（通信与信息系统专业论文）以太网虚电路在多业务传送平台中的实现和应用.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 当前，各电信运营商都面临如何在已经投入巨大资金建设的s d h 网络上更好地 传输数据业务的问题。他们迫切需要新的技术方案，能将s d h 的高可靠性和以太网 技术的成熟性及方便使用等优势都发挥出来，以在有效保留运营商原有网络投资的 同时获得新的利润来源。充分利用各自的优势( 即将以太网的灵活性和资源优化能 力与现有s d h 光网络的大容量，高效率和低协议开销相结合) ，实现s d h 对数据业 务的传输能力，使得目前的两种主流网络模式有效的结合起来且相互匹配，将是一 种高经济效益的解决方案。所以e t h e m e t o v e rs d h ( e o s ) 技术正在作为提供下一代数 据服务的基础快速发展。 s d h 的虚级联技术和以太网封装的成帧方式均是在近几年才获得标准化，完全 符合i t u 建议要求的m s t p ( 多业务传输平台) 产品正在逐步推广。人们对以太网 数据包在s d h 网络中传送的应用模式，传送性能，组网结构等认识不是很清晰，还 在逐步摸索和实践当中。本论文正是针对传输设备当前的技术发展状况和市场需求， 提出高稳定性、高传输质量、低成本、具有实用性的以太网虚电路的网络应用。 本文的重点在于：1 ) 根据以太网虚电路的相关技术和新i t u t g 7 0 4 3 y 1 3 4 3 建 议草案，从理论上和实践上对以太网虚电路的g f p ( 通用成帧规程) 封装和解封装 的过程，虚级连的对齐过程，链路调整技术的具体实现做了更深入的分析和研究。 2 1 针对目前以太网虚电路实际应用，研究了各种以太网用户的业务需求，设计了相应 的以太网虚电路的组网方案，并对各种组网方案可用的扩展业务进行了分析，还对 以太网虚电路技术对未来网络的发展的影响进行了预测。3 ) 根据对i p 网络的性能参 数的标准，分析了对以太网虚电路的性能要求，对性能指标的测试方法和测试结果 进行了讨论，提出了针对实际工程测试的参考模型，并且为目前尚未成熟的以太网 虚电路的性能标准提出了参考建议。 关键词：以太网；以太网虚电路；多业务传送平台；通用成帧规程：虚级联 链路容量调整方案 华中科技大学顾士学位论文 a b s t r a c t r e c e n ta d v a n c e si nd a t at r a n s p o r tt e c h n o l o g i e sa n dt h ei n c r e a s i n gd e m a n df o r e t h e r n e ta n di p ，c a r r i e r sa r ef a c i n gac h a l l e n g ei nt r a n s p o r t i n ge t h e m e tt r a f f i co v e rt h e i r m e t r on e t w o r k su t i l i z i n et h e i re x i s t i n gs d hi n f i a s t r u c t u r e ，w h i c hr e p r e s e n t sam a j o r i t yo f c a r r i e ri n v e s t m e n t s am u i t i s e r v i c em e t r on e t w o r kc o m b i n i n gt h e s et w ot e c h n o l o g i e s o f f e r st h ep r o m i s eo ff u l f i l l i n gt h en e e d so fc u s t o m e r sa n dc r e a t i n go p p o r t u n i t i e sf o r c a r r i e r sa n ds e r v i c ep r o v i d e r st og e n e r a t en e wr e v e n u es o u r c e s e t h e m e to v e rs d h ( e o s ) i si n c r e a s i n g l yb e i n gd e p l o y e da st h ef o u n d a t i o nf o rn e x t g e n e r a t i o nd a t as e r v i c e si n s e r v i c ep r o v i d e rn e t w o r k s v i r t u a lc o n c a t e n a t i o na n dg f p ( g e n e r i cf r a m ep r o c e d u r e ) t e c h n o l o g i e sf o rs d hh a v e b e e ns t a n d a r d i z a t e di nr e c e n ty e a r s t h ea d v a n c i n gm s t p ( m u l t i s e r v i c et r a n s p o r t p l a t f o r m ) p r o u d u c t sa c c o r d i n gt oi t ur e c o m m e n d a t i o ni ss t i l lb e i n ge x p l o r e da n d p r a c t i c i n gs t a g eb ys t a g e t h ea p p l i c a t i o nm o d e ，p e r f o r m a n c ea n dn e t w o r ks t r u c t u r eo f e v c ( e h t e r n e tv i r t u a lc i r c u i t ) a r en o tc l e a r l yk n o w nb yf a r a c c o r d i n gt oc u r r e n t d e v e l o p m e n to fm s t pa n dm a r k e tr e q u i r e m e n t ，t h ei n t e n t i o no ft h i st h e s i si s t op u t f o r w a r dah i g h - s t a b i l i z a t i o n ，g o o d - q u a l i t y , l o w - c o s ta n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o no f e v c t h ee m p h a s i so ft h et h e s i si sa sf o l l o w s ：1 ) b a s e do nt h et e e h n o l o n g i e so fe v ca n d n e w e s td r a f to fi t u tr e c o m m e n d a t i o ng 7 0 4 3 y t 3 4 3 ，m o r ed e e p l ya n a l y z i n ga n d r e s e a r c hf o rc o n c r e t e l yr e a l i z i n ge v ci n c l u d i n gt h ep r o c e s so fg f pe r i c a p s u l a t i o nm a d d e n c a p s u l a t i o n ，t h ed e l a yc o m p e n s a t i o nf o r v ca n dt h ep r o c e s so fl i n k c a p a c i t y a a j u s t m e n tw e r eg i v e no u tt h e o r e t i c a l l ya n dp r a t i c a l l y 2 ) v a r i o u sr e q u i r e m e n to fi n t e r a c t n e t w o r ks e r v i c e sw a sr e s e a r c h e db a s e do nt h ee v cr e a l a p p l i c a t i o n s ，a n dd i f f e r e n t n e t w o r k s t r u c t u r es c h e m e so fe v cw o r ed e s i g n e d t h ee x t e n d e ds e r v i c e so fa l l n e t w o r k s t r u c t u r es c h e m e sw e r ed i s s c u s e d ，a n dt h ei n f l u e n c eo fe v ct e c h n o l o g yi n i m p r o v i n gf u t u r en e t w o r kw a sa l s of o r e c a s t 3 ) a c c o r d i n gt ot h es t a n d a r do fp e r f o r m a n c e p a r a m e t e r sf o ri pn e t w o r k ，t h ep e r f o r m a n c er e q u i r e m e n to fe v cw a ss t u d i e d t h et e s t i n g i i 华中科技大学硕士学位论文 m e t h o da n dr e s u l t sw e r ea n a l y s e da n dar e f e r e n c em o d e lo fr e a lp r o j e c tt e s t i n ga n ds o m e r e f e r e n c ea d v i c ef o rt h eu n p e r f e c tp e r f o r m a n c ec r i t e r i o no f e v cw e r ep r o m o t e d k e yw o r d s ：e t h e r n e t ，e v c ，m s t p ，g f p ，v c ，l c a s i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个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，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名 刮3 日期： ) 0 0 3 - 年加月2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：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电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于， 不保密酬 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名 剖s 日期： 知心年，口月d - 日 指导教师签名：三i 、兰 日期： ，年i , j 月f 2 日 华中科技大学硕士学位论文 1绪论 目前以太网技术和s d h 技术是通信领域的两大主导技术，分别针对各自承载的 业务类型而设计，两者在现有通信网络中均占据着重要的地位。这两种技术都属于 传输技术：以太网技术在以l a n ( l o c a l a c c e s s n e t w o r k ) 为基本单元的计算机网络 中传输数据业务，而s d h 技术则是用于由核心网、城域网和接入网这种分层结构为 主体的电信网中完成可靠的以语音业务为主的t d m 业务的传输。随着i n t c m e t 的发 展，计算机网络向电信网的渗透和宽带接入网建设的进一步深入，数据业务在整个 通信网中所占比例呈迅猛发展的趋势。s d h 技术以其运行稳定、q o s 有保证和开销 字节丰富等优点在核心网、城域网和宽带接入中得到大规模应用，但是不容忽视的 是其面向连接的特性浪费了大量的带宽瓷源。现有以太网技术以其组网简单方便和 资源利用率高等优点也在宽带接入建设中得到较多应用，但是其系统可靠性和网络 安全性并不能满足电信级运营网络的要求【l j 。 近年来随着研究的继续深入，虚级联技术和以太网成帧技术获得进一步发展并 形成标准，各大商业芯片设计公司纷纷推出了以太网映射进s d h 的解决方案，他们 基本上都采用了符合i t u t 建议标准的虚级联技术和以太网成帧技术。在此基础上， 通信设备制造商基于s d h 设备平台，利用虚级联技术和以太网成帧技术，提供面向 数据业务的以太网接口，这样，多业务传送平台( m u l t i s e r v i c et r a n s p o r tp l a t f o r m ， m s t p ) 技术应运而生。m s t p 的一个显著特点就是在s d h 网络中的传送以太网数 据包， e o s ( e t h e m e to v e rs d h ) 技术较好地融合s d h 技术和以太网技术的优点， 既能保证目前大量的t d m 业务对传输性能的要求，同时又融合了以太网技术对数据 业务高效、动态的处理功能，因此e o s 成为目前较为先进的解决方案嘲。e o s 技术 使运营商既可以提供高速的数据业务，又保留了对传统的基于t d m 电路的语音业务 的支持。从而使运营商能在充分利用已有大规模的网络投资的基础上，进一步提高 现有网络的多业务承载能力、生存性及高效的电信级服务质最。这也是本论文选题 的依据和意义。 华中科技大学硕士学位论文 由于s d h 的虚级联技术和以太网封装的成帧方式均是在近几年才获得标准化， 完全符合i t u 建议要求的m s t p 产品正在逐步推广。对以太网数据包在s d h 网络中 传送的应用模式，传送性能，组网结构等认识不是很清晰，还在逐步摸索和实践当 中。因此，本论文以太网虚电路在m s t p 中的实现和应用为题进行研究，从而探索 以太网虚电路在m s t p 中的实现方式和组网应用。 1 1 m s t p 产生背景 近年来，不断增长的i p 数据、话音、图像等多种业务传送需求使得用户接入及 驻地网的宽带化技术迅速普及起来，同时也促进了传输骨干网的大规模建设。由于 业务的传送环境发生了巨大变化，原先以承载话音为主要目的的城域网在容量以及 接口能力上都已经无法满足业务传输与汇聚的要求。于是，多业务传送平台( m s t p ) 技术应运而生。 m s t p 的出现不仅减少了大量独立的业务节点和传送节点设备，简化了节点结 构，而且降低了设备成本，加快了业务提供速度，改进了网络扩展性，节省了运营 维护和培训成本，还可以提供诸如虚拟专网或视频广播等新的增值业务。特别是在 它集成了i p 路由、以太网、帧中继或a t m 之后，可以通过统计复用业务来提高t d m 通路的带宽利用率并减少局端设备的端1 ：3 数，使现有s d h 基础设施最佳化。最后， m s t p 还可以方便地完成协议终结和转换功能，使运营商可以在网络边缘提供多种不 同业务，并同时将这些业务的协议转换成其特有的骨干网协议，且成本要比现有设 备显著降低。 总的看来，m s t p 多业务平台最适合作为网络边缘的融合节点，支持混合型业务 量，特别是以t d m 业务量为主的混合型业务量。它不仅适合缺乏网络基础设旌的新 运营商应用于局间或p o p 间，还适合于大企业用户驻地。即便是那些已经敷设了大 量s d h 网的运营公司，以s d h 为基础的多业务平台也可以更有效地支持分组数据 业务，有助于实现从电路交换网向分组网的过渡f 3 】。 2 华中科技大学硕士学位论文 1 2m s t p 系统结构 m s t p 设备同时实现t d m a t m 以太网业务接入和传送功能的原理是：在传统 的s d h 设备上增加a t m 和以太网接口接入。a t m 、以太网业务，经过a t m 层、 m a c 处理后映射到指定的v c 通道中上s d h 线路上传输。系统的功能模型如图1 1 所示。a t m 和以太网部分接入的数据业务最终要映射进v c 通道里面。因此，m s t p 技术具有很好前向兼容性，从设备角度说，传统s d h 设备可以通过增加数据处理单 板升级为m s t p 设备：从网络角度说，数据业务是通过映射进v c 通道进行传输， 因此可以在任何已有s d h p d h 网络中进行传输，不用对原有网络进行任何改造。其 整体功能模型如下图l l 所示： 圈1 1 基于8 d h 的多业务传送节点基本功能模型 1 3m s t p 技术的发展阶段 m s t p 技术的发展主要体现在对以太网业务的支持上，以太网新业务的q o s 要 华中科技大学顽士学位论文 求推动着m s t p 的发展。一般认为m s t p 技术发展可以划分为三个阶段。 第一代 m s t p 的特点是提供以太网点到点透传。它是将以太网信号直接映射到s d h 的虚容 器( v c ) 中进行点到点传送。在提供以太网透传租线业务时，由于业务粒度受限于 v c ，一般最小为2 m b i t s 。因此，第一代m s t p 还不能提供不同以太网业务的q o s 区分、流量控制、多个以太网业务流的统计复用和带宽共享以及以太网业务层的保 护等功能。 第二代m s t p 的特点是支持以太网二层交换。它是在一个或多个用户以太网接 口与一个或多个独立的基于s d h 虚容器的点对点链路之间实现基于以太网链路层的 数据帧交换。相对于第一代m s t p ，第二代m s t p 作了许多改进，它可提供流量控 制、多用户隔离和v l a n 划分、以太网业务层保护以及优先级转发等多项以太网方 面的支持。目前正在使用的m s t p 产品大多都属于第二代m s t p 技术。但是，与以 太网业务需求相比，第二代m s t p 仍然存在着许多的不足，比如不能提供良好的q o s 支持，业务带宽粒度仍然受限于v c ，基于s t p 的业务层保护时间太慢，v l a n 功 能也不适合大型城域公网应用，还不能实现环上不同位置节点的公平接入，基于i e e e 8 0 2 3 x 的流量控制只是针对点到点链路等等。 摄近才出现的第三代m s t p 的特点是支持以太网q o s 。在第三代m s t p 中，引 入了中间的智能适配层、通用成帧规程g f p ( g e n e t i cf r a m i n gp r o c e d u r e ) 高速封装 协议、虚级联和链路容量调整机制( l c a s ) 等多项全新技术。因此，第三代m s t p 可支持q o s 、多点到多点的连接、用户隔离和带宽共享等功能，能够实现业务等级 协定( s l a ) 增强、阻塞控制以及公平接入等。此外，第三代m s t p 还具有相当强 的可扩展性。可以说，第三代m s t p 为以太网业务发展提供了全面的支持【4 ，5 】。 1 4 第三代m s r p 的关键技术 1 。4 1 虚级联 s d h 中v c 的级联概念是在i t u tg 7 0 7 中定义的，分为相邻级联和虚级联两 种。s d h 中用来承载以太网业务的各个v c 在s d h 的帧结构中是连续的，共用相同 的通道开销( p a t ho v e r h e a d ，p o h ) ，此种情况称为相邻级联，有时也直接简称为级 4 华中科技大学硕士学位论文 联。s d h 中用来承载以太网业务的各个v c 在s d h 的帧结构中是独立的，其位置可 以灵活处理，此种情况称为虚级联。 从原理上讲，可以将级联和虚级联看成是把多个小的容器组合为一个比较大的 容器来传输数据业务的技术。通过级联和虚级联技术，可以实现对以太网带宽和s d h 虚通道之间的速率适配。尤其是虚级联技术，可以将从v c 一4 到v c 一1 2 等不同速 率的小容器进行组合利用，能够做到非常小颗粒的带宽调节，相应的级联后的最大 带宽也能在很小的范围内调节。虚级联技术的特点就是实现了使用s d h 经济有效地 提供合适大小的信道给数据业务，避免了带宽的浪费，这也是虚级联技术最大的优 势 6 1 。 1 4 2 通用成帧规程 通用成帧规程g f p ( g e n e r i cf r a m i n gp r o c e d u r e ) 是在i t u tt 1 7 0 4 1 中定义的一 种链路层标准，它既可以在字节同步的链路中传送长度可变的数据包，又可以传送 固定长度的数据块，是一种简单而又灵活的数据适配方法。g f p 采用了与a t m 技术 相似的帧定界方式，可以透明地封装各种数据信号，利于多厂商设备互联互通；g f p 引进了多服务等级的概念，实现了用户数据的统计复用和q o s 功能。 1 4 3 链路容量调整机制 l c a s 是在i t u tg 7 0 4 2 中定义的一种可以在不中断数据流的情况下动态调 整虚级联个数的功能，它所提供的是平滑地改变传送网中虚级联信号带宽以自动 适应业务带宽需求的方法。l c a s 是个双向的协议，它通过实时地在收发节点 之间交换表示状态的控制包来动态调整业务带宽。控制包所能表示的状态有固定、 增加、正常、e o s ( 表示这个v c 是虚级联信道的最后一个v c ) 、空闲和不使用 六种。 l c a s 可以将有效净负荷自动映射到可用的v c 上，从而实现带宽的连续调 整，不仅提高了带宽指配速度、对业务无损伤，而且当系统出现故障时，可以动 态调整系统带宽，无须人工介入，在保证服务质量的前提下显著提高网络利用率。 一般情况下，系统可以实现在通过网管增加或者删除虚级联组中成员时，保证不 华中科技大学硕士学位论文 丢包。即使是由于断纤或者告警等原因产生虚级联组成员删除时，也能够保证只 有少量丢包7 ，8 1 。 1 4 4 智能适配层 虽然在第二代m s t p 中也支持以太网业务，但却不能提供良好的q o s 支持，其 中一个主要原因就是因为现有的以太网技术是无连接的。为了能够在以太网业务中 引入q o s ，第三代m s t p 在以太网和s d h 之间引入了一个智能适配层，并通过该智 能适配层来处理以太网业务的q o s 要求。智能适配层的实现技术主要有多协议标签 交换( m p l s ) 和弹性分组环( r p r ) 两种。 ( 1 ) 多协议标签交换 m p l s 是1 9 9 7 年由思科公司提出，并由i e t f 制定的一种多协议标签交换标准 协议，它利用2 5 层交换技术将第三层技术( 如i p 路由等) 与第二层技术( 如a t m 、 帧中继等) 有机地结合起来，从而使得在同一个网络上既能提供点到点传送，也可 以提供多点传送；既能提供原来以太网尽力而为的服务，又能提供具有很高q o s 要 求的实时交换服务。m p l s 技术使用标签对上层数据进行统一封装，从而实现了用 s d h 承载不同类型的数据包。这一过程的实质就是通过中间智能适配层的引入，将 路由器边缘化，同时又将交换机置于网络中心，通过一次路由、多次交换将以太网 的业务要求适配到s d h 信道上，并通过采用g f p 高速封装协议、虚级联和l c a s ， 将网络的整体性能大幅提高。 采用m p l s 技术不但能够实现端到端的流量控制，而且还具有公平的接入机制 与合理的带宽动态分配机制，能够提供独特的端到端业务q o s 功能。另外，通过嵌 入二层m p l s 技术，允许不同的用户使用同样的v l a ni d ，从根本上解决了v l a n 地址空间的限制。再有，由于m p l s 中采用标签机制，路由的计算可以基于以太网 拓扑，大大减少了路由设备的数量和复杂度，从整体上优化了以太网数据在m s t p 中的传输效率，达到了网络资源的最优化配置和最优化使用。 ( 2 ) 弹性分组环 r p r 是i e e e 定义的如何在环形拓扑结构上优化数据交换的m a c 层协议，r p r 华中科技大学硕士学位论文 可以承载以太网业务、i p ，m p l s 业务、视频和专线业务，其目的在于更好地处理环 形拓扑上数据流的问题。r p r 环由两根光纤组成，在进行环路上的分组处理时，对 于每一个节点，如果数据流的目的地不是本节点的话，就简单地将该数据流前传， 这就大大地提高了系统的处理性能。通过执行公平算法，使得环上的每个节点都可 以公平地享用每一段带宽，大大提高了环路带宽利用率，并且一条光纤上的业务保 护倒换对另一条光纤上的业务没有任何影响。 r p r 是一种专门为环形拓扑结构构造的新型m a c 协议，具有灵活、可靠等特 点。它能够适应任何标准( 如s d h 、以太网、d w d m 等) 的物理层帧结构，可有效 地传送话音、数据、图像等多种类型的业务，支持s l a ( s e r v i c el e v e la g r e e m e n t 服务 等级协定) 以及二层和三层功能，提供多等级、可靠的q o s 服务支持动态的网络拓 扑更新。其节点间可采用类似o s p f ( o p e ns h o r t e s tp a t hf i r s t 开放最短路径优先) 的 算法交换拓扑识别信令并具有防止分组死循环的机制，增加了环路的自愈能力。另 外，r p r 还具有较强的兼容性和良好的扩展性，具有t d m 、s d h 、以太网、p o s 等 多种类多速率端口，能够承载i p 、s d h 、t d m 、a t m 、以太网等多种协议的业务 还可以方便地增加传输线路、传输带宽或插入新的网络节点，对将来可能出现的新 业务、协议或物理层规范具有良好的适应性。再有，由于r p r 环路每个节点都掌握 环路拓扑结构和资源情况，并根据实际情况调整环路带宽分配情况，所以网管人员 并不需要对节点间资源分配进行太多干预，减少了人工配置所带来的人为错误。r p r 使得运营商能够在城域网内以较低成本提供电信级服务，是一种非常适合在城域网 骨干层、汇聚层使用的技术【9 ，10 1 。 本论题“以太网虚电路在多业务传送平台中实现和应用”正是针对传输设备当 前的技术发展状况和市场需求，提出以太网虚电路切实可行的实现方案，对以太踊 虚电路的应用模式，组网结构，性能等进行了深入探讨。本论文的研究任务就是根 据i t u t 最新定义的系列建议，利用s d h 虚级联技术有效承载g f p 标准封装的以 太网业务，实现s d h 对数据业务的传输能力，同时研究如何进行以太网虚电路的组 网应用，对以太网虚电路的传送性能进行分析。其目标是在m s t p 上实现以太网虚 7 华中科技大学硕士学位论文 电路，提出以太网虚电路的组网形式和性能指标。 本论文分为五个部分：第一部分绪论，简要介绍了m s t p 的背景和发展趋势， 第二部分阐述了在m s t p 上实现以太网虚电路的关键技术；第三部分分析了以太网 虚电路的实现；第四部分给出了以太网虚电路的组网形式：第五部分分析了以太网 虚电路的性能。 华中科技大学硕士学位论文 2 m s t p 实现以太网虚电路的关键技术 以太网接口作为一种局域网接口，自出现以来，以其优良的性价比和广泛的适 用性在全球局域网应用中占到了绝对的优势，为各种应用所接受。由于以太网接口 巨大的用量，其端口价格相比于其他技术( 如f i b e rc h a n n e l 、a t m 、p o s 、d d n 、 f r 等) 也具有很大的优势。随着宽带城域网的普及，很多新的大客户应用，如v p n 专线、局域网互联等也日益倾向于使用各种以太网接口来连接，以降低成本，提高 效率。尤其是m s t p 设备更是利用了s d h 平台的广泛性和可靠性，在其上接入以太 网业务，提供以太网电路( 类似于e 1 电路) 用于连接路由器接入服务器，交换机等节 点设备，提供城域网的应用【l l 】。 原理上讲。以太网连接并不是一条t d m 电路，之所以称之为以太网电路，是由 于在m s t p 中( 其功能框图见图1 一1 ) ，是将以太网的m a c 帧通过p p p l a p s g f p 封装后映射到v c 通道中实现传输的，它在物理上占用了固定的v c 带宽资源。从图 1 1 可以看出，如果这里的以太网接1 2 1 是具有二层交换功能的接口，则其中的以太 网电路就具有统计复用的功能，应该称为以太网虚电路更为恰当。在后面的表述中， 我们将统称为以太网虚电路。 在m s t p 中实现以太网虚电路主要使用了如下三种关键技术：以太网的封装技 术( l a p s 或g f p ) ，虚级联( v c ) 技术和链路容量调整( l c a s ) 技术【1 2 】。 2 1以太网封装技术 在2 0 0 1 年版本的m s t p 行业标准中。对以太阏到s d hv c 的封装格式并没有严 格限定，而是定义了3 种标准封装协议：p p p 、l a p s 、g f p ，各个厂家可以选用不 同封装协议，实际系统中厂商多选用一个或两个选项，也有厂家采用私有协议。但 是即使采用相同封装协议，仍有一些选项差异，如p p p 中c r c 编码等，所以实际系 统中无法互通。 p p p 和l a p s 封装以o x 7 e 码作为定界标示和速率适配的填充码型，对分组数据 9 华中科技大学硕士学位论文 内的0 x 7 e ，0 x 7 d 码需要进行码型变换，也叫转义，0 x 7 e 转义成0 x 7 d 和5 e ；0 x 7 d 转 义成0 x 7 d 和5 d ，因此封装效率与分组数据内容有关。相对于p p p 、l a p s ，g f p 采 用p d u 长度和h e c 校验实现帧定界，通过空闲帧实现速率适配，具有封装效率高、 与净荷内容无关的特性。另外，g f p 还提供各种扰码和纠错机制，最大程度地抑制 了伪数据帧的出现。因此g f p 的标准化程度比p p p 、l a p s 更高些，目前已成为分 组数据映射到s d h 的标准方式。采用g f p 封装可以更有效地防止误码引起的错帧， 更有利于各厂家的互通。实现不同厂商映射方式的互通，能提高城域组网的灵活性 1 1 2 , 1 3 。在本文的以下部分，将以g f p 作为重点进行研究。 2 ，1 1g f p 协议简介 g f p 的基础是s d l ( 简单数据链路) ，是一种先进的数据信号适配、映射技术。 通过它可以透明地将上层的各种数据信号封装为可以在现有的传输网络中有效传输 的信号。目前，i t u t g 7 0 4 1 已对其进行了标准化。 g f p 定义了在现有的s d h 网络中如何传输不同长度的用户协议数据单元( p d u ) 的数据链路成帧协议。g f p 提供统一的成帧方式，不像其他的数据链路成帧协议针 对某种特定应用，如p o s ( p a c k e to v e rs d h ) 等。g f p 采用灵活的帧封装以支持固定 或可变长度的数据。g f p 不像h d l c 以特定字符填充帧头来确定帧边界，g f p 使用 以h e c ( h e a de r r o rc h e c k ，帧头错误检验) 为基础的自描述技术，通过两字节当前帧 的净负荷长度和两字节的帧头错误检验来确定帧的边界，因此克服了靠帧标志定位 带来的种种缺点，进一步加快了处理速度，适应下一代s d h 高速的要求【1 4 】。 g f p 是一种通用映射技术，对于固定或可变长度的帧结构，g f p 都可以进行灵 活的帧封装。g f p 尤其适合于在字节同步通信信道上传输分组码及面向数据流的包， 它成功吸收了a t m 中基于帧描述的差错控制技术来适应固定或可变长度的数据业 务。为了方便地在同一时间里处理到达的随机字节块，g f p 充分减少了数据链路的 映射解映射的处理，这减少了运行的复杂性，使得g f p 特别适合于点到点的s d h 的 高速传输链路。 1 0 华中科技大学硕士学位论文 s o n e 吖s d ho t n o t h e r $ v c - np a t h 0 d u kp a t h ( e g f i b r e ) 图2 1g f p 与客户信号及传输通道的关系 功能上，g f p 由通用与客户专用属性两方面组成，g f p 的通用属性方面的功能 适用于所有的g f p 适配业务并覆盖了诸如p d u 的描述，数据链路同步及加扰，客户 p d u 的复用和独立客户性能监控。g f p 的客户专用属性方面的功能包括客户p d u 映 射进g f p 净荷，专用客户性能监控、操作、管理及维护。见图2 1 。 2 1 2 适配模式和应用 g f p 提供高度灵活的数据封装方法，既支持固定长度的帧，也支持可变长度的 帧。如图2 2 所示，有两种类型的g f p 模式：g f p 帧映射模式( f r a m e - - m a p p e dg f p ， 面向p d u 的自适应模式，用于可变长度的信息包，如以太网、i p 、r p r 等) 和g f p 透明模式( t r a n s p a r e n tg f p ，面向块码的自适应模式，用于存储协议，如f i c o n 、 光纤通道、e s c o n 等) 。在透明g f p 中，块编码的客户属性先解码，然后转换成g f p 帧，接着也许不等整个客户数据包都过来，就立即发送出去。这对l a n 和s a n 中 的低时延协议是很有用的。 在m s t p 中，需要封装的是以太网数据包，所以，我们使用g f p 的成帧模式。 下面的对g f p 的讨论中，将不再涉及g f p 透明模式i t 5 l 。 华中科技大学顽士学位论文 i l | | 重l l l 砉 g f p - c l i e n ts p e c i f i ca s p e c t s f r a m em a p p e d t r a n s p a r e n tm a p p e d g f p - c o m m o na s p e c t s s o n e t ，s d h o t n o t h e r 21 3g f p 帧格式 图2 2g f p 适配模式和应用 g f p 的基本的帧格式主要由两部分组成：4 字节的核心帧头( c o r eh e a d e r ) 和 g f p 净荷区域( 其范围从4 到6 5 5 3 5 字节) 。见图2 3 ： 图2 3g f p 帧结构 华中科技大学硕士学位论文 核心帧头( c o r eh e a d e r ) ： g f p 的核心帧头支持g f p 专用数据链路管理功能，核心帧头允许g f p 帧描述独 立于上一层p d u 的内容，其长4 个字节，由两部分组成： ( 1 ) 净荷长度标示( p l i ) 区域：2 个字节的内容表示了g f p 净荷区域字节数 的大小，并指示出下一个g f p 帧的比特数据流的开始位置与当前g f p 帧的核心帧头 的最后一个字节之间的偏移量。g f p 客户帧的p l i 值最小值是4 ，在0 3 之间的p l i 的值预留给g f p 内部使用或提交给g f p 控制帧。 ( 2 ) 核心帧头错误检验( c h e c ) ：2 字节长的c h e c 包含了保护核心帧头完整 性的循环冗余校验( c r c - 1 6 ) 序列。用标准的c r c 一1 6 对核心帧头字节进行计算可 得出c h e c 序列，c r c - 1 6 可以纠正单比特的错误并能检测多比特的错误。g f p 与 h d l c 协议的一大区别是：其帧定界是基于帧头中的帧长度指示符采用c r c 捕获的 方法来实现的，与a t m 中使用的方法相同，并不需要起始、结束标识符，因此也不 需要在映射过程中进行字节填充、去填充处理，使得映射效率更高，处理速度更快。 g f p 净荷域： g f p 净荷区域包含了除g f p 帧核心帧头以外的所有剩余字节，它的长度在4 6 5 5 3 5 个字节的范围内变化，它通常支持g f p 客户专用属性，例如客户p d u 、链路 层码字或g f p 的客户管理信息。从结构上看，净荷区域必须有净荷头部与净荷信息 部分，而净荷f c s 则属于可选择性部分。 ( 1 ) 净荷头部：净荷头部的长度为4 6 4 个字节，并且可变，它能支持传输客 户信号的数据管理程序，净荷头部包含了两个必须的部分，个是类型部分，另一 个是附属的类型头部错误检验部分( t h e c ) ，t h e c 保证了类型部分的完整性，此外， 净荷头部还可以包含一个可变长度的子区域，以作为扩展头部的一部分。 1 ) g f p 的净荷类型部分：净荷类型部分由指示g f p 净荷信息内容与格式的净 荷头部组成，长为2 个字节。类型部分能够区分多业务环境下的不同业务，它由以 下部分组成： 净荷类型标识符( p t i ) ：3 比特的p t i 表示g f p 客户帧的类型，并定义了用户 数据帧与客户管理帧。 华中科技大学硕士学位论文 净葡帧校验序列标识符( p f i ) ：其中的l 比特p f i 表示是否有净荷f e s 部分。 扩展头部标识符( e x i ) ：4 比特e x i 表示扩展头部g f p 的类型，它能定义3 种 扩展头部，分别为空扩展头部，线型扩展头部及环型扩展头部。 用户净荷标识符( u p i ) ：8 比特u p i 表示了在g f p 净荷信息域中传送的净荷类 型，根据传送的用户信号类型可以设置u p i 。 2 ) 类型h e c 部分( t h e c ) ：长为2 个字节，这个序列是用标准的c r c 1 6 计算核 心帧头得到的，在此可以对类型域进行传输误码检测。 3 ) g f p 扩展头部：g f p 也能支持种灵活的净荷头部扩展机制，以方便各种不 同的传输体制能适应g f p 的要求，净荷扩展头部长为o 一6 0 字节( 包括扩展头部h e c 部分) ，它能支持专用技术的数据链路头部，例如：虚拟链路标示，源目的地址，端 口号，业务等级，e h e c 等等。扩展头部类型的标示由净荷头部类型部分的e x i 比特 的信息来表示，人们定义了空号，线型，环型三种扩展头部来支持基于逻辑环的客 户专用数据或逻辑的点到点的配置，在相应的扩展头部中会给出源目的地址、服务 类别、优先权、生存时间、通道号、源目的m a c 端口地址等。 空扩展头部：当e x i 设置成这个值时，表示目前没有可扩展的头部，当整个g f p 净荷是用来表示传送单比特净荷类型时，此时e x i 的值即为默认值。 线型扩展头部；一个2 字节的扩展头部支持点到点配置中的多用户共享g f p 的 净荷，线型扩展头部也支持这样的一种情况，即把几个独立的链路汇聚成一条单一 的传输通道，线型扩展头部包含有一个8 比特的信道标示符，它用来指示g f p 终端 的2 5 6 个通信信道中的某一个及一个留做日后使用的8 比特空闲部分。 环型扩展头部：一个1 8 字节的扩展头部支持一个环型配置中的多用户共享g f p 净荷信息。 扩展的h e c 部分( e h e c ) ：2 个字节的e h e c 包含有为了保护扩展内容完整性的 i s o 规定的c r c 1 6 校验序列。 ( 2 ) 净荷信息部分：净荷信息部分包含了成帧的p d u ，它的可变长度为0 到 6 5 5 3 5 一x 字节，这里的x 是挣荷头部( 包括可能存在的扩展头部) 与净荷f c s 部 分( 如果有的话) 的长度。用户，控制p d u 总是以整齐的字节数据流的形式转化成g f p 1 4 华中科技大学硕士学位论文 净荷信息。 ( 3 ) 净荷帧校验序列( f c s ) ：可任意选择的4 字节长度的f c s 包含了一个保护 g f p 净荷信息部分内容完整性的c r c 一3 2 校验序列，如果g f p 净荷类型部分中的l 比特p f i 值为1 的话，则表示净荷f c s 部分存在。由此可见g f p 在其帧的不同部位 实行了层层的c r c 校验，这大大提高了帧传输的可靠性b 6 】。 2 ，1 4 g f p 帧类型 从功能上看，g f p 有两种基本类型的帧：g f p 客户帧及g f p 控制帧，g f p 的客 户帧又分为：客户数据帧( c d f ) 与客户管理帧( c m f ) 。g f p 客户数据帧用来传输 客户的数据，g f p 客户管理帧用于传送与客户信号有关的管理信息或g f p 的连接。 g f p 控制帧用于g f p 的连接管理，这里控制帧专指g f p 空闲帧。 g f p 客户数据帧由核心帧头和净荷域组成，客户帧类型域的值如下：净荷类型标 识符p t i = 0 0 0 ，净荷帧校验序列标识符( p f i ) 由是否有净荷f c s 决定，扩展头部标 识符( e x i ) 由帧的复用和g f p 连接的拓扑需求决定，用户净荷标识符( u p i ) 出g f p 净荷信息域中传送的净荷类型决定。g f p 定义的客户信号类型见表2 1 ，这里只列出 部分净荷类型： 、 表2 1g f p 客户数据帧用户净荷标识 p t j = 0 0 0 u p i g f p 净苟域 0 0 0 0 0 0 0 l 帧映射以太网 0 0 0 0 0 0 1 0帧映射p p p 0 0 0 0 1 0 1 0 帧映射r p r 0 0 0 0 1 1 0 1 帧映射m p l s g f p 客户管理帧由核心帧头和净荷域组成，净荷类型标识符p t i = 1 0 0 ，净荷帧 校验序列标识符( p f i ) 由是否有净荷f c s 决定。扩展头部标识