（信息与通信工程专业论文）城域以太网oam功能研究与实现.pdf

南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 摘要 从局域网组网协议发展到今天，以太网技术以其价格低廉、配置简单、组网灵活被大众 熟悉和接受。现今，9 8 以上的终端用户通过以太网接口发送和接收数据，实现各种形式的 联网。随着社会信息化程度的增加，以太网不断得到提高其带宽，并凭着其简单及性价比方 面优势，逐渐向城域和广域承载网发展，在未来发展中，以太网技术优势和市场吸引力正帮 助以太网技术在各种传送网技术中逐步确定自己的主流地位。但是，以太网的o a m ( 运营、 维护和管理) 大多由使用者承担，在运行维护方面远远达不到电信级的水平，所以o a m 是 以太网技术从局域网向城域网和广域网发展过程中所面对的一个主要问题。 本文通过对以太网o a m 关键技术的研究，总结和整理城域宽带以太网的技术方案，提 供了一种模拟的以太网组网方案，并对该方案中具体节点上的o a m 功能进行了设计与l i n u x 平台上模拟实现。为此，本文首先简要介绍了以太网o a m 的定义、功能需求以及发展现状； 然后以i e e e8 0 2 1 a g 协议为基础分析了以太网o a m 的关键技术，并通过扩展其报文结构对 一些功能作了完善；接下来对城域以太网的技术方案做了分析，设计了可行的模拟环境，最 后通过软件模拟实现了o a m 功能。 关键词：城域以太网连通性测试环回测试链路跟踪o a m a b s t r a c t f r o md e v e l o p m e n to ft h el a nn e t w o r kp r o t o c o ls of a r , e t h e m e tt e c h n o l o g yw i t hi t sl o wp r i c e ， e a s yc o n f i g u r a t i o na n df l e x i b l en e t w o r kh a sb e e nf a m i l i a ra n da c c e p t e db yt h ep u b l i c t o d a y , m o r e t h a n9 8 o fe n d u s e r ss e n d ，r e c e i v ed a t aa n da c h i e v ev a r i o u sf o r m so fn e t w o r k i n gt h r o u g ht h e e t h e r n e ti n t e r f a c e w i t ht h ei n c r e a s et h ed e g r e eo fi n f o r m a t i o n ，e t h e m e tc o n s t a n t l yi m p r o v ei t s b a n d w i d t ha n dd e v e l o pt ot h em e t r oa n dw i d ea r e an e t w o r kw i t hi t ss i m p l ea n dc o s t - e f f e c t i v e a d v a n t a g e s w i t ht h es t r e n g t h sa n dm a r k e ta t t r a c t i v e n e s so fe t h e r n e tt e c h n o l o g y , e t h e r n e tw i l lb e t h em a i n s t r e a mo ft r a n s m i s s i o nn e t w o r kt e c h n o l o g yg r a d u a l l yi nt h ef u t u r e h o w e v e r , t h ee t h e m e t o a m ( o p e r a t i o n s ，m a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n t ) a r em o s t l yb o r n eb yt h eu s e r , a n da r el e s st h a n t h el e v e lo fc a r r i e r - c l a s s ，s oe t h e r n e to a m t e c h n o l o g i e sa r et h em a j o rp r o b l e mw ew i l lf a c ew h e n t h ee t h e r n e td e v e l o pf r o mt h el a nt ot h em a na n dw a n b a s e do nt h es t u d yo ft h ek e yt e c h n o l o g i e so fe t h e m e to a ma n dt h es u m m a r i z a t i o no ft h e m e t r oe t h e m e tt e c h n i c a ls c h e m e s ，t h et h e s i sb r i n g sf o r w a r dak i n do fs c h e m ea b o u tc a r r i e ra r e a n e t w o r k s a l s o ，w ed e s i g nt h eo a mf u n c t i o no ft h es p e c i f i cp o i n t si nt h es c h e m ea n dt h e nd e v e l o p t h e mo nt h el i n u xp l a t f o r m f o rt h i sp u r p o s e ，t h ef u s tp a r to ft h et h e s i si n t r o d u c e st h ed e f i n i t i o n ， f u n c t i o nn e e da n dp r e s e n ts i t u a t i o no fe t h e m e to a mb r i e f l y a n dt h e nt h et h e s i sa n a l y s i s e st h ek e y t e c h n o l o g i e so fe t h e r n e to a m b a s e do nt h ep r o t o c o li e e e8 0 2 1a gi nd e t a i l ，a n di m p r o v e sa n d p e r f e c t sf e wf u n c t i o n sb yh a v i n ga l le x p a n s i o no ni t sm e s s a g e s i no r d e rt oo b t a i nt h ef e a s i b l e s i m u l a t i o ne n v i r o n m e n t ，t h i st h e s i sa n a l y s i s e st h es c h e m eo fc a r r i e ra r e an e t w o r k f i n a l l yt h e t h e s i sd e v e l o p st h eo a mf u n c t i o no nt h es i m u l a t i o ns o f t w a r e k e y w o r d s ：m e t r o e t h e r n e tn e t w o r k s ，c o n t i n u i t yc h e c k ，l o o p b a c kc h e c k ，l i n kt r a c e ，o a m i i 南京邮电大学硕士研究生学位论文缩略语 a i s a t m c c c c m c f m c i s t c p e d s a p e o s e v c f n g g f r h d l c i s a p l a p s l b m l b r l c a s u m 豫 m a n m d m e p m e f m i p m p 缩略语 a l a r mi n d i c a t i o ns i g n a l 告警提示信号 a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e异步传输模式 c o n t i n u i t yc h e c k连通性检测 c o n t i n u i t yc h e c km e s s a g e连通性检测信息 c o n n e c t i v i t yf a u l tm a n a g e m e n t连接故障管理 c o m m o na n di n n e rs p a nt r e e通用和内部生成树 c u s t o m e rp r e m i s e se q u i p m e n t 客户端设备 d o m a i ns e r v i c ea c c e s sp o i n t域内服务访问点 e m 锄e to v e rs d h基于s d h s o n e t 的 e t h c n l e tv i r t u a lc o n n e c t i o n以太网虚连接 f a u l tn o t i f i c a t i o ng e n e r a t o r 故障通报机制 g e n e r i cf r a m i n gp r o c e d u r e通用成帧规程 h i g h - l e v e ld a t al i n kc o n t r o l高级数据链路控制 i n t e r m e d i a t es e r v i c ea c c e s sp o i n t 内部服务访问点 l i n ka c c e s sp r o c e d u r es d h基于s d h 的链路规程 l o o p b a c kc h e c km e s s a g e环回测试信息 l o o p b a c kc h e c kr e p l y环回测试信息回复 l i n kc a p a b i l i t ya d j u s ts c e n a r i o链路容量调整方案 l i n kt r a c em e s s a g e链路跟踪信息 l i n kt r a c er e p l y链路跟踪回复 m a i n t e n a n c ea s s o c i a t i o n维护集 m e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k城域网 m a i n t e n a n c ed o m a i n维护域 m a i n t e n a n c ea s s o c i a t i o ne n dp o i n t维护实体终端节点 m e t r oe t h e m e tf o r u m城域以太网论坛 m a i n t e n a n c ea s s o c i a t i o ni n t e r m e d i a t ep o i n t 维护实体中间结点 m a i n t e n a n c ep o i n t维护节点 v t 南京邮电大学硕士研究生学位论文缩略语 m p l s m s r m s t o a m p b b n p d h p v c q o s r d i s d h s l a s n m p s o n e t s v c t d m t e t l v u n i v l a n v p n 嘲心文 m u l t i - p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g m u l t i p l e xs e r v i c er i n g m u l t i p l e xs p a nt r e e o p e r a t i o na d m i n i s t r a t i o na n dm a i n t a i n s p r o v i d e rb a c k b o n eb r i d g e dn e t w o r k p l e s i o c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y p r i v a t ev i t u a lc o n n e c t i o n q u a l i t yo fs e r v i c e r e m o t ed e t e c ti n d i c a t i o n s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y s e r v i c e l e v e la g r e e m e n t s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c o l s y n c h r o n o u so p t i c a ln e t w o r k s e r v i c ev i t u a lc o n n e c t i o n t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g t r a 硒ce n g i n e e r i n g t y p el e n g t hv a l u e u s e rt on e t w o r ki n t e r f a c e v i a t u a ll o c a la r e an e t w o r k v i r t u a lp r i v a t en e t w o r k w i d ea r e an e t w o r k v i i 多协议标签交换 多业务环 多协议生成树 运行管理和维护 运营商传输网 准同步数字系列 私有虚拟连接 服务质量 远端故障提示 同步数字系列 服务等级协议 简单网络管理协议 同步光网络 业务虚拟连接 时分复用 流量工程 类型长度数值 用户网络接口 虚拟局域网 虚拟专用网 广域网 南京邮电大学学位论文原创性声明 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，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它 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。 研究生签名么毖日期：2 1 垂蚴 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送 交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论 文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。 论文的公布( 包括刊登) 授权南京邮电大学研究生部办理。 研究生建名：锄 导师签名： 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 第一章绪论 以太网的出现最早可以追溯到2 0 世纪7 0 年代，至今已经有3 0 多年的历史，但是由于不 断更新的技术为其注入新的活力，以太网技术时至今同仍然焕发勃勃生机，令人刮目相看。 以太网的结构简单，成本低廉，带宽容易扩展等特点与光纤技术的有机结合导致了光以太网 的出现。光以太网的出现更为以太网插上腾飞的翅膀，使以太网帧信号不但可以实现长距离 传输，而且用更简单的方法便可以实现“干线直接到桌面”。这使得以太网技术不但占领了 局域网领域，而且逐渐向城域网和广域网迈进，开辟了以太网技术在通信领域应用的新篇章。 而无线以太网则解决了有线以太网不便于漫游、在某些地区铺设线缆困难等难题，为以太网 的发展开拓了新的天地。 电信级以太网是以太网在运营商领域的应用，它利用以太网技术为用户提供各种电信级 别的服务，是a t m 、s d h 等城域网技术的替代技术。随着以太网技术的不断发展，电信级城 域以太网技术j 下在成为全球通信业的下一个热点，相关厂商也对城域以太网技术的发展前景 寄予了极大的期望，并给予了不断的创新和完善，相关的标准化组织各自从不同的角度和侧 重点出发做了不同的努力与工作。以太网o a m 技术【2 】是以太网技术进入运营商领域不可或缺 的技术，随着城域以太网技术的不断发展，它自然也将成为通信业中的研究热点。 本文从理论和实践两个方面对以太网o a m 技术作了全面的论述。 1 1 城域以太网简介 1 1 1 城域以太网的主要特征 电信级城域以太网【l 】的特征可以大致归纳为以下6 个方面：扩展性、q o s 、可靠性、安全 性、电信级管理、标准化。 所谓扩展性指能够在m a n ( m e t r oa r e an e t w o r k ) 乃至w a n ( w i d ea r e an e t w o r k ) 等 很大地理范围内服务百万级用户的能力。企业级以太网和采用q i n q 方式【2 i 】( 通过在以太帧 中堆叠两个8 0 2 1 q 包头，有效地扩展了v l a n 数目，使v l a n 的数目最多可达4 0 9 6 4 0 9 6 个) 的早期电信级以太网难以达到这要求。另外，以太网中光纤线路成本随节点数的增加 而迅速增长，其网络成本对于复杂的大型电信级网络是否合算还是个未知数。还有，以太网 南京i l t g t 乜, 大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 作为异步通信技术，其抖动随网络规模的扩大而增加，有可能突破大网所允许的限值，至少 不太适合电信w a n 应用。 q o s 要求包括各种电信级网络性能指标的要求。在l a n 范围，q o s 不是问题，当扩展应 用到公用电信网时需要提供随用户而异的q o s 和s l a 机制，而传统以太网没有机制能保证 端到端的抖动、延时和包丢失性能，无法提供实时业务所需要的全网范围的标准q o s 指配能 力以及多用户共享节点和网络所必须的用户认证和计费统计能力。例如传统以太网没有内置 保护功能，主要靠路由器来实施保护，需要至少l s 才能使数据流重新定向，使以太网无法传 送电信级的语音数据流。 可靠性包括5 个9 ( 9 9 9 9 9 ) 的设备可用性要求、各种级别的设备插板和芯片级的备用 冗余能力、5 0 m s 的保护倒换时间要求( 在工作线路出问题的时候，通过相应的倒换机制，将 业务切换到保护通路上，倒换时间要求为5 0 m s ) 等。这些设计要求对于传统用于l a n 领域 的低成本的以太网设备和早期电信级以太网设备来说都难以全部提供或保证。 以太网原来是为l a n ( l o c a la r e a n e t w o r k ) 企事业单位用户内部应用设计的，缺乏安全 机制保证，即便有需求也是由高层协议来处理。以太网也不能像s d h 那样分离网管信息和用 户信息，安全性不如s d h 网【2 2 1 。当扩展到m a n 和w a n 以后，将有大量的终端用户由同一 个基础设施服务，这时上述利用高层协议的处理方法就无法接受了，需要开发新的安全和加 密机制，例如最起码可以支持v p n 和防火墙，能有效隔离其承载的各种业务网，确保网络安 全等。 电信级管理包括一系列严格的涉及多个层面( 物理层、以太网层、业务层) 的o a m 功 能要求。以太网原来主要用于小型l a n 环境，o a m 能力很弱，且目前只有网元级的管理系 统，其管理工具不足以支持公用电信网所必须的网络范围的管理和视野。另外，以太网交换 机的光口是以点到点方式直接相连的，省掉了传输设备，不具备内置的故障定位和性能监视 能力，使以太网中发生的故障更难以诊断和修复。而在公用电信网中，必须有效地运行和维 护大规模的地理分散的网络，需要有很强的o a m 能力、端到端的网络级管理能力和视野乃 至商务赢利模式，例如最起码需要有用户认证、鉴权和计费功能( 3 a 功能) ，这些都需要重 新开发。 标准化包括网络和业务层面的标准化程度，前者涉及网络架构、接口和协议的标准化， 后者涉及标准化的业务传送，包括以太网专线( e p l ) 、以太网虚拟专线( e v p l ) 和以太网局 域网( e l a n ) 等以太网业务的定义和平滑的业务互通功能等要求。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 2 城域以太网的主要标准 以太网从1 9 8 0 产生第一个标准i e e e 8 0 2 3 以来，已经产生了很多标准，分别介绍如下： i e e e 8 0 2 1 协议：设计8 0 2 系列标准间的关系以及与o s i 模型之间的关系，解释与高层协议 关系，讨论网间和网管问题； i e e e 8 0 2 2 协议：介绍网络与介质媒体接入控制层( m a c ) 的接口业务技术规范，解释定 义在l a n 数据链路层的同级协议； i e e e 8 0 2 3 协议：介绍采用c s m a c d 介质接入控制法的物理层总线，以太网( e t h e r n e t ) 通常采用此协议； i e e e 8 0 2 4 协议：令牌接入法的物理层总线协议； i e e e 8 0 2 5 协议：令牌接入法的物理层环路协议；f d d i 光纤局域网采用此协议标准； i e e e 8 0 2 6 协议：大城市地区网接入法的物理层协议，m a n 网络采用的协议标准。 i e e e 8 0 2 3 - - 一i e e e 8 0 2 6 主要规定了局域网m a c 层对于传输介质接入的方法，这里分两类： 竞争接入法和非竞争接入法，前者接入控制分散在网络各站点，各站点之间无协议控制接入 顺序，因此有接入竞争碰撞；后者需有接入顺序协议，无接入碰撞产生。其中令牌法为非竞 争接入法。 1 1 3 城域以太网的主要应用 以太网可以应用到网络的各个方面，在局域网更是占据大部分网络，但是到目前为止在 城域网和广域网的应用并不多。要使传统以太网逐步向运营网络过渡，规范其业务模式是当 务之急。为了使以太网能提供多种业务，m e f ( m e t r oe t h e r n e tf o r u m ) 提出了以太网业务模 式、种类、类型以及级别的概念，其基本研究思路是：通过业务属性和参数来标识业务，使 得以太网能提供不同等级的业务并支撑未来的新业务。 m e f 提出的以太网的业务模式在属性上与a t m 提供的面向连接的虚电路承载业务很接 近，具备点到点、多点到多点( 含点到多点子集) 两种模式。根据其定义，城域以太网目前 支持以下业务种类： 1 ) e v p l 业纠3 】 e v p l ( e t h e m e tv i r t u a lp r i v a t el i n e ，以太网虚拟专用线路) 定义为两个用户站点的 u n i ( 用户网络接口) 之间的点对点以太网连接服务。e v p l 就是与帧中继永久虚电路 ( p v c ) 相当的以太网，但是以太网的带宽范围和连接选择要大得多。对于站点与站点之 3 南京邮电大学硕： 二研究生学位论文第一章绪论 间的互联来说，e v p l 与现今流行的帧中继p v c 相类似。有- j e v p l ，某一站点的以太网 交换设备就可以与其他站点进行互联，而无需帧中继交换机或带帧中继功能的广域网路 由器。 2 ) e p l n 业务【4 】 e p l n ( e t h e m e tp r i v a t el a n ，以太网专用局域网) 提供多点连接，即可以连接两个或 两个以上的用户站点的u n i 。多个用户的u n i 由一个多点对多点( m p m p ) e p l n 来连接， 一个用户站点发出的数据可以被另一个或多个其他用户站点接收。最简单的情况是，每 个站点都是同一v l a n 的成员。当新的站点增加时，他们就成为了同一v l a n 的成员，因 此简化了提供业务的准备工作( 即在同一v l a n 内的成员可以直接通信，无须另外配置) 。 多点对多点e p l n 使得城域以太网络看上去就像一个大局域网。 1 2 城域网技术的发展趋势 近来，电信级以太网的发展很快，一些最新的技术解决方案已经解决或接近解决了上述 问题，具有硬q o s 能力和电信级网管能力，已能提供5 0 m s 的保护倒换时间，有些技术还采 用了数字包封器，利用前向纠错( f e c ) 和同步技术来改进系统性能，延伸传输距离。简言之， 一些新型电信级以太网技术正逐渐具备公用电信网所要求的必备功能和性能，如q i n q 。除此 外，各种标准化组织和厂家开发了很多新型电信级以太网技术【1 1 ，诸如弹性分组环( r p r ) 、 多业务环( m s r ) 、m a ci nm a c 封装、网络提供商骨干传送( p b t 技术) 、虚拟专用局域网 业务( v p l s ) 等。 1 3 本论文内容简介及章节安排 本文在介绍以太网o a m ( 运行，管理，维护) 机制的基础上，以8 0 2 1 a g 协议矛1 8 0 2 3 a h 协议为基础，对以太网o a m 关键技术作了深入分析，并对电信以太网的组网方案以及o a m 子层功能的实现方案进行了设计实现。 本文主要工作包括： 1 ) 对以太网o a m 关键技术作了分析，包括o a m 的工作原理、协议分层模型、传输帧结 构以及最重要的几种数据帧的字段含义研究。 2 ) 设计了终端接入点的发现机制，对协议作了完善。 3 ) 参考现在先进的城域网组网技术，对电信级别的以太网组网方案进行了设计实现。 4 南京邮电人学硕士研究生学位论文第一章绪论 4 ) 对o a m 子层功能模块的实现流程做了研究，设计实现了相应的模块。 本文内容结构安排如下： 第一章概述了电信级城域以太网主要特征、应用和发展趋势。 第二章概述部分简要讨论了以太网o a m 的需求，介绍了以太网o a m 的应用场景以及发 展现状。 第三章以8 0 2 1 a g 协议和8 0 2 3 a h 协议为基础，详细介绍了以太网o a m 协议并对o a m 的关 键技术作了详细分析，介绍了以太网o a m 协议8 0 2 1 a g 的数据帧格式，并设计了m e p 节点自动 发现过程。 第四章重点介绍了一种新型的电信级城域以太网技术。 第五章详细介绍了o a m 子层功能模块的实现，对重要的功能模块进行了状态机设计并作 了实现，这是本文的设计实践部分。 1 4 研究课题的背景和意义 近年来，随着因特网的发展和快速普及，网络用户尤其是商业用户对网络带宽的需求不 断的提高，传统的接入网已经成为整个网络中的瓶颈，新的宽带接入技术取而代之成为研究 的热点。另一方面，基于i p 的数据业务量呈爆炸式的增长，i p 技术己经成为网络的主导技术。 以太网技术是迄今为止最成功和最成熟的局域网技术，具有性价比高、扩展性强、容易安装 开通以及高可靠性等优点，它的帧格式与i p 数据帧一致，特别适合传输i p 数据。随着千兆以 太网g b e 的成熟和万兆以太网1 0 g b e 的出现以及低成本在光纤上直接架构g b e 和1 0 g b e 网技 术的成熟，以太网开始进入城域网和广域网领域。如果接入网也采用以太网，将形成从局域 网、接入网、城域网到广域网全部是以太网的结构，在帧格式上统一与p 数据一致，各网之 间无缝连接，不需要任何协议转换，这将可以提高运行效率、方便管理和降低成本。 以太网进入城域网和广域网领域最大的障碍就是以太网没有成熟的操作管理维护 ( o a m ) 机制，因此，为了推动以太网技术的进一步发展，i e e e 和i t u t 等标准化组织都在 大力推动以太网o a m 的标准化工作，寻求能解决以太网在城域网部署的方案。 2 0 0 1 年初i e e e 成立了e f m 工作组( e t h e m e ti nt h ef i r s tm i l e ，即第一公罩以太网) ，引入 一些新的以太网接入技术标准，在现有i e e e 8 0 2 3 协议的基础上，通过较小的修改实现在用户 接入网中传输以太网帧。e f m i 作组具体工作主要集中在点到多点光纤上的以太网的标准的 制定。2 0 0 4 年6 月，i e e e 标准协会将i e e e 8 0 2 3 a h 协议j 下式批准为该组织的标准之一，但是该 雨京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 协议只是对接入层的以太网o a m 作了详细的研究，并没有完全解决以太网进入城域网和广域 网中后的o a m 问题。为此，工作组开始研究跨越网桥的o a m 技术，并形成 j 8 0 2 1 a g ，该协 议从链路层面解决了点到点以及点到多点的传输保障问题【5 1 。 网络设备必须要有能力监测业务提供网络和用户驻地网之间的物理链路及设备的运行情 况，o a m 的提出正是为了很好地解决这些问题，借助一些通用的网络管理软件和o a m 子层 的功能来实现网络管理的目的。与传统的以太网网络管理需要i p 地址或者s n m p 代理来实现对 远端设备的管理不同，i e e e 8 0 2 3 a l l 和i e e e 8 0 2 1 a g 协议都规定在o s i 参考模型的数据链路层中 的m a c 控制子层与l l c 层之间增5 n o a m 子层来提供网络管理信息的传送和处理机制。o a m 子层主要功能】包括链路监测、远端故障指示、远端回环测试等。借助端到端的o a m 技术， 以太网在网络技术快速发展的今天会不断地发展来适应人们生活的需要并继续在网络技术中 扮演重要的角色。 本文通过对以太网o a m 技术详细的研究，从技术角度指出了其中存在的一些问题并对协 议作了完善，结合以太网o a m 技术提出了一种可行的城域以太网组网方案并进行了具体的实 现，这些工作对以太网o a m 这个全新领域的研究具有重要意义。 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章o a m 技术概述 第二章o a m 技术概述 以太网技术的迅速发展，推动了以太网应用领域的不断扩大。在以太网速度为1 0 m 的时 候，主要用于局域网，而在以太网的速度增加到1 0 g 甚至更高之后，以太网从速度上来说已 经完全胜任城域网和广域网的要求，但是以太网的管理维护水平远远达不到电信级别的要求， 要将以太网部署到运营商网络，其o a m 问题必需得到解决。能否提供电信级别的o a m 技 术已经成为以太网进入城域网和广域网的关键。 我们常见的传输技术( 比如a t m ，s d h ) 都有自己完整的一套o a m 保障机制，以太网 o a m 技术是借鉴a t m 和s d h 两者的o a m 机制【旧】而发展起来的技术，应用于城域以太网。 本章对o a m 技术的相关知识作了概述性描述。 2 1o a m 的定义及功能需求 o a m 是o p e r a t i o na d m i n i s t r a t i o na n dm a i n t e n a n c e 的缩写。网络管理功能可概括为o a m & p 即网络的操作( o p e r a t i o n ) 、管理( a d m i n i s t r a t i o n ) 、维护( m a i n t e n a n c e ) 以及服务提 供( p r o v i s i o n i n g ) 等所需要的各种活动。 传统广域网技术，如s d h s o n e t 、a t m 等都有自己二层网络管理机制，通常包括链路 检测、性能监控、链路异常告警等功能【2 】。网络管理维护有两方面的含义：一是对网络的运 行情况进行日常维护，包括故障管理、性能管理、配置管理、计费管理和安全管理等；二是 在出现故障时候的保护措施，o a m 功能在网络局部出现故障的时候能尽快检测到故障并采取 修复措施，保证运营商的业务不受影响或者尽可能少的影响业务。现在以太网大都采用s n m p 协议进行管型3 0 1 ，存在以下问题： 1 ) s n m p 2 0 】所有报文传送都基于i p 地址处理，对i p 层以下的管理力不从心，而且每台设 备都需要口地址，对i p 地址浪费严重。 2 ) 直接通过s n m p 管理三层以下层次的网络时网络层次存在交叉，e t h e m e to a m 不能独 立存在，通用性有很大问题。 3 ) 对i po v e re t h e m e t ，很多网络问题和故障都是通过上层女 t c p 、i p 层来发现，整个过 程相对于a t m 、s d h 、r p r 等网络o a m 来说相当缓慢，不能及时发现网络中存在的 问题。 因此，以太网o a m 层主要功能需求【3 5 】如下： 7 南京邮电大学硕二卜研究生学位论文 第二章o a m 技术概述 1 ) 以太网网络层的o a m 功能应能独立完成，不依赖于任何上层或下层网络并且具有向 后兼容性，不支持以太网o a m 功能的设备应抛弃o a m 帧。o a m 功能应该与业务无关 而且简单易于配置。另外，o a m 功能在链路状态恶化的时候依然可靠。 2 ) 通过高效自动地检测处理缺陷以降低维护成本。如果没有自动检测处理机制，就会需 要更多人力资源且带来费用增加。减少缺陷持续时间，改善可达性，保证用户业务流 的安全性。在出现故障时候采取必要的动作消除缺陷、验h j ! l s p 是否达到s l a 规定的 可达性与q o s 。 3 ) 按需的和持续的发起o a m 维护实体间连通性检查以确保不存在缺陷。如果缺陷发生 需要立即检测、分析、定位、指示并采取正确的动作，并确保一个缺陷事件不会带来 重复告警或使子层产生不必要的动作【4 2 1 。 2 2 以太网o a m 技术 相对于a t m 和s d h 的o a m 技术来说，以太网o a m 技术是近年来发展起来的新技术， 其研究还处于起步阶段，存在很多问题没有解决。但是其美好的前景引起了学者们的浓厚兴 趣，对其技术的研究成为近期研究领域的热点。 2 2 1 以太网o a m 发展现状 现在以太网运行、管理和维护功能( o a m ) 分为两类，一类由i t u 和i e e e 8 0 2 1 开发， 可端到端地运行包含a i s 、r d i 和性能评估等在内的所有传统o a m 数据单元。另一类由e f m 任务组开发，只限于持续监视单一链路，以接入应用为目标。o a m 功能可确保网络运营商履 行q o s 保证承诺，在异常事件激化前将它们检测出来、隔离并绕过网络缺陷从而使运营商能 够按承诺提供服务水平协议。 随着城域以太网及“运营商级以太网”的出现，这些网络需要由服务供应商进行管理以 成为真正的“运营商级”系统，这对以太网m a n 支持自动检测缺陷和性能评估至关重要。 因此，应在以太网层提供o a m 功能，全新的o a m 功能必须与现有的以太网协议无缝集成， 同时能够与不支持o a m 的传统以太网设备共存。 目前业界对服务层o a m 尚无完整定义。i e e e 将其冠名为8 0 2 1 a g ( 连接故障管理) ，而 i t u t 则有y 1 7 3 1 。m e f 的管理部门也在研究“以太网服务o a m ”。庆幸的是，这三家机 构的合作方大都相同，因此，最终结果有望得到所有三家机构的共同认可。o a m 最初是由网 8 南京邮电大学硕： 研究生学位论文 第二章o a m 技术概述 络运营商开发的，旨在提高t d m 网络的可靠性和维护性，o a m 机制在降低网络维护成本上 取得了巨大成功，因此自然而然被扩展到基于帧和数据帧的网络中。 为了推动以太网技术的发展，i e e e 和i t u t 等标准化组织都在大力推动以太网o a m 的 标准化工作并取得了初步成效。目前，8 0 2 3 a h 、y 1 7 3 1 和8 0 2 1 a g 都已经成为正式标准。 1 ) 8 0 2 3 a h ：2 0 0 1 年初i e e e 成立了e f m7 - 作组，开始研究接入网部分的o a m 协议。 2 0 0 4 年6 月，i e e e 标准协会将i e e e 8 0 2 3 a h 协议正式批准为该组织的标准之一，定 义了用于用户接入部分的以太网物理层规范，包括接入部分的以太网o a m 机制。该 标准只适用于单一链路，不能提供端到端的o a m 机制【5 j 。 2 ) y 1 7 3 1 ：由n u t 制定的基于以太网承载网络的o a m 功能标准，包括故障检测、定 位功能、性能监视等，并定义了o a m 的以太网帧格式【3 5 1 。 3 ) 8 0 2 1 a g ：由i e e e 工作组制定，提出了基于以太网承载网络连接故障管理的o a m 功 能，为以太网提供了二层端到端的监控和检测功能。该协议提供了端到端的故障检测 管理机制，可以实现端到端的o a m 功能【3 0 】。 本文主要是以i e e e 8 0 2 3 a h 和8 0 2 1 a g 为基础来进行描述。 2 2 2 以太网o a m 在网络层次中的位置 以太网o a m 是一个链路层协议，在以太网o s i 七层参考模型中位于数据链路层的逻辑 链路控制子层( l l c ) 和媒体访问控制子层( m a c ) 2 _ f 司t 4 0 1 。具体如图2 - 1 所示。 图2 - 1 以太网o a m 在网络层次中的位置 因为以太网o a m 是在链路层，因此可以比原来的i p 层更快检测到系统中出现的故障， 也可以使得以太网的业务得到更好的保障。 9 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第三章以太网o a m 关键技术 第三章以太网o a m 关键技术 以太网o a m 技术已经成为以太网进入城域网和广域网不可或缺的技术，只有有了完善 的o a m 技术，以太网才能用于电信级别的网络布局中。o a m 技术包括三部分 3 0 1 ，一是故障 检测技术，包括链路级别的故障和业务级别的故障，以太网o a m 技术通过配置不同级别的 o a m 来实现对各个级别故障的检测。二是保护倒换技术，在网络检测到故障之后，系统通过 链路倒换来保障业务不受影响。三是性能监测技术，主要是保障网络提供的服务能达到用户 的需求。这些技术构成了以太网o a m 技术的框架，但是在这些方面现有的协议都显得不是 很成熟，没有完全与现有的网络兼容。本章对上面提到的几项关键技术作了详细讨论，并对 其中的一些不足作了改进。 3 1 以太网o a m 的相关概念相关概念 维护域和维护集 维护域( m a i n t e n a n c ed o m m n ，m d ) 是8 0 2 1 a g 协议故障管理功能所涉及到的网络区域， 通过一系列d s a p ( 域内服务接入点) 点来界定。它是一个网络或者网络中的一部分，每个 d s a p 都是一个内部子层服务或者增强的内部子层服务。维护域内部是完全连接的，一个与 维护域m d 相关的m e p 和这个维护域内的其他所有m d 相连接，除非出现了连接故障。d s a p 是域内的一个服务接入点，是维护域和其他维护域的边界点，可以用来连接网管对维护域进 行管理。i s a p 是维护域的内部节点，可以传递维护信息。 a b c d d s a p e 口i s a p f 网桥 维护域 图3 - 1 一个维护域的视图 图3 1 描述了一个由5 个网桥构成的维护域，从管理角度来看，它为用户提供了a 、b 、c 、 d 、e 和f 共6 个接入点。 1 0 口口 南京邮电大学硕二l 研究生学位论文 第三章以太网o a m 关键技术 每一个维护域可以单独进行管理，都有一个自己的维护域名称来与其他维护域进行区分， 因此一个维护域的名称与其他维护域的名称应该是全局唯一的。可以通过以下方法来区分维 护域并保证维护域名称唯一： 1 ) 将一个生成树区域设置成为一个维护域，与其他的维护域相互独立并通过生成树名称 来区分维护域。 2 ) 很多生成树，通过通用和内部生成树( c i s t ) 来相互连接，通过配置管理对象，控 制c i s t 拓扑图来相互区分维护域。 3 ) 将一个完整的虚拟局域网划分为一个维护域，这样维护域名称在局域网中就是唯一 的。维护集( m a i n t e n a n c e a s s o c i a t i o n ，m a ) 是维护域中的一个实例，维护域中根据 需要可以配置出多个业务实例( 如一个v l a n ) ，业务实例相关的d s a p 构成了一个 维护集m a ，其各个端点称为m e p ，涉及到的中间节点称为m i p ，m a 通过m a 名 称来区分，在相关消息中携带。如图3 2 所示，在维护域的6 个接入点中只有其中的 4 个接入点a ，c ，e ，f 属于该m a ，另外两个接入点b ，d 可能不包括在该v l a n 中， 因此对这个维护集来说是不可见的。 口可见的d s a p 不可见的d s a p 口i s a p 网桥 维护域 图3 2 一个维护集的视图 维护节点 维护节点( m a i n t e n a n c ep o i n t ，m p ) 是组成维护集的单元，定义在桥接设备的端口上， 即m p 是桥端口、v l a n 以及维护级别的组合。m p 分为维护实体端点( m e p ) 和维护实体 中间点( m i p ) 。m e p 是维护集的边缘节点，通常由它来发起链路检测，链路出现故障之后 也由m e p 发起环回测试。不同级别的维护域的m p 可以重叠定义在一个桥端口上，一个维护 域的m e p 可以是高层次维护域的m i p ，但是一个级别的m e p 不能出现在低层次的维护域