（电气工程专业论文）eos技术在湖南电力信息网中的应用研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t e t h e m e to v e rs d h ( a b b r e v i a t i o ne o s ) t e c h n o l o g yi su s i n gt h a ts d h se q u i p m e n t c o n s t r u c t st ob a s e do no n ek i n do fn e wa n dd e v e l o p i n gt e c h n o l o g yo fi p sd a t a c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k t h i st e c h n o l o g yw i l ln o tu s et h ee t h e r n e tl o c a la r e an e t w o r k t e c h n o l o g yt h a tl i n k sa n dt r a n s m i tt h en e tt e c h n o l o g yt oc o m b i n et o g e t h e r , a n da tt h es a n l e t i m ef o r m sp r o v i dm a n yv o c a t i o n a lw o r kc o n v e y i n gt e r r a c e ( m s t p ) w i t ht d m sv o c a t i o n a l w o r ko fd a t av o c a t i o n a lw o r k ，a n db e c o m e st h ed e v e l o p m e n td i r e c t i o nt h a ts d ht r a n s m i t s t h en e tt e c h n o l o g yn o wt o w a _ r d ss d hw h o l i n k s d u r i n g ”t h et e n t hf i v e ”，a l o n gw i t ho n e o f d e v e l o p m e n t so f e l e c t r i c a ln e t w o r k ，w h i c ht h en a t i o ne l e c t r i c a ln e t w o r kc o m p a n ys y s t e m b u i l tu pc o v e r sf u l l h i g h - c a p a c i t ys d h so p t i c a lf i b e rc o m m u n i c a t i o nc r o s s d o m a i n c o m m u n i c a t i o no fn e t ，a n dt h ep o w e ri sc o m m u n i c a t e db yl e t t e rw i t hf o r m i n go p t i c a lf i b e r s t e pb ys t e pt og i v ef i r s tp l a c et o ，a n dt h er i p p l e si st h ec r o s s - d o m a i nc o m m u n i c a t i o n p a t t e r na s s i s t i n g n o wa v a i l a b l es d h sn e t w o r kr e s o u l ea n dt h ei p st e c h n o l o g yo fe x p l o i t i sc o n s t r u c t e dt h es a f e t yt ot h eh o wc h a r a c t e r i s t i ca c c o r d i n gt ot h ee l e c t r i c a ln e t w o r k e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o na p p l i c a t i o na n dt h e 、v i d ei n f o r m a t i o nt h a tt a k i n gw i d ea r e an e t w o r k o fh o tp o w e r , a n dh a sb e c o m eau r g e n ta s s i g n m e n tt h a tv a s tp o w e rc o m m u n i c a t i o na n d i n f o r m a t i o np r o f e s s i o n a lt e c h n i c a lp e r s o n n e lb e f o r eo n ei sf a c e dw i t h 1 1 1 ec o m p a r i s o no fe t h e r n e to v e rs d h ( e o s ) t e c h n o l o g yi nt h i sa r t i c l eb yw a yo fi p o v e r 删a n di po v e rs d h ( p o s ) 谢t h r e c e n t l yr i s e se x p l a i n e dt h a tt h el a r g e s ts u p e r i o r i t y o fe o sd e p e n d so nt h a to no n eh a n dw h e nt r a n s m i t t i n gt h eb a n d w i d t ht od i s t r i b u t ec a n p r o v i d es e v e r a lk i n d so fs p e e dg r a d e ss u c ha st h e2 m b s b a s e d e do n ，3 4 m b sa n d1 5 5 m b s e t ci no r d e rt os u p p l yt h es e l e c t i o n ，a n ds a t i s f i e st h ed i f f e r e n tb a n d w i d t h st ot h er e q u i r e m e n t o f t r a n s m i t t i n gs p e e d ，o no t h e rh a n de o sc a nn l a k et h eb a n d w i d t hf l o wt oa d du pa n de n j o y t o g e t h e rb ym a n yi p s ，a v o i d sp o st og ou pt h ev o c a t i o n a lw o r kf l o w i n gal i t t l e i t st i m et o d oa n db ym a n ys p e c i f i cp r o p e r t i e st h a tb o r et h ew e i g h to nt h ec h a i nr o a d ，t h u su n d e rt h e n e tf o r m d i s p o s i t i o n ，w h i c hc a nm o r ee c o n o m i c a ie f f e c t i v e l yr e a l i z a t i o nb a n d w i d t h o p t i m i z a t i o n w i t l lh u n a np r o v i n c et h ep o w e ri n f o r m a t i o nw i d ea r e an e t w o r kc o n s t r u c t i o n i st h ee x a m p l e ，a n dt h ea n a l y s i sf r o mt h ew i d ea r e an e t w o r kv o c a t i o n a lw o r kv o l u m eo f f l o wi ss t a r t e dw i t h , a n di n t r o d u c i n gh u n a np r o v i n c ep o w e rt oa d o p tt h a te o s st e c h n o l o g y c o n s t r u c t st h ew i d ec o n s t r u c t i o nc i r c u m s t a n c e st ot a k et h ei n f o r m a t i o nw i d ea r e an e t w o r k ， t h em a j o rp e r f o r m a n c ei n d e xt ot h ec r o s s - d o m a i nc o m m u n i c a t i o nh a sb e e ni np r o g r e s s 华中科技大学硕士学位论文 t e s t i n ga n da n a l y z i n gc o m p l e t e l y , a n dt ot h en o wa v a i l a b l ec r o s s d o m a i nc o m m u n i c a t i o n h a dp u tf o r w a r do p t i m i z i n go nt h i sf o t m d a t i o ns u g g e s t i n g f i n a l l yt ot h i st h e s i sc o n t e n th a v i n gc a r r i e do nf u l lt e x ts u m m i n gu pw i t hw o r kw h i c h d o n ea n dp o i n t e do u tm a j o rq u e s t i o nt h a te o s st e c h n o l o g ye x i s t sa tp r e s e n ta n dt h e d e v e l o p m e n td i r e c t i o nf r o mn o wo n ，f o re x p e r i e n c ew a sa c c u m u l a t e di nt h ea p p l i c a t i o na n d d i s s e m i n a t i o ni nt h ew i d el a n dw i t h i nc e r t a i nb o u n d a r i e sd a t an e t so f t h i st e c h n o l o g y , a tt h e s a m et i m e c o n s t r u c t i n g i s b e l i t t l i n gm a n y v o c a t i o n a lw o r ko fp r o v i n c ec o m p a n y t r a n s m i s s i o nt e r r a c e ( m s t p ) a n di sl a i di nt h et e c h n o l o g y k e y w o r d s ：p o w e rs y s t e mc o m m u n i c a t i o n m s t ps d h 1 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的指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不 包含任何其他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：悄矗l p 婷，o 月工，日 j 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 不保密口。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：l j 睦l指导教师签名：了畜殳 劲? 拜r 口月 7 日 劢世年，口月 日 华中科技大学硕士学位论文 1绪论 本章说明了课题研究的背景、目的和意义，简述了e o s 技术发展概况和国内外 应用现状，介绍了本课题的主要工作及论文的主要章节安排。 1 - 1 课题研究的背景、目的和意义 “十五”期间，国家电网公司系统建成了覆盖全网的大容量s d h 光纤通信网络， 电力通信逐步形成了光纤为主，微波为辅的网络格局。如何根据电网企业信息化应用 的特点，充分利用现有s d h 网络资源和i p 技术，组建安全、高速的电力宽带信息广 域网，已成为广大电力通信和信息专业技术人员当前面临的一项紧迫任务。 随着湖南省电力公司信息化建设工作的不断深入，湖南电力信息广域网承载的业 务种类日益增多，对通信网络的带宽需求也越来越大，原有基于p d h 微波传输网络 组建的信息网已不能满足增长的应用需求。与此同时，随着湖南电力主干光纤通信网 的建成投运，为组建基于s d h 光传输网络的宽带信息广域网创造了有利的条件。充 分利用现有s d h 网络资源和i p 技术，组建电力宽带信息广域网，成为省公司信息化 建设的重点工作。 本课题拟采用e t h e m e to v e rs d h ( 以下简称e o s ) 技术，将短距离、低成本的以太 网技术和长距离、大容量、低开销s d h 光传输网技术相结合，实现湖南电力信息广域 f 网各单位高速、可靠、低成本的接入，并模拟现场运行环境对网络性能进行测试和分 析，为省公司信息广域网的优化提供指导，同时为构建基于s d h 的多业务传输平台 ( m s t p ) 进行技术储备。 1 2e o s 技术发展概况和应用现状 当前在通信网络技术中有两大主流技术，一个是以太网技术，另一个是传输网 s d h 技术。以太网“3 采用分组交换技术，适用于数据业务的传输。该技术的优点是简 单、普及和成本较低。但是以太网技术是非电信级技术，覆g i l l i i i r , d , ，长距离传输投 资较大，而且该技术缺少端到端的q o s 保障机制，网络性能监测和保护机制也不完 善，无法保证传输信息的安全性。s d h “1 采用时分复用( t d m ) 和电路交换技术，适 华中科技大学硕士学位论文 用于实时性要求较高的话音和图像业务的传输。该技术的优点是能够实行电信级运 营，具有端到端远程监控、故障告警、网络恢复和自愈等功能，可以保证数据传输的 安全性，适合长距离传输。目前国内各大型网络运营商均己建成了覆盖全国的大容量 s d h 传输网，且带宽较为富裕。近年来，随着i p 技术的飞速发展，数据业务逐步占 据主导地位，传统通信业务的结构发生了巨大变化。因此，融合以太网和s d h 传输 网技术的优点，构建统一的多业务传输平台( m s t p ) 成为s d h 传输网技术的发展方 向。目前国内外大多数主流s d h 设备均具备了m s t p 功能，提供百兆( f e ) 和千兆 ( g e ) 以太网接口，为e o s 技术的发展和应用提供了基础传输平台。 作为m s t p 核心技术部分的e o s 技术，是近年来发展起来的一种基于传输网的 以太网技术，主要用于组建基于s d h 传输网的数据通信网。该技术将以太网帧进行 封装处理后再映射到s d h 的v c ( 虚容器) 中，通过s d h 传输网络实现长距离传输。 目前国际通用的e o s 封装协议有三种【】：p p p ( r c f l 6 6 1 ) 、l a p s ( i t u t x 8 6 ) 和g f p ( i t u - tg 7 0 4 1 ) ，其中g f p 协议标准化程度最高，有利于实现不同厂家设备 之间的互连互通，促进m s t p 核心技术的标准化发展和在实际网络中的应用。因此， 基于g f p 协议的e o s 技术是主要发展方向。 目前e o s 技术在被国内外已有应用，如美国第一条信息干线巴尔帝诺一马里兰 ”1 、日本的n t t 网。1 以及国内电信运营商在建设城域网中均已采用了此项技术。在国 内电力系统通信专网中，基于s d h 传输网的信息广域网一般采用p o s 技术组建，只 有个别地区级电力公司在建设城域数据网中采用了e o s 技术，尚无采用该技术构建 省级广域数据网络的案例。 1 3 本课题的主要工作 本课题主要完成以下两项工作： ( 1 ) 采用e o s 技术组建基于s d h 光传输网络的湖南电力信息宽带广域网，实 现湖南电力信息广域网1 4 地区电业局接入速率由目前的1 2 m b p s 至1 0 0 m b p s 的提 升，3 个系统内电厂接入速率由目前的l x 2 m b p s 至2 1 2 m b p s 的提升，汇聚层节点 至省公司接入速率由目前1 2 m b p s 至1 0 0 0 m b p s 的提升。 ( 2 ) 模拟现场运行环境对信息广域网主要性能指标时延和吞吐量进行测试，分 华中科技大学硕士学位论文 析比较e o s 技术在不同封装协议、不同网络带宽下对广域网时延性能产生的影响和i p 业务在不同封装协议下对广域网带宽的利用情况，在此基础上对现有信息广域网在带 宽分配、网络结构等方面提出优化建议。 1 a 论文主要章节安排 本文以湖南电力信息广域网建设为例，从广域网业务流量的分析入手，全面介绍 了湖南电力采用e o s 技术组建宽带信息广域网的建设情况和网络主要性能指标的测试 情况，主要章节安排如下： 第l 章绪论：本章说明了课题研究的背景、目的和意义，简述了e o s 技术发展 概况和国内外应用现状，介绍了本课题的主要工作及论文的主要章节安排。 第2 章湖南电力信息广域网业务流量的分析：本章重点对湖南电力信息广域网 的业务流量进行分析，说明了组建宽带信息广域网的必要性。 第3 章信息广域网组网方案和e o s 核心技术的选择：本章从原理上对目前组建 广域数据网络的几种主要方式和e o s 核心技术进行了介绍和技术比较，说明了采用 e o s 技术组建湖南电力宽带信息广域网的理由。 第4 章e o s 在湖南电力信息广域网中的应用：本章介绍了湖南电力采用e o s 技术 组建宽带信息广域网的应用实例，并对其设备选型、网络结构、带宽分配和运行维护 等方面的情况进行了说明。 第5 章网络主要性能的测试与分析：本章重点介绍了宽带信息广域网主要性能 指标的测试情况，在此基础上对现有网络提出了优化建议。 第6 章e o s 存在的主要问题和发展方向：本章主要叙述了e o s 技术目前存在的主 要问题及解决情况，并对该技术今后的发展方向进行了介绍。 第7 章全文总结 华中科技大学硕士学位论文 2 湖南电力信息广域网业务流量的分析 本章对基于微波组建的湖南电力信息广域网的网络结构、带宽分配等情况进行了 介绍，通过对现有和未来信息网络业务流量的分析，得出了对通信网络带宽的需求， 说明了组建基于s d h 光传输网络的信息广域网的必要性。 2 1 信息广域网原有网络结构 湖南电力信息广域网始建于2 0 0 0 年，采用三层树型网络结构，其中省公司为核心 层节点，并根据通信网络结构设立了岗市、毛家塘、豹南山和黄茶岭四个汇聚层节点， 各个地区电业局、电厂及部分直属二级机构作为接入层节点就近接入相应的汇聚层节 点。长沙城区光纤环网上采用p a c k e to v e rs d h ( p o s ) 技术以1 5 5 m b p s 亘联5 个单 位。整个网络除长沙城区以外，都依靠微波通信系统传输，各节点之间带宽分配均为 1 2 m b p s 。网络结构如图2 1 所示。该网络在建设初期主要承载办公自动化业务，基 本上满足了省公司信息化办公的需求。 图2 1 基于微波的湖南电力信息广域网网络拓扑图 华中科技大学硕士学位论文 2 。2 广域网业务流量分析 2 2 1 湖南省电力公司基本情况 省公司系统现包括1 4 个地区电业局、3 个发电厂和1 1 个直属二级机构，共有职 约5 0 0 0 0 人。 2 2 t 2 信息广域网数据业务分类 湖南电力信息广域网现有及未来将要承载的数据业务可分为实时数据、非实时数 据、网络管理数据三类： ( 1 ) 实时数据业务包括i p 视频会议、远程网络教育、视频点播等多媒体业务： ( 2 ) 非实时数据业务包括电力营销、生产、财务等各类管理应用系统、地理信 息系统和电子邮件、内联网站浏览、文件下载等； ( 3 ) 网络管理数据包括网络管理、系统管理、病毒系统等运行的数据。 2 2 3 广域网传输带宽测算 ( 1 ) 实时数据带宽测算 实时数据带宽计算公式 7 】： b i = b 1 l 十b 2 2 + + b 1 | + + b 1 n( 2 - 1 ) b i i = s i + p i ( 2 2 ) 式中：b 1 实时数据带宽，m b i t s ；i 实时数据业务个数；b 1 i 某个实 时数据业务i 的带宽，m b i t s ；s i 某个实时数据业务i 对系统中每点要求的带宽， m b i t s ；p i 某个实时数据业务i 在系统中产生数据的点数。 实时数据业务速率要求 实时数据业务每点速率要求见表2 1 。表中所列数据依据i t u h 3 2 0 、i t u h 3 2 3 、 i t u h 2 6 3 标准确定。 表2 1实时数据业务每点速率需求表 业务类型每点带宽 口视频会议 2 m b i t s 远程教育 2 m b i t s 视频点播v 0 d 2 2 5 1 k b i t s 华中科技大学硕士学位论文 业务规模估算原则 会议电视：采用多点播送方式，同时对所有基层单位； 远程教育：采用多点播送方式，同时对所有基层单位； 视频点播：假设总人数中有五十分之一通过广域网在同时点播。 根据以上方法，经测算湖南电力信息广域网对实时数据业务的带宽( b 1 ) 需求约 为3 3 7m b i t s 。 ( 2 ) 非实时数据带宽测算 非实时数据带宽计算公式： b 2 = b 2 1 + b 2 2 + b 2 3( 2 - 3 ) 式中：b 2 非实时数据带宽，m b i t s ；b 2 l 有可用性要求的非实时数据带宽， m b i t s ；b 2 2 无可用性要求的非实时数据带宽，m b i t s ；b 2 3 满足突发和定期数 据传输需要而设定的带宽，m b i t s ； 有可用性要求的数据带宽计算方法 一些特定应用系统，如电力营销、生产、财务等管理应用系统、地理信息系统等， 对网络带宽有最小要求，如果小于这个带宽，则系统会认为网络断了。对于这类有可 用性要求的非实时数据业务，需要保证定量的带宽以满足要求。所需带宽的计算参 照实时数据业务带宽的计算方法进行，计算公式 8 1 如下： b 2 i = c l + c 2 + + c i + + c n ( 2 - 4 ) c i = n i + p i( 2 - 5 ) 式中：b 2 l 有可用性要求的非实时数据带宽，m b i t s ；c r 一业务i 的带宽， m b i t s ；n i _ 一业务i 同时使用的人数；p 广使用业务i 单个信息点要求的带宽，k b i l j s 。 每点带宽取值见表2 2 。 表2 2 有可用要求非实时数据最小带宽要求 业务类型每点带宽 管理应用系统 5 k b i t s 地理信息系统 1 2k b i t s 规模估算原则： 管理应用系统：假设总人数中有三分之一在同时使用； 华中科技大学硕士学位论文 地理信息系统：假设总人数中有十分之一在同时使用。 根据以上方法，经测算湖南电力信息广域网对有可用性要求的非实时数据业务带 宽( b 2 1 ) 需求约为1 4 3m b i t s 。 无可用要求的非实时数据带宽计算方法 对无可用性要求的非实时数据业务，如电子邮件、内联网站浏览、文件下载等， 计算公式如下： b 2 2 = ( d 1 t + e t + 1 3 2 ，r + e 2 + + d t + e i + + d n 厂r + e 。) + 8( 2 - 6 ) d i = 使用人数+ 使用频度+ 每次数据量1 0 0 0( 2 - 7 1 式中：b 2 2 无可用性要求的非实时数据带宽，m b i t s ；d i 非实时数据每天 总的网络流量，m b y t e ；t 每工作日系统使用的有效时间，s ；e i 每种系统拓 扑结构的网络传输效率。 规模估算原则： a ) 内联网站浏览：假设总人数的十分之一，每天访问内联网站1 次，每次访问 页面1 0 次，页面平均大小1 0 0 k b ； b ) 电子邮件：假设在职人员的十分之一，每天发送2 封广域网邮件，邮件大小 平均为1 0 0 k b ： c ) 文件下载：假设总人数的二十分之一，每天从广域网上下载1 个文件，文件 大小平均为2 0 0 0 0 k b ； d ) 大部分系统的运行集中在上班时间。假设大部分数据量都平均分布在6 h 之 内，因此t 取值设定为6 * 6 0 * 6 0s ； e ) 按照计算机网络协议b y t e 转换为b i t 按8 位计算； f ) e i 为某种系统拓扑结构的网络传输效率 9 1 。传输效率指不同系统拓扑结构下 实际i 网络流量与实际传输的数据量之间的比例。根据信息部门的实验统计，传输1 0 0 k 数据，如果数据库信息通过二层结构传输，加上数据库应用层协议、t c p 1 p 协议等开 销，实际网络流量约为2 5 0 k 。类似的，访问一个1 0 0 k 大小的w e b 页面或通过e m a i l 发送一个1 0 0 k 大小的邮件，实际网络流量约为1 5 0 k ：下载一个1 0 0 k 大小的文件， 实际网络流量约1 1 0 k 。传输效率取值见表2 3 。湖南省公司大多数应用系统采用三层 结构，因此e i 取值设定为1 5 ( 电子邮件、网站浏览) 或1 1 ( 文件下载) 。 7 华中科技大学硕士学位论文 表2 , 3网络传输效率表 系统结构类型传输效率 二层 2 5 多层，电子邮件、网站浏览 1 5 文件下载 1 1 根据以上方法，经测算湖南电力信息广域网对无可用要求非实时数据业务的带宽 ( b 2 2 ) 需求约为2 4m b i t s 。 突发和定期数据带宽测算 对于突发和定期数据，平均到每秒数据量不大，但必须提供一定带宽以保证生产 的正常进行，可以给突发和定期数据设定一个平均每秒数据量。b 2 3 取值设定为 0 2 5 m b i t ，s 。 根据以上方法，经测算湖南电力信息广域网对非实时数据业务的带宽( b 2 ) 需求 约为1 6 8m b i t s 。 ( 3 ) 网络管理数据带宽测算 网络管理数据是网管系统为了对网络进行管控而采集传递的数据，包括网络管 理、系统管理、病毒系统等运行数据，对网络带宽的需求是一定的，因此b 3 固定设 定为0 0 6 4m b i t s 。 ( 4 ) 网络总带宽测算 网络总带宽计算公式： b o = b 1 pl + b 2 p 2 + b 3 p3( 2 8 ) 式中：b o 网络总带宽，m b i t s ；b 1 实时数据带宽，m b i t s ；b 2 非实 时数据带宽，m b i t s ；b 3 网络管理数据带宽，m b i t s ；ol 实时数据带宽利用 率，；p2 非时数据带宽利用率，；p3 网络管理数据带宽利用率，。根 据信息部门的试验统计分析，带宽利用率超过7 0 后，数据包在系统中平均花费的时 间将急剧上升，因此应根据不同数据类型的带宽估算情况，设置不同的带宽利用率， 其取值见表2 4 。 8 华中科技大学硕士学位论文 表2 4 数据业务带宽利用率表 数据业务类型带宽利用率 实时数据 6 0 非实时数据 7 0 网络管理数据 6 0 根据以上方法，经测算湖南电力信息广域网总带宽( b o ) 需求约为8 0 0 m b i t s 。 原有基于微波的广域网带宽已远不能满足数据业务的需求，组建基于s d h 光纤通信 网络的宽带信息广域网已非常必要。 华中科技大学硕士学位论文 3 信息广域网组网方案和e o s 核心技术的选择 本章从技术上对目前组建广域数据网络的几种主要方式进行了比较，并对e o s 的核心技术进行了介绍，说明了采用e o s 技术组建湖南电力宽带信息广域网的理由。 3 1 组网方式的基本原理 要组建广域数据网络，实现i p 数据包业务的远距离传输，目前采用的方式主要 有i po v e r a t m 、i po v e rs d h ( p o s ) 和近来兴起的e t l l e m e to v e rs d h ( e o s ) 技术， 下面对这几种方式的基本原理进行介绍。 3 1 1i po v e ra t m ( p o a ) i p o v e r a t m l l 0 1 的基本原理和工作方式为：将i p 数据包在a t m 层全部封装为a t m 信元，以a t m 信元形式在信道中传输。当网络中的交换机接收到一个i p 数据包时， 它首先根据i p 数据包的i p 地址通过某种机制进行路由地址处理，按路由转发。随后， 按已计算的路由在a t m 网上建立虚电路( v c ) 。以后的i p 数据包将在此虚电路v c 上以直通( c u t - - t h r o u g h ) 方式传输而下再经过路由器，从而有效地解决了i p 的路由 器的瓶颈问题，并将i p 包的转发速度提高到交换速度。如图3 1 所示。 3 1 2i po v e rs d h ( p o s ) 图3 1 采用p o a 技术的i p 数据网 早期的s d h 设备为建立宽带i p 通信网络，常采用p o s ( p a c k e to v e rs d h ) 方式， 又称为i po v e rs d h 。其基本工作原理【1 l _ 1 2 】是：首先使用点到点( p p p ) 协议，按照 1 0 华中科技大学硕士学位论文 r f c l 6 6 2 规范将i p 分组插入p p p 帧中的信息段，从而完成i p 数据包的封装，然后用 h d l c 协议对封装后的p p p 帧进行定界，进而形成h d l c 帧，再由s d h 通道层的业 务适配器将封装的h d l c 帧映射到s d h 的净负荷中，最后经过s d h 传输层、复用段、 再生段层，并插入各种所需的管理开销，从而形成一个完整的s d h 帧结构，到达光 层，通过光纤传输。如图3 2 所示： 路自嚣a i s d h 传输设备 i 路自器b 图3 2 采用p o s 技术的i p 数据网 3 1 3e t h e m e to v e rs d h ( e o s ) e o s ( e 吐l e m e t o v e r s d h ) 1 1 3 - 1 4 ，即基于传输网的以太网技术，就是在s d h 设备 上增加以太网接e 1 或以太网交换机，利用以太网接口或以太网交换机的帧映射和v c 级联等功能，将以太网中所传送的信号映射到s d h 帧中，经s d h 网传送到与接收终 端相连的具有以太网接e l 或以太网交换机的s d h 设备，并经去映射，恢复出适于以 太网中传送的信号的过程。如图3 3 所示。 路由器a s d h 传输设备镕自器b 图3 3 采用e o s 技术的i p 数据网 m 包 引 一一 旧一 华中科技大学硕士学位论文 3 2 组网方式的技术比较 用a t m 来承载i p 业务，主要有两类解决方案：一类为迭加模式，另一类为集成 模式。在迭加模式1 1 5 中a t m 的寻址方式是不变的，i p 地址在边缘设备中映射成a t m 地址，i p 包据此传向另一端边缘设备。迭加模式的最大特点是在a t m 网中不论是用 户网络信令还是网络间信令均不变，对a t m 网来说i p 业务只是它承载的业务之一， a t m 的其它功能照样存在不受影响。在集成模式【1 6 i 中a t m 网的寻址已不再是独立的， a t m 网中的寻址将要受到i p 网设备的干预。在集成模式下，i p 网的设备和a t m 网 设备是集成在一起的，i p 网的控制设备具有传统路由器的功能，能完成i p 网的路由 功能，并具有控制建立a t m 虚通路的能力。无论哪种模式都有两个必须解决的问题 1 6 - 17 j ：其一是a t m 的通信方式是面向连接的，而i p 是不面向连接的，要在一个面向 连接的网上承载一个不面向连接的业务，有很多问题需要解决，如呼叫建立时间、连 接持续期等等；其二是a t m 是以a t m 地址寻址的，i p 通信是以i p 地址来寻址的，在 i p 网上端到端是以i p 寻址的，而传送i p 包的承载网( a t m 网) 是以a t m 地址来寻址 的，i p 地址和a t m 地址之间的映射是一个很大的难题。 与p o a 技术相比，由于以太网与i p 相兼容( 现有的i p 协议可以不做任何修改 就能在以太网上运行) ，而a t m 则需要通过l a n 仿真、 f i p o a 等技术将i p 调整到a t m 适配层上之后才能运行，因此e o s 比p o a 协议携带i p 数据报时所需的额外开销少， 从而具有较高的传输效率。 p o s 技术在s d h 设备和路由器之间使用的是s t m 1 4 1 6 的标准s d h 光接i z l ， 占用的s d h 设备最低传输带宽为s t m 1 ( 1 5 5 5 2 m b s ) ，每增加一次带宽需按低一级 带宽的四倍来增加，实际上也就是要和s d h 设备的光接口相对应。这样，就造成s d h 设备在进行传输带宽分配时，只有1 5 5 5 2 m b s 一个速率等级可供选择，在某些情况下 会造成整个s d h 设备传输效率的下降。比如：要在两台路由器之间建立一条带宽为 2 0 0 m 的i p 数据链路，采用p o s 技术，s d h 设备必须提供至少两个s t m 1 才能满足 带宽要求，而此时传输效率只有6 4 3 。正是由于p o s 技术在传输带宽分配上的不合 理，使得s d h 设备厂家在考虑传统业务的基础上，利用e o s 新技术，逐步增加、改 进了对i p 数据组在s d h 设备上传输的支持。 与p o s 技术相比，e o s 最大的优势【1s 】在于一方面在进行传输带宽分配时，可以 华中科技大学硕士学位论文 提供基于2 m b s 、3 4 m b s 、1 5 5 m b s 等几种速率等级以供选择，满足不同带宽对传输 速率的要求。比如：同样要在两台路由器之间建立一条带宽为2 0 0 m 的i p 数据链路， 采用e o s 技术，s d h 设备可以提供1 0 0 个2 m b s 来满足带宽要求，也可以提供6 个 3 4 m b s 来满足带宽要求，还可以提供2 个1 5 5 m b s 来满足带宽要求，而此时传输效 率为6 4 3 9 7 6 6 ，可以根据s d h 传输电路的带宽情况进行合适的选择，从而提 高了s d h 的带宽利用率；另一方面e o s 可使带宽由多个i p 流统计共享，避免p o s 上业务流点到点、并且由多条链路承载的特性，从而在网状配置下，可更为经济有效 的实现带宽优化。 湖南省电力公司没有组建a t m 网络，信息广域网若以i po v e r a t m 的方式组网将 增加巨额投资，不宜采用。通过p o s 和e o s 两种方式的技术比较，一方面e o s 技术 实现了城域网的以太网技术和长途s d h 传输网技术的有机结合，已经成为l p 数据通信 网络 1 9 发展的方向。另一方面路由器的p o s 接口较s d h 设备的e o s 接口价格要高出 许多倍，综合考虑性能和价格两方面因素，我们选择采用e o s 技术组建基于s d h 光纤 通信网络的湖南电力宽带信息广域网。 3 3 e o s 核心技术 以太网业务数据具有突发和不定长的特性，这与要求严格同步的s d h 帧有很大 的区别，因此要实现i p 数据包在s d h 传送网中的传输，就需要引入合适的数据链路 层适配协议来完成以太网的数据封装，包括数据缓存、队列调度等，实现到s d hv c 的帧映射，并解决好基于统计复用的以太网业务与基于传统的t d m 业务之间的传输 带宽分配问题。另外，由于s d h 不同容器的净荷装载单元大小( 如表3 1 所示) 2 0 l 是固定的，无法实现与以太网的1 0 m b i t s 、1 0 0 m b i t s 和1 0 0 0 m b i t s 的速率匹配，因此 要满足1 0 m 、1 0 0 m 甚至更高的以太网联网要求，还必须考虑将多个v c 单元级联起 来组成适合的装载单元，例如将5 个v c 1 2 单元绑定来承载1 0 m 以太网业务。也就 是说，要在s d h 传输网上实现e o s 功能，就必须解决以太网数据包在s d h 的数据 链路层适配、级联和带宽分配等三个方面存在的问题。 华中科技大学硕士学位论文 表3 1s d h 净荷装载单元 c 1 6 0 0 m b i t s c 1 22 1 7 6 m b i t s c 26 7 8 4 m b i t s c 34 8 3 8 4 m b i t s c 414 9 7 6 0 m b i t s c 4 - 4 c0 5 9 9 g b w s c 4 1 6 c2 3 9 6 g b i t s c 4 6 4 c9 5 8 4 g b i t s 3 3 1 数据链路层适配协议( 数据映射封装协议) 目前，有三种链路层适配协议可以完成以太网业务的数据封装： p p p ( p o i n t - t o p o i n tp r o t o c 0 1 ) 点到点协议和m l p p p 扩展协议： l a p s ( l i n ka c c e s sp r o c e d u r e s d h ) 协议； g f p ( g e n e r i cf r a m i n gp r o c e d u r e ) 通用成帧规程协议。 以上三种协议均为面向无连接的数据链路层，并已经形成了相应的国际标准，以 下分别从协议的帧封装格式、主要特点对这三种协议进行介绍。 ( 1 ) p p p m l p p p 协议 p p p 协议 p p p l 2 1 1 对应的国际标准是r f c l 6 6 1 ，是一种提供点到点链路上传输、封装网络层 数据包的数据链路层协议，它处于t c p i p 协议栈的第= 层，可在支持全双工同异步 链路上进行点到点的数据传输，帧格式如图3 4 所示。 图3 4p p p 协议的帧封装格式 1 4 华中科技大学硕士学位论文 协议族特点： p p p 是数据通信中的一种常用的重要协议，象许多协议一样，p p p 也是一个协议 族，主要由三类协议组成： 链路控制协议族( l c p ) ：用于建立、拆除和监控p p p 数据链路： 网络层控制协议族( n c p ) ：用于协商在数据链路上传输的数据包的格式和类 型； p p p 扩展协议族：主要用于提供对p p p 功能的进一步支持。 此外，p p p 还提供用于网络安全方面的验证协议族( p a p 、c h a p ) ，丰富的协议族 组群使得p p p 协议功能非常完善 应用： p p p 协议是一套最早的封装协议，技术成熟，已经获得了普遍应用。点到点链路 上直接相连的两个设备间的通信最常用的链路层协议就是p p p ，例如在拨号上网时， 计算机与接入服务器之间采用的是p p p 连接，d d n 路由器之间的连接通常也采用p p p 协议。 此外，p p p 协议还有一套验证、授权机制，但是以太网连接通常不具备这一特性， 因此许多小区以太接入网常常采用p p po v e re t h e r n e t 方式上网，简称p p p o e 。 m l p p p 协议 随着p p p 的广泛应用，m l p p p ( m u l t i l i n k - p p p ) 作为p p p 功能的扩展协议应运 而生。r f c l 9 9 0 为多链路点对点协议( m l p p p ) 因特网协议标准，用于解决p p p 一次 只能处理一个实际链接的局限。在技术方面，m l - p p p 属于位于p p p 和网络协议层之间 的高级数据链接协议，它能适应一个或数个p p p 链接，其中每个p p p 链接表示单个物 理连接或i s d n 之类的多信道交换服务中的信道，其帧封装格式如图3 3 1 所示。 多链路捆绑是m l p p p 协议的核心技术，它是一个较为简单的协议。m p 协议相当 于为p p p 帧增加了一个二层帧头，船捆绑需要解决的关键问题是，如何知道后发起的 p p p 是前面p p p 的捆绑链路，以及采用什么样的帧格式表示m