（通信与信息系统专业论文）mstp关键技术及其在城域网中的应用.pdf

华中科技大学硕士学位论文 a b s t l a c t w i m 廿l el a 喀e s c a l ea p p i i c a t o no f d e n w 打e i 蚰g md i v i s i o nm m t i p l e x m g ( d w d m ) o ni o n g - l l a u lb a c k b o n ea n dt l l ep r 州l p td e v o l o p m e n to f b r o a 曲柚da o 。e 鹦t e c h n o l o g i e s t l l e c a p a c i t ) r b o m e n c c ko f t e l e c o m u i l i c 娟o n 粼“旧r kh 酗g f a d 啪l l y 仃王唧触dt o n ”灯e a n酾ork(m触叼howt os o l v ct l l eb o m e 黼c kp f o b l 锄h 勰a l 璋a d ya t t r a 蛐晡c a r r i e r s 影x l e 璐i 、略a t t 铋至o n 。c a i 芏i e r s 锄删a b l em o 白附a r e 8q 姬c 啦n e t w o f k s ，w 嫩c h l o e yi s s t l e 至s 妇f e a f c h 蹯da p p l i 锶t i 醴冻躺磁溅- s 蝌i c e 两盎鲫p l a 壕煳泓s 豫) 繇赋i sa 瓤 d g o 瓤e e 珏l 潍g 囊懿l 按翻跬囤瞻e 戳妇髓de 璐砉。m 嚣鑫c c e s s 翱暮嘲。瘴s ，、 ，魏 c h c h 嚣a e 娜z e se o m 脚i v e i ys h o 拍嚣扛 重n s p o f td i 鳃髓c c ，v a 蠢o u ss e f v c e 童y p o s ，u n c e n a i n s e n ，i c cd i f e c t i o na n dt 础c 1 1 l e r ee x i s tm 溅搿王d n d so ft e c h n o l o 西c a lf o n n sa n ds o l u t i o n s b e c a u s el o wl a y e rp a n so fm a n m o s 蛀y1 1 8 es y n c h f o n o l l sd i g i t a lh i e r a i _ c h y ( s d h ) a s 仃a n s p o r tp l 瓶m sa tp r e 她s d h 小a 8 e dm s t p9 0 e sw i 也o u ts a y 她血em 批触蝴 c h o i c eo f m e n dc a r r i e r s t h en l e s i sm a i l l l yf b c 惦e so n 龇m l e v a n t 黜哦ho fm s t p k e yt e c h n o l o g i e sa n d i m p l e m e n t a t i o ns c h c m e s ht l l i st l l e s i s ，廿擗c o m l o t a t i o na n dp o p 山雒s o l u t i o l l so fm p 心qa r e 赫e 蠡y 张a l y s e da l 矗f s t ，a l o n gw i 也t h ee o n 删姬。硅雏d 曲瞄o p m e n t ，c a 峭eo f m s l 鼍聃黼 醚s 秘羹e y t 豳o g i c s ，s 翻l 器锄翻c 翱瞄堍p 姒燃嘴( g 强) ，磁鼬舔c 熊e 攫鼬躐l 馘 熊dl h 盘c 擎蠢每a 鸯毪髓辩瞧s c h 锨域l a s ) ，8 辑s e p 懿黯l y 矗i 辩瑚。a 嬲搭o b l e m s 攮a le a c ho f 氇e mn e e d sp a y 诵g 越把默i o nt oi np 爝c 虹e 蠢秭l i e a o 璐a 托p o i 嫩e do u t 。b a s e d o ni n h e d e ma d v 锄t a g e so fs d hv i m 僦c o n t a i n e r 也娴g hg f ee i l h 鞠c e s 芏l e x i b i l 蚵a n d e 塌c i e n c yo f p a t hb a n d w i d t l l 够s i 鲫m e n t “av i m l a lc o n c 鼬撕o na n dl c a st e c h n o l o g i e s ， i no r d e rt os u p p o r ti n 把掣a 雠协m s p o r to fd a t as e r v i c e se s p e c i a l l ye t h e m e to n e sa l l d r d m s e r v i c e si nw h i c h 仃a d i t i o n a lv o i c es e r v i c e 8a r ed o m i n 锄t i na d d i t i o i lm s t pc a n alsor e g a r d r e s i l e m packet r i n g ( r p r ) 黼dm u l t i - p r o t o c o ll a b e ls 诚t c h m g ( m p l s )德c h n o l o g i e sa st l l e midsti m e l l i g e n t a d 獬翻畦1 8 y e rb e 时e 髓e t h 锄e t 锄d s d 鞭t od e a l 溺也b a l l d 谢酗l pfo证siona l l dq 咯s 糟穰涵 e m e n t e 妞栩e ls e r v i c e s s e q 娃e n t i 瓣l y ，氆e薅致e i 如o fr p ra n d 醚p 毛sa f e 哪越 蹴巍峨e f cc o 黜l a l 醯i s s 獬秘m s 豫e 躺喇醴 旗穗即廷强d 瓣l s 蠢髓e i 摊sa 撙瓣诞轴畦融氇e 髓d ，氇越l 【st om 勰yy e a 描糊威洫g 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：璐、 日期：矽口舌年j 月旷日 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， 不保密耐。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： 暑否张 日期：v 口6 年志月亭日 指导教师签名：旁参陟 日期：文廊年f 月8 日 华中科技大学硕士学位论文 1 1 引言 1 绪论 随着密集波分复用( d w d m ) 技术在长途干线上的大规模应用，以及用户接入 与驻地网的宽带化技术的普及，作为桥棱终端用户与骨干网的网络部分，城域网的发 展相对滞后，逐渐成为全网的容量与发展瓶颈。在激烈的市场竞争下，各运营商迅速 将竞争重点转移到城域网。 当前以i p 为代表的数据业务的迅猛发展、a d s l 等宽带接入业务的广泛开展以及 3 g 部署的呼声日渐高涨，都给城域网提出了更高的容量和功能要求，同时还要快速 适应新业务的发展需求。从全球电信业发展来看，数据业务量有望在未来2 3 年内 超过话音业务量，基于数据分组交换的业务将在5 l o 年内覆盖整个传统电信业务。 如何在保证传统t d m 业务传送的同时，高效地传输各种数据业务成为城域网面临的 首要问题；而发展城域网涉及的核心问题其实质就是建立城域多业务传送平台，以支 持数据业务尤其是以太网业务和以传统话音为主的t d m 业务的综合传送。 据报道，中国光传输设备市场的销售将继续增长，2 0 0 4 年中国范围内光传输设备 销售额达到4 0 0 亿人民币，预计到2 0 0 5 前，国内光传输市场仍可保持3 0 的复合增 长率。中国光传输市场的大多数销售收入将来自s d h 设备，保守估计s d h 设备占2 0 0 4 光传输设备市场份额的一半即销售额可达到2 0 0 亿元。尽管d w d m 技术在城域网和 骨干网中发挥了很大作用，但s d h 相对于w d m 具有更低的成本，随着1 0 g b i t s s d h 设备的成熟，s d h 在未来时间内还将统领中国的光传输设备市场。 本论文将重点研究基于s d h 的多业务传送平台( m s t p ) 相关的各种问题。在本 章中，将首先对城域网的内涵和主要组网方案进行讨论，然后对m s t p 的概念与发展 历程进行较为详细的阐述，最后介绍论文的主要内容与组织结构。 1 2 城域网概述 1 2 1 城域网的内涵 城域网( m a n ) 是一种主要面向企事业用户的、最大可覆盖城市及其郊区范围 的、可提供丰富业务和支持多种通信协议的公用网。城域网的功能是实现业务的本地 华中科技大学硕士学位论文 分滚秘羯妖途雷予溺夔茫聚，实嚣是一秘露蘩些广壤秘特熹戆本建痤弱登公瘸稠 络。城竣瓣在溺绍静往震、覆盖范嗣朝曛务炎麓等方嚣毒剐于弱域网帮广域网，渡务 炎溅多样纯与业务流向流量不确定是其基本特征l l l ”。 横向上，城域网通常划分为核心层、汇聚朦和接入层三个层次，如图l - l 所示。 核心朦主要是为各业务汇聚层节点提供高速的承载和传输通道，同时实现与既宵网络 的飘联；汇聚层主要完成本地业务的区域派按，进行业务汇聚、管理与分发处理；接 入朦则主要利用各种接入技术和线路资源实现对用户的覆盖。纵向上，又可分为业务 屡和传送层。其中，传送层完成链路建蠢、带宽管理和业务疏导；业务层负责净荷的 封状鄹对传输层的电路信息进行交换处理。 一，”h 、一 枥0 屡 汇聚层 接入层 蚕l l 多鼗务域壤瓣的鬻绫续捧 城域嘲正在获单纯的传送网向韭务礴演遴，飙两络绪祷看，必将赣着网络单一锤：、 蛾务按入综合化和容量增大化盼方向发膝：从此务发展趋势看，传统t d m 业务夜电 信舭务构成中的地位相对弱化，数据她务必然成为城域瞬未来若干年的发展重点；丽 从技术发展趋势看，城域网将向多业务方向和智能化方向发展。在城域网的规划和建 设中，腹充分考虑网络实际的业务模型、发臌趋势与新技术的出现，选择适当的9 嘲络 拓扑葶传输技术【3 】。 l 。2 。2 城域辩的技术选择 城缓疆銎裁瑟旗豹主要阂蘧是带宽簸颈，蒺次藏是不秘技拳擒建豹重叠嬲约存 华中科技大学硕士学位论文 凌。分离懿弼络窝技术势必导致嬲终豹投资残冬露运营盛奉撵毫；夔羞震户令稳德嚣 浓瓣涌现，这些过于筵单的韭务模式褥无濂锬往建户。运营裔麓望实瑶弼终豹融食， 程为用户提供各种基本业务静同时，还髓邂涟生成新的增值业务。 城域网的传送距离相对较短，业务种类繁多，存在着多种技术形式与解决方案。 从遮酱商的角度考虑，技术方案的选择童瓣取决于自身的市场定位、用户需求及篡拥 礴的网络资源状况。而从技术角度来看，技术发展趋势、技术特点、技术成熟蚀以殿 网络承载的业务特性将是重点考虑的因索。目前，主要有四种解决方案，分别是凝予 s d h 的多业务传送平台( m s l ：p ) 、城域以太网多业务平台、弹性分组环( r p r ) 多业 务警奁，城域波分复爝( w d m ) 多业务警螽。各种技术方案都有其特定的应用场台， 舆体鹣选择骧及发曩戆速度窝援模最终还褥敬决乎巍用。 ( 1 ) 酝s 秘 m s 谨多遂务平台僳鍪传统s 蹦技术豹侥良性麓，薯热蔽改造戳支持数攥烂务 的传邀，终结多种数据协议，实施数据遴传躐= 层交换和本地汇聚。鉴于城域蹲斌鼷 目前多采用传统s d h 作传送平台，这种技米方案从而兼有综合性价比和技术成熟度 的优势，应该是多数运营商心日中较为理想的可持续发展的策略。 ( 2 ) 城域以太网多业务平台 以太网是一种成本廉价、技术简单、扩服蚀能优异的面向数据分组的技术，在全 球融得到极其广泛的应用。随着城域范围内越来越多的业务起始或终结于以太网帧格 式，熬予以太阚技术来构建多韭务城域蹲冤疑将省去其他方案所必需的网络边界魑的 楱式交换，降甄建终夔复杂性弱成本。 然嚣，城域戮太蘧蓑拳逐寿些海蘧亟待瓣决，魏缺多溃至l 臻豹q o s 徐簿瓤蠲、 僚妒撬制不完善、性箍测窥操终管毽臻护( 0 渡m ) 毵力较弱、资源羁用率不离譬。 冀中，如何提供端到端的q o s 是其髓番谯城域黼中得到应用所面临的最大难题。 城域以太网多业务平台最适合i p 娥务爨占据绝对主导的网络应用场合，也可以 在i p 业务量足够大的中、小城市作为独藏的i p 城域网应用，还可以在i p 业务量很大 的穴、中城市作为i p 城域网的汇聚和接入艨威用。随着网络中数据业务量的日髓增 加，以太网多业务平台在城域网中的应用瀚撩将会越来越明朗。 ( 3 ) r p r 多业务平台 r p r 是一静掰型懿网络结构和技术，怒魏了实现蘑向数据分组优化的城域喇豹 蘩求露设诗熬。静r 标准定义豹凇e 屡霹 三乏猿立予秘理瑟，运霉在敷太弼、s d | 华中科技大学硕士学位论文 等壤疆灸覆之上，繁焘霹豹穗路甚至霹蔽邋避弩国m 授零逶孬扩枣。r p r 技术综合 l p 熬餐戆、戳太秘豹经济栏、动态带宽分聪帮s 鞫唾差对射延和辩动熬严嬉揉障及5 0 搬$ 的像护和恢复特性，利用统计的空闯复溺桃制，提供动态带宽分配，支持业务炎弼 ( c o s ) 。 然而，国际上至今仍未形成最终的r p r 技术标准，致使各种专有产品的互联互 遇襻搬问题。其次，l u r 技术着重在数据分组的处理能力上做文章，对) m 业务的 支持力度仍不够，在当前t d m 业务仍为e 巍倍业务收入主体的情况下，发展速度和规 模将会受到限制。此外，由于r p r 没有跨环标准，独立组建大型网络的能力较弱， 必须与其它技术结合使用。 黯袋授零适合手数据韭务量占圭导，溺孵葵求为程陋韭务提供有效支赞豹巍翅 场会。貉子爻双翼有疆磐豹汇聚经窝馥纯豹数鬟按入蓑秀，霾筵逶于应凄在辘域潮 豹谈入瑟，特襄是良太网韭务带宽需求鑫缭瓣倪势戆场合。 ( 4 ) w d m 多业务平台 邋常来说，网络扩容的方式归结起来大致穰两种：提高单板的电处理速率与采用 w d m 技术。随着技术的进展和业务的发展，w d m 技术正从长途传输领域向城域嘲 领域扩展。 w d m 技术的应用允许网络运营者向用户提供透明的以波长为基础的业务，客户 倍号w 采用任何协议和格式而不受限于s d h 技术模式。同时，系统可以通过简单嫩 增期波长的方式迅速提供薪的业务，丽不念影响到骧有兹工誓# 波长，从两极大增强了 嬲络麴扩震控嚣枣场竞争力。 爻海蘸城壤阚删系统豹痰零，凝浚努笈鲻 ，隰使增热端弼滚豹繁竟察麓；同时秘羯本圭| 煞命令( 魏 t l 1 语言) 建立新增通道( 步骤撑2 ) 。接下来，e m s n m s 就在网络边缘节点处触艘 l c a s 协议( 步骤撑3 、甜) 执槽带宽调整动作序列，以便将新增的成员通道无损地添 熬翻v e g 孛。上述步骤垒部宠藏嚣，舞终遴蓉蠢裁霹蠢髑户援豢囊嚣瓣蒂宽蛰鬏。 华中科技大学硕士学位论文 图2 - l o 集中控制下的b o d 实现 l c a s 还为虚级联业务的多径传输提供软保护与安全机制，根据现有网络状态重 新选路，提高业务的恢复能力，类似基于负载分担( 1 ：n ) 的保护方式。当一条成员 通道发生故障或出现告警指示信号( a i s ) 时，l c a s 可以暂时将该成员通道从v c g 中移出，自动降低此时的业务承载带宽，同时保证所承载的数据业务不会有太大的损 伤，即丢包率和时延可以降到最低程度；待告警消失或故障恢复后，l c a s 再自动将 该成员通道重新纳入到v c g 中，承载带宽恢复到初始的配置状态。目前处于标准化 阶段的u tg 8 0 8 1 草案( 通用保护倒换：线性路径和予网连接保护) 将对基于l c a s 的保护功能作进一步规范1 2 2 j 。 传送网目前采用多种不同等级的保护方式，它们通常是利用固定连接( 1 ：1 或1 ： n ) 来实现的，需要预留保护带宽而导致资源利用率较低。l c a s 可以根据用户需求提 供区分的业务保护恢复，保护带宽可从低级别的业务带宽中获得，并动态地加入到合 适的v c g 中，从而实现对高优先级业务的保护。这也使得运营商能按业务收入和成本 结构来处理不同的业务来源，灵活有效地分配和利用带宽。在实际应用中，通过分层 按时间顺序的策略可达到l c a s 保护与s d h 通道保护和复用段保护之间的协同工作。 通常来讲，在用户请求所发起的容量调整过程中，系统可实现业务“不丢包”， 也就是无损增减。由成员链路失效或告警等原因导致的容量调整过程中，可能会有少 量丢包，这是由于突发的系统故障反馈必须从业务的接收端到发送端，再从发送端到 接收端，存在着一个l c a s 信息传送与系统调整的过程，一般需要几十m s 或者更多。 2 l 华中科技大学硕士学位论文 相比而言，高阶v c g 对业务的影响小些，低阶v c g 的业务受损时间长些，原因在于 传输同样的l c a s 控制信息内容，需要更多的低阶复帧。 在容量调整过程中，l c a s 的一系列动作都是由s d h 系统独立完成的，网管系统 只是在动作完成后接收到相应信息，记录和向用户提示已发生的事件，并未真正参与 l c a s 的控制过程。但是l c a s 并不能自动发起业务容量请求，即v c g 的初始带宽仍 需网管系统指定。l c a s 假设在容量初始化、增加或减少的情况下，由网络管理系统 负责各条端到端通道的建立和拆除。这在一定程度上降低了l c a s 的智能化程度。 随着光网络智能化的增强，l c a s 与日趋成熟的o u n l 、a s o n 、g m p l s 等技术 有机结合，能实时响应并实现各类s d h 业务带宽的动态按需分配，以适应各种宽带 数据业务的o o s 和s l a 的需求，具有广阔的应用前景。 2 5 通用城帧规程( g f p ) 众所周知，以太网数据业务具有统计突发和不定长的特性，与要求严格同步的 s d h 帧存在着很大区别。在实际s d h 网络中传送以太网业务时，需要引入合适的数 据链路层适配协议完成以太网数据的封装，包括数据缓存、队列调度等，实现到s d h 虚容器的帧映射。封装的目的就在于标识数据帧在整个信息流中的位置，以便接收端 正确地还原接收到的信息序列。 现已颁发的m s t p 标准也未对以太网到s d h 虚容器的封装格式作严格的限定( 见 图1 - 2 ) ，各厂家可任意选用不同的协议如p p p 、l a p s 、g f p 等进行以太网业务的封 装处理，必然会造成多厂家设备的互联互通实现起来很困难。就目前的趋势来看，业 界普遍看好代表未来发展方向的g f p 封装协议。从三种数据封装映射方式来看，相 对于p p p 、l a p s 、g f p 协议的标准化程度更高，适用程度更广，是数据业务封装映 射到s d h ，o t n 的标准方式之一，具有良好的市场前景。 g f p 协议是由i r i u tg 7 0 4 1 标准化的一种面向无连接的新型数据链路层封装协 议，能灵活支持现在和将来的各种数据协议的传送，提高现有s d h 网络的带宽效率， 为以太网帧提供简单经济的端到端连接，具有封装效率高、误码扩展小、无随机带宽 膨胀代价等优点，尤其适合高速传输链路的应用。g f p 协议有望成为将来的主流选择， 目前已得到大多数厂家的支持【2 3 】【2 4 j 1 2 鲥。 g f p 协议的基本思想来源于简单数据链路( s d l ) ，它为高层客户信号适配到字 节同步的物理传输通道提供了一种通用机制，如图2 1 l 所示。g f p 封装的高层客户 华中科技大学硕士学位论文 蘩鸳可戮跫嚣蠢旃谈数据摹元( p d u ) 戆数攥溅，瞧霹敬是嚣囱缀强夔謇定魄褥逮搴 数撵浚。g f p 协议吴有逶瘸窝窖声专震弧耱翡髓瓣往。g f p 逶爝藩往对瑟舂采蕊g 神 瓣装鹣救务均适用，包括p d u 定界、数据镳鼯丽步和扰码、客户p d u 复用及客户笼 头的性能监测等功能。g f p 客户专用属性则用于客户p d u 至g f p 净负荷的映射、客 户专用的性能监测及o 舢咂等问题的处理盼6 】f 2 ( 捌。 e n 啦f _ tq p p p 汹h c l i 锚和a b 卿一c m t t p h i 船m p h ” | 毋州一黼w 瓤o l j 叠ii 萋蠢蓦：葛淼嚣裟羹矗 赫# # e s 艇v e h p 矗e h ”# # 1 0 x 0 蕊灌鞠氇 糊地l 图2 1lg f p 协议与高屡客庐倍芍类型及传递通道的关系 g f p 帧由核心头部和净负荷区两部分组成，帧格式如图2 1 2 所示。g f p 核心头 部长为4 字节，前两字节为p l l 域，用于攒豕净负荷长度；后两字节为c h e c 域，用 于谶行头部校验。g f p 净负荷由三部分缎成：净负荷头部为净负荷的前4 6 4 字节， 稳攒两字节的净负荷类型域、两字节的净负荷头校验域和o 6 0 字节的净负荷扩展熬 部；净负穗信息区包含净负荷f s 域和扰秘聪的净负荷；g 殍空闲帧没有g f p 核心 头熬。从功缝上来讲，g 狰梭分为舒p 客户羧帮g f p 控制峻嚣秘基本类型。客户蛾 爨莰镶p 貔基搴净蘩簧送瓠毒羲簖p 羟锈峻兔麓p 撵貘基本豹链鼹控嘉l 魏麓。 一：圈 甲二! 、= 华中科技大学硕士学位论文 圈2 1 2g f p 壤缝秘 梭心头部兔许g f p 赣定要处理与离鼷p 驺雌懿蠹容无关。毯警采矮了类秧蒯 技术中基于差错控制的帧定秀方式，遮与利嗣l c 成鞍方式的适配方法所采用的帔 寇界方式不同。 d l c 类适配技术( 如p p p ) 需要依赖于某些特殊字符进行帧定界和 提供控制信息，对于净负荷内出现的保留字符需要插入转义字符进行区分，从而遗成 不确定性的带宽增加。 g f p 采用一种基于h e c 校验的自定界技术，利用p u 与c 髓c 来实现协议数据 单元的定界与同步，并扩展应用予定长和褒长的数据分组。为处理不同长度的协议数 据单元，g 狰帧剩用p l l 开销来指明净受褥搭息区的长度，跌两可在数据流中方馒地 摄取懑辫装好豹捺议数据单元。这释显暴豹长泼豢示方式可减少边界搜索处理砖阉， 避免采蔫字节填充凝裁，霹薅氇不嚣要j l 重客户蘩弩滚逡霉羲整理，这辩予袁较窝阉莎 溢浓熟数攥链路来说稿当重要l 嚣l 。 g f p 帧定界是基于p l l 域与c h e c 域之阅盼相关性来完成的，状态转移圈如图 2 1 3 所示。c h e c 是对所有核心头部字节谶行c r c 1 6 计算得来的差错控制码，通避 使能单比特差错纠正和多比特差错检测米保护核心头部内容的完接性。 f 日r 如e m n 妯蚀畦t c 妇毒辋融电 ( k k 璎- o c i 啦芋辐m 姆- 矗】 疆f + 口c 妇如谳埔a 函w 酾彘粕鸯 蓬2 一1 3 颈甲较掰参凝惑转罄霾 2 聿 华中科技大学硕士学位论文 瓷系绫隽撩始凝态或失步嚣，进入搜索焉爱悫，在壤a 码滚孛逐字节建寻技梭头帮 秘逡褥头部c r e 校验。当发瑷正确静e 鬏e 较凝弼爱，裁转入颈同步状态e 恋矮阕步 状淼，糇糖帧头部指示的下一个g f p 帧倥嚣，缝续逐帧进行c r c 校验，若连续d e 鞠泌 帧c r c 校验正确，就转入同步状态，否受| j 麟要n 搜索状态重新捕捉帧头部。 邋过对g f p 和h d l c 类协议的帧同疹过程进行定量，可以看到，g f p 的帧失步 率( p l f ) 和伪帧同步率( p f f ) 性能更好，但平均帧同步时间( m t t f ) 要稍麓一 魃【3 0 1 。 g f p 帧具有多层头部结构和灵活的头部扩展机制。净负荷头部可以提供与客户信 号秘潮络辐扑糖关的各种信息，使得g f p 协议能够适用于多种应用环境，如p p p 网 络、强形稠络、船r 网络与g 掰弼络等。觥p 述支将来鑫多令客户信号或多个客户 类麓瓣浚逐骥迸孬绞诗复蘑窝滚鬃黎会，劳灸诲不运豹盈务类鍪共享稳霾豹蕊送臻 邋，藏辩c l d 城篷霹溺来标识赣鹈发送漩氧毫a e 溺日。当没畜其它g f p 犊霹传辩， 必须攒入g f p 空闲帧，以提供连续的信号流映射翔字节同步的物理层。 g f p 协议中定义了帧映射g f p ( g f p f ) 均透明g f p ( g f p t ) 两种映射模式。 g f p f 模式用于以效率和灵活性为主的连接，成帧器接收到完整的一帧后才逃行封漩 处理，可用来封装长度可变的m p p p 分缎成以太网m a c 帧。这种模式类似于存储一 转发方式，需要对整个帧进行缓冲来确定帧长度，因而会增加不必要的延迟时间，儇 支持帧的复用。g f p t 模式具有固定的帧路魔绒比特速率恒定，专为封装块编码数据 流黼设计，码字的处理无需等待完整的帧接收过程，这种模式尤为适于对延迟敏感的 绺赣嚣域羽( s a n ) 监务，翅e s c o n 、粼骥翻光纾逶道( f e ) 等。 g f 争楚瓣瑷毒p o s 类蛰渡懿套效改避 霹李 充。采蕉g f p 逶配秘议戆酝s 糟魄转 绕豹纂予l a p s 协议豹系统其毒更蟹煞谶辘。g 粉协议游除了多耱资议闯复杂的欧麓 处璩，提高了处理速度；避免采用比特填充桃制，减少系统的带宽需求，提高资源利 用率；并且易于实现流量监控和q o s 管瑗。问时，还能支持多种网络环境，有利予 逡鬻商在现有网络基础上开展新型增值业务。 随着业界逐渐重视不同厂家m s t p 设蓊的嚣联互通问题，封装协议趋同于娜p 标凇日渐明朗，从而实现以太网端到端般务的是活调度和穿通。a 甲封装方式具脊协 议遴明性和通用性，能够后向兼容，酲前融缀得到太多数厂家的支持。 华中科技大学硕士学位论文 2 。6 本耄小缝 撬离辩数据业务尤其是殴太网螗务鹣文持熊力，楚m s t p 着力解决的关键闯蹶。 本鬻对s d h 技术的基本原理作了简要晌描述，此外还对与m s t p 相关的虚级联、l c a s 和a f p 几种关键技术进行了详细的论述。 华中科技火学硕士学位论文 3 1 号l 言 3r 】嘏与m 虬s 技术原理 i 酸信网络数据化的发展趋势，迫使她界不得不加快新技术开发岛应用的进程。虚 缀酝稍l c a s 技术弗不能究全适蔽数蠢静突发特谴，潲口容豢无法裰据照务漉爨模式 淤态地自适成调整。虚级联需要搬耀数攒北务的峰值速率分配带宽，这样会导致谯网 络中存在大鬣的空阏带宽。此外，带宽调整的速度还会受餮阏络规模和传撩延迟的限 铡。 她界嚣蓠倾向予将r p r 与m l s 两种技术引入瓤新一代m s t p 中来，作为以太 潮与s d 珏闽智能静中闯适辩层，为支持数攒渡务提 l 冬全露静解决方案。黼r 技术集 l p 瓣磐麓、驳太弱戆经济燃、动态带宽分戴鞠s d 珏踺辩延灏拱动熟严格镙簿及低予 5 0 m s 的保护恢复等特性于一身，成为适合数据业务传送的一种较好的解决方棠。 m l s 技术不仅应蠲在( s 、滚繁工程与寝援专用阙( v 秘 等方程表褒爨夔鼹酌蠖 能，逐有利于扩展糙r 技术的应用。 本章将对r p r 与m p l s 的技术原溅分剐进行说嚼，并探讨这两种按术是如傅应 爝予裁型m s 四中螅。 3 0 蒯隰技拳原理 掰墩豹簇念灞予嚣裂公司掇密豹窆分复瓣协毒爻( s 襄p ) ，是一耱独立予物理滚豹 新型m a c 屡技术，目前熊子l e e e8 0 2 1 7 工作缀瞬标准纯发展阶段。墩技术蕊向 数据分组健纯设计，能有教遣将耀籍节患黼靛连率虑鞠点链路转炎为粪的茭牵媒 质，弗剥用特有的统计空阅复用使网络资源的利用效率最大化。简单来说，r p r 就楚 一种嶷有运谤级特征的共亭介质环访问控制协议，定位于在新型城域网的部署过程中 扮演熬要是魏弘1 】 3 2 】1 3 。 黼r 协议的主簇技术特征包括 ( 1 ) 联环结构 瓣墩其礴两个发向循环的光纾环鼹，藏常状态下内环和外环分别沿楣殿的方斑俦 输数攒，如躐3 * l 掰示。双环煎霞孀对予系统驹容蠡来说其有实质健酶意义。环鼹各 华中科技大学硕士学位论文 节赢都有拜丽靛臻羚信怠，数务逶常虿沿最愆潞径妥这毯魏节点，跨鼷最大不超过醛 路的半周。这也为统计空间复用获得更多的带宽增益创造了条件。就隧前而言，r p r 环最多能支持2 5 4 个环路节点。另外，砒墩也支持单纤缀环。 冒3 一lr p r 环形叛扑 ( 2 ) 统计空f i _ i 复用 统计空闯菱耀是船r 携议鹣一令主要特缝。空趣复羽是琢形网终皆应矮豹一秘 概念，即允许获攀信道的不同部分同时承载娥务从而增撇环上的有效带宽总量。r p r 协议支持目前的节点从环路上剁离单播分缎，环路其余区段释放的带宽可为另外的用 户键翅，这样环路上就存在着并发静遁信行为，带宽利粥察叁然将会掇离。 假设r p r 环酌工作速率为s t m 6 4 ( 1 0 渤i 魄) ，而藏环路上存在大鬣静无傈护渡 务，如图3 2 所承。节点n 6 以2 g i w s 速率向节点n i 发送她务，同时节点n 5 以7 g b i 以 速警向节点n l 发送业务。在传统s d h 环网巾，这时网络将不能再承载其他的业务； 露猩艘r 琢上，留点n 3 帮警淼觏仍胃酸使羯环路主懿全秣带宽。 豳3 2r p r 绒计空间重用 黏建繇兹绞谤窒阂复震与疆蓊豹对分爱蠲环瓣毽毒掰苇霞。姨浆耱意义主滋， 华中科技大学硕士学位论文 船歉鸯点类酝予s 豹瑟纾双蠢线臻爨羧强( 嚣l s r ) ，医囊在于髓r 灸诲镬震j 舞稳 环爨辩宽 l 霉无需冗余。 ( 3 ) 公平性 当环网中某条链路的上游业务持续流缀菜个节点，致使该节点本地业务长时间不 能访问网络资源而“饿死”，从而造成环网带宽的不公平分配。由于环路的带宽是凝 摩资源，因此必须采用接入控制功能来确像公平性及界定延迟。r p r 环通过执行公平 繇法米控制带宽的利用，能够实现全局公平和本地优化。全局公平就是通过控制业务 的接入使得各节点公平地共享环路的全局带巍；丽局部优化就是准许节点在环上来被 究全秘期豹区段上获得超出全局分配带宽的额外接入量。 ( 碡) 动态带宽分配 粼裴穰摇弱户嚣求夔羲接天鼗务，露零豫s 瓣零襻分酝曩定戆薅豫。怼r 凇e 艨为谮毒和数据韭务提供二层豹统计复麓警念，逶遗不断监溅羲近链籍的资源葶l 瘸愫 凝，并将收集到的信息通报给所有环路带点，接收至g 信息的节点可以据此向环上增加 绒减少发送的数据量，r p r 参考节点处理流攫如图3 3 所示。通过采用策略控制器来 蜜穿妪接入侧的流量控制同时i 冲r 环能以撤小的粒度调谐用户的接入带宽。r p r 具商 减满的带宽管理、拥塞控制和多等级q o s 僳障机制，能比s d h 更有效地分配骺宽资 源，从而降低运营商和用户的成本。 强3 - 3r p r 参考蒂赢鹣数瓣处理漉程 龄袋弑爨瞧链提供豢宽颈整瓣务。颈黎豢爨瓣鞑壤公孚算法不霉冤，必须峦鼢鼹 华中科技大学硕士学位论文 醚a e 密户实薅完全控鬟。蘩蜜荣宽苓龛谗载装它等级豹盈务囊占矮。霞戆m a c 鬃遴懑繁种巍刚，把预整带宽辍务翁数豢传送袋裳浃瓣蜀静态颈蟹静带宽上去。溪绦 运嚣商能设置r p r 环上所有站点的预酝带擞份额。当然，运营商可以不提供l 魄种服 务，将预留带宽设置为零。 ( 5 ) 弹性恢复能力 r p r 提供媲美s d h 网络的低于5 0 m s 的快速保护恢复和性能监测能力。如前所 述，r p r 由正反方向传输的两条光纤环路缀成，这就保证在单链路或单节点故障时， 源宿节点闻还存在可替换的传送通道，通过数攒链路层的保护机制就能自动将业务切 换刘妊一环鼹。即使是两条环路失效，弼络仍鼹在郑分区段继续工作，因而具有极强 静穗毅瞧。静登环霉采露源臻蠢( s 溉矗n g ) 秘矮邂( 璇攀婶培) 琵耱镶护螯换方式。 ( 6 鑫动舞羚发瑷 鬏牒环潞节点之闻可采焉类戳o s p f 瓣冀法来交换撰羚发璎信令。不同鹃跫， o s p f 怒满于三层路由协议，而墩拓扑贾新僖令采用的是二层触发式协议。在拓扑 初始化阶段，各节点都会沿环路送蹬拓扑豢询消息，其他节点在该消息中添加各自稠 威的属性，当源节点收到本地发出的搦扑畿询消息时，便可了解到环路的拓扑状态。 当环路增加或删除节点、光纤断裂、节点必效等情况发生时，相应节点都会被触 发发出拓扑更新信息。当环路处于正常状悫时，节点之间会以固定的时间间隔发送 h e l l o 信息来判断链路状态是否正常。自渤辐乎卜发现机制将增加环路的自愈能力，阍 辩减少人工配置赁带来鹣入为错误。 c o s 支持戆力 髂袋繇零宽豹磐配是基手鲎务魏鬼缀遴露瓣，采霆多薛照务分缓繁醛。髂r m a e 穰据预先援定静分缀策略将接入豹簸努分为舞、中、低三种优先级。商镶巍缀 服务支持具有严格端到端延迟和抖动瑟求纳威用，业务发送速率不受公平算法的掇 制。中优先级服务支持对延迟不敏感但骚对芝带宽保证的应用。r p r 公平算法根据她务 流鼹谮遵循c i r e l r 限制，对中优先级业务进行不同的处理。若遵循c i r 但i r 限制， 窗们就像高优先级业务一样，对公平算法不w 见。若不遵循c 墩e i r 限制，则与低优 先级服务等同，受公平算法的限制。低优先缀服务支持对端捌端延迟和抖动不敏感的 尽力褥为娩务。 ( g ) 缰播 为羧窍公平、缝护窝菸羚发瑷等控枣l 秘辘，黼冀嚣将会翅裂广撵葳缓撵孬为。与 华中科技大学硕士学位论文 蕊绕豹环网不醚，船霞蒂熹懿缀撵行受不会绶繇路上毒褒多令穰惠备徐。源节轰设怒 组搔分组的参数( 如1 v r l 、目的地址等) 厨，仅向环路发送一份消息，若分组的目的 地址匹配某节点的m a c 地址时，分组将会送往本地m a c 客户层进彳予处理同时向前 转发；蓑建垃不隧醚，列壹缓藤转。组攒分缌簸终到运源繁蔗磊裁被跌鄢鼹弱离。躲袋 环的组播模式能降低高层操作所消耗的带宽。 众所周知，s d h 和以太阿程处理城域网环形结构上的数据业务时都不是很理想。 s d l 其毒强形拯卦结秘的貔势，毽不能j # 鬻有效地处理数撰照务，造成环潮萤宽的浪 费。懿太网本身缀适合数据渡努的健输，餐本质上是霞离笼连接懿，缀雉在环网上擒 供电信运营级的服务。 r p r 技术兼礴s d h 和以太阍技术的多耪忧点，可适用于城域网藏濑内数据、谬 膏稻褫频等监务瓣传送。在委常情凝下，戳靛嚣允诲使蕊：惫藩环路带宽传送韭务，程 节点故障或光纤断裂时则可以使用优先级懿略实施保护，从而降低对带宽冗余的鼹 求。r p r 技术同时还保留着以太网豹低成本、高带宽粒度和统计复用功能等特征，并 提燮分枣式豹公警髯法鞋宠全澳态豹方式支持豢宠公平分鬣。蘧终，鞭袋苓经哥戳运 行在以太网、s d h 等现有物溅层介质之上，节点间的链路甚至还能利用w d m 技术 进彳予扩容。 髂r 节熹剃粥龌黯掇毽凇e 技术，实璃分组在嚣麴笛熹被接收势飘嚣路弱离， 实现环路带宽的统计复用和空闯复用，总体业务容纳麓力w 达环路带爨的3 4 倍， 尤簸适合统计突发型的数据业务应用。系统嶷有环网的带宽公平共享和优先级抢占功 能，环路节点闽嚣嚣指配电路魏可以共享穆宽资源，通过公平控到算法囊动协巍带宽 酶分配。r p r 采掰类钕驻太瓣豹梭格式，瑶将不同8 0 2 1 q 标记值或翰s 篷的流量欧 射剥环网的不同服务类型中，进行优先级划分，同一优先级的流量可以公平共享环路 带宽；支持对环路带宽的自动调蹩，当有薪的漉量产生时，备流量动态调整发送速率， 这蠲公平荚享豢瓷瓷源。舅努，妲r 技术遥w 淤与醚p 己s 技零耱绫会，筵往臻分缝 转发，并具有第三层路由功能【3 4 】【3 5 】【蛐。 3 2 1 砸r 公平算法 r p r 公平黧法豹鼙标是实现全局公平和零遣侥纯3 7 l 渊。全局公平保障每个节赢 都w 控制向环路上转发数据包的速度，避免出现带宽饥饿溅过度延迟现象，获得自舟 应褥的环路带宽份额。本地优化则确保环路节点可充分利用环路的空间复用特性，程 不瓣其它嚣爨繁淼产生受嚣影穗豹清凝下最大疆痍逢捷翅耀转未爱繁爨，帮获褥超避 华中科技大学硕士学位论文 疲褥瓣公警豢宽傍额。囊量公平冀法甓劣麓尺凌骞羧敛嚣霆、振荡耨凌黎耀终蚕戆爨 镣。 袋平协议具有下列目标： ( 1 ) 基于源的加权公平：环路的任何绘定区段上，分配给每个节点的可用带宽 正比予相对的权重。譬如说，如果每个节点的权重相等，则该区段上的可用带宽戚醴j 所有节点平等共享。另一方面，若某节点熙谢较高的权重，则分配给它的带宽应该雁 比于该节点权重与所有站点权重总和的比假。 ( 2 ) 回收未用的承诺带宽：公平协议威能够回收未用的己配置但非预留作专用 的带宽。 ( 3 ) 支持菲v d l q 和v e i q 客产：公警协议痘戆支蒋无论是否技行寝羧嚣豹端瓣 获( v d q ) 熬客户。v 丑瞳是一耱瓣决线菰黻寨( 辕梵) 簿嚣静方法。 ( 霹) 快速睫应嚣雩闻：嚣为数豢程谯燕突发驰，走确保琢带宽剩霜率最大纯及公 平协议会响应流量负载的瞬时变化，敢必须舆礴快速的响应时阊。 ( 5 ) 高效利用环带宽：公平协议应能够获得非常高的带宽利用率，即使是程将 ：i 垃l o o 环总容量的深度负载的情况下。 ( 6 ) 可扩展性：公平协议应该是可扩展的，碰该能对r p r 标准允许的所有环路 速率和环童径可预知地发挥作用。 一般来说，对于相同s l a 流量的用户，对公平性最直观的理解就是保证所有用 户都不会因为网络的拓扑结构、用户信惠的裙始传送时间以及初始传送速率的不溯， i 孬受剿簿意躲竣凌或过分熬专| | 己待。然瑟，不鞠豹疲瘸舞会对公平经魏理瓣移评剿栝壤 不尽鞠鞫。空阗复蘑嚣天蠢汇聚( 斑a s ) 公警瞧参考模登藏霆专超蟹对辩r 汝议薅 绳滋的，不仅考虑翻具有穗同源繁患靛渡务流驰总速率需求，还顾及刭砌) r 所蒸窍 的警闻复用特征。 糊a s 公平参考模型的规范定义如下【3 9 j ：