关于MSTP的发展现状和趋势

MSTP的发展现状和趋势

广州市电信分公司 欧振猛 中国电信广州研发中心 郑国权 杨柳 　　一、MSTP的发展现状 　　从概念提出至今，MSTP经历了一个快速的发展过程：第一代MSTP出现在2000年前，主要是采用ML-PPP来进行数据封装，提供的物理接口主要是FE和POS；第二代MSTP出现于2001年和2002年之间，标准趋于统一，出现了PPP/LAPS/GFP等多种以太网帧/ATM信元 over SDH映射方式以及连续级联和虚级联方式，增加了二层交换的功能，支持了丰富的接口，包含POS、FE、GE、ATM155/622M等；第三代MSTP称为 Dynamic MSTP阶段，出现在2002~2003年，主要是在骨干环路上融入RPR技术以支持数据业务，用户接口方面基本没有太大的变化；第四代MSTP成为Intelligent MSTP阶段，将在2004年后出现，那时可以达到真正的ASON，实现VC-4/3/12-NC/V电路的自动路由配置、网络拓扑发现、自动邻居发现、电路租赁、带宽分配等智能化的城域传输业务。 　　目前MSTP主要处于第二代，部分厂家提供支持RPR功能支持数据业务的第三代产品。 　　中国通信标准协会于2002年发布了关于MSTP的行业标准，《基于SDH的多业务传送节点的技术要求》，编号：YD/T 1238-2002。同时，中国通信标准协会还制订了《基于SDH的多业务传送平台的测试方法》，以便在对厂家设备的入网验证，为多厂家互通性测试方面提供一个行业标准。 　　MSTP在支持TDM业务方面和传统SDH是一样的，目前可以支持点到点透传、多点汇聚、环路带宽共享。 　　对于点到点透传，MSTP支持VC12、VC3、VC4级别带宽配置，GE采用VC3/VC4映射，FE采用VC3/VC12映射，同时还对GE/FE提供流量控制。这种方式主要面向企业专线互联。 　　对于多点汇聚，中心节点内置二层交换功能，支持IEEE802.1Q/1P、IEEE802.1d、IEEE802.3x、MAC地址学习功能等，支持VC12、VC3、VC4级别带宽配置，主要应用在Internet接入或企业专线接入。 　　对于环路带宽共享，链路容量调整机制（LCAS：Link Capacity Adjustment Scheme）支持VC12、VC3、VC4级别带宽动态配置，并在二层交换中支持FSTP、802.1Q/1P。可以提供给普通用户进行Internet访问，具有充分利用带宽资源和数据业务保护功能。 二、MSTP的关键技术 　　传统的SDH网络采用64kbit/s、n×64kbit/s、2Mbit/s、34Mbit/s和155Mbit/s电路开展话音业务、TDM专线业务和图像传输业务。MSTP需要在原来SDH设备上插入ATM、Ethernet处理单元，并升级系统软件，然后就能提供Ethernet透传、L2交换、灵活的VLAN划分、全双工流量控制、优先级控制、Ethernet带宽共享等功能。 　　DSLAM和未来3G的业务需在原有SDH设备上增加ATM处理单元，就可以提供ATM VP/VC交换、1:N业务收敛、VP-Ring保护等功能。此外，MSTP可以利用ATM PVC功能开展ATM专线业务。所有业务，包括TDM、Ethernet和ATM，都可以共享SDH的保护制式。　　从MSTP的体系结构来看，最关键的技术有以下三项：映射方式、级联方式和链路容量调整机制。 1．映射方式 　　 目前有以下三种映射方案，它们的优点和缺点比较如表1所示。 (1) 通过点到点协议PPP将以太网数据帧转换成HDLC帧结构，然后映射到SDH的虚容器VC中，简称 POS。 (2) 将数据包转换成LAPS结构映射到SDH虚容器VC中，这是我们国家提出的IP over SDH提案，已被正式批准作为国际电联标准，其标准号为X.85/Y.1321 IP over SDH。 (3) 将数据包通过通用成帧过程（GFP：General Frame Process）的方式映射到SDH虚容器VC中。GFP是一种简单开放的数据业务封装技术，已被ITU定为SDH和OTN的标准封装协议G.7041，GFP 提供了一种通用的机制把高层客户端的数据流适配到光同步传输网络中。客户端的数据流可以是IP/PPP 、Ethernet MAC 帧、Fiber Channel、ESCON/SBCON 或者是其他固定速率的数据流。 　　表1 映射方案比较表 　　方案 标准 情况 优点 缺点 　　POS RFC 1619/1548/1549 成熟，支持多协议 PPP和SDH互操作效率低下 　　LAPS X.85/Y.1321 成熟，支持多协议，HDLC优化处理，效率高 需要解决互通性问题 　　GFP G.7041 标准化，封装效率高 标准比较新，厂家支持方式各异 2．级联方式 　　为了增强承载业务的灵活性，级联（Concatenation）技术在数据业务进入VC之前得到应用。级联分为连续（Continuous)级联或虚（Virtual）级联两种。 　　连续级联技术是将n个VC-12捆绑在一起形成一个整体VC-12-n，在VC-12-n所支持的净负荷C-12-n中建立一个LAPS（或HDLC）链路在SDH网中传送。当n个VC-12连续排列时为连续级联，通常以VC-12-n中第一个VC-12的POH作为级联后整体的POH，其缺点是n个VC-12必须地址相邻，带宽分配不灵活。 　　虚级联技术可以被看成是把多个小的容器通过指针操作级联起来，并组装成为一个比较大的容器来传输数据业务。这种技术可以级联从VC-12 到VC-4 等不同速率的容器，用小的容器级联可以做到非常小颗粒的带宽调节。 　　虚级联方式无需VC-X相邻，仅需通道终端设备提供级联功能即可。这种方式需要通道业务起始端和终止端各增加相应处理功能，接收端需引入一个缓存器以容纳额外的时延。 　　以100M带宽为例，对于连续级联，需要用一个VC-4来容纳，利用率为100M/150M＝67％；如果采用虚级联技术，则采用两个VC-3来容纳，那么利用率为100M/(50M*2)=100%。而且虚级联还可以充分利用各个分离的VC来进行数据容纳，可以更高提供链路的利用率。虚级联技术已经成为ITU G.707的国际标准。具体的各个不同速率的利用率见表2。 　　表2 连续级联和虚级联效率比较表 　　速率 连续级联 虚级联 　　10Mbps VC-3 (20%) VC-12-5v (92%) 　　100Mbps VC-4 (67%) VC-3-2v (100%) 　　200Mbps VC-4-4c (33%) VC-3-4v (100%) 　　1Gbps VC-4-16c (42%) VC-4-7v (95%) 3．LCAS 　　LCAS称为链路容量调整规程，它是基于虚级联的链路容量的自动调整策略。LCAS 是利用通道开销POH来实现协议的双向通信，调整原因可以是链路状态发生变化（失效），或者配置发生变化。LCAS易于按照需求进行动态带宽调整，例如可以对一天或者一星期中的不同时间段配置不同的带宽。当一部分成员失效时，保持正常的成员仍能传输数据。当失效的成员被修复时，能够自动地恢复虚级联组的带宽，从而远快于手动配置。在调整带宽时只是由于检测失效条件的时间造成毫秒级的误码，不会明显性中断业务。 　　LCAS主要是面向动态带宽共享性业务，可以充分提高链路利用率，和RPR的工作机制有异曲同工之处，这是一种重要的技术，在很大程度上既提高了传统SDH环路带宽利用率不高的缺点，又可以为数据业务提供电信接别的保护。 　　LCAS除了基本的G.7041标准支持之外，G.7042 还为LCAS支持动态带宽交换提供国际标准。LCAS直接影响到第三代MSTP技术的发展。 三、MSTP的技术走向 　　MSTP将在目前第二代的基础上向第三代、第四代发展，引入RPR功能，将RPR技术与SDH技术相结合，向第三代MSTP发展。其实这只是一个准第三代的概念，因为并非采用RPR来承载所有的TDM流量和数据流量，在原来SDH承载TDM流量的基础上，将承载数据流量的SDH机制改为RPR机制。对于一个SDH环网，一些VC通道承载TDM业务，另外一些通道则承载RPR数据业务。当光纤切断时，承载TDM业务的VC通道进行复用段环倒换，而承载数据业务的通道则进行2层的RPR保护。 　　第四代的MSTP则是引入ASON功能、MEF UNI增加自动交换传送ASTN的控制平面，实现自动路由配置、网络拓扑发现、自动邻居发现、全网带宽动态分配等智能化城域传输。同时MSTP在支持基本的以太网技术上，还将支持数据网络的新技术标准，比如STACK VLAN、IETF GMPLS信令以及扩展等。 　　在提高数据传输效率方面也将不断改善，对于当前的数据通信来看，数据包长度呈现下降趋势，短包比率越来越高，而数据包是通过PPP/LAPS/GFP第一层次封装，然后再通过SDH第二层次封装。数据包越短，封装效率越低，系统处理负荷越重，因此在提高MSTP设备处理数据短包方面也将不断得到解决。 四、兼容性讨论 　　MSTP网络具有众多的优点。如何和现有网络有效融合是传统电信运营商必须考虑的问题，从MSTP和SDH、IP城域网、ATM数据网的关系来看，真正融合和大规模使用MSTP仍有待时日。 　　传传统的电信运营商，早期主要以经营话音业务为主，SDH传输网已成规模，ATM数据网提供了数据专线等。2000年以来，随着数据网络建设的升温，IP城域网又出现了，因此在传统电信运营商方面，现存的SDH网络、ATM数据网、IP城域网等多种网络需要保护投资，而MSTP必须在寻找到和现有网络融合的合理切入点之后，才能进行大规模商用。 　　传统SDH网络的理想状态是直接平滑升级到MSTP，但从实际的测试结果来看，传统的SDH网络要全面地升级到MSTP网络，仍然有很长的一段路要走。 　　首先，并非所有的SDH设备都能升级到MSTP设备，部分设备由于背板交换容量不够，比如有些SDH设备背板交换容量是155Mbps，像此类SDH设备由于背板容量的限制根本就无法直接升级。另外在满足背板交换容量要求的条件下，由于设计方面的因素，只有某些型号的SDH设备才可以进行MSTP升级。 　　其次，在进行MSTP升级中，需要插入相应的数据处理板卡，并需要进行升级系统软件。 　　最后，现有的SDH网管系统也需要进行升级，才能有效管理MSTP设备。 　　MSTP如何有效切入现有网络是需要重点考虑。目前的网络技术还不能在单一的网络上承载所有业务，IP网络离可管理、可运营的电信级别还有相当的差距。因此，新兴的电信运营商也需要考虑建设承载不同业务的不同网络，只是可以充分利用新技术来实现接入的综合。比如选择MSTP，以实现E1/IP/ATM等综合接入，新兴运营商在节省光缆资源、加快业务部署、业务整合包装等方面都会占上先机。 五、结论 　　MSTP通过TDM技术来承载IP、ATM数据业务，在时延、速率控制方面可以完成得很好，从而达到数据业务的电信级QoS。 　　城域网一般分为核心层、汇聚层和接入层。从MSTP的特征来看，应该定位在城域网络的接入层面，部分实现汇聚层面的功能。 　　MSTP适合于低速率数据业务高效传输，而不适合高速数据业务使用场合，比如考虑一个2.5G的SDH环路，对于E1而言，这是一个很高的速率，可以容纳多达1008个的E1接入。但是对于FE/GE而言，2.5G的带宽轻而易举就可以被占满。10G的环路同样无法有效解决这个问题。 　　从目前城域网数据业务的特征来看，基本上属于低速率、多端口类型。大量的数据用户通过以太网E/FE接入，或是组成×××、或是直接宽带上网。在大部分的使用时间内，数据流量都比较小，链路带宽的利用率经常在20%以下，而且还存在一种普遍现象：用户端口速率越高，链路带宽的利用率就越低。 　　这种用户流量的特征和目前以IP/以太网为主要技术组成的网络存在一定的矛盾，以太网端口速率比较高，以E/FE/GE进行分布，作为接入层面的以太网交换机的端口数量基本在64以下，从这个角度来看，造成以太网端口利用率低下，以太网端口容易被快速占满。 　　从总体上来说，MSTP不会替代IP城域网，它是对IP城域网的优化，不是完全代替IP城域网。MSTP是一种优秀的综合接入设备，对于IP城域网的接入是一种有效的补充手段