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北京邮电大学 硕士学位论文 pwe3仿真atm信元透传业务的研究与实现 姓名：张力 申请学位级别：硕士 专业：信号与信息处理 指导教师：张惠民 20070301 北京邮电大学硕士学位论文p w e 3 仿真删信元透传业务的研究和实现 p w e 3 仿真a t m 信元透传业务的研究与实现 摘要 a t m 是历史悠久的多业务承载技术，在现有的网络中已经承载 很多重要的业务，是各运营商的可赢利业务的重要的承载网络。但是 传统a t m 网络的升级、扩展、互通的灵活性相对比较差。i p 网络本 身的可扩展、可升级性以及兼容能力非常强大，是运营商追求的终极 目标。而使用p w e 3 仿真a t m 信元透传业务是保持传统的可赢利业 务的同时向i p m p l s 骨干网过渡的一个很好的解决方案。 本文首先论述了p w e 3 这种仿真协议的实现原理。i e t f 的相关 工作组为p w e 3 的实现定义了相应的网络协议模型并规定了协议各 层应完成的功能，并对p w e 3 的实现细则作了详细的介绍。p 、e 3 是 以分组交换网络( p a c k ds w i t h c i n gn e t 、) l r o r k ，p s n ) 为承载网络的， p s n 网络可以是i p 或者m p l s 网络。在接下来的章节中，以m p l s 网络为承载网络介绍了使用l d p 协议扩展来实现p 、e 3 的实现细节。 在满足这些条件的基础上，介绍了p 、v e 3 仿真a t m 信元透传业务的 原理和实现，对a t m 信元透传的各种方式和业务分类都作了详尽的 介绍。除此之外，还对a t m 信元透传进行了深入的验证，其中包括 协议实现和业务实现功能等各个方面。 本文对p 、e 3 仿真a t m 信元透传业务的研究和实现，对运营 北京邮电大学硕士学位论文p w e 3 仿真删信元透传业务的研究和实现 商传统业务的保持和新业务的扩展提供了一个很好的过渡解决方案。 p 、e 3 作为一种新的网络协议，有丰富的扩展空间和研究价值，本文 对其扩展也有很多的借鉴意义。 关键词：p w e 3m p l sa t m信元透传v c c p c 北京邮电大学硕士学位论文p w e 3 仿真删信元透传业务的研究和实现 t h er e s e a r c ha n dr e a l i z a t i o no f p 、v e 3f o ra t mc e l lt r a n s f e r a b s t r a c t 舢t h em a i nb a c k b o mn e 哪o r ki nt h el a s tt 、) l r e n 妙y e 弱f o rt 1 1 ei s p ， a t mh 勰b c c nm cm a i nt e c h n o l o g yf o ra1 0 to fp r o f i 协b l es e n r i c e s i tc a n o f 矗玎鲫m c i e l l tq o sf o rt h et r a 币c ，b u t 1 et m d i t i o n a la t mn e 晰o r ki s d i 伍c u l tt 0b eu p 伊a d e d ，e x t 即d e da n di t sh a r dt oc o m m u n i c a t ew i t h o t l l e rn e “v o r ks e n ，i c 贸w i t ht h e d e v e l o p m e n to ft h ei p ，m p l s ， “e v e r y t h i n go v e r 口“ a n d “e v e r y t h i n gi si p ”b e c o m em o r ea n dm o r e i m p o r t 柚t t h ei pn e t 、) l ，o r kh a sg o o dc ) 【t e n s i o n ，u p g r a d ea n dc o m p a t i b l e a b i l i 劬s oi th a sb e e nu s e db yt h ei s pt od e v e l o p et h e i rn e ws e r v i c c s b u t t h es o l u t i o nm u s tb ef o u n dt om a i n t a i nm et m d i t i o n a lp m f i t a b l ea t m s c i c e s 柚dt 0e x t e n dm en e wi ps e r v i c c s p w e 3m a y b et h em o s t 印p r o p r i a t e 印p r o a c h t om i s p r o b l e m 1 1 1 i sp a p e ri n n o d u c e st h ep w e 3f i r s t ly 1 1 1 er e l a t e di e l 下w o r k g m u pd e f i n e dm en e t w o r kp r o t o c o l s f o rp 、v e 3 ，a n da l s og a v em e 如n c t i o n s aa n dt h ed e t a i l so fr e a l i z a t i o nf o rt h ep w e 3a r cd i 疵r e n t 3 北京邮电大学硕士学位论文p w e 3 仿真 刑信元透传业务的研究和实现 t h e ya l s og a v et h ep e 墒r m 柚c ea n dm ed c t a i l so fr e a l i z a t i o no fp 吧3 p w e 3i sb a s e do n t h e p a c k e ts w i m n e t 、) l ，o 比w l l i c h m a y b e i p o r m p l s n e t 、) l r o r kt h ef o l l o w i n gs e c t i o n so fm ep 印e rg i v em er c a l 锄i o no f p 、e 3o nt h em p l sn e t w o r k ，w h i c hu s e sl d pa sm es i g n a l i n g t br e a l i z e t h ep w e 3 ，w eh a v ee x t e n d e dt h el dp t h em o s ti m p o r t a n tw o r ko ft h i s p 印e ri st 0r c a l i z em ea t m c e l lt r a n s f e ro v e rm ep w e 3 t h el a s t t w os e c t i o 邶g i v et h er e a l i z a t i o na i l dv e r i f i c a t i o ni nd e t a i l s ，i n c l u d i n gt h e p r o t o c o le x t e n s i o na n dt h ed i 旋r e n tr e a l i z a t i o nm e t h o d s t h i sp 印e ro 行打sag o o d l u t i o nf o rt h ei s pt od c v e l o p et h e i r n e c w o r ks e i c e s 舶mt m d i t i o n a la t mt oi p m p l s a san e wc o n c 印t i o l l p w e 3h a sag o o de x t e n s i o ns p a c e ，锄dm o r ca i l dm o r ew o r kn e e d st ob e d o n et om a k ei t g r o wu p 1 1 1 i sp 印e rm a yb eu s e 向l f o rp 、v e 3 s d e v e l o p m e n t k e y 、v o r d s ： p 、 ，e 3m p l sa t mc e l lt r a n s f e r v c c p c 4 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：；兵弃一 日期： 旧以 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：丝垄日期：趋z ：；：型 导师签名：南饔墨雕 日期：2 壁? 二_ 王l 北京邮电大学硕士学位论文p w e 3 仿真删信元透传业务的研究和实现 1 1 研究背景 第一章绪论 网络i p 化以及基于口的融合趋势已经十分明显，是每一个运营商的终极目 标，但这是一个长期的发展过程。目前面临的一个挑战是，网络在向口过渡的 同时，每一个运营商，尤其是传统运营商都有一系列面向企业，能赢利的基于电 路交换的业务，比如a r m 、帧中继和专线等。许多企业和单位目前仍靠这些业 务来支持他们的事业所需，那么如何在保持这些可赢利业务的同时向m m p l s 骨干网过渡，并且还能满足基于m 的新业务需要，成为制约运营商新业务发展 的一个亟待解决的问题。 删是历史悠久的多业务承载技术，是过去二十年的骨干网络技术，j 卟d 网络可以承载m 、f r 、c c 、会议电话、i s d n d s l 等业务，有强大的q o s 能 力，且现有的网络已经承载很多重要的业务。但是a 1 m 网络也有其局限性：效 率低、技术复杂、设备成本高、运维维护困难、对口业务的增长也不适应。 目前随着口 i p l s 网络的发展，口网络本身的可扩展、可升级性以及兼容 能力非常强大，而传统的a 1 r m 网络的升级、扩展、互通的灵活性则相对比较差， 受限于传输的方式和业务的类型，不宜与新建的口巾“p l s 网络互通管理，因此 在传统的a t m 网络拓展应用的过程中，要使传统的 1 m 网络与现有口m p l s 网络相互结合，达到双赢的目的，成为运营商和各设备制造商考虑的问题。 边缘到边缘的伪线仿真( p s e u d ow 曲e m u l a t i o ne d g e - t o e d g c ，p w e 3 ) 原先 称为马蒂尼草案( m 枷i l id m f i ) ，其初衷是在m p l s 上仿真以太网。p 、v e 3 是一 种在分组交换网络( p a c k c ts 谢t c hn e m o r k ，p s n ) 上模拟各种点到点业务的机制， 被模拟的业务可以是1 i ) m 专线、 、f r 或以太网等。p 、v e 3 利用p s n 上的 隧道机制来模拟一种业务的必要属性，这里的隧道称为虚拟线( p s c u d ow h ， p w ) 。p w e 3 可以对特定服务的协议数据单元( p r o t o c o ld a t au l l i t ，p d u ) 进行 封装，p d u 里面含有仿真特定服务所必需的数据和控制信息。使用p w e 3 机制， 北京邮电大学硕士学位论文p w e 3 仿真 n i 信元透传业务的研究和实现 运营商可以将所有的传送业务转移到一个融合的网络( 如m ，m p l s ) 之中。从用户 的角度来看，可以认为p w e 3 模拟的虚拟线是一种专用的链路或电路。 a 1 m 信元透传特性可以通过包交换网络p s n 迁移原有的a 1 m 网络，而不 用增加新的御n 设备，也不用改变a 1 口c e ( c 璐t o me d g c ) 设备的配置。a n d c e 将a 1 m 信元透传业务看成一种网络专线服务，通过p s n 透传信元实现a t d 互联。 1 2 a t m 基本知识回顾 1 2 1a 硼信元封装 a t m 是一种异步传输模式，在这一模式中，信息被组织成信元，a 1 m 信元 是固定长度的分组，共有5 3 个字节。信元头结构如下： g f cv p i v p i l p t h e c v p i v p i p t l h e c a u n i 信元头b n n i 信元头 g f c ；通用流量控制p t l ：有效载荷类型 v p i ：虚通路标志符c l p ：信元丢弃优先级 v a ：虚通道标志符h e c ：信头错误校验 图1 1 信元头结构 a 1 m 信元一共有5 个字节，主要功能是建立通信信道，识别属于同一通信 信道的的信元，在网络节点之间交换信元并为信元选择路由，区分信息流的优先 等级和控制信息流。最重要的两个字段就是v p i 和v c i ，它用于电路交换，用以 识别不同的业务通信。 北京邮电大学硕士学位论文p w e 3 仿真删信元透传业务的研究和实现 1 2 2 硼技术的发展 a 卟d 对已有技术的兼容性a t m 作为一项独立的技术充分考虑了与已有技 术的融合，删的兼容性表现在两方面： 1 ) 对现有广域网技术( 包括分组交换及电路交换技术) 的兼容：删可 以兼容帧中继( f r ) 业务、专线数据业务( d d n ) ，并且支持p s t n 和n i s n d 2 ) 对现有ip 技术的兼容：删对ip 技术既有第二层( 数据链路层) 的兼容( 如局域网仿真l a n e ) ，又有第三层( 网络层) 的兼容( 如c 邛0 a 、 m p q a 及m p l s ) 由于a 1 m 技术的上述优点，因此得到了电信界、计算机网 络界的广泛重视。 然而，研究开发和利用删技术的两大阵营显然代表了两种不同的观点和 角度。电信界期望a 1 m 能够实现其网络的综合，实现现有电信网与未来网络( 包 括口网、第三代移动通信网) 的无缝融合，保护现有电信网的投资；而计算机 界希望利用删更好地支持m ，以实现口的q o s 。 当然，a 1 m 也有其固有的缺陷，主要问题是过高的信元开销和网络复杂性 就a t l 信元本身而言，信元头的开销超过了l o ( 5 4 8 ) ，如果再把a t m 适配 层以及更高层协议的开销考虑进去，总开销可能会超过2 5 ，这对于一些数据业 务( 例如：e m a i l 等短分组数据) 来讲是难以接受的；另外，a r m 网络所支持 s v c 的信令和网络管理功能十分复杂，这不仅增加了网络成本，同时也加大了 网络的复杂性。 随着宽带口技术的发展，在口网上传输话音、视频等实时业务，保证。服 务质量等问题正逐步得到解决。目前正在发展多种算法和协议，将话音、视频业 务以及传统的数据通信业务转移到口网上，出现了所谓的“e v e 啪i n g 口”的 局面。b i s d n 的概念正在走向消亡，取代它的将是宽带口网，通信、广播、计 算机三网将融合汇聚到宽带口网上。口业务即将成为通信业务的主流，但传统 电信传输网的基础网是s d h 、j 卟l 而不是i p 。为此，业界近年发展了多种在这 些风上传输妒的方法，如口o v e ra = 】阻、口o v e r s d h 等，人们概括这种现象为 “i p o v c r e v 哪怕n g ， 从总体上看：传统电信运营商和一些大型设备制造商都明确认识到口是今 后的发展方向。但是由于他们对传统通信网络系统和设备制造技术已经做了大量 北京邮电大学硕士学位论文p w e 3 仿真 ：r m 信元透传业务的研究和实现 投资，因而并不急于促进这场体制革命，而是积极的寻求各种过渡的解决方案。 既保证己有业务的赢利，又能不断发展部署新的业务。 随着p w e 3 技术的发展， 信元透传技术提出了一种解决删网络和 口骨干网络相结合的二层解决方案。它将现有的传统a t m 网络和逐渐部署的口 网络有机的结合起来，实现了传统业务与新业务的共存和双赢。 1 3 论文的结构 本文分五个章节对p w e 3 仿真a 1 m 信元透传业务的研究和实现进行深入的 介绍。 第一章为绪论部分，主要介绍了p w e 3 的引入及删信元透传业务实现的 意义及基本知识回顾。 第二章主要介绍了p 、v e 3 网络仿真协议的基本知识。这是实现a t m 信元透 传的基础。通过本章的论述，读者可以对p w e 3 的原理和协议结构及实现功能 有所认识。 第三章和第四章是本文的重点，详细介绍了p w e 3 及对a t m 信元透传业务 的实现。这其中包括协议的扩展，路由器实际的业务实现细节及本人在实现此路 由器功能过程中提出的一些改进。通过这两章的介绍，读者可以对删信元透 传的功能和实现有所了解。 第五章是对p w e 3 仿真a t m 信元透传业务的实现的验证。作为一个应用类 工程项目，验证侧重于对传统删业务转发功能的实现，路由器中各实现细节 的查询和验证。 主要的工作可以分为理论研究、编码实现和实际环境验证三个方面。此项 目是工程类项目，目的是实现信元透传的业务功能，侧重于p w e 3 对信元透传 功能在路由器中的实现以及实际使用性能，如稳定性，转发速率等。 本文的主要贡献有： l 扩展了p w e 3 ，分析a 信元透传的实现需进行的扩展 2 分析删信元透传各种透传方式的实现细节 3 分析路由器为实现对a t m 信元透传功能的支持需要扩展和添加的功能模 块及各模块间的功能组合 4 北京邮电大学硕士学位论文p w e 3 仿真 ：n “信元透传业务的研究和实现 4 提出了路由器实现i v c i 映射及利用p s n 公网实现简单流量管理的实 现方案 5 搭建测试环境，对a 1 m 信元透传功能进行充分的验证 北京邮电大学硕士学位论文 p w e 3 仿真a 1 m 信元透传业务的研究和实现 2 1p 、扼3 的引入 第二章p 、e 3 技术原理 边缘到边缘的伪线仿真( p s 即d ow i r ee i n u l 撕o ne d g e t o e d g c ，p w e 3 ) ， 是分组交换网络p s n 中仿真删、帧中继、以太网、低速t d m 电路和 s o n e t s d h 等业务的基本特征的一种技术。p w ( p s c u d ow h ) 的功能包括 在入口封装特定业务的p d u ( p r o t o c 0 1d a t au 血) ，然后在入口和出口之间的 路径或隧道上承载这些p d u ，管理它们的定时和顺序，以及尽可能真实的模 仿这些业务的行为和特征所需要的功能。从用户角度而言，p w 只是一条独 立的链路或电路。 p w 可以将不同业务均以统一的方式加以会聚，这样处理的优势在于可 以减少网络流量，降低配置维护的复杂度和链路上的费用，即可以使多业务 汇聚到统一的p s n 网络。同时可以利用传统的p s n 网络来作为连接分散的 非口m p l s 网络的桥梁，实现其他业务内和业务间的通信。 图2 1 阿的业务汇聚示意图 d 出o v e rs o n e t ，s d h ( d a 脚m p u u s l 吕l ，n v ) 由上图可以看到，帧中继f r 、以太及a r m 等不同的业务类型可以以统一的 方式汇聚到同一个p s n 网络进行传输，在传输过程中只需维护p s n 网络即可， 而无需针对各种不同的业务类型实施不同的维护措施，有效的降低了维护的复杂 度，同时p s n 支持任意长度的网络流，具有执行优化的网络流量工程的能力， 并对网络业务流量有分类、执行流量管理控制和按q o s 优先等级的业务保障机 制。所有在p s n 上实现的路由及流量管理策略都是与具体的接入业务无关的， 从而可以避免各种业务的独立维护，降低维护复杂度。 6 爹 晨器能 北京邮电大学硕士学位论文p w e 3 仿真删信元透传业务的研究和实现 图2 2p 支持不同业务互通的示意图 由上图可以看到，在传统的组网环境中，不同的业务无法实现互通，而相同 业务的通信也需要特殊的路由设备的支持。如a t m 业务需要a 1 m 交换机来完 成v p w c i 的转换从而实现选路和路由。但是如果配置了p w ，则可以解决不同 业务的互通问题，通过在各p e 问建立l 2 隧道，则可以实现在统一的口或m p l s 网络上互通业务的目的。而相同业务也可通过此种方式来建立通信，从而简化了 新业务发展中网络环境部署的复杂度，降低了成本，同时也充分利用了现有的网 络资源。这种l 2 隧道即可以由p w e 3 来完成。 因此p w e 3 技术是利用现有网络资源继承和发展原始业务并发展基于口的 新业务的有效的过渡解决方案。它可以支持各种业务，具有很强的灵活性和可扩 展性。在近年来得到各大设备制造商和运营商的青睐，并由此部署了大量的网络 业务，具有很强的发展潜力。 2 2p 、e 3 常用专业术语 在介绍p w e 3 技术之前，首先要对p w e 3 中的常用专业术语有所了解。 图2 2 给出了p w e 3 的网络参考模型。 7 北京邮电大学硕士学位论文p w e 3 仿真删信元透传业务的研究和实现 雎f ；= ：一： 鲁 囤2 3p w e 3 网络参考模型 c u s t o m 盯e d g e ( c e ) 用户边缘设备，是发起或终结从传统业务的一侧。当c e 发起的业务在p w e 3 上传输时，c e 本身并不能意识到自 己使用的是仿真业务而非原始业务 。 p r o v i d 盯e d g e ( p e )提供商边缘设备，为c e 提供p w e 3 业务。当c e 两端有业 务传输时，通过入口p e 进行特定的封装接入p w e 3 ，完 成在公网上的传输后，在出口p e 恢复原始数据并最终转 发到对端c e ，完成c e 间的业务传输 a t t a c h m 朗tc i r c u j t接入电路( a t t a c h m e i l tc i r c u i t ，a c ) ，c e 到p e 之间的连接 链路或虚链路，a c 上的所有用户报文一般都要求原封不 动的转发到对端，包括链路的二三层报文。 p s e i l d ow 曲e m u l a l i o n 边缘到边缘的伪线仿真，是一种在分组交换网络上仿真 e d g et oe d g e ( p w e 3 ) 某种业务的基本属性的方法。 c o n 仃o lw b r d ( c 、聊 伪线，是基于分组交换网络上的两个p e 设备之间的点到点 的连接。p e 提供c e 和p w 之间的适配功能，使不同c e 或不同的业务根据不同的适配需求封装进不同的p w 来 完成业务传输。 控制字，它包含业务所需的某些控制信息比特，还包含报 文长度识别以及报文的顺序编号。通过控制字的相关字段 设置可以有效地记录报文长度便于业务在出口p e 的恢 复，同时也可以解决报文乱序的问题 北京邮电大学硕士学位论文p w e 3 仿真删信元透传业务的研究和实现 p a c k e ts 讪t c h c d分组交换网络，是p 、1 3 经过的公共传输网络，通常可 n e t w o r l 【口s n )以使用口或者m p l s 机制来进行数据报文的转发 p s e l | d ow hp d u 伪线协议数据单元，是在伪线之上传送的协议数据单元， ( p w - p d u ) 包含提供指定服务的所有的数据和控制信息 p w e 3 作为一种在l 2 解决业务互通的方案，主要实现以下基本功能： 1 封装p e 侧( 逻辑或物理的) 端口过来的业务指定的协议数据单元( p d u ) 2 在传送隧道中承载封装数据 3 在隧道端口建立p w ，包括p w m 的交换和分配 4 入方向的流量监管和出方向的流量整形 5 管理p w 边界的信号、定时、顺序等 6 执行业务指定的状态和告警管理 具体来讲，两个p e ( p e l 和p e 2 ) 设备为它们分别连接的c e 设备( c e l 和c e 2 ) 提供一条或多条伪线，使c e 之间能通过p s n 进行通信。通常在p s n 网络上创 建隧道，用来给伪线提供一条数据通道。而伪线的传输业务对于核心网络来说是 不可见的，即核心网络对于c e 来说是透明的。本地数据单元经过a c 被封装成 p w _ p d u ，沿p s n 隧道通过承载网络。p e 对p w p d u 进行必要的封装和解封装， 必要时还处理其他p w 业务所需的其他功能，如序列和定时。经过p w 发送到远 端p e 的p w p d u 被重新构建成本地的数据单元，发送到相应的c e 。 要实现p w e 3 ，就要在分组交换网络上建立转发隧道。穿越分组交换网络的 隧道方式有多种。在口p s n 上可以采用通用路由封装( g r e ) 或第二层隧道协议 ( l 2 t p ) 建立隧道；在m p l sp s n 上采用标签栈时，则可以把外标签看作是内标 签的隧道。隧道为一个p e 跨过p s n 到对端p e 构成的数据传送路径，一条隧道 可以复用多条p w 。当有多条p w 复用在同一条隧道上时，需要有效的方式来识 别各条p w ，因为不同的p w 承载的业务可能不同，只有识别不同的p w 才能有 效的识别和恢复原始业务数据，实现c e 问的通信。我们的实现是采用了m p l s l d p 协议，通过为p w 分配唯一确定的标签来作为识别p w 的依据，通常称为 p w 标签或v c 标签或内层标签。 9 北京邮电大学硕士学位论文p w e 3 仿真删信元透传业务的研究和实现 2 3p w e 3 的协议层模型 与其他的协议一样，p w e 3 作为一种新的协议，在日趋完善和成熟的过 程中，扩展了自身的协议模型。图2 4 即为p w e 3 的协议层模型。 负荷 l “，堞。i 薹篓菇鼗麈 + i o + 麓? i 麓戆黪翳骥嚣i 缀i 缓灞燃戮l 缀雾褥塌i 荔戮：i 溺 分组交换 b 9 络汇聚层 ；_ 数据链路层 i l 匿藏。基蕊二。建、蔫羡纛! 一。纛。 图2 4p w e 3 协议层模型 p w e 3 有以上各层协议组成。负荷在封装层上运送，封装层包含有负荷本身 没有但对端p e 通过物理接口向c e 发送时所需要的信息，如果不需要这些信息， 则封装层可以不要。p w 复用层提供了在一条p s n 隧道中传送多条p w 的能力，识 别每条隧道是p s n 层的任务，每条隧道中特定p w 的识别应具有唯一性。p s n 汇 聚层的任务是增强p s n 的接口功能，取得p s n 对p w 接口的一致性，或使得p w 独 立于p s n 的类型；如果p s n 已经满足业务要求，则p s n 汇聚层为空。p s n 的报头、 m a c 数据链路和物理层的定义不在p w e 3 的范畴之内。目前有3 种类型的p s n 网 络：口v 4 、口v 6 和m p l s ，它们分别建立不同的p s n 隧道来支持p w 对各类型业务 的承载。 2 3 1 州e 3 的负荷类型 负荷根据本地数据单元的不同分为：分组、信元、比特流、结构化的比特流 4 种类型。表1 1 给出了这些类型和特定的业务。 表2 1 负荷的类型及特定的业务 通用负荷类型伪线业务 分组以太、h d l c 的帧、f r 、a t ma a l 5 的协议数据单元 比特流 非结构化的e l 、t 1 、e 3 、t 3 0 北京邮电大学硕士学位论文p 、v e 3 仿真删信元透传业务的研究和实现 l 结构化的比特流 s o n e l y s d h l 信元 a t m 分组类型的负荷是指可变长度的数据单元，由c e 侧经a c 到达p e 。h d l c 或 者副h 锄e t 的p d u 被认为是分组负荷的例子。一般说来，分组在p w 上传送前首先 要被去除传输的开销，如h d l c 的标志和填充位。正常情况下，分组的负荷应该 作为一个单独的单元经过伪线传送。但当分组的负荷加上相关的p 、) l ，e 3 和p s n 的 报头超过了p s n 的路径m t u 时，则必须采用分片的技术。分组负荷有时需要序列 和实时的支持。 比特流是逐比特的模式，每个比特都被作为独立的信息单元处理，它不能从 任何结构中获取好处。结构化的比特流区别于比特流的方面在于结构化的比特流 在送往p s n 时，有一部分在本地业务处理模块被剥离。另外，p w 必须能够保持 结构化的信息能够通过p s n ，以便远端的c e 能够正确恢复被剥离的信息。在封 装层可以执行静止，空闲压缩或类似的功能。比特流业务和结构化的比特流业务 都要求顺序和实时性支持。o 对于本文来讲，重点讨论的负荷类型是u m 信元。它的信元净荷是固定长 度的5 3 字节。在进入p w 封装层之前，p w 根据j u m 信元头中的，i c i 字段来 区分不同的a ，r m 服务，以便进入不同的伪线进行传输。由于a 俐协议中在封装 固定长度的a 1 m 信元时，需要对业务帧进行分割，因此在对端c e 接收到信元并 进行原始报文的重组时，信元的顺序就显得异常重要，因此在a 1 m 负载的业务 仿真过程中，就需要p w e 3 为其提供必要的序列号的实时性支持，并且在公网隧 道传输时尽量不要进行分片操作，以免造成乱序。 p w e 3 为a t m 信元提供业务仿真服务时，每个信元都需要封装成p w - p d u 在 公网隧道中进行传输，并且在对端p e 进行解封装。这样的传输模式既增加了处 理的负载度，又浪费了带宽。为了减少每个p s n 分组的开销，多个信元可以串接 为单个净荷，进行统一的一次p w - p d u 的封装和解封装。此外，信元传输在一些 情况下，封装层还执行一些类型的压缩，如静音抑制或者语音压缩的功能 总之不同的负荷类型对p w e 3 的处理要求是不同的，p w e 3 的实现在承载不 同的业务类型时在实现上有所差别。但p w e 3 灵活的扩展能力可以有效的支持这 北京邮电大学硕士学位论文p w e 3 仿真删信元透传业务的研究和实现 种差别实现。 2 3 2 刚e 3 的封装层 p w 的封装层为在p w 上传送的指定负荷类型提供必要的封装结构。由图2 5 可以看到p w 封装层包含三个子层：负荷汇聚、定时、排序。 r 1 ：定时子层? - 封装层 r 1 ： 排序子层 ： 2 3 2 1 负荷汇聚子层 图2 5p 盹3 的封装层的关系示意图 负荷汇聚子层和指定的负荷类型密切相关。该层可以将一组负荷类型归入一 个通用类，然后对整个组提供单一的汇聚子层类型，并以此种汇聚子层类型作为 承载在p w 上的数据单元。通过这种汇聚，可以减少进入p w 伪线的报文类型及实 现的复杂度。配置每个分组的信令和其他的带外信息( 定时和排序除外) 主要由 这一层来承担。 负荷汇聚子层的主要任务是将负荷封装成p w p d u 类型。被封装的本地数据 单元可能包含l 2 报头或者l 1 层的开销，这是由业务类型指定的。负荷汇聚层承 载了在c e 边界处需要重现本地数据单元所必须的附加信息。p w p d u 的p w 头封 装不需要承载全部的附加信息，如果在p w 建立时就在目的p e 端以状态信息的方 式存储部分的额外信息，这样可以减少p w 头封装的复杂度，提高传输效率。 p w 封装层及与其相关的信令需要以下一个或多个通道类型来与其伪线复用 子层及分组交换网络层之问实现通信。 1 一个可靠的控制通道，用来维护信令事件，状态指示，甚至c e c e 之间 的传输时延，这些都需要在p e 间进行可靠的转发。p w e 3 有可能需要这 北京邮电大学硕士学位论文p w 口仿真删信元透传业务的研究和实现 个类型的通道来对复杂的数据链路层协议提供最忠实的模拟。 2 一个高优先级的不可靠的有序的通道。最典型的应用就是c e 加一c e 之间 的信令传输。优先级高低可以简单的通过口的d s c p 字段或者m p l s 的 e 字段来加以区分，高优先级的业务需要被优先处理。这种优先处理 的实现可以通过在自己的隧道头中增加一个比特位来指示p e 端，对接收 到的分组进行优先处理。 3 一个有序通道。有些业务数据对报文的顺序是很敏感的，顺序不正确就 可能导致此类业务不能正常地进行通信，因此提供这样一个有序通道来 保障一些对数组的重排序比较敏感的业务数据的处理。 4 一个无序的通道。它用来处理对分组重排序不敏感的业务数据。 在以上的四类通道中，p w e 3 往往需要第l 类的通道和其他一个多个通道的 组合这是因为点对点连接可能会被地址解析、访问控制列表( a c c 鹤s c o i l 仃o l l i s t a c l ) 、防火墙等打断，此时p w 的数据传输被阻塞。但如果提供了可靠的控制 通道，就能保证控制报文的有效传输。这些控制报文关系到p w 的创建等控制信 令的交互。 2 3 2 2 排序子层 排序子层提供了帧定序、重复帧和丢失帧检测三方面的功能。有些类型的业 务必须按顺序传递；有些类型的业务不需要顺序传递，不使用排序功能。在无连 接的p s n 上，可以使用帧顺序编号的办法来执行排序功能，例如使用r f c1 8 8 9 ： 实时应用的运输协议( i m ) ，它同时具有排序和定时两方面的功能。对于所发现 的帧顺序错误，以及检测到的帧重复和丢失的具体处理办法，不同的业务类型不 同。 1 、帧定序 当携带p w p d u 的分组穿越分组交换网络时，它们有可能没有按顺序到达目 的p e 。对于一些特殊的业务来说，控制帧、数据帧或者是二者都必须按序传输， 对于这种业务就非常有必要提供一种保证按序传输的机制。其中一个可行的方法 是在排序子层头中为每个分组提供一个序列号，通过对序列号的查询，可以检测 到接收的分组是否按序到达。 北京邮电大学硕士学位论文p w e 3 仿真删信元透传业务的研究和实现 对于乱序的p d u 有两种处理策略：丢弃或者按照正确的顺序区分p d u 。这两 种处理机制的选择有以下几个依赖条件： 分组丢失对于p w 的处理的关键程度 p w 和p s n 的传输速率 可接受的延迟 乱序发生的概率 如果分组丢失极大的影响了p w 的正常处理，而p w 和p s n 的传输速率不高且 可以接受一定的延迟，再加上乱序发生的概率不高，则可以选择按照正确的顺序 来区分p d u 的策略来处理乱序，反之则可以直接丢弃处理。当然处理策略的选择 是灵活的，要依据当前的业务来应用最适合的处理策略。 2 、重复帧 在一些情况下，p w 承载的报文有可能在p s n 层被复制，这种复制对于一些 业务来说是不被接受的，必须提供一种机制来保证此类业务的复制报文不被传输 到目的c e 。这种解决机制类似于帧定序，即在排序子层头中为每个分组提供一 个序列号。当接收到重复序列号的报文时就说明已经产生了重复帧，可以直接丢 弃处理，以保证正常业务的实现。 3 、丢失帧检测 目的p e 可以通过核对接收到的p wp d u 的序列号来检测帧是否丢失。在一些 情况下，如果一个p wp d u 在特定的时间内没有到达，目的p e 就假设此数据报文 已经丢失。而如果此时一个到达的p wp d u 携带有己经按照丢弃处理的数据报文 的序列号，目的p e 也必须将其丢弃。 从上面的分析可以看到，在封装层中提供一个序列号给所承载的业务数据报 文，对于判断报文是否按序到达，是否有重复报文及报文丢失是很有用的，依次 可以采取相应的措施来把对通信质量的影响降低到最小。 2 3 2 3 定时子层 由于需要传送p w p d u 的网络本身的特征，很多种类的仿真业务需要进行定 时，并且仿真业务需要尽可能的复制网络在传送它们原始业务时在发送端p e 设 备处的彼特率、抖动、漂移、掩饰等特性。 1 4 北京邮电大学硕士学位论文p w e 3 仿真 ：r m 信元透传业务的研究和实现 在这样的情况下，需要接收端p e 设备能够将接收到的业务还原成其在发送 端的原始业务，这依赖于p e 设备之间传送的定时信息或者从外部参考通道得到 的定时信息，所以定时子层必须支持时钟恢复和定时传输两种定时功能。 定时子层提供了时钟恢复和定时传输两方面的功能。时钟恢复是从传输的比 特流中提取时钟信息，并通过锁相机制恢复时钟。使用物理线传输时，能方便时 钟恢复；但要从具有高跳动的分组流中提取时钟是相对复杂的任务。在某些情况 下，可以直接使用来自外部参考源的定时信息，如实时传输协议( r e a l 血l e t n n s 衙p r o t o c 0 1 ，i m ) 定时传输是指要求对接收到的不连续p w p d u 按固定 相位关系向c e 传输，要求与从分组流中恢复的时钟，或者外部的参考时钟保持 固定的相位关系向c e 传输数据信息。 由上面的分析可知，配置每个分组的信令和其他带外的信息( 除了序列号和 定时) 都由负荷汇聚子层来承担。定时层和排序层对负荷汇聚层提供通用的服务。 封装层在实现p 、v e 3 时不是必选的协议处理层。依据不同的业务类型和不同 的仿真要求，此协议层可以为空 2 3 2 4p w e 3 的分片处理 在封装层遇到的分片处理问题是p w e 3 仿真中的一个必须要解决的问题。在 理想的情况下，一个负载报文将作为一个独立的数据单元在p w 上传输。然而， 当负载长度在封装了p w e 3 头和p s n 头之后，它的长度有可能超过了p s n 网络 的最大传输单元，此时就不得不进行必要的分片和聚合处理。这种处理相对于报 文的整体传输来说会占用大量的网络资源，因此要尽量减少和消除分片的可能 性。尤其要考虑到在p e 端有大量的p w 进行处理时，分片和聚合将会成为影响 仿真效果的一个瓶颈。 在理想的情况下，用以产生穿越p w 的流量的设备已经具备计算该报文是否 需要分片的能力，从而保证需要分片的报文不被转发。当这个操作失败后，则由 离发送主机最近的具有分片和聚合能力的点来尝试减少发送报文的长度以满足 p s nm t u 的需求。因此，通过p w e 3 的网络参考模型( 图2 1 ) 来看，如果可 能的话分片操作首先应该在c e 端执行。只有c e 端不能为p w 产生合适的m t u 的报文时，p e 端才尝试自己本身的分片处理。 北京邮电大学硕士学位论文p w e 3 仿真删信元透传业务的研究和实现 2 3 3 协议模型中的其他层 伪线复用层，此层提供在单个p s n 通道中传送多个p w 的能力。由于p e 间 可能要处理大量的不同p w 业务，为每一个p w 建立一条p s n 隧道显然是不实 际的。同时，在分组交换网络中p e 间可能建立不只一条p s n 隧道，通过一些策 略路有的应用，是不同的p w 有选择的经过某条隧道完成p e 之间的传输，对于 实现流量负载分担或者流量控制是很有益处的。伪线可以实现在p s n 隧道中的 复用，必须满足p w 的标识的唯一性。 分组交换网络汇聚层，它提供能使p s n 网络与需要的p s n 业务协调所需要 的增强性能，所以这一层为p w 提供了一个调和接口，使得p w 与p s n 的种类 相互独立。如果p s n 本身已经满足了业务需求，则此层可以为空。 p w e 3 技术协议分层指的是逻辑上的分层，之所以要这样定义，倾向于将在 不同p s n 网络操作的p w 之间的差异实现最小化，它的目标是使得每个p w 定 义与p s n 基本没有关联关系，并且使得i e t f 定义以及实现执行的使用程度最大 化，以减小不同p s n 网内p w 的差别。 2 4p w e 3 的相关操作 在一些应用中，从c e 上接收到的本地数据单元( 包括负荷和信令流) 在经 过p w 传送前要执行一些操作，如以太桥接、s o n e t 交叉连接、本地重要标识 的转换，如我们将要介绍的a 1 r m 信元透传的信元，i c i 的识别和转换。这些 操作可以在外部设备上执行，处理的数据通过一个或者多个物理接口发送到p e ， 但在多数情况下，在p e 内部执行这些操作是有益处的。这些被处理过的数据经 过在p e 内部的虚接口发送到p w 上。图2 6 提供了p w 的预处理模型。 1 6 北京邮电大学硕士学位论文p w e 3 仿真a t m 信元透传业务的研究和实现 r j r = 二l - 3 一。 ：p r e p ；p e l = = = = = = = = = = = = ：p e 2 ： 名：r 0 = 三j：j一丁一l一j三三三三!三三三茎圣蛩：i：j；!l it _ 一- 一e u l - t c ds c r v i c c 一一叫i c ；l v 世竺1 ：唑：? 。1。i n a t i v cs e r v i c e “4 “。”4 c _ e 2 2