（计算机应用技术专业论文）多业务传送平台（mstp）在电信中的应用.pdf

摘要 本论文研究多业务传送平台( m s t p ) 技术的实现以及在电信中的应用。 由于电信运营商面临着向综合业务转型的迫切需要，如何利用现有的资产实 现对新技术、新业务的支持，一直是电信业关注的重点，m s t p 在这种环境下应 运而生，本文的研究目的在于实现将多种技术叠加在现有s d h 设备上，在承载 现有语音业务的同时灵活地传送各种数据业务，以适应电信业向下一代网络过 渡。 m s t p 是多技术的融合，而行业标准对这一技术的规范不是很全面，为了能 够统一对该技术的理解，本文首先分析比较几种常用的封装技术：h d l c 、p p p 、 s d l 、g f p ，进而对基于s d h 的映射和l c a s ( 带宽动念调整) 以及v c ( 虚级 联) 进行了论述。本文还分析m s t p 所能支持的以太网、r p r ( 弹性分组环) 、 m p l s ( 多协议标记交换) 以及a t m 业务。 在对m s t p 进行理论分析的基础上，研究使用该技术组建大客户网络的可 行性，并与其他组网方式进行比较：研究在组建第三代移动通信网络中的应用方 案，指出在3 g 演进过程中该技术能发挥的作用；研究使用该技术进行城域网络 优化，为网络向全i p 化发展奠定基础。 关键字：m s t p ，g f p ，l c a s ，v c ，r p r ，m p l s ，3 g ，以太网 a b s t r a c t t h er e a l i z a t i o na n da p p l i c a t i o no fm s t p ( 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 ) i s i n t r o d u c e di nt h i sp a p e r t o d a y , t h et e l e c o mc a r r i e r sp a ym o r ea t t e n t i o no nd a t ac o m m u n i c a t i o nt h a nv o i c e b u tt h ei n f r a s t r u c t u r eo ft h e i rn e t w o r ka l w a y sb a s eo nt d m s o ，h o wt ou s et h e s e d e v i c es u c ha ss d ht ot r a n s f o r mm u l t i m e d i as e r v i c e ? m s t pc a ns o l v et h i sp r o b l e m i ti sat e c h n o l o g yc o m p r i s e dm a n yo t h e r s b u tt h es t a n d a r da b o u tt h i st e c h n o l o g y i sn o tt o oc o m p r e h e n s i v et oc o v e ra l lt h ea s p e c to ft h i sa r e a s o ，m a n ye n c a p s u l a t i o n s m e t h o da r ea n a l y z e da n dc o m p a r e d t h e ya r eh d l c ，p p p ，s d l ，a n dg f ei t c o n t i n u e st a l ka b o u tm a p p i n gt h ep r i m a ld a t at os d hf l a m e t h es m a l lc o n t a i n e r si n s d hc a nb ea s s e m b l e du s i n gv c ，a n dt h es p e e do fd a t ac o m m u n i c a t i o nc a nb e a d j u s t e df r e e l yu s i n gl c a s t h ep r o v i s i o no fm s t pi n c l u d e se t h e m e t ，r p r ，m p l s a n da t m t h r e ea p p l i c a t i o n sa r ei n t r o d u c e db a s eo nt h ea n a l y s e so ft h i sm s t ef i r s t ，i tc a r l b eu s e di np r i v a t en e t w o r k s ，a n di ti sm o r ee f f i c i e n tt h a no t h e rs c h e m e s e c o n d ，t h e t h i r dg e n e r a t i o nm o b il ec o m m u n i c a t i o nt r a n s f o r m sd a t ab a s eo ni t a tl a s t ，t h em e t r o a r e an e t w o r kc a r tb eo p t i m i z e du s i n gt h i st e c h n o l o g y k e y w o r d s ：m s t p ，g f p ，l c a s ，v c ，r p r ，m p l s ，3 g ，e t h e m e t 南京邮电大学学位论文独创性声明 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：j 哮l 日期：剑 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 他复制手段保存论文。本人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。 研究生签名：二孕壮导师签名 日期：缱2 & f 6 一， 绪论 1 1 多业务传送平台的提出 第l 章绪论 随着i p 数据、话音、图像等多种业务传送需求的不断增长，业务的传送环境发生 了很大变化。同时，作为电路传输网的s d h 。其功能也在随业务传送需求的变化作出调 整。s d h 传输网的技术与数掘网相结合，将传送节点与多种业务节点融合在一起，构成 融合度较高、业务层和传送层一体化的下一代网络节点，称为多业务传送平台，简称 m s t pfm u t i - s e r v i c et r a n s p o r tp l a t f o r m ) 。 1 2m s t p 发展的几个阶段 多业务传送平台( m s t p ) 是指基于s d h 、同时实现t d m 、a t m 、i p 等业务接入、 处理和传送，提供统一网管的多业务传送平台。作为传送网解决方案，m s t p 伴随着电 信网络的发展和技术进步，经历了从支持以太网透传的第一代m s t p 、到支持二层交换 的第二代m s t p 、再到当日仃支持以太网业务q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ，服务质量) 的第三 代m s t p 的发展历程。 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 v i r t u a lc o n t a i n e r ) 中进行点到点传送。其缺点在于：不提供以太网! 业务层 保护，完全穗于s d h 提供的物理层保护，需要预留保护带宽：支持的业务带宽粒度受限 于s d h 的虚容器，最小为2 m b i t s ；不提供以太网q o s 支持，无法满足不同业务的差异 性应用；不提供多个业务流的统计复用和带宽共享，带宽利用率低；只提供物理层上的 多用户隔离，不提供k 务层( m a c 层) 上的多用户隔离，网络扩展能力差。 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，它可提供基于8 0 2 。3 x 的流量 控制、多用户隔离和v l a n 划分、基于s 1 1 p 的以太网业务层保护以及基于8 0 2 1 p 的优 先级转发等多项以太网方面的支持。目日，j 订i 存使用的m s t p 产品大多都属于第二代 m s t p 技术。但是，第二代m s t p 的缺点也是明显的，不提供以太网q o s 支持，只能提 供有限的c o s 能力：基于s t p r s t p 的、比务层保护时l 日j 太短，根据网络的规模不同，收 敛时间可能需要几1 秒，与s d h 的5 0 m s 自愈时间相比，以太网的故障恢复时间太长， 不适于传送语音、视频数掘；所提供的、l k 务带宽卡专度受限于v c ，一般最小为2 m b i t s ； i 南京i l l g l u 人学坝i 。学位论文 一一一 堕堡 v l a n 的4 0 9 6 地址空i b j 使其在核心节点的扩展能力很受限制，不适合大型城域公网应 用；节点处在环上不同位置时，其业务的接入是不公平的；m a c 地址的学 - - j 维护以及 m a c 地址表影响系统性能：基于8 0 2 3 x 的流量控制只是针对点到点链路，不能提供端 到端的流量控制：多用户业务的带宽共享是对本地接口而言，还不能对整个环业务进行 共享。 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 ) 高速封装协议、虚级联和链路容量调整机n ( 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。 1 3m s t p 技术的应用前景 随着新一代m s t p 技术的不断完善和城域网业务的发展，新一代m s t p 的应用将会 逐渐明朗，可提供以下几种城域以太网业务的应用方案，实现城域传送网和数据网的紧 密有机结合。 点到点的以太网透传业务：是一条点对点的以太网业务连接，类似于传 统的t d m 专线，区别是用户的u n i 接口是一对以太网端口。运营商可以在城 域m s t p 设备的任意两个端口之间丌通以太网专线，点到点透传方案适合于对 业务服务质景、带宽保证和安全性要求较高的客户。 点到多点的以太网业务汇聚：由于城域数据业务多呈星型分布，因此需 要实现多个节点到中心节点的以太网j 比务的汇聚，例如银行、大型企业需要实 现分支机构到总部的互联。新一代m s t p 可通过二层交换、v l a n 或m p l s 等 多种方式支持此应用方案。 多点到多点的以太网业务交换：在多个节点之间实现以太网业务的互联， 该应用方式适用于构建集团用户内部的数据专用网、企业局域网等。新一代 m s t p 可通过二层交换或以太环网技术来实现。结合r p r 和m p l s 的双重优势， 新一代m s t p 技术使建没一个可扩展和调度能力强、有q o s 保证的城域传送网 成为可能。它不但能很好地解决提供最大收益的t d m 业务的传送，同时大大提 高了对数掘、务的支持能力和带宽利用率。我们相信，随着国际和国内标准化 的完善和以太网业务应用模式的逐步推广，融合了r p r 和m p l s 技术的新一代 m s t p 必定会在城域传送网有良好的应用前景，有利于运营商降低运营成本、 快速提供新业务、增加业务收入，提升自身的竞争优势。另一方面，随着城域 2 南京l | i ；l 也人学坝卜学位论文 绪论 运营商对业务、网络和管理智能化的不断需求，新一代m s t p 将逐渐具备a s o n 功能，并先应用在北京、上海、广州这样的超大型城市，解决城域电路调度频 繁、业务丌通时矧紧等问题，进一步增强城域光传送网的动态调度能力，并灵 活地支持各种新业务，为不同的客户提供差异化的服务。 1 4 本论文的主要内容及重要工作 第2 章，主要介绍m s t p 的分层结构以及功能模型： 第3 章，介绍m s t p 的关键技术，包括映射方式、级联方式、链路容量调整机制及 智能适配层，详细列出了以太网数据包的封装方式，并对它们进行了详细的分析比较， 剖析了级联技术、链路容量调整技术。 第4 章，着蕈介绍智能适配层技术包含弹性分组环、多协议标签交换等技术，分析 比较了m p l s 技术与r p r 技术的优缺点： 第5 章，分别介绍在m s t p 坏境中以太网业务与a t m 业务的传送： 以上是我对m s t p 及其实现方式的研究，在随后的三章早，结合我的工作，分别进 行了三个方面的应用研究工作。 首先，我承担了连云港电信公司第三代移动网络( 3 g ) 规划，除完成无线侧模型建 立和站址仿真外，针对n o d e b 和r n c 之i 日j 的数据传输，着重研究m s t p 设备在组建3 g 网络的应用，提出三种m s t p 承载3 g 业务时的汇聚方案，结合3 g p p 及3 g p p 2 的相关 规范，论证、比较在3 g 未束发展不同时期三个方案的优劣： 由于用户对数掘传输! 业务需求的同益增加，我还研究了m s t p 在组建大客户专用网 中的应用，给出大客户网络建设的传统方案及分折，继而提出使用m s t p 技术的三种不 同组网方案，并加以论证： 另外，由于用户对光纤直连方案的青睐，造成电信企业内光缆资源的过度使用，而 用户级的光缆使用率和投入产出比远小于电信级的应用。经过我的研究发现，使用m s t p 设备便可以很好的解决这一矛盾，将同一区域的用户汇聚到一个设备中，从而节省大量 珍稀的城域光纤资源。 南京邮i u 人学倾i j 学化论文 mstp 结构及功能模型 第2 章m s t p 结构及功能模型 2 1m s t p 的分层结构 为便于网络建设和维护管理，本地m s t p 传输网络可分为两大层面进行规划和建 设：本地传输层面( 核心传输层、汇聚传输层和接入传输层) 和用户接入层面，如图2 一l 所示。本地传输层主要承担本地各业务网节点i n j 的中继传输，并按照城市地理分布， 分区汇聚、收敛来自用户接入层面的传输电路：用户接入层则主要包括用户端到第一个 与之相连的本地传输节点间的传输设施。 2 1 1 核心传输层 m s t p 分层结构 图2 - 1 核心传输层主要由各种j 业务核心处理节点( 交换局、数据中心、长途局及关口局等) 互连构成，负责核心节点i 日j 大容量中继电路的传输以及与长途传输节点、其他网络的互 连互通。由于核心节点数量较少、网络结构相对稳定，但网络业务容量大、电路调度频 4 南京i | | | ；l u 人学坝卜学位论史 mstp 结构及功能模型 繁，因而对网络的结构、安全可靠性要求较高。 2 1 2 汇聚传输层 汇聚传输层主要由汇聚节点和核心节点互连构成，负责将本地业务节点连接到骨干 节点，负责一定区域内的业务汇聚和疏导，以多业务颗粒汇聚、传输、调度和处理为核 心。 2 1 3 接入传输层 接入传输层主要由业务量较为集中的业务节点( 如基站、密集居民小区或一些大企 业用户) 和汇聚节点互连构成，负责各业务接入点的业务传输。接入层设备要具有多业 务传输能力和良好的网络扩展能力，以便快速灵活地接入用户。 2 1 4 用户接入层 接入节点除了负责自身业务的接入外，同时也负责附近一定范围内其他用户的业务 接入。接入节点至用户端的接入部分称作用户接入层。 南京邮l u 人学硕i j 学位论文 mstp 结构及功能模型 2 2m s t p 的功能模型 m s t p 光网络的带宽调度管理和组网能力需要针对电路业务和分组数据业务提供相 同的功能。参考s d h 设备系统架构的发展，把分组数据业务的适配接入、交叉调度和组 网接口进行分离，可以很好地支持分组数据业务的端到端调度管理、组网，并提升网络 带宽效率。而且，这种架构可以很好地和s d h 设备架构进行无缝集成。 m s t p 功能模型如图所示： 2 2 1 m s t p 功能实现的三个环节 m s t p 助能模犁 图2 2 m s t p 实现包括封装、映射和交叉连接三个环节： l 、封装 p d h 方式下，帧的长度是固定的，因此无需再封装，直接进行v c 映射 和交叉连接即可。 6 目 南京i l | l j l u 人学坝i j 学位论文 mstp 结构及功能模型 a t m 方式下，由于a t m 帧的自相关性，通过a t m 的帧头和校验的运 算即可定位帧的丌始，因此也无需进行封装。 以太网方式下，帧的定位是通过同步序列和帧起始序列来确定的，封装 时这两个序列首先被丢弃，因此需要对剩余的序列进行重新的封装。 2 、映射 对不同速率p d h 帧，s d h 有专门的映射算法，本文不作讨论。 a t m 帧或者经过封装的以太网帧，在s d h 的负载中，很容易定位、分 离出，但是要考虑到负载帧可能跨越两个s d h 帧，需要对帧的分拆、组装做特 别的处理。 有效负载在m s t p 环境下传输时，存在不同的速率要求，甚至是动态的 请求，因此，要求系统能提供有效的支持和响应。 3 、交叉连接 s d h 环境下，对电路的指派通过网管系统实现，相对比较稳定，只有客 户有相关需求时，彳会发生交叉方式的改变。但在m s t p 环境下，为了满足用 户带宽的需求，需要动态地调整带宽。 2 2 2m s t p 功能概述 1 、s d h 功能描述： 基于s d h 的多业务传输节点应满足s d h 节点的基本功能要求，应符合下述标准： 对基于s d h 的多业务传输节点，其s d h 帧结构、v c 映射部分应满足g 7 0 7 规范中对 于级联和虚线联业务的要求，包括提供低阶通道v c l 2 、v c 2 级别的虚级联或连续级联 功能和提供高阶通道v c 4 级别的虚级联或连续级联功能，并提供级联条件下的v c 通道 的交叉处理能力。 2 、以太网、i p 务透传功能： 以太网、i 匕务透传功能是指来自以太网接口的数掘帧不经过二层交换，直接进行协议 封装和速率适配后映射到s d h 的虚容器( v c ) 中，然后通过s d h 节点进行点到点传输。 这种功能呵用末实现专线连接，以保障数据传输的安全性。基于s d h 的多业务传输节点 在以太网透传上应具备以下功能：传输链路带宽可配置：应保证以太网业务的透明性， 包括以太网m a c 帧和v l a n 标签等的透明传输；以太网数据帧的封装应采用 p p p l a t s g f p 协议，优先采用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； 数掘帧采用v c 通道的连续级联虚线联映射柬保证数据帧在传输过程中的完整性。 7 南京邮电人学f i ! j ! l j 学位论文 mstp 结构及功能模型 3 、以太网二层交换功能： 基于s d h 的多业务传输节点支持二层交换功能，是指在一个或多个用户侧以太网物 理接口与一个或多个独立的系统侧v c 通道之间实现基于以太网链路层的数据帧交换。 基于s d h 的多业务传输节点二层交换功能应满足如下要求：传输链路带宽可配置；应保 证以太网业务的透明性，包括以太网m a c 帧和v l a n 标签等的透明传输；以太网数 扼帧的封装应采用p p p l a p s g f p 协议，优先采用g f p 协议；数据帧采用v c 通道的连 续级联、虚级联映射来保证数据帧在传输过程中的完整性：应实现转发过滤以太网数据 帧的功能，该功能应符合i e e e8 0 2 1 d 协议的规定：应能够识别i e e e8 0 2 1 q 规定的数据 帧，并根据v l a n 信息转发过滤数掘帧；提供自学习和静念配置两种可选方式维护m a c 地址表：实现维护用于决定转发过滤数据帧的信息的功能：支持i e e e8 0 2 1 d 生成树协 议( s t p ，s p a n n i n gt r e ep r o t o c 0 1 ) 和i e e e8 0 2 1w 快速生成树协议( f s t p f a s ts p a n n i n g t r e ep r o t o c 0 1 ) ：可以支持多链路聚合来实现灵活的高带宽和链路冗余：支持以太网端口 流量控制：支持多播：支持基于用户的端口接入速率限制，对于超过接入速率限制的数 据包在交换拥塞时优先丢弃：支持业务分类( c o s ，c l a s so f s e r v i c e ) 。 4 、以太环网功能： 基于s d h 的多业务传输节点的以太环网功能是指在s d h 环路中分配指定的环路带 宽用来传输以太网业务，要求具有如下功能：以太网坏路的传输链路带宽可配置；以太 网环路带宽的统计复用功能：以太网环路中各节点端口带宽的动态分配：以太网环路的 保护倒换功能。 5 、弹性分组环m a c 层功能： 弹性分组坏( r p r ，r e s i l i e n tp a c k e tr i n g ) 是一种新的m a c 层协议，是为优化i p 数 掘包的传输而提出的，r p r 是基于弹性技术的光纤环形网( r p r 环) ，能有效地传输基 于分组的业务流量，该技术标准由i e e e8 0 2 1 7 工作组定义。r p r 的内嵌方法是通过一 块集成r p r 各项功能的单板完成m a c 层处理，将处理后的r p r 业务按照g f p 或者 h d l c 两个标准映射到s d h 帧结构，r p r 单板是通过插入到a d m 子架槽位上并连至 a d m 板以实现交叉连接，即采用r p r + a d m 模式，其原理框图如图2 3 所示。 8 南京i l 人学f f ! ；! 卜学位论卫 mstp 结构及功能模型 以人叫业务1 分捅艇用器环 分捅复用器环一 r p r + a d m 的实现 图2 3 6 、a t m 层处理功能 a t m 层处理功能模型应符合如下觇范：参考模型和分层功能应符合建议1 3 2 1 要求； 功能特性应符合建议i 7 3l 和i 7 3 2 要求。 9 南京| l f | ；l u 人学坝i j 学位论文 mstp 的关键技术 第3 章m s t p 的关键技术 从m s t p 的体系结构来看，最关键的技术有以下几项：映射方式、级联方式、链路 容量调整机制及智能适配层( 弹性分组环技术、多协议标签交换技术) 。 3 1 映射方式( 数据包封装与映射) 以太网是m s t p 环境下最常提供的技术，在下面的几种技术的分析中，都以以太网 为例。在其他几种应用中。上一章已经提到，a t m 由于其特殊的定界方式，无须再次进 行封装：而p d h 在s d h 中进行v c 映射，技术非常成熟。 以太网是在公共介质上传输的共享协议，介质中的所有节点都在侦听，将与自己相 关的数据帧( 自己的地址或者广播) 截获后交由上层协议处理；在介质“寂静”的时候 可以发送数据帧，一旦“听到”有碰撞发生，立即停止发送，并等待段时间再进行动 作。发送结点和接受节点都不负责数据帧在介质中的移出，数据到达介质的终点后，由 “终结器”( t e r m i n a t o r ) 将数据帧从介质中消除。 以太网的帧结构如图3 1 所示： 时吁段 帧丌始j 0 界符 f 1 的地址 源地址 类型长度 有效数据 填充 校验 以太网帧结构 图3 1 。自，j i 导段( p r e a m b l e ) ：用柬实现发送端和接收端的同步： 。帧丌始定界符( s t a r to f f r a m ed e l i m i t e r ) ：用以表示一帧的丌始； 。目的地址( d e s t i n a t i o n a d d r e s s ) ：目的端的m a c 地址： 。源地址( s o u r c ea d d r e s s ) ：源端的m a c 地址； 。长度类型( l e n g t h t y p e ) ：用来表示该帧的长度类型： 1 0 南京ll 1 人学坝1 学论乏 mstp 的关键技术 有效数掘( m a cc l i e n td a t a ) ：该帧所要表示的数据； 填充( p a d ) ：用末使帧长度达到规定的最小的长度； 校验( f c s ) ：整个帧的校验序列。 将以太网数掘包封装到s d h 中，在以太网环境中所必须的同步和帧开始指示字段不 需要了，只需封装其承载的内容即可。为了实现在非以太环境下的帧定位，需要用其他 的二层协议重新封装，然后向s d h 映射。常见的封装方式有四种：p p p 、l a p s 、s d l 、 g f p 。 3 1 1 以太网数据包的p p p 封装方式 通过点到点协议p p p 转换成h d l c 帧结构，再映射到s d h 的虚容器v c 中，简称 p o s ( p a c k e to v e rs d h ) 。标准的将i p 包映射到s d h 的方法是使用p p p ( p o i n t t o - p o i n t ) 协议( i e i f 定义的r f c l 6 6 1 ) 和h d l c ( h i g h - l e v e ld a t al i n kc o n t r 0 1 ) 协议( i e i f 定义 的r f c l 6 1 9 ，i t u t 建 义g 7 0 7 ) 。把i p 分组映射进s d h 分两步进行：首先要把i p 分组 包根据r f c l 6 6 2 所定义的h d l c 协议简单地插入到p p p 帧中的信息段，再由 s d h s o n e t 通道层的业务适配器把p p p 帧映射进s d h 的同步净荷中，而后将字节同步 映射进虚容器( v c ) 包封中。然后向下，经过s d h 段层，加上相应的丌销，把净荷装 迸一个s d h 帧中，最后到达光层，在光纤中传输。 p p p 是点到点协议的简称，包头只有两个字节，没有地址信息，是面向连接的。这 个协议定义了点到点链路上传输多协议数掘包的标准方法，是- f 式的i n t e r n e t 标准。p p p 协议在o s i 七层模型中位于网络层之下，为了和网络层平滑地连接，p p p 协议在规定了 基本接口后还要为不同的网络层协议提供相应的封装控制协议( n c p ，n e t w o r kc o n t r o l p r o t o c 0 1 ) 。再者，在p p p 层下面承载业务的传输机制也各不相同，如i s d n 、f r 、 s d h s o n e t 等，这就需要p p p 协议为它们提供相应的链路控制协议( l c p ，l i n kc o n t r o l p r o t o c 0 1 ) 。 p p p 协议的结构如图3 2 所示： 塑亟堑 噩 二卫口 p p p 协议结构 图3 - 2 结构中协议的类型主要包括：l c p 、n c p 、网络层协议，共占用1 个或2 个字节。 l c p 协议用于建立拆断键路，n c p 协议用于选择和配置网络层协议。p p p 协议包括了 l i 南京川人学坝l j 学位论文 三个基本组成部分： mstp 的关键技术 - 在单个串行链路上使用多个协议的封装方法。 - 用链路控制协议l c p 来建立、配置和测试数据链路连接。 - 一组让p p p 连接使用不同网络层协议的网络控制协议( n c p ) 。 p p p 帧格式与h d l c 的帧结构非常的相似，主要区别在于：p p p 是面向字符的，而 不是面向位( 比特) 的，所以所有的帧都是字节的整数倍。 p p p 的帧结构如图3 3 所示： h d l c 巾) ? i 一 一一一* 一一 p p p i l 贞 一 p p p h d l c 帧结构 图3 3 所有的p p p 帧都是以标准的h d l c 标志字节( 0 1 1 1 1 1 1 0 ) 丌始的，接下来的地址字 段，总是设成11 l1 l1 11 ，表明所有站的状态都是为了接收帧，使用这种帧结构避免了分 配数据链路地址的问题。地址字段后面紧跟着控制字段，其缺省值为0 0 0 0 0 0 1 l 。此值表 明是一个无序号帧，也就是说，缺省情况下，p p p 没有采用序列号和确认来进行可靠的 传输。在有噪声的环境咀，诸如无线网络，则使用编号方式进行可靠的传输，在r f c l 6 6 3 中有详细描述。由于在缺省情况下，地址和控制字段总是常数，因此有效负荷字段中是 哪类分组，针对l c p ( 链路控制协议) 、n c p ( 网络控制协议) 、i p 、i p x 、a p p l e t a l k 及 其它协议，都定义了相应的代码。以0 比特丌始的协议是网络层协议，如：i p 、i p x 、 o s i 、c l n p 、x n s 。以1 比特丌始的那些协议用来确定其它协议。这些协议包括了l c p 和针对所支持的每种网络层协议而确定的不同n c p 。协议字段缺省大小为2 个字节，但 在使用l c p 时，可以变为1 个字节。有效负荷字段是变长的，最多可以达到所商定的最 大值，如果在线路设置时使用l c p ，没有商定此长度，就使用缺省长度1 5 0 0 字节。在 有效负荷字段之后是校验和字段，通常为两个字节，但是可以确定4 个字节的校验和。 p p p 是一个适用于通过m o d e m 、h d l c 比特串行线路、s d h s o n e t 和其它物理层 的多协议或帧机制。当s d h 被配置为点到点的链路时，p p p 协议将s d h 传输通路视为 面向字节的同步链路，提供链路层的数掘报封装机制。p p p 协议给物理层提供一个字节 型接口，p p p 帧作为字节流映射进s d h 的净负荷中。由于p p p 封装具有相对低的丌销， 所以相对其它的s d h 净负荷映射方法而言，它能提供更大的吞吐量，并且能充分利用现 有设备，大大降低线路终端设备的费用。 1 2 南京i | | i j ll 1 人学坝i j 学位论爻 mstp 的关键技术 h d l c 的主要功能是区分通过同步传输网络传输的并使用p p p 封装的i p 数据包， 即h d l c 帧格式负责同步传输链路上的p p p 封装的i p 数据帧的定界。这种区分是通过 字节填充末完成的，每一个h d l c 帧以字节标志o x 7 e 丌始，也以o x 7 e 结束。在发送端， 为了使标志字节不发生歧义，h d l c 帧始终被监控，如果标志字节出现在h d l c 帧的信 息域，它破改变成o x 7 d 和o x 5 e ，而0 x 7 d 则改变成0 x 7 d 和0 x 5 d 。在接收端，进行相反 的操作，恢复为原有的信息。在传输空闲期问，当没有数据包被传送时，h d l c 的标志 被作为帧f 日j 填充传输。 p p p 封装的i p 数掘包使用h d l c 方式组帧，进而向s d h 中映射。i p 数据包先封装 进p p p 包，p p p 协议具有多协议封装、故障控制和链路初始化控制特征，因而在功能上 对高层协议有较高的支持。然后采用h d l c 协议，将p p p 封装的i p 数据包映射到s d h 的净负荷中。其中h d l c 的主要功能是对经过同步传送链路中的p p p 封装的i p 包进行 定界。发端和接收端需要利用字节层上的处理来完成字节图案的匹配，这使得在高速传 送时的处理变得异常复杂。 当传输的错误可能造成接收的帧与发送的帧不同，例如，接收端可能把非标志位误 认为是标志，于是接收端中止当日，j i 的帧而丌始新的一帧，这样将造成至少两帧的突发错 误，利用帧校验序列( f c s ) ，这些错误可能会被检测到，但由于定位的错位，也可能不 被检测到。另一方面，接收端也可能把真f 的标志位误认为是非标志位，这样接收端会 把两个帧当作单个的帧。 映射标准允许制造商选择f c s - 1 6 或者f c s 3 2 ，f c s 被用于日订面所有的域( 标志域、 地址域、控制域和信息域) 。如果有可能出现突发的错误，在传送长的p d u 时最好使用 f c s - 3 2 。经f c s 校验，错误的帧在接收端将被丢弃，对上一个协议层来说意味着数据包 的丢失，这种丢弃机制不能利用日，j 向纠错( f e c f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n ) 来对数据包 进行纠错，对利用重传柬陕复的数据! l k 务来说，丢弃有错的帧是f 确的选择。但是对实 时业务柬说，是不能容忍由于重传而造成的延时的，因此采用f e c 就显得非常重要。 由于存在两种校验方式，在不同厂家的设备互联时，会出现对协议理解的不同而产 生的连接障碍。在中国电信集团公司对多家厂商的m s t p 设备互通测试中，已经发现了 这个问题。 3 1 2 以太网数据包的l a p s 封装方式 将数掘包转换成l a p s 结构映射到s d h 虚容器v c 中，这是我国提出的i po v e rs d h 提案，已被一式批准作为国际电联标准，其标准号为x 8 5 y 1 3 2 1i po v e rs d h 。这是一 1 3 南京邮，u 人学坝l ：学位论文 ms ! ! 鲍苤毽垫查 个直接面向因特网核，t 5 层和边缘层的i p 提案。其特点如下：利用此方案制造的设备硬件 丌销极少，工作效率高，该设备不仅适合s d h 中、低速应用，也适合s d h 的2 5 g b i t s 及 以上高速率应用。首次提出在i p 与s d h 之间只保留面向字节的s d h 链路接入规程，用 多服务访问点代替地址字段，实现多协议封装。可以支持从低价v c 容器到高价v c 容 器( 包括级连) 的全部速率范围，也特别适合用到光的包交换接口，没有任何协议的不 确定性。在i po v e rs d h s o n e t 全程范围内支持q o s 和优先级。同时支持i p v 4 和i p v 6 两个版本的i p 协议。 l a p s 协议的帧格式和p p p 类似，结构如图3 - 4 所示： l a p s 帧 s a p l s , - l a p s 协议的帧格式 图3 - 4 从图中可以看出，l a p s 是对p p p 协议的的功能扩充，具体内容如下： 在p p p 协议中，地址域的全局地址为o x f f ，对个别地址并没有规定；而l a p s 协议则规定了三种地址：全局地址为0 x f f ，个别地址分别为0 x 0 4 ( i p v 4 ) 和0 x 0 6 ( i p v 6 ) 。 p p p 协议利用其协议域对多协议进行封装，而l a p s 协议则将p p p 中不分配 作它用的地址域改为s a p i s ( s e r v i c e a c c e s sp o i n ti n d i c a t o r s ，服务访问点) 标识符来 进行多协议封装。例如当s a p i s 为0 x 0 4 时，表示携带的是基于i p v 4 协议的业务， 0 x 0 c 为以太网业务。为了与p p p 协议兼容，当携带的业务类型为p p p 时，s a p i s 的值为0 x f f 。 在p p p 帧的传送过程中，对短的信息域必须进行填充，而l a p s 帧不需要进 行填充。 对于f c s 校验域，p p p 为3 2 b i t 或1 6 b i t ，依具体情况而定，而l a p s 则直接 为3 2 b i t 。 l a p s 对p p p 协议进行了改进，使得操作更加简便，封装效率更高。 3 1 3 以太网数据包的s d l 封装方式 这种封装方式是将数据包通过简化数据链路协议s d l 的方式映射到s d h 虚容器v c 南京i | | l ：i u 人学坝i ：学位沦史 mstp 的关键技术 中。在实现p o s ( p a c k e to v e rs d h ) 的具体结构i p p p p h d l c s d h 中，所使用的是基于 h d l c 的帧定界协议，但该协议在高速情况下存在一些问题。这些问题主要表现在：用 户使用h d l c 帧时，网管需要对每个输出字节都进行监视；当用户数据字节的编码与标 志字节相同时，网管需要进行填充操作：在输出端，网管也需要对输入的帧进行监视， 以进行去填充操作：这种填充与去填充操作不仅使数据传输变得复杂，而且为一些恶意 用户故意在用户数掘字段插入标志字节提供了方便，从而使实际传输的数据包长度增长， 引起带宽浪费。这些因素限制了基于标志位的数据链路协议的可扩展性和q o s 的管理性 能。另一方面，s d h 帧头中携带有丰富的信令和网管信息，这对长途w d m 系统中的数 掘再，士| 和故障定位相当重要，但s d h 帧头丌销有点太大了。为此l u c e n t 提出了一个帧 长可变的新型成帧协议，称为简化的数据链路协议( s d l ，s i m p l i f i e dd a t al i n k ) 或f a s t i p 或者s h i ms d h 。该技术简化了s d h 的帧头，并且改造了帧结构使之有利于i p 数据包的 封装，它可将i po v e rs d h 速率提高到2 5 g b i t s 或者更高。 s d l 帧格式如图3 5 所示： ! ! 翌16 6 1 | ) 翌互三i 三三工三三正三 s d l 的帧格式 匿l3 - 5 s d l 可以复用多种协议的p d u 以及在数据链路中的少量数目的逻辑虚链接，逻辑 虚链接利用潜在的不同高层协议和不同的q o s 要求来支持不同的业务流，s d l 帧结构主 要由数据字段长度指示符、报头c r c 字段、偏置字段、用户数据字段和f c s 字段等部 分组成。 帧长指示域：占两个字节，表示信息域( 即数据包) 的大小，信息域的最大 长度为6 4 k b ，最小长度为4 个字节，对每个s d l 填充域和f c s 域是预留的，但对 于给定的s d i 。帧，它们是固定的。故：s d lp d u = l i 域+ 4 ( 帧头) + 填充域+ f c s 域，这样的长度允许接收端区分当自玎的p d u 的术端以及下一个p d u 的始端。 帧头c r c 校验域：是根据帧长指示域的所有比特而进行计算的，c r c 是用 来对s d l 帧头中的单比特错误进行纠错和绝大多数的多比特错误进行检错。帧头 c r c 校验的失败将立即导致失同步，因此这种情况下的c r c 校验是非常重要的。同 时c r c 校验也是帧定界的标志。 s d l 净负荷域：包括两个子域，即填充域( 偏置字段) 和信息域。填充域是 南京m u 人学坝l 学位论文塑! 里塑苤壁堇查 可选的，可预先没置为固定的长度，其长度的大小没有计算在l i 域内。填充域的主 要功能包括：从发端向接收端传递消息，此时信息域是空的，可以用l i 中的中的特 殊值来表示传递信息的形式：对于承载有非空的信息域的s d lp d u 来说，填充域可 以被细分以实现不同的功能，其可以区分信息域内的协议，说明信息域内的数据包 的不同q o s ，以及区分数掘包属于不同的虚链路。不同的虚链路可以使用不同的高 层协议或者不同的业务流，利用i e t f f 在定义的m p l s 协议，填充域可被用来塞入 m p l s 的标记，其灵活的大小变化使得填充域能够兼容这些功能以及其它需要的功 能。信息域用来承载上一层的p d u ，对于i p p p p s d l 来说，信息域的内容是p p p 封装的i p 数据包，如果p p p 的功能移至到s d l ，则信息域的内容就是i p 数据包。 信息域可以承载任何形式的用户数据，如以太网帧、帧中继、i p x 数据包。 f c s 域是可选的：其长度是2 个字节或4 个字节，其使用的多项式与 i p p p p h d l c 帧中的一样，f c s 域是针对s d l 的净负荷的所有比特来进行计算的， 为了使s d l 能支持现在的和将来的业务，即使在f c s 错误的情况下，s d l 的接收 端也应该能把s d l 的净负荷传递到高层，当s d l 接收端向高层发送错误指示时， 高层可以根据支持的不同应用来决定是丢弃还是采用f c s 对净负荷纠错。s d l 可用 于替代当自，j 所使用的p p p h d l c 协议来对同步或异步传送的可变长度的i p 数据包进 行高速定界，可以适用于o c 4 8 s t m 1 6 以上速率的i po v e rs d h ，也可以直接实现 i po v e rw d m 。 s d l 的主要功能是允许高速识别异步变长数据报。为此，s d l 接收机从每个s d l p d u 的丌始之处查找标志字段，抽取s d l 净负荷中成帧的数据报，决定下一个s d l p d u 的丌始点。在讵常查找情况下，s d l 接收机可抽取高层p d u ，而无需处理数据链 路上的每个单个字节。这是s d l 特别适合非常高传输速率的一个原因。