MPLS在MSTP中的應用

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　　汪衛章 葛寧
　　 清華大學電子工程系
　　 　　新一代多業務SDH介紹
　　

　　 　　隨著IP數據、話音、圖像等多種業務傳送需求的不斷增長，業務的傳送環境發生了很大變化。同時，作為電路傳輸網的SDH ,其功能也在隨業務傳送需求作出調整，SDH傳輸網的技術與數據網相結合，將傳送節點與多種業務節點融合在一起，構成融合度較高、業務層和傳送層一體化的下一代網絡節點，稱為多業務SDH平臺(Multi-Service Transport Platform), 簡稱MSTP。例如將交換機、邊緣路由器、ADM/DXC、光傳送節點集成為一個物理實體，進行統一管理和控制，大大簡化了網絡體系結構，減少了設備安裝開通時間和業務提供時間，降低了節點設備的成本，提高了系統的可靠性。這種多業務節點設備主要用于網絡的邊緣，也可用于網絡的核心部分，具有較大的應用靈活性。新的多業務SDH平臺在幀結構與光接口上仍然采用SDH的標準，與現存的大量SDH設備可以互聯互通。SDH是廣大運營商和系統集成商所熟悉的，容易被接受與信任，不僅保護了原有的設備投資，而且維護方式與環境也有很好的繼承性。在此基礎上，增加了寬帶數據業務接口，改造了SDH內部的交換方式，在網管上擴展了數據業務接入的功能，使得SDH成為承載多種業務的傳送平臺。
　　
　　 　　MSTP在傳輸數據業務時利用SDH的容器，將不同的數據業務映射到合適的VC或者是VC級聯容器上進行傳送。設備在電路交換之外，增加2層、2.5層或3層的數據交換能力，使得設備具備了電路交換與、數據交換兩種能力。在網絡管理上為了將傳送功能與業務接入功能集成，除了原有的SDH標準網絡監視、維護功能外，添加了針對接入設備如PCM、多媒體終端等的監控功能或接口，使得多業務平臺具有很好的管理能力。
　　
　　 　　新一代的SDH多業務平臺具有以下幾個鮮明的特點，第一，多業務傳輸集成，簡化了節點結構，節省了設備占地、互聯等費用。特別地，由于是一體化設備，管理維護非常方便，由于接口減少，業務提供與修改大大簡化，可以節省大量的運營維護與培訓費用。第二，網絡管理能力，由于SDH多業務平臺在網管上添加接入設備的監控，具有很好的擴展性。與其他接入設備如PCM、多媒體終端、數據終端等可以有機地結合在一起，構成功能更加強大的綜合接入平臺，滿足用戶不同的需求。第三，數據業務傳輸能力，SDH多業務平臺直接提供寬帶數據接口，如以太網，避免了復雜適配和協議轉換，節省成本并提高了可靠度。由于是直接映射到VC容器，而不是通過E1、E3等標準速率，提高了適配效率。
　　
　　 MSTP中的數據傳送
　　
　　 　　MSTP即新一代的SDH中最大的一個特點就是它支持多業務，做到了業務融合。為了有效地支持用戶業務，MSTP引入了新的技術特點。傳統的SDH設備沒有數據業務接入功能。有一些傳統的SDH設備增加了數據接口，也是通過適配到E1、E3等電路形式提供的。數據業務經過多級適配效率低下。多業務平臺SDH直接將數據業務映射至SDH容器，減少了中間的協議速率適配，提高了帶寬利用率。
　　
　　 　　擬議中的MSTP標準給出了多業務SDH節點的基本功能模型，如圖1所示。在以太網業務的接入方式上，根據是否實現了圖中的可選功能，存在著兩種不同設備，一種只提供點到點適配，我們簡稱為MSTP-PP，另一種則提供綜合交換功能，簡稱為MSTP-IS。需要指出，僅僅將數據業務映射至SDH容器或級連容器，而不提供數據包交換能力的MSTP設備，雖然與通過E1、E3等接口適配相比，結構形式有所簡化，帶寬利用率和靈活性也有所提高，但是在本質上仍然只提供點到點的數據通道，并不能夠充分利用數據業務的突發性特點，真正以統計復用的方式共享傳輸帶寬；而在端口數量和數據網絡的拓撲結構上，則與通過接口適配方式相比并無任何改進。我們在下一節中對兩種不同功能的節點作出詳細比較。
　　
　　
　　
　　 圖 1 多業務SDH節點的基本功能模型（*為可選功能）
　　
　　 　　通常，以太網幀通過LAPS的適配進入SDH的容器，然后通過SDH與其他業務一起在光纖上傳送。LAPS協議是HDLC的另一種類型。它以字節流的形式傳送，以0x7e作為幀的開始與結束。由于0x7e被作為了特殊用途，所以對于數據負荷中的字節(0x7e),(0x7d)將其分別轉義變換為雙字節(0x7d,0x5e),(0x7d,0x5d)以保證數據傳輸的正確性。LAPS在HDLC的基礎上還增加了地址與控制字節。HDLC作為廣泛使用的數據鏈路層協議，它的優點是定界簡單，只要查找0x7e字節就可以。但是，它也存在著一些問題。由于它的定界過于簡單，只是通過0x7e一個字節就決定了，當傳輸出現誤碼時很容易造成虛假定界符0x7e，從而產生一串突發誤碼，造成幀尾CRC無法檢測出錯誤，產生錯幀。這樣嚴重的后果甚至只需要單比特誤碼就可能發生。因此，它的可靠性不高。另一方面，HDLC采用了轉義符，造成帶寬增加。平均而言，大約增加1％。雖然不多，但是由于它是根據所傳送的負荷數據進行轉義的，所以它的帶寬增加是隨機的，無法控制，在最壞情況下帶寬增加可以達到100%。這對于穩定傳輸顯然會造成影響。另外，由于它的隨機性，不利于高速數據包的處理。最近發展起來的通用定幀法，即Generic Framing Procedure（GFP），則是一種更為有效的適配協議，具有易于高速處理，效率高，誤碼擴展小，無隨機帶寬代價等特點。采用GFP適配協議的MSTP比傳統的基于LAPS協議的系統具有更好的性能。關于GFP，我們將另文介紹。
　　
　　 MSTP-PP與MSTP-IS的比較
　　
　　 　　SDH最大的競爭力在于它已經大量鋪設，能夠很直接并迅速地為運營商提供卓越的5個9的(99.999%)服務可用性和端到端的良好的管理特性。不幸的是，傳統的SDH解決方案不能很好地適應現代包交換系統的靈活性和有效性。運營商不得不使用基于TDM的解決方案來滿足數據業務的需要，這對運營商的業務發展模式造成了嚴重的制約。并且這種嚴格的，基于電路的架構不能提供簡單靈活和可擴展的服務。
　　
　　 　　前面介紹的LAPS與GFP解決了SDH傳送數據包的問題，但是它們是一個點到點的協議，使得PoS的網絡功能只能通過IP層的路由完成，而PoS僅僅提供了一個傳輸管道的作用。目前運營商已經建設的采用SDH來承載數據業務的網絡通常是通過PoS將數據包映射到SDH的VC內，該方式實際上是在使用基于傳輸設備的一種點到點的“專線”，要求預先確定帶寬，大多數業務量以E1、E3、STM-1/4的粒度以專用“管道”形式進入網絡，這種狀況是從傳統時分復用（TDM）系統中繼承的，因此帶寬利用效率低。很多研究表明專線的平均利用率不超過50％，由于業務量的快速增加，光纖路由必定會被耗盡。因此，在城域網中選擇這種方式就意味著選擇不斷進行昂貴的擴容。不僅如此，如果SDH僅僅提供點對點專線，則局端數據業務端口數目與用戶數相同，占有不少資源，不便于管理，很難靈活調度。
　　
　　 　　綜合交換能力就是在SDH多業務平臺上不僅提供電路交叉連接能力，而且提供實用的數據復用與交換能力。在這一點上SDH不再是簡單地為數據包提供一個標準TDM通道，而是將各數據包流從網絡應用角度處理后再送入SDH通道。將整個城域網處理成一個或多個受控的“分布式PoS交換結構”，則能夠大大提高SDH承載數據業務的效率，降低網絡建設的成本，提高SDH的承載能力與靈活性等，是一種包和SDH體制相融合的概念。
　　
　　 　　綜合交換能力是SDH多業務平臺的一項重要指標。在歷史上，傳送網只涉及客戶層信號的傳送、復用等，通常不含交換，只具備較低的智能。SDH多業務平臺是傳送與業務的融合，引入交換的概念不僅是十幾年來SDH傳送網概念的重大歷史突破，也是SDH傳送網技術的一次重大突破，它使得SDH具備了自動選路和更高的智能。
　　
　　 　　下面以一個雙纖單向環形網來計算MSTP-IS對于MSTP-PP的帶寬的統計增益，網絡拓樸如圖二所示，由N個節點組成的環狀網，第一種配置由N個MSTP-PP節點和一個以太網交換機構建，數據交換由以太網交換機完成。以太網交換機與節點0相連，1至N-1號的每個節點各自通過VC12級聯的雙向通路與0號節點的以太網交換機相連，假設所有VC12的速率總和為M。在整個網絡中，共有N-1條點到點通道。第二種配置由N個MSTP-IS節點構建，交換由MSTP-IS節點完成，在環狀光纖中配置一條速率為M的VC3或VC3級聯用于傳輸以太網包。
　　
　　
　　
　　 圖 2 N個節點的二纖單向復用段保護環
　　
　　 　　假設當業務需求均勻分布，指每個節點到其它所有節點的數據流的速率是相同的，以及所有節點產生的數據流速率是相同的，共N*(N-1)個業務流�？梢杂嬎愠鲈趦煞N配置中，每個業務流的均勻業務量與及最大業務量（其它節點處于空閑時的業務量）如表一所示
　　
　　
　　
　　 表 1 兩種MSTP的可利用帶寬比較
　　
　　 　從表一看出，MSTP-IS由于有統計復用功能，在業務量均勻分布時可利用帶寬有2(N-1)/N的復用增益，而最大可利用帶寬有N-1倍的增益，帶寬復用增益隨著節點數的增大而增大。
　　
　　 圖三列出了當各業務流共享一條155M的雙纖單向環形網時, 各業務流在均勻分布時的可利用帶寬及最大可利用帶寬與節點數的關系。
　　
　　
　　
　　 圖3 155M環網各流在均勻分布時的可利用帶寬及最大可利用帶寬與節點數的關系
　　
　　 　　綜合各種因素，MSTP-IS與MSTP-PP比較，有下述幾個特點：
　　
　　 　　第一、 統計復用光纖帶寬，能提高鏈路利用率。
　　
　　 　　第二、 能使用邏輯上的環形網絡拓樸結構。MSTP-PP在邏輯結構上仍然是一個星形結構，而MSTP-IS在上例中為環形結構，由環形結構拓樸可知當業務非均

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