日期:2004-9-2 11:34:03 閱覽數:12356 次 文章來(lái)源: 《網(wǎng)絡(luò )通信世界》
[正文]
信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院 劉冊
摘要：MSTP作為一種新興的承載多種業(yè)務(wù)的SDH接入設備，在近幾年得到了快速發(fā)展和大量應用。本文對MSTP的發(fā)展過(guò)程進(jìn)行了闡述和分析，介紹了其中的關(guān)鍵技術(shù)和不同階段的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：SDH、MSTP、級聯(lián)、LCAS、RPR、MPLS
一、MSTP的引入
在以話(huà)音業(yè)務(wù)為主體的通信時(shí)代，SDH作為承載網(wǎng)，通過(guò)時(shí)隙映射和交叉連接功能以及端到端的質(zhì)量保證機制很好確保了話(huà)音業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性。然而，隨著(zhù)以包交換為傳送機制的IP數據業(yè)務(wù)的大幅度、高速發(fā)展，以時(shí)分交換為機制的SDH網(wǎng)絡(luò )很難在滿(mǎn)足話(huà)音業(yè)務(wù)的同時(shí)，再實(shí)現高效率的承載IP業(yè)務(wù)。摒棄SDH技術(shù)重新建設承載網(wǎng)還是引入一些新的技術(shù)對SDH進(jìn)行改造，將問(wèn)題解決在網(wǎng)絡(luò )的邊緣（接入端），使IP業(yè)務(wù)在SDH網(wǎng)絡(luò )中也能有良好的通過(guò)性，曾經(jīng)是業(yè)界人士討論的焦點(diǎn)。無(wú)疑，后者具有更大的操作價(jià)值，因為這不僅可以使現有的網(wǎng)絡(luò )資源得到更為合理的利用，而且SDH本身具有的一些特性也可以彌補以太網(wǎng)的一些不足，例如QoS問(wèn)題。于是MSTP的概念出現了，MSTP（Multi-Service Transport Platform）——基于SDH的多業(yè)務(wù)平臺（基于SDH的多業(yè)務(wù)節點(diǎn)），還有人稱(chēng)其為新一代的SDH?？傊?，它有別于傳統的SDH設備。從網(wǎng)絡(luò )定位上講，MSTP應處在網(wǎng)絡(luò )接入部分，用戶(hù)側——面向不同的業(yè)務(wù)接口，網(wǎng)絡(luò )側——面向SDH傳輸設備；形象的講，MSTP就象一個(gè)長(cháng)途客/貨樞紐站，如何有效的將客貨分離，按照不同的需求安全、快捷的運送到目的地，是其追求的目標。
二、第一代MSTP
最初的MSTP只是為了解決IP數據包在SDH上實(shí)現端到端的透傳，機理是將以太幀直接映射到SDH的容器（C）中。眾所周知，SDH的不同容器的凈荷裝載單元大小是固定的，如表1
表1 SDH凈荷裝載單元
C-11
1.600Mbit/s
C-12
2.176Mbit/s
C-2
6.784Mbit/s
C-3
48.384Mbit/s
C-4
149.760Mbit/s
C-4單元的級聯(lián)
C-4-4C
0.599Gbit/s
C-4-16C
2.396Gbit/s
C-4-64C
9.584Gbit/s
C-4-256C
38.338Gbit/s
從表1中不難看出，無(wú)論是10/100M Base-T還是GE(千兆以太網(wǎng))都很難理想的裝載到SDH的容器中。而且作為端到端的透傳機制，也無(wú)法實(shí)現流量控制、以太業(yè)務(wù)QoS、不同以太業(yè)務(wù)流的統計復用等功能，所以不具備任何商用價(jià)值。
針對以上問(wèn)題，如何實(shí)現SDH更有效的承載IP數據業(yè)務(wù)就是第一代MSTP要解決的。
1、 虛級聯(lián)技術(shù)的引入
要是能將VC單元級聯(lián)起來(lái)組成適合的裝載單元是一個(gè)有效的方法，例如將5個(gè)VC-12單元綁定即可以很好的承載10M以太業(yè)務(wù)。但新的問(wèn)題同時(shí)產(chǎn)生，如果將相臨的容器C級聯(lián)形成VC-n-Xn，其只具有一列POH指示比特，級聯(lián)后的裝載單元在整個(gè)傳輸過(guò)程中將不得不保持相同的路由和連續的帶寬，同時(shí)還要求途徑設備也必須支持級聯(lián)功能，確保整個(gè)級聯(lián)后的裝載單元端到端的傳輸。這無(wú)疑給長(cháng)距離傳輸提出了過(guò)高的要求，并不利于業(yè)務(wù)的實(shí)際發(fā)展。
虛級聯(lián)技術(shù)的引入使這個(gè)問(wèn)題得到了徹底的解決，它與相臨級聯(lián)技術(shù)不同之處在于：VC-n單元可分屬于不同的STM-N中，具有自己獨立的結構和相應的POH序列；通過(guò)虛級聯(lián)的復幀標示符（MFI）、序列標示符（SQ）加以標示（其屬于LCAS和VC控制幀），形成一個(gè)虛擬的大容器（VC-n-Xv）（或稱(chēng)為虛容器組）進(jìn)行傳輸。這樣每個(gè)獨自的VC-n作為虛容器組的不同成員，可以通過(guò)不同的路徑傳輸，只要在目的端匯聚即可，無(wú)須途徑設備提供級聯(lián)功能?；氐奖?可以發(fā)現，VC-n裝載單元從2M到140M不等，這就好比我們可以將人員編組，貨物打散裝到大大小小不同容量的汽車(chē)中，通過(guò)不同的公路運到目的地再通過(guò)組號/貨物編號重新集合。這種靈活的機制剛好可以最大限度的利用網(wǎng)絡(luò )帶寬。
2、 LCAS技術(shù)的引入
然而，虛級聯(lián)技術(shù)只是提供一個(gè)更為有效的組合裝載單元的可能方案，保證IP數據業(yè)務(wù)在SDH承載網(wǎng)上實(shí)現端到端的高效傳送還需要一種真正的管理機制。就象有了四通八達的公路，有了各式各樣的汽車(chē)，沒(méi)有一個(gè)好的調度站，依然無(wú)法形成一個(gè)良好的運輸體系一樣，關(guān)鍵的環(huán)節在于如何有效的管理和調配，特別是虛級聯(lián)不象相鄰級聯(lián)，虛容器VC-n可以屬于不同的STM-N中，存在著(zhù)各種各樣的組合方式，沒(méi)有一種良好的調配機制，后果將不堪想象。這就引入了LCAS技術(shù)（Link Capacity Adjustment Scheme）——鏈路容量調整機制。簡(jiǎn)單的說(shuō)，LCAS技術(shù)，就是建立在源和目的之間雙向往來(lái)的控制信息系統。這些控制信息可以根據需求，動(dòng)態(tài)的調整虛容器組中成員的個(gè)數，以此來(lái)實(shí)現對帶寬的實(shí)時(shí)管理；從而在保證承載業(yè)務(wù)質(zhì)量的同時(shí)，大大提高了網(wǎng)絡(luò )利用率。其幀結構如圖1
MFI
SQ
CTRL
GID
RS-AcK
MST
CRC
復幀標示符
序列標示符
控制命令域
組鑒別比特
返回序列確認比特
成員狀態(tài)碼
差錯校驗碼
VC（虛級聯(lián)）信息
LCAS信息
圖1 LCAS和VC控制幀結構
在高階虛級聯(lián)（VC-3/4）過(guò)程中LCAS和VC控制幀被H4字節中傳輸，在低階虛級聯(lián)（VC-12）采用K4字節傳輸LCAS和VC控制幀。
LCAS工作機理
虛級聯(lián)的建立/清除、成員的增加/減少是通過(guò)改變LCAS和VC控制幀中控制命令域里狀態(tài)字段中的指令，在源和目的間建立通信進(jìn)程來(lái)實(shí)現的。其中命令狀態(tài)包括：IDLE（空閑狀態(tài)）、NORM（正常狀態(tài)）、ADD（增加指令）、REMOVE（刪除指令）、EOS（結束狀態(tài)）、DNU（路徑失效狀態(tài)）。
至此，從整體技術(shù)角度講，虛級聯(lián)技術(shù)和LCAS機制使得SDH高效承載IP業(yè)務(wù)成為了可能，也就形成了具有實(shí)際應用價(jià)值的第一代MSTP，其功能結構見(jiàn)圖2。然而在細節上，為了使IP業(yè)務(wù)無(wú)縫的映射到VC容器中還存在一個(gè)不可或缺的過(guò)程——IP包的封裝，即圖2中紅色方框部分。封裝方式目前大致有以下三種：
HDLC（High Level Data Link Control）——高級數據鏈路控制
GFP（Generic Framing Procedure）——通用成幀規程(ITU- T標準號為G.7041)
LAPS（Link Access Procedure SDH）——在SDH上的鏈路接入規程協(xié)議幀(ITU- T標準號為X.86)
作為封裝方式，三種協(xié)議都有各自的特點(diǎn)，無(wú)可厚非，但就應用范圍來(lái)講GFP應用更為廣泛，其成幀方式也更有效一些，因為其采用類(lèi)似于A(yíng)TM信元的幀定界封裝方式，可以透明的封裝各種數據信號，具有良好的擴展性。
3、小結
MSTP設備的出現，促進(jìn)了SDH網(wǎng)絡(luò )的進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)其本身作為一種很有效的城域組網(wǎng)技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò )的接入段也發(fā)揮了重要的作用，特別是它秉承了SDH良好的質(zhì)量保證特性，大大提升了IP業(yè)務(wù)的可靠性。LCAS配合MAC層的流量控制功能，在網(wǎng)絡(luò )正常狀態(tài)下，人工增減虛容器組中的成員個(gè)數，不會(huì )使網(wǎng)絡(luò )造成IP業(yè)務(wù)丟包；即便當光接收端判斷光信號強度達不到光接收靈敏度（或斷纖故障）或誤碼率高于門(mén)限的時(shí)候，借助SDH本身所具有的保護倒換能力，系統也能在50ms內實(shí)現保護倒換，利用LCAS動(dòng)態(tài)帶寬調整機制和流量控制僅會(huì )造成少量丟包，不會(huì )影響業(yè)務(wù)正常進(jìn)行，這是以太網(wǎng)絡(luò )所不具備的。
一、現有MSTP技術(shù)——第二代MSTP
得益于MSTP高品質(zhì)的商用價(jià)值，也使MSTP技術(shù)本身得到了進(jìn)一步發(fā)展。
1、 RPR技術(shù)的引入
RPR（Resilient Packet Ring）彈性分組環(huán)，RPR工作于MAC層，它的出現是為了更好的解決在環(huán)狀拓撲結構上傳送數據流的問(wèn)題。眾所周知，環(huán)狀網(wǎng)絡(luò )與星型網(wǎng)絡(luò )、總線(xiàn)型網(wǎng)絡(luò )或樹(shù)型網(wǎng)絡(luò )比較，具有節約投入成本，便于管理等優(yōu)點(diǎn)。其實(shí)，早期的令牌環(huán)技術(shù)就是為了解決這個(gè)問(wèn)題。但在令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò )中數據包將漫游整個(gè)網(wǎng)絡(luò )，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)增加，網(wǎng)絡(luò )中的共享帶寬就會(huì )急劇下降，這就制約了它的發(fā)展。RPR技術(shù)很好的解決了這個(gè)問(wèn)題，在結構上它采用雙環(huán)結構，每?jì)蓚€(gè)相臨節點(diǎn)間都存在兩條物理路徑，保證了高可靠性；在傳送機制上它采用環(huán)路帶寬空間重用機制，單播數據可在環(huán)的不同部分同時(shí)傳送，這樣整個(gè)環(huán)的容量將被增加，從某種程度上緩解了因加入節點(diǎn)帶來(lái)的帶寬下降問(wèn)題；而在環(huán)的拓撲結構發(fā)生變化的時(shí)候，它具有網(wǎng)絡(luò )拓撲結構自動(dòng)發(fā)現、更新能力，可避免手工配置帶來(lái)的人為錯誤，便于管理和維護；另外，在帶寬管理方面，它采用帶寬動(dòng)態(tài)分配和統計復用原則，每個(gè)節點(diǎn)維護通過(guò)自身的數據負載量，并把相應數據發(fā)送給環(huán)上相臨節點(diǎn)，這樣其他節點(diǎn)根據這些信息就可以獲得在源節點(diǎn)上有多少可利用帶寬。還有一點(diǎn)要說(shuō)明的是，由于RPR采用雙環(huán)結構，單播數據在環(huán)上不同部分同時(shí)傳送，因此環(huán)上任意兩個(gè)節點(diǎn)間最大路由也僅為半個(gè)環(huán)，這樣大大減少了數據流在環(huán)上的運行過(guò)程；而它的網(wǎng)絡(luò )拓撲發(fā)現、更新能力是通過(guò)采用類(lèi)似OSPF（Open Shortest Path First）——開(kāi)放式最短路徑優(yōu)先的算法交換拓撲識別信息實(shí)現的，這樣可以有效的避免分組死循環(huán)，增加環(huán)路自愈能力，可謂一舉兩得。
將RPR引入MSTP，可以增加MSTP的健壯性，使MSTP的組網(wǎng)方式更為靈活。其關(guān)鍵特性是將以太網(wǎng)業(yè)務(wù)適配到RPR MAC層，然后在映射到SDH的VC通道中傳送。
現在，我們已經(jīng)可以在
http://www.RPRallinance.org網(wǎng)站上看到RPR在北美應用的商業(yè)范例，通過(guò)與傳統的SDH比較，其大大降低了接入成本。
2、MPLS技術(shù)的引入
MPLS（Multiprotocol Label Switching）多協(xié)議標簽交換
MPLS是一種結合三層路由、二層交換的數據傳送技術(shù)，基于標簽交換分組的機制，把路由選擇和數據轉發(fā)分開(kāi)，由標簽來(lái)規定一個(gè)分組通過(guò)網(wǎng)絡(luò )的路徑，實(shí)現了由面向無(wú)連接的IP業(yè)務(wù)到面向連接的標簽交換的轉變。
其技術(shù)特點(diǎn)主要體現在以下幾個(gè)部分：流量工程、負載均衡、故障恢復、路徑優(yōu)先級等。
其在以太網(wǎng)中的典型應用是基于MPLS的VPN，優(yōu)點(diǎn)是：可為用戶(hù)內部網(wǎng)提供無(wú)縫連接；可限制VPN路由信息的傳播，只在VPN成員內部采用MPLS前轉，保證安全性；通過(guò)嵌入二層MPLS技術(shù)，允許不同的用戶(hù)使用同樣的VLAN ID，擴展了VLAN的地址空間；并且能夠實(shí)現VPN內部的多級業(yè)務(wù)，建立VPN間不同的優(yōu)先級等。
筆者認為將MPLS引入MSTP除了能使MSTP具備MPLS以上的優(yōu)勢外，更為重要的是MSTP具有MPLS功能，將不需要在IP網(wǎng)絡(luò )的邊緣進(jìn)行添加標簽/去除標簽的過(guò)程，直接與具有標簽交換功能的核心路由器相連，實(shí)現真正意義的端到端標簽交換。
二、總結
在MSTP的演進(jìn)過(guò)程中，從最初的傳統SDH不能有效承載IP業(yè)務(wù)，到第一代MSTP能夠“勝任”承載IP業(yè)務(wù)，再到支持RPR、支持MPLS逐漸“健壯”的MSTP，都是以實(shí)際應用為推動(dòng)力的?？梢韵胂?，只要這種設備還有其存在的實(shí)用價(jià)值，就一定還會(huì )有其他功能或技術(shù)融入到MSTP中。但是，并不是功能越完善的網(wǎng)絡(luò )就越具有先進(jìn)性和競爭力，功能完善往往意味著(zhù)高額的投入，高復雜度的維護、管理，可以說(shuō)這就象一柄雙刃劍。所以，我們不希望看到MSTP最終成為一個(gè)“全能的鴨子”，而是希望它能形成一個(gè)不斷吸納新技術(shù)的開(kāi)放性的技術(shù)體系，使用戶(hù)有多種選擇方案。而真正投入到商業(yè)運行中可以根據實(shí)際情況選擇最為貼切的一部分，這樣才能保證MSTP的生存力。
另外，我們可以看到在網(wǎng)絡(luò )的接入部分存在著(zhù)太多的技術(shù)解決方案，有線(xiàn)接入有：城域以太網(wǎng)、MSTP、CWDM、XDSL等；無(wú)線(xiàn)接入有：3.5G、5.8、26G、點(diǎn)對點(diǎn)紅外傳輸設備等?？梢哉f(shuō)，為我們構造了一個(gè)全方位立體性的接入技術(shù)體系。但我們喊了多年的“最后一公里”問(wèn)題并沒(méi)有得到明顯的解決。所以很明顯，技術(shù)現在并不是主要問(wèn)題，而是我們應該為這些技術(shù)找到更好的應用點(diǎn)，使它們都能很好的發(fā)揮自己的作用，更好的為我們服務(wù)。
參考文獻：
ITU-T G.7070 Network node interface for the synchronous digital hierarchy (SDH)
ITU-T G.7042 Link capacity adjustment scheme (LCAS) for virtual concatenated signals
IEEE 802.17 Resilient packet ring access method and physical layer Specifications
YD/T 1162.1-2001 多協(xié)議標記交換（MPLS）總體技術(shù)要求
