MSTP的發展現狀和趨勢
| 中國電信廣州研發中心 鄭國權 楊柳 一、MSTP的發展現狀 從概念提出至今，MSTP經歷了一個快速的發展過程：第一代MSTP出現在2000年前，主要是採用ML-PPP來進行數據封裝，提供的物理接口主要是FE和POS；第二代MSTP出現於2001年和2002年之間，標準趨於統一，出現了PPP/LAPS/GFP等多種以太網幀/ATM信元 over SDH映射方式以及連續級聯和虛級聯方式，增加了二層交換的功能，支持了豐富的接口，包含POS、FE、GE、ATM155/622M等；第三代MSTP稱爲 Dynamic MSTP階段，出現在2002~2003年，主要是在骨幹環路上融入RPR技術以支持數據業務，用戶接口方面基本沒有太大的變化；第四代MSTP成爲Intelligent MSTP階段，將在2004年後出現，那時可以達到真正的ASON，實現VC-4/3/12-NC/V電路的自動路由配置、網絡拓撲發現、自動鄰居發現、電路租賃、帶寬分配等智能化的城域傳輸業務。 目前MSTP主要處於第二代，部分廠家提供支持RPR功能支持數據業務的第三代產品。 中國通信標準協會於2002年發佈了關於MSTP的行業標準，《基於SDH的多業務傳送節點的技術要求》，編號：YD/T 1238-2002。同時，中國通信標準協會還制訂了《基於SDH的多業務傳送平臺的測試方法》，以便在對廠家設備的入網驗證，爲多廠家互通性測試方面提供一個行業標準。 MSTP在支持TDM業務方面和傳統SDH是一樣的，目前可以支持點到點透傳、多點匯聚、環路帶寬共享。 對於點到點透傳，MSTP支持VC12、VC3、VC4級別帶寬配置，GE採用VC3/VC4映射，FE採用VC3/VC12映射，同時還對GE/FE提供流量控制。這種方式主要面向企業專線互聯。 對於多點匯聚，中心節點內置二層交換功能，支持IEEE802.1Q/1P、IEEE802.1d、IEEE802.3x、MAC地址學習功能等，支持VC12、VC3、VC4級別帶寬配置，主要應用在Internet接入或企業專線接入。 對於環路帶寬共享，鏈路容量調整機制（LCAS：Link Capacity Adjustment Scheme）支持VC12、VC3、VC4級別帶寬動態配置，並在二層交換中支持FSTP、802.1Q/1P。可以提供給普通用戶進行Internet訪問，具有充分利用帶寬資源和數據業務保護功能。 二、MSTP的關鍵技術 傳統的SDH網絡採用64kbit/s、n×64kbit/s、2Mbit/s、34Mbit/s和155Mbit/s電路開展話音業務、TDM專線業務和圖像傳輸業務。MSTP需要在原來SDH設備上插入ATM、Ethernet處理單元，並升級系統軟件，然後就能提供Ethernet透傳、L2交換、靈活的VLAN劃分、全雙工流量控制、優先級控制、Ethernet帶寬共享等功能。 DSLAM和未來3G的業務需在原有SDH設備上增加ATM處理單元，就可以提供ATM VP/VC交換、1:N業務收斂、VP-Ring保護等功能。此外，MSTP可以利用ATM PVC功能開展ATM專線業務。所有業務，包括TDM、Ethernet和ATM，都可以共享SDH的保護制式。 從MSTP的體系結構來看，最關鍵的技術有以下三項：映射方式、級聯方式和鏈路容量調整機制。 1．映射方式 目前有以下三種映射方案，它們的優點和缺點比較如表1所示。 (1) 通過點到點協議PPP將以太網數據幀轉換成HDLC幀結構，然後映射到SDH的虛容器VC中，簡稱 POS。 (2) 將數據包轉換成LAPS結構映射到SDH虛容器VC中，這是我們國家提出的IP over SDH提案，已被正式批准作爲國際電聯標準，其標準號爲X.85/Y.1321 IP over SDH。 (3) 將數據包通過通用成幀過程（GFP：General Frame Process）的方式映射到SDH虛容器VC中。GFP是一種簡單開放的數據業務封裝技術，已被ITU定爲SDH和OTN的標準封裝協議G.7041，GFP 提供了一種通用的機制把高層客戶端的數據流適配到光同步傳輸網絡中。客戶端的數據流可以是IP/PPP 、Ethernet MAC 幀、Fiber Channel、ESCON/SBCON 或者是其他固定速率的數據流。 表1 映射方案比較表 方案 標準 情況 優點 缺點 POS RFC 1619/1548/1549 成熟，支持多協議 PPP和SDH互操作效率低下 LAPS X.85/Y.1321 成熟，支持多協議，HDLC優化處理，效率高 需要解決互通性問題 GFP G.7041 標準化，封裝效率高 標準比較新，廠家支持方式各異 2．級聯方式 爲了增強承載業務的靈活性，級聯（Concatenation）技術在數據業務進入VC之前得到應用。級聯分爲連續（Continuous)級聯或虛（Virtual）級聯兩種。 連續級聯技術是將n個VC-12捆綁在一起形成一個整體VC-12-n，在VC-12-n所支持的淨負荷C-12-n中建立一個LAPS（或HDLC）鏈路在SDH網中傳送。當n個VC-12連續排列時爲連續級聯，通常以VC-12-n中第一個VC-12的POH作爲級聯後整體的POH，其缺點是n個VC-12必須地址相鄰，帶寬分配不靈活。 虛級聯技術可以被看成是把多個小的容器通過指針操作級聯起來，並組裝成爲一個比較大的容器來傳輸數據業務。這種技術可以級聯從VC-12 到VC-4 等不同速率的容器，用小的容器級聯可以做到非常小顆粒的帶寬調節。 虛級聯方式無需VC-X相鄰，僅需通道終端設備提供級聯功能即可。這種方式需要通道業務起始端和終止端各增加相應處理功能，接收端需引入一個緩存器以容納額外的時延。 以100M帶寬爲例，對於連續級聯，需要用一個VC-4來容納，利用率爲100M/150M＝67％；如果採用虛級聯技術，則採用兩個VC-3來容納，那麼利用率爲100M/(50M*2)=100%。而且虛級聯還可以充分利用各個分離的VC來進行數據容納，可以更高提供鏈路的利用率。虛級聯技術已經成爲ITU G.707的國際標準。具體的各個不同速率的利用率見表2。 表2 連續級聯和虛級聯效率比較表 速率 連續級聯 虛級聯 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稱爲鏈路容量調整規程，它是基於虛級聯的鏈路容量的自動調整策略。LCAS 是利用通道開銷POH來實現協議的雙向通信，調整原因可以是鏈路狀態發生變化（失效），或者配置發生變化。LCAS易於按照需求進行動態帶寬調整，例如可以對一天或者一星期中的不同時間段配置不同的帶寬。當一部分成員失效時，保持正常的成員仍能傳輸數據。當失效的成員被修復時，能夠自動地恢復虛級聯組的帶寬，從而遠快於手動配置。在調整帶寬時只是由於檢測失效條件的時間造成毫秒級的誤碼，不會明顯性中斷業務。 LCAS主要是面向動態帶寬共享性業務，可以充分提高鏈路利用率，和RPR的工作機制有異曲同工之處，這是一種重要的技術，在很大程度上既提高了傳統SDH環路帶寬利用率不高的缺點，又可以爲數據業務提供電信接別的保護。 LCAS除了基本的G.7041標準支持之外，G.7042 還爲LCAS支持動態帶寬交換提供國際標準。LCAS直接影響到第三代MSTP技術的發展。 三、MSTP的技術走向 MSTP將在目前第二代的基礎上向第三代、第四代發展，引入RPR功能，將RPR技術與SDH技術相結合，向第三代MSTP發展。其實這只是一個準第三代的概念，因爲並非採用RPR來承載所有的TDM流量和數據流量，在原來SDH承載TDM流量的基礎上，將承載數據流量的SDH機制改爲RPR機制。對於一個SDH環網，一些VC通道承載TDM業務，另外一些通道則承載RPR數據業務。當光纖切斷時，承載TDM業務的VC通道進行復用段環倒換，而承載數據業務的通道則進行2層的RPR保護。 第四代的MSTP則是引入ASON功能、MEF UNI增加自動交換傳送ASTN的控制平面，實現自動路由配置、網絡拓撲發現、自動鄰居發現、全網帶寬動態分配等智能化城域傳輸。同時MSTP在支持基本的以太網技術上，還將支持數據網絡的新技術標準，比如STACK VLAN、IETF GMPLS信令以及擴展等。 在提高數據傳輸效率方面也將不斷改善，對於當前的數據通信來看，數據包長度呈現下降趨勢，短包比率越來越高，而數據包是通過PPP/LAPS/GFP第一層次封裝，然後再通過SDH第二層次封裝。數據包越短，封裝效率越低，系統處理負荷越重，因此在提高MSTP設備處理數據短包方面也將不斷得到解決。 四、兼容性討論 MSTP網絡具有衆多的優點。如何和現有網絡有效融合是傳統電信運營商必須考慮的問題，從MSTP和SDH、IP城域網、ATM數據網的關係來看，真正融合和大規模使用MSTP仍有待時日。 傳傳統的電信運營商，早期主要以經營話音業務爲主，SDH傳輸網已成規模，ATM數據網提供了數據專線等。2000年以來，隨着數據網絡建設的升溫，IP城域網又出現了，因此在傳統電信運營商方面，現存的SDH網絡、ATM數據網、IP城域網等多種網絡需要保護投資，而MSTP必須在尋找到和現有網絡融合的合理切入點之後，才能進行大規模商用。 傳統SDH網絡的理想狀態是直接平滑升級到MSTP，但從實際的測試結果來看，傳統的SDH網絡要全面地升級到MSTP網絡，仍然有很長的一段路要走。 首先，並非所有的SDH設備都能升級到MSTP設備，部分設備由於背板交換容量不夠，比如有些SDH設備背板交換容量是155Mbps，像此類SDH設備由於背板容量的限制根本就無法直接升級。另外在滿足背板交換容量要求的條件下，由於設計方面的因素，只有某些型號的SDH設備纔可以進行MSTP升級。 其次，在進行MSTP升級中，需要插入相應的數據處理板卡，並需要進行升級系統軟件。 最後，現有的SDH網管系統也需要進行升級，纔能有效管理MSTP設備。 MSTP如何有效切入現有網絡是需要重點考慮。目前的網絡技術還不能在單一的網絡上承載所有業務，IP網絡離可管理、可運營的電信級別還有相當的差距。因此，新興的電信運營商也需要考慮建設承載不同業務的不同網絡，只是可以充分利用新技術來實現接入的綜合。比如選擇MSTP，以實現E1/IP/ATM等綜合接入，新興運營商在節省光纜資源、加快業務部署、業務整合包裝等方面都會佔上先機。 五、結論 MSTP通過TDM技術來承載IP、ATM數據業務，在時延、速率控制方面可以完成得很好，從而達到數據業務的電信級QoS。 城域網一般分爲核心層、匯聚層和接入層。從MSTP的特徵來看，應該定位在城域網絡的接入層面，部分實現匯聚層面的功能。 MSTP適合於低速率數據業務高效傳輸，而不適合高速數據業務使用場合，比如考慮一個2.5G的SDH環路，對於E1而言，這是一個很高的速率，可以容納多達1008個的E1接入。但是對於FE/GE而言，2.5G的帶寬輕而易舉就可以被佔滿。10G的環路同樣無法有效解決這個問題。 從目前城域網數據業務的特徵來看，基本上屬於低速率、多端口類型。大量的數據用戶通過以太網E/FE接入，或是組成***、或是直接寬帶上網。在大部分的使用時間內，數據流量都比較小，鏈路帶寬的利用率經常在20%以下，而且還存在一種普遍現象：用戶端口速率越高，鏈路帶寬的利用率就越低。 這種用戶流量的特徵和目前以IP/以太網爲主要技術組成的網絡存在一定的矛盾，以太網端口速率比較高，以E/FE/GE進行分佈，作爲接入層面的以太網交換機的端口數量基本在64以下，從這個角度來看，造成以太網端口利用率低下，以太網端口容易被快速佔滿。 從總體上來說，MSTP不會替代IP城域網，它是對IP城域網的優化，不是完全代替IP城域網。MSTP是一種優秀的綜合接入設備，對於IP城域網的接入是一種有效的補充手段 |