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mstp应用技术研究

数据通信与光传输认证论文

论文题目：

MSTP技术应用研究

学院：

电子工程学院

年级：

2008级

专业：

电子科学与技术-光电子专业

姓名：

刘锬

学号：

20086519

指导教师：

刘勇

2011年5月9日

摘要

MSTP多业务产送平日爱基于SDH技术，同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，并提供统一的网管，它具有SDH、ATM以及以太网/IP处理功能，通过将多业务汇聚并高效适配的方式可以实现多种业务的综合传送。

论文首先回顾了MSTP发展，接着报告了MSTP相关的主要技术，从中可以大致了解MSTP的原理和其今后相关技术的发展趋势。

关键词

多业务传输平台；通用成帧规程；虚级联；链路容量调整方案；弹性分组环；多协议标签交换

Abstract

Multi-ServiceTransportPlatformbasedontheSDHtechnologycansimultaneouslyrealizesbusinessaccess,processingandtrasmissionofTDM,ATM,Ethernet,alsoprovideuniformnetworkmanagementsystem.IthasSDH,ATMaswellastheEthernet/IPprocessingfunction.Throughgatheringmulti-servicesandhighlyeffective&suitableadaptation,itmayrealizesynthesistrasmissionofmulti-services.FirstreviewthedevelopmentofMSTP,thendeliverymaitechnologyrelatedtoMSTPfromthisdissertation,wecanlearnaboutMSTP,andtherelatedtechnology.

Keywords

MSTP;GFP;VCAT;LCAS;RPR;MPLS

目录

摘要I

AbstractI

前言4

第一章MSTP技术的概述4

第一节MSTP的技术背景4

第二节MSTP技术的简介4

一、MSTP技术略述4

二、MSTP的优势5

三、MSTP设备现状6

第二章MSTP的技术研究6

第一节MSTP的工作原理6

第二节MSTP的关键技术7

一、封装协议7

二、虚级联8

三、链路容量调整机制（LCAS）9

第三节MSTP的技术发展10

一、基于二层交换的MSTP10

二、内嵌RPR功能的MSTP10

三、内嵌MPLS功能的MSTP11

第四节MSTP技术特点12

第三章MSTP的应用及前景13

第一节MSTP的应用13

一、以太网（Ethernet）专线13

二、TDM专线15

三、波分专线15

四、SAN专线15

第二节MSTP在城域网中的应用现状16

一、MSTP应用模式分析16

二、MSTP专线业务的竞争分析17

三、MSTP做为IP新业务的承载网方案19

第三节MSTP承载和传送以太网业务的发展趋势21

第四节光网络的发展趋势21

结论23

参考文献24

致谢25

前言

在经历了寒冬后，电信运营商在投资上将更加谨慎，在新技术的引入时，除了强调满足未来业务的发展需要之外，更加注重对原有投资的保护。

而良好的“SDH基础”使得基于SDH平台发展起来的MSTP技术在与其它技术的竞争中无疑具有先天的优势。

同时，MSTP从出现到现在，一直处于不断发展之中，根据市场需求的变化，吸取和结合其他技术，如MPLS、RPR等长处，不断完善，这也使得MSTP的内涵和范围不断地扩展。

　　因而，利用MSTP技术在优先保证话音业务的前提下，有效传送各种数据业务，将是近期城域传输网建设的重中之重。

可以预期，市场对MSTP的需求将会越来越强劲，传统SDH将会逐步被MSTP代替。

第一章MSTP技术的概述

第一节MSTP的技术背景

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于汇聚的要求。

于是，多业务传送平台（MSTP）技术应运而生。

第二节MSTP技术的简介

一、MSTP技术略述

　　基于SDH的多业务传送平台（MSTP）是指以SDH技术为基础，在提供TDM业务的同时还能实现以太网和ATM业务的接入、处理和传送的技术。

MSTP设备是指基于SDH平台，同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务传送平台。

　　利用GFP（GenericFrameProtocol）数据封装、虚级联（VirtualConcatenation）映射、统计复用、RPR等技术，MSTP具有了更灵活的带宽分配能力和更有效的带宽利用率；同时灵活支持ATM业务，有效利用网络带宽。

　　MSTP是多种技术与标准集成的结果，国际上没有专门的MSTP标准，只有MSTP所涉及的各单项技术的标准。

　　ITU-T与之相关的标准情况如下：

　　1ITU-TG.7072000（VCAT）已完成

　　1ITU-TG.7041GFP/G.7042LCAS已完成

国内，已经发布了关于MSTP的行业标准“YD/T1238-2002基于SDH的多业务传送节点技术要求”和“基于SDH多业务传送节点测试方法”，“内嵌弹性分组环（RPR）的基于SDH的多业务传送节点（MSTP）技术要求”也即将发布。

“内嵌MPLS的基于SDH的多业务传送节点（MSTP）技术要求”已开始制定。

二、MSTP的优势

（一）现阶段大量用户的需求还是固定带宽专线，主要是2Mbit/s10/100Mbit/s、34Mbit/s、155Mbit/s。

对于这些专线业务，大致可以划分为固定带宽业务和可变带宽业务。

对于固定带宽业务，MSTP设备从SDH那里集成了优秀的承载、调度能力，对于可变带宽业务，可以直接在MSTP设备上提供端到端透明传输通道，充分保证服务质量，可以充分利用MSTP的二层交换和统计复用功能共享带宽，节约成本，同时使用其中的VLAN划分功能隔离数据，用不同的业务质量等级（CoS）来保障重点用户的服务质量。

（二）在城域汇聚层，实现企业网络边缘节点到中心节点的业务汇聚，具有节点多、端口种类多、用户连接分散和较多端口数量等特点。

采用MSTP组网,可以实现IP路由设备10M/100M/1000MPOS和2M/FR业务的汇聚或直接接入，支持业务汇聚调度，综合承载，具有良好的生存性。

根据不同的网络容量需求，可以选择不同速率等级的MSTP设备[4]。

三、MSTP设备现状

目前，大多数MSTP设备采用VC虚级联、LCAS（链路带宽调整机制）、GFP（通用成帧规程）等技术，支持在TDM、IP、ATM之间的带宽灵活指配；实现了以太网的二层交换，支持以太网业务的带宽共享、业务汇聚、及以太网共享环等功能，从而使得带宽利用率大大提高。

同时支持ATMVP/VC交换和ATM业务汇聚，可以为现有数据业务和ATM业务在MSTP网络中的有效承载提供了可靠保证。

第二章MSTP的技术研究

第一节MSTP的工作原理

MSTP可以将传统的SDH复用器、数字交叉链接器（DXC）、WDM终端、网络二层交换机和IP边缘路由器等多个独立的设备集成为一个网络设备，即基于SDH技术的多业务传送平台（MSTP），进行统一控制和管理。

基于SDH的MSTP最适合作为网络边缘的融合节点支持混合型业务，特别是以TDM业务为主的混合业务。

它不仅适合缺乏网络基础设施的新运营商，应用于局间或POP间，还适合于大企事业用户驻地。

而且即便对于已敷设了大量SDH网的运营公司，以SDH为基础的多业务平台可以更有效地支持分组数据业务，有助于实现从电路交换网向分组网的过渡。

所以，它将成为城域网近期的主流技术之一。

　　这就要求SDH必须从传送网转变为传送网和业务网一体化的多业务平台，即融合的多业务节点。

MSTP的实现基础是充分利用SDH技术对传输业务数据流提供保护恢复能力和较小的延时性能，并对网络业务支撑层加以改造，以适应多业务应用，实现对二层、三层的数据智能支持。

即将传送节点与各种业务节点融合在一起，构成业务层和传送层一体化的SDH业务节点，称为融合的网络节点或多业务节点，主要定位于网络边缘，如图2-1。

图2-1基于SDH的多业务传送节点基本功能模型

第二节MSTP的关键技术

一、封装协议

MSTP在承载和传送以太网业务时首先要对以太网信号以某种协议进行封装，封装协议可以有很多方式，最常用的有PPP、LAPS、GFP以及一些设备厂商的专有封装机制。

PPP协议为点到点协议，它要利用HDLC（高速数据链路控制）协议来组帧，分组/包组成的HDLC帧利用字节同步方式映射入SDH的VC中；它在POS（PACKETOVERSDH）系统中用来承载IP数据，在ETHERNETOVERSDH系统中用来承载以太帧。

LAPS为链路接入协议，是由武汉邮科院余少华博士提出的，它被ITU-T接纳成为标准X.86，这种方式特别用于SDH链路承载以太帧，它与HDLC十分相似。

GFP为通用帧协议，是在ITU-TG.704标准中定义的一种链路层标准，这种方式可以承载所有的数据业务，是一种可以透明地将各种数据信号封装进现有网络的开放的通用的标准信号适配映射技术，它可以替代众多不同的映射方法，有利于各厂商设备之间的互联互通。

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，包括帧映射（GFP-F）和透明传输（GFP-T）两种模式，GFP-F封装方式可以将业务信号帧完全地映射进一个可变长度的GFP帧，对封装数据不做任何改动，支持包颗粒级别的速率适配和复用，这种方式是在收到一个完整的数据帧后再处理，需要有缓存和媒体接入控制，因此最适合于以太网业务等可变长度的分组数据GFP-T采用透明映射的方式及时处理而不必等待整个帧的到达，适合处理实时业务以及固定帧长的块状编码信号格式的业务。

二、虚级联

MSTP设备支持以太网业务在网络中的带宽可配置，这是通过VC级联的方式来实现的，也就是利用多个VC容器组成一个更大的容器。

SDH中VC的级联分为连续级联和虚级联两种。

连续级联就是用来承载以太网业务的各个VC在SDH的帧结构中是连续的，公用相同的开销。

如果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，那么这种情况称为虚级联。

通过虚级联技术可以实现对以太网业务带宽和SDH虚容器之间的速率适配，可以将VC-12到VC-4等不同速率的小容器进行组合利用，能够做到很小颗粒的带宽调节，实现了有效的提供合适大小的信道给以太网业务，实现了带宽的动态调整，它比连续级联更好地利用SDH的链路带宽，提高了传送效率，避免了带宽的浪费。

虚级联的实现最重要的是参与虚级联的VC容器序列号的传送，以保证收端能够将业务信号的VC重新进行排序重组。

虚级联技术如下图2-2。

图2-2虚级联框图

三、链路容量调整机制（LCAS）

在ITU-TG.7042标准中定义了LCAS是一种可以在不中断业务的情况下动态调整虚级联个数的功能，它可以灵活地改变虚级联信号的带宽以自动适应业务流量的变化，特别适用于以太网业务带宽动态变化的要求，它和虚级联是衡量MSTP带竟是否有效利用的重要指标。

LCAS利用SDH预留的开销字节来传递控制信息，控制信息包括固定、增加、正常、VC结束、空闲和不使用六种；通过控制信息的传送来动态的调整VC的个数，适应以太网业务带宽的需求。

LCAS可以将有效净负荷自动映射到可用的VC上，避免了复杂的人工电路交叉连接配置，提高了带宽指配速度，对业务无损伤，而且在系统出现故障时，可以自动动态调整系统带宽，无须人工介入，在一个或几个VC通路出现故障时，数据传输也能够保持正常。

因此，LCAS为MSTP提供了端到端的动态带宽调整机制，可以在保证QOS的前提下显著提高网络利用率。

如图2-3。

图2-3动态调整出错成员

第三节MSTP的技术发展

到目前为止，MSTP已经有了基于二层交换、内嵌RPR、内嵌MPLS三个版本，但最终MSTP会演化到哪一种版本，需要由市场来选择决定。

一、基于二层交换的MSTP

基于二层交换的MSTP引进了二层交换处理模块，实现了基于以太网二层交换的业务汇聚、带宽共享及以太网共享环等功能，大大提高了端口、带宽的利用效率。

支持802.1q，实现了多用户间的安全隔离以及VLAN划分；支持基于802.1p的优先级转发，结合端口限速和流量控制，可实现一定程度上的QoS能力。

基于二层交换的以太环网，可使各节点共享环路的带宽，提高了带宽利用率。

但由于以太网主要是为点到点和网状拓扑结构而设计的，应用于环型结构时，仍存在以下不足：

每个MSTP设备的以太网处理板卡需要对每个业务进行MAC地址查询，环路节点数量越多，性能越差；

基于二层交换的以太环网存在带宽分配的不公平性，端到端QoS很难保证；

无法解决VLAN地址重用问题。

二、内嵌RPR功能的MSTP

　　随着802.17标准化的加快，各厂商私有的协议逐渐融合，逐渐走向标准化。

内嵌RPR功能的MSTP支持环内的带宽共享与统计复用，结合空间重用技术（SRP），使得环网的带宽利用效率得到很大提高；通过快速的环网保护机制实现了50ms的电信级保护；执行公平算法，实现了环路带宽的公平利用；内嵌RPR可以将基于端口、VLANID、VLAN优先级、MAC地址等不同特征的业务，分类映射进A、B、C三种业务等级。

通过对承诺速率（CIR）、额外信息速率（EIR）的设置，实现与不同等级业务相对应的QoS保证。

　　但是内嵌RPR的MSTP仍存在承载数据业务时应用能力的不足，其表现在：

　　VLAN标记数量不足的问题并未得到彻底解决；

　　只适用于环网拓扑结构；

　　缺乏端到端标识业务，及跟踪用户流量并保证业务性能的方法。

三、内嵌MPLS功能的MSTP

　　为了更有效地在传输设备上直接支持VPN，有人提出了在MSTP上引入MPLS功能，通过内嵌MPLS功能，可以较好地实现VLAN地址扩展；可以提供电路端到端的Qos保证；可以提供新型以太网业务（如L2VPN），灵活控制带宽颗粒。

有些还将RPR与MPLS技术进行融合。

　　目前ITU正在考虑将MPLS功能引入SDH设备，从国内通信标准化的角度出发，在现阶段，可考虑通过Martini草案先实现静态的MPLS，下一阶段再考虑实现动态的MPLS。

所谓动态和静态主要指LSP的建立方式，静态方式LSP的建立是通过网管配置实现，而动态则是采用信令协议方式实现（如目前路由器实现的那样）。

　　对运营商来说，任何新技术的引入都需要考虑网络的互联互通问题，内嵌MPLS需要考虑传送平面、控制平面以及业务的互联互通。

在传送平面上，需要考虑SDHVC的互通；MPLS封装到SDHVC的互通；以太网封装到MPLS的互通，目前看来实现起来并不十分复杂。

在控制平面上，需要考虑通过不同厂商网管系统分别或统一集中建立LSP；或者利用RSVP-TE或LDP信令机制动态建立LSP的互通。

　　MSTP通过引入MPLS功能可以加强对VPN和信号QoS的支持，但是如果采用动态方式，最后就要涉及到三层路由功能，但是目前国内对MSTP的理解实现是二层以下的功能。

能否定义简单的、可操作性强的三3层功能来完成动态信令，完成业务连接建立，同时实现不同厂商MSTP设备间的VPN互通是内嵌MPLS的MSTP发展关键。

当然，内嵌MPLS的MSTP最终需要实现MSTP和MPLS路由器实现MPLS互通和与互操作。

第四节MSTP技术特点

　　1、与传统SDH网络有良好的兼容性

　　MSTP本身是基于SDH平台发展起来的，因此，MSTP具有天生的与SDH网络的兼容性。

　　2、支持多业务能力，节省宽带接入网的光纤

　　通过多业务综合传送，提高带宽利用率。

在接入层首先向综合传送网的方向发展。

　　3、节省ATM网络端口，提高链路带宽利用率

　　使用MSTP可扩展ATM核心网络的覆盖范围，减轻ATM交换机的扩容压力，极大的方便了ADSL扩容的快速实现，而且大大降低扩容成本，从而节省宽带接入网的建设成本。

　　4、有严格的带宽保证

　　通过MSTP传送ATM，以太网和E1等业务，都通过设置固定的带宽来实现，因此可以为业务提供高可靠的带宽保证，可以为NGN网络和3G网络的无线接入传输以及核心网络提供高质量的可靠承载。

　　5、极高的安全性

　　承载于MSTP网络的不同业务之间在传送过程中从物理上隔绝，具有极高的安全性。

　　6、跨城市/跨地域专线连接

　　利用VC虚级联特性，MSTP网络与SDH传输网络无缝兼容，其中数据业务很方便的通过原有的省网骨干和长途骨干网传送，能为全国性的/跨城市的大客户提供跨地域的端到端、高质量保证的以太网专线以及VPN互连服务。

　　7、有端到端时延的保证

　　MSTP提供的传送路径相对固定，因此业务的时延相对稳定，便于开展VoIP、宽带视频等增值业务。

　　8、完善的网络保护特性

第三章MSTP的应用及前景

第一节MSTP的应用

在MSTP技术的发展演进过程中,针对业务的应用情况可分为以下几种应用形式:

Ethernet专线、TDM专线、波分专线、SAN专线、MPLSVPN业务。

随着IP业务的迅猛发展,MSTP技术的发展主要体现在对以太网业务的支持上。

下面详细谈谈以太网（Ethernet）专线的应用及如何承载以太网业务。

一、以太网（Ethernet）专线

以太网（Ethernet）专线应用可分为点到点Ethernet专线、点到多点汇聚型Ethernet专线。

点到点Ethernet专线是目前MSTP提供的最主要的数据专线业务。

由于企业通信业务目前主要是数据业务,长途话音IP化趋势很快,而Ethernet作为一种成本低、标准化程度高、被广泛使用的专线接入方式将逐步成为专线的主要接入方式之一。

目前MSTP上提供点到点专线能够支持对接入带宽的限制（CAR能力）、对流的分类和调度能力、对VLAN的支持及VLAN嵌套的支持能力、以太网的TPS保护、组播、流（stream）到MPLS隧道的映射等等。

点到多点汇聚型专线主要是满足企业总部和各个分部之间的互连应用,总部只要利用一个Ethernet接口接到MSTP设备上就能够通过MSTP网络,建立与各个分部之间的点到多点的连接。

它是利用MSTP上Ethernet板卡上的L2交换和L2汇聚能力来实现的,MSTP的Ethernet板卡能够支持的VCG方向数是一个重要指标,目前一般能够支持16～128个方向。

图1是一金融系统点到多点MSTP网络简图。

以太网业务在MSTP上的承载和传送目前大致存在以下几种方式:

（一）以太网业务的透传方式。

这是目前应用较广的一种方式,也是MSTP初期在SDH设备上为了实现对以太网业务的透明传送而采取的方式。

这种方式只是为了实现以太网业务的透明传送,利用某种协议（PPP/LAPS/GFP）将非交换型的以太网业务的帧信号直接进行封装,然后利用PPPOVERSDH、反向复用（将高速数据流分散在多个低速VC中传送以提高传输效率,如采用5*VCl2级联来传送10MB/S以太网业务）等技术实现两点之间的网络互联。

由于各厂商将以太网业务映射进VC的方法不同,采用的协议各异,以太网业务经过透明传送后,必须在同厂商的设备上进行终结。

（二）对以太网业务进行第二层交换处理后再进行封装,然后映射到SDH的VC中再送入线路侧进行传送,这样更好地适应了数据业务动态变化的特点。

这种方式将第二层以太网帧（MAC帧）交换集成到SDH设备的支路卡上,二层交换机通过学习连接在网上设备的MAC地址,并根据目的地的MAC地址将帧信号交换到正确的端口。

因此,MSTP设备可以对以太网业务进行如下处理:

1、MSTP可以对分散在各个地点的多个低速率的以太网业务进行汇聚处理,将其传送到特定地点的单个或多个高速以太网接口上。

2、可以实现以太网业务的统计复用,在线路侧有效利用带宽。

MSTP可以将多个以太网接口的以太网业务划分到一个高速带宽的管道中,这样单一的线路侧信道就可以由多个用户使用,既可以保证以太网业务突发时的峰值流量,又能够保证带宽（以太网业务很多时段并没有业务传送）的有效利用。

如5个快速以太网接口可以在MSTP上共享一个155MB/S的传输带宽,降低运行成本。

3、可以有效地利用多种方法对不同用户的业务进行隔离,保证用户数据的安全性。

一种是对用户的以太网业务开通专用的通道,即将业务映射入单独的VC中,这样就在物理层实现了对用户的业务有效隔离。

另外,对用户的以太网业务使用VLAN标签,利用802.1Q的标准,通过划分VLAN来将用户的业务进行隔离;在必要时还可以在802.1Q的标记上再打标记的方法对用户的业务进行隔离。

（三）有些MSTP设备具有3层交换机和SDH网元相结合,是第二层交换方案的扩展。

这种方式下用户的业务信号是根据IP地址而不是MAC地址来送到正确的端口或者SDH线路侧信道。

它具有二层交换方式同样的优点,而且可以有效地隔离MAC寻址带来的广播包。

但是第三层交换属于业务层面,并且由于技术、成本以及网络维护等因素,在MSTP设备中较少使用这种方式。

二、TDM专线

E1、E3、DS0～1、DS3、STM-x等基于SDH的数字专线主要面向中高端大客户（如金融业、政府、大型企业）的互连或者上网,可靠性要求很高。

MSTP可以提供TPS保护、SDH层的保护、设备级的保护等。

MSTP目前对低阶调度能力的支持越来越强,甚至核心层设备也支持大容量的低阶调度能力,加上ASON的应用,尤其是ASON对VC12级别配置的支持,无疑对开展基于MSTP的TDM专线业务非常重要。

三、波分专线

金融行业数据中心的备份业务,往往需要支持业务透明、低成本、高可靠性、高带宽的专线链路,波分专线是理想的选择。

它是通过独立的波分设备或者MSTP内置的波分模块提供波分专线来实现的。

波分专线要求端到端保护能力、对各种数据接口的支持能力等,能够提供从34M到10G级别的SDH/SONET、ATM、IP、GE/FE、FC/ESCON等多种物理接口的提供、复用及灵活上下路的能力。

四、SAN专线

随着计算与存储设备的分离,远程主机需要能够访问存储设备,MSTP可以提供FC接口及FC拉远能力,还可以提供IBM主机之间压力的气室,校正结果的偏差要远低于试验误差。

利用图像可以很直观地判断在现场检测环境下的检测结果是否符合规程的有关要求。

因为是对湿度标准（体积分数）进行等相对湿度的校正,一方面保证了校正前后的体积分数。

对设备而言,具有相同的绝缘裕度,校正方法具有比较科学的理论依据,避免了盲目校正;另一方面,校正方法把规程中的气体湿度标准作