新型城域网MSTP的关键技术

国电信北京研究院技术部主任 张成良
　　在目前城域传送网的建设中，有一些概念值得探讨，特别是城域传送网与过去本地传输网的关系、城域传送网与城域数据网的关系。目前宣传比较多的是第三代MSTP更是让人摸不着头脑。本文将对城域传送网与现有传输网关系和MSTP新功能进行讨论，特别是对于新型MSTP几项关键技术如虚级联、LCAS、RPR功能的实现应用环境进行探讨。

　　城域传送网与城市传输网

　　对于已经拥有庞大城市传输网的运营商(例如中国电信)，城域传送网已不是一个新的概念.而城域网建设应该理解为在新引入传输设备采用新一代MSTP(而不是传统SDH)，对原来SDH进行扩容时增加数据处理功能，例如引入支持数据功能的支路板卡，以便在一个传输平台上同时支持TDM和数据的传输。

　　在建设过程中，新建设的MSTP(或者对原来SDH数据处理板卡扩展)应与原来SDH系统统一到一个管理平台内，基于SDH多业务传送节点是一种新型SDH，它的核心处理依然基于SDH VC通道的，只是外围增加了以太网处理和一些新功能，网管系统与原来的SDH是后向兼容的。

　　新型MSTP关键技术

　　目前有些制造商称新型MSTP为所谓“第三代MSTP”，其实很不科学。MSTP是一种快速发展的技术，从2001年以来已经出现了几个版本，并没有一个十分稳定的我们可以称为“一代产品”的版本。而且在2001年国内行业标准《基于SDH多业务传送节点技术要求》中已经包含了“第一代”和“第二代”应用，两者之间的差别在于在二层交换的支持。而目前新型MSTP只是在以前基础上增加了一些新功能，特别是链路容量自动调整(LCAS)机制、以太环网带宽公平接入和拥塞控制等。下面我们将具体讨论其实现机制和应用。

　　虚级联和LCAS功能

　　虚级联和LCAS是衡量MSTP带宽是否有效利用的重要指标。虚级联实现了带宽动态调整，通过虚级联实现业务带宽和SDH虚容器之间的适配，比连续级联更好地利用SDH链路带宽，提高了传送效率；LCAS可以根据业务流量对所分配的虚容器带宽进行动态调整，而且在这个调整过程中不会对数据传送性能造成影响。

　　在SDH网络中，虚级联实现相对简单，最重要的是参与虚级联VC容器序列号SQ的传送，以保证系统在末端能够将传送信号的VC重新排队重组。而在LCAS更多地是实现双向通信的控制信息的传送，如CTRL、MST等。虚级联和LCAS功能实现都是通过同一个字节实现的。在VC-3/VC-4采用的是H4字节(H4是通道开销字节)。其构成两重复帧，第一重复帧由16帧组成，第二重复帧长256。要完成一组VCG(虚级联组)控制信息的传输，需要1复帧16帧，也就是2ms时间，一个VCG最多由256个VC组成。

　　在低阶VC-12中，LCAS实现是通过K4字节中的比特2来实现的，其中比特1来传送信号标识，也就是VC-12承载的信号类型。比特2传送虚级联序号和LCAS控制信号。其中K4是4帧的复帧结构，也就是每隔500us出现一次。LCAS控制信息是K4的32复幀构成。完成一组LCAS信息单向传送需要4*125us*32=16ms。

　　LCAS确保了工作在虚级联状态下的SDH通路，在一个或几个VC通路出现故障时，数据传输能够保持正常。一般说通过网管增加或者删除虚级联组中成员时，系统可以实现“不丢包”，即平滑增减；对于因为“断纤”或者“告警”等原因导致的删除“虚级联组成员时，有少量丢包，这是由于突发的系统故障反馈必须从业务末端到首端，再从首端到末端，有一个LCAS信息传送和系统调整过程，一般需要几十ms或者更多。其中VC-3/4虚级联组对业务的影响小一些，VC-12虚级联组业务受损时间长一些，因为要传输同样的LCAS控制信息内容，需要VC-12复幀长度更长。

　　以太环网和RPR功能

　　以太环网有几个重要特点：一是必须能够实现环上各节点共享环上带宽，并可实现公平的使用;二是实现基于环上业务的保护；三是可以实现业务优先级和的处理，以开展以太网租用线业务。目前实现以太环网功能，主要有两种方式:一种是基于二层交换方式予以实现，一种是通过内嵌的RPR环网实现。

　　* 基于二层方式的环网功能

　　基于二层交换可以实现业务优先级和一定的带宽控制功能。一般是通过对IEEE 802 1p帧格式信号的处理实现。另外可以基于端口或VLAN设置速率限制(如最小保证带宽和最大带宽)，这样就使系统有了一定带宽控制机制，对于环上富裕的带宽通过竞争接入。如果系统支持基于VLAN的多生成树协议，多个VLAN生成树在一个环上，可以有效利用被单生成树禁用环段的带宽，结合COS业务分类，CIR和端口限速的技术，可以在一定程度上解决环网的带宽公平性。

　　在保护方面，除了支持传统的生成树协议外，还支持IEEE 802.1w快速生成树协议(RSTP)，快速生成树协议是生成树协议的改进，在原有功能的基础上提高了网络保护的性能。传统生成树倒换时间为42s，从发现链路断裂、数据中断到数据恢复至少需要三十多秒的时间，而快速生成树协议只需6～8秒的时间就可以将数据流切换到备份链路上。

　　基于二层交换实现的以太环网有比较大的局限性。从环网带宽利用看，并不能实现的带宽颗粒的灵活指配，同一等级的流量对带宽的竞争缺乏完善的公平算法。从业务优先级来看，对输入信号优先级划分只能按照百分比切割，并不科学，在保护上依赖于STP生成树，倒换速率比较慢，严格意义上二层实现的以太环网并不是真正的“分组环”。

　　* 基于RPR的环网功能

　　通过RPR模块实现以太环网是目前许多设备制造商的选择，RPR可以实现业务优先级处理和带宽的公平使用。内嵌RPR多占用VC-4或VC-4-4c(在10Gb/s=MSTP也可以为VC-4-16c)速率作为共享带宽，要实现共享颗粒越小，处理起来越复杂。

　　RPR模块利用环路RPR MAC技术，实现报文在目的节点被接收并从环路剥离，有效利用环网带宽。系统具有环网的带宽公平共享和优先级抢占功能。可以把不同802.1p值或TOS值的流量映射到RPR环网的不同服务类型中，进行优先级划分，同一优先级的流量可以公平共享环路带宽。支持对环路带宽的自动调整，当有新的流量产生时，各流量动态调整发送速率，达到公平共享带宽资源。接入的以太网业务映射到RPR MAC层时，可以采用IEEE802.17中定义的远程转发(Remote forwarding)方式，实现对IEEE 802.3 MAC帧的透明传送；并能够识别IEEE 802.1q规定的数据帧，根据VLAN信息转发/过滤数据帧；

　　内嵌式RPR支持拓扑自动发现和环网智能保护，针对数据业务提供小于50ms的快速分组环保护，可以保护由于节点失效或链路失效产生的故障。RPR保护倒换支持两种方式，Wrap保护倒换与Steering保护倒换，其中Wrap保护倒换时间短一些。RPR技术还可实现VLAN地址扩展和重用，突破传统以太网二层交换的4，096个地址的限制，从而适应电信级城域公网应用。即使在相同的VLAN ID的情况下，仍能够区分不同用户的业务流，实现双VLAN标签的强大功能，以区分运营商和用户自定义的VLAN标签。

　　RPR功能并不排斥二层交换功能。有些厂商设备只支持RPR功能，而没有二层处理。这样可能会影响RPR功能的发挥，特别是对业务Q0S支持。如果没有二层处理的话，就无法识别Incoming输入信号的IEEE 802.1p幀结构，对输入信号的等级无法区分，系统只能实现基于端口的QoS。另外也无法实现对VLAN标识识别，无法完成基于VLAN的许多功能，如速率限制、带宽共享等。

　　RPR与SDH保护功能的协调工作

　　内嵌RPR模块的MSTP必须实现RPR和SDH复用段两重保护的协调工作。当光纤切断时，一般SDH复用段保护功能会启用，这时RPR保护功能是否还有用，这是一个值得探讨的问题。对于该情形有两种解决方案，一种是参与RPR传输的VC时隙进行SDH复用段保护，这时可以不需要RPR保护功能(也就是将RPR保护功能冻结disable)。参与RPR传输的VC时隙与传送话音SDH时隙不同的是在备用时隙中也传输数据，而不是将备用时隙空闲用来保护。由于空闲时隙中传送了业务，在SDH进行保护倒换时对业务影响有可能超过50ms，系统倒换后，RPR系统工作在类似”Wrap“状态下。

　　第二种是参与RPR传输VC时隙不进行SDH复用段保护，只进行RPR保护，但这需要对SDH复用段保护环进行特殊的设置，使这些时隙不参与SDH复用段保护环保护，但是一般来说SDH复用段保护的优先级比较高，传输系统是否有能力予以配置还需要观察。

　　RPR技术的保护功能更多地体现在单独应用上，例如集成在数据设备中，实现50ms的保护倒换，如果集成在SDH设备中，更多的应该体现在对带宽的公平处理、对信号QoS的支持、VLAN地址扩展上，保护功能不是很重要的一个技术元素。

　　新型MSTP还处于快速发展之中，其最重要的特点就是实现了带宽的公平使用、支持信号QoS的分级、动态调整带宽的LCAS三个方面，当然除了本文讨论的内嵌RPR环网功能外，也有厂商采用了MPLS来实现上述功能，并且可以保证与数据网络的互通。这些新技术的应用都是为了保证MSTP更好地完成对数据业务的处理和优化。

----《通信产业报》