 VC-12中，LCAS 实现是通过K4字节中的比特2来实现的，其中比特1来传送信号标识，也就是VC-12 承载的信号类型。

比特2传送虚级联序号和LCAS控制信号。

其中K4是4幀的复幀结构，也就是每隔500us出现一次。

LCAS控制信息是K4的32复幀构成。

完成一组LCAS 信息单向传送需要4*125us*32=16ms。

LCAS 确保了工作在虚级联状态下的SDH 通路，在一个或几个VC 通路出现故障时，数据传输能够保持正常 。

一般说通过网管增加或者删除虚级联组中成员时，系统可以实现“不丢包”，即平滑增减；对于因为“断纤”或者“告警”等原因导致的删除“虚级联组”成员时，有少量丢包，这是由于突发的系统故障反馈必须从业务末端到首端，再从首端到末端，有一个LCAS 信息传送和系统调整过程，一般需要几十ms或者更多。

其中VC-3/4 虚级联组对业务的影响小一些，VC-12 虚级联组业务受损时间长一些，因为要传输同样的LCAS 控制信息内容，需要VC-12 复幀长度更长。

2.2 以太环网和RPR 功能

以太环网有几个重要特点：

一是必须能够实现环上各节点共享环上带宽，并可实现公平的使用（通过速率限制、竞争或一定的算法）、二是实现基于环上业务的保护（不是SDH 层面保护，如二层或RPR），三是可以实现业务优先级和的处理，以开展以太网租用线业务。

目前对于实现以太环网功能，主要有两种方式。

一种是基于2层交换方式予以实现，一种是通过内嵌的RPR 环网实现。

2.2.1 基于2层方式的环网功能

基于2层交换可以实现业务优先级和一定的带宽控制功能。

一般是通过对IEEE 802 1p幀格式信号的处理实现，以太网板卡在输入口把不同802.1p值的流量映射到不同队列进行处理，一般划分2或4个队列，实现优先级策略。

另外可以基于端口或VLAN 设置速率限制（如最小保证带宽和最大带宽），这样就使系统有了一定带宽控制机制，对于环上富裕