（通信与信息系统专业论文）sdh系统上以太网传送技术的研究与实现.pdf

上海交通大学硕士学位论文 s d f l 系统上以太网传送技术的研究与实现 摘要 仁十年来，随着因特网的快速膨胀以及光通信技术的蓬勃发展， 传统的电信网络正在发生深刻的变化。一方面，由于高速互通的便 易性和高可靠性，s d h 是广域网中使用最为广泛的网络技术；而另一 方面，以太网技术以其无可比拟的优势在局域网企业网中占有绝对 的统治地位。因此，s d h 系统上以太网传送技术有着极为广阔的应用 前景，可以大大降低网络接入设备的价格和复杂性，并简化了网络 管甄厂 本课题来源于上海贝尔阿尔卡特股份有限公司传输网络事业部 的s o i l 多业务接口项目，本人在此项目中负责以太网接口盘的硬件 设计和实现。本课题的主要研究方向是立足于对e o s 技术的研究， 集成现有的s d h 传输系统和部分以太网技术，开发出符合市场需求 的s d h 上的以太网传输接口。 本论文完整地讲述了s d h 上以太网传送技术( e o s ) 的产生，研 究并分析比较了e o s 的核心技术一一l a p s 和g f p 协议，进而通过充 分地讨论分析，创新地引进了以太网交换技术，确定了e o s 设计实现 的方案( p e o e 盘方案) ，使最终实现的以太网接口盘，具有更多的接 口功能、更强的组网能力和更低的成本，从而提高了产品的市场竞 上海交通人学硕士学位论文 争力。截至2 0 0 2 年底，p e o e 这一产品已经设计完成并投入批量生产， 已经在北京、广东和广西等地开通，目前运行情况稳定良好。 关键词s d h 上的以太网传输，s d h 上的包传输，链路接入规程_ s d h ，o _ ， 通用定帧规程，数字同步系列，互联网协议 、-7_ 上海交通大学硕士学位论文 t h er e s e ar c ha n dd e v eio p m e n to f e t h e r n e to v e rs d h a b s t r a c t i nt h ep a s td e c a d e ，t o g e t h e rw i t ht h ef a s te x p l o s i o no fi n t e m e ta n d t h es t e a d yd e v e l o p m e n to fo p t i c a lc o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g y , d r a m a t i c c h a n g e sh a v e b e e nt a k i n gp l a c ei nt h et e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s o n t h eo n eh a n d ，b e c a u s eo ft h ea v a i l a b i l i t yo fh i g h s p e e dc o n n e c t i v i t ya n d t h e i rr e s i l i e n c yt on e t w o r ko u t a g e s ，s o n e t s d hi st h em o s tw i d e l yu s e d n e t w o r k i n gt e c h n o l o g yi nw i d ea r e an e t w o r k s ( w a n s ) o nt h eo t h e r h a n d ，e t h e m e t su n r e l e n t i n ga d v a n c e sh a v ea l l o w e di tt ob e c o m et h e d o m i n a n tt e c h n o l o g yf o re n t e r p r i s en e t w o r k i n gi nl o c a la r e an e t w o r k s ( l a n s ) e t h e m e to v e rs d h ( e o s ) t e c h n o l o g yw o u l dh a v eag r e a t p r o s p e c ti na p p l i c a t i o nb e c a u s eo fi t so p e n su pf o rg r e a tr e d u c t i o n si nc o s t a n dc o m p l e x i t yi na c c e s sd e v i c e sa n ds i m p l i f i e sn e t w o r km a n a g e m e n t t h et h e s i si sc o m ef r o mt h es d hw u l t i - s e r v i c e i n t e r f a c ep r o j e c to f t r a n s p o r tn e t w o r kd e p a r t m e n ti na l c a t e ls h a n g h a ib e l l i mr e s p o n s i b l e f o rt h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fe t h e m e ti n t e r f a c eb o a r di nt h e p r o j e c t t h et h e s i sw a se s t a b l i s h e di nt h er e s e a r c ho fe o st e c h n o l o g y , i n t e g r a t e dt h ee x i t i n gs d hs y s t e ma n ds o m ee t h e m e tt e c h n i q u e ，t o 上海交通大学硕士学位论文 d e v e l o pac o m m e r c i a lp r o d u c tt h a te t h e r n e tc a nb es u p p o r td i r e c t l yo nt h e e x i t i n gs d hs y s t e m t h et h e s i si n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n to fe o st e c h n o l o g y , a n a l y z e s a n dc o m p a r e st w oc o r ep r o t o c o l so fe o s - - l a p sa n dg f p , d e s c u s s e sa s e r i a l so fk e yf a c t o rw h i c hs h o u l db ec o n s i d e r e di nd e s i g n ，i n n o v a t i v e l y i n t e g r a t e st h ee t h e m e ts w i t c ht e c h n o l o g y , a n dp l a no u tt h es c h e m eo f e o sd e s i g n ( p e o e ) f i n a l l y , w h i c hc a np r o v i d em o r ec o m p i t i o n a l f i m c t i o n si na c c e s s - p o r t s ，n e t w o r k i n ga n dc o s t u pt on o w , t h ep e o e b o a r dh a sb e e np u ti n t oi n d u s t r i a l i z a t i o na n dh a sr u n n i n gs t a b l yi n b e i j i n g ，g u a n g d o n ga n dg u a n g x i k e yw o r d se o s ，p o s ，l a p s ，g f p ，s d h ，ip 上海交通大学硕十学位论文 图1 一i 图1 2 图2 1 图2 2 图2 3 图2 5 图2 6 图2 7 图2 8 图2 9 图2 一1 0 图2 1 1 图2 12 图2 13 图2 14 图2 15 图2 1 6 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图3 7 图3 1 1 图3 12 图3 1 3 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图5 1 图5 2 图5 3 图表目录 传统的网络结构2 网络新结构6 e o s 封装入s d h 示意图9 s t m n 中e o s 的分层协议栈”1 0 s t m 中e o s 的分层协议栈”1 1 l e t h e r n e to v e rs d i t 中协调子层m i i 与l a p s s d h 间的关系1 5 基本g f p 帧结构：1 7 g f p 净荷区帧结构1 8 g f p 净荷开销域帧结构1 8 类型域结构排布1 9 无扩展开销域帧结构1 9 点对点的扩展开销域帧结构一2 0 环形的扩展开销域帧结构2 1 以太网帧封装到l a p s 帧2 1 以太网帧封装到g f p 帧2 2 e o s 与p o s 协议栈比较2 3 e o s 的典型应用2 4 6 2 2 标准式系统机框布局图一2 6 6 2 2 标准式系统_ t - 作原理框图2 7 以太网接1 2 盘在6 2 2 标准式内的位置示意图2 8 1 5 5 盒式机的机框布局图2 9 15 5 盒式机系统_ t - 作原理框图2 9 15 5 盒式机背板连接示意图3 0 以太网接口盘在15 5 盒式机内的位置示意图3 0 s w i t c h a 功能框图3 6 p e o e 盘总体框图3 7 p e o s 盘总体框图3 8 p e o e 盘工作原理框图4 l 以太网交换及接口单元详细框图4 2 e o s a 功能框图4 3 e 1 接口单元详细设计框图4 4 告警采集单元原理图4 5 测试流程图4 6 以太网口交换测试连接图4 7 以太网口e 1 对通测试连接图4 9 系统对通网管测试连接图5 0 p e o e 盘点对点连接示意图5 2 跨地域单个局域网的典型应用5 3 两个虚拟局域网的典型应用5 4 j ：海交通大学硕上学位论文 图5 4p e o e 盘环网连接示意图 图5 5环网连接构成单个局域网的典型应用 5 4 5 5 上海交通大学硕士学位论文 表格目录 表1 1以太网介质名称“1 一5 盘! 二! 虞奎蔓堂壹三1 l 表2 2s t m 接口速率”1 1 2 表2 3 服务访问点标识符值说明，1 4 叁! = ! 鲎噩型旦主壁堕盘2 5 表3 13 种e o s 芯片的性能对照表3 3 盘4 1 “1t o 】”测试结果盘 4 7 盘4 2 “1t om ”测试结果盘4 8 蠢4 3 “mt ol ”测试结果盘4 8 盘! 二! ! 整! ! 盟壅堕盟叠些重型垡丝墨。：。：。：。：。；。：。：4 9 卜海交通大学硕十学位论文 附录图表目录 盟图! 二! 堡堡整垫璺焦圈 隘图! 二! 篮丛堂篮塑焦璺 5 7 ! ；8 盟盘! 二! 丛堕生塑! ! ! 竖羞固壁壁盘 5 9 e 海交通大学硕士学位论文 符号说明 分插复用器 告警指示信号 美国国家标准协会 自动保护倒换 异步转移模式 循环冗余校验 粗波分复用 密集波分复用 s d h 上的以太网传输 帧校验序列 千兆以太网 通用定帧规程 高级数据链路控制 电气和电子工程师协会 互联网协议 因特网协议( 版本4 ) 因特网协议( 版本6 ) 国际电信联盟 局域网 链路接入规程一s d h 帧丢失 信号丢失 媒体接入控制 城域网 微处理器控制单元 介质无关接口 多协议标签 基于s d h 的多业务传送节点 物理层设备 通道开销 s d h 上的包传输 端到端协议 服务质量 弹性分组环 服务访问点标识符 数字同步系列 简单数据链路 段开销 子类同步传输模式 删腾撇燃揪嗽删删雠麟唧眦|坤m晰删|耋!|宝呲删删肌脚唧吲晒聊瞄腻渐湖溉驯删 卜海交通大学硕上学位论文 s t m s t p t d m u t p v a l n v c v o i p v p n w a n 同步传输模式 屏蔽双绞线 时分复用 非屏蔽双绞线 虚拟局域网 虚容器 i p 上的语音传输 虚拟专网 广域网 上海交通大学颂十学位论文 第一章以太网传送技术概述 近年来，通信网络技术因与以因特网为代表的计算机网络技术相结合而飞速 发展，随着因特网的发展，电子商务、视频点播、网络生活等等的需求不断地增 长，使得全球范围内的数据业务量迅猛增长，互联网的用户数呈现指数增长的规 律，对带宽的需求永无止尽。基于i p 的语音、视频和其他多媒体业务的发展， 使得i p 业务量增长迅速超越话音业务，今后各种通信业务可能都将由i p 承载， 网络由适宜于传统话音业务的电路交换，向优化承载数据业务的分组交换发展是 一种必然的趋势。但是基于分组交换的v o i p 会完全取代基于电路交换的传统电 话吗? 如果这一天真的来临，那对于通信网络来说，将不是一次演进而是一场革 命! 因此在未来很长的一段时间内，话音业务和i p 业务依然是未来网络承载的 两大主要业务，相对应的，适宜于语音业务的高可靠性的s d h 技术和满足高带宽、 具有超扩展能力的i ) w d m 技术，已经是，也仍将是骨干网所采用的主要传输手段。 传统的因特网组网模式是路由器加专线技术，这种组网模式存在着一些问 题：路由器逐个包的地址解析、寻址和过滤引入了额外时延，端到端的时延很大 且时延抖动大，在不同的路由周期或在负载均衡时，同一目的地的i p 包可能走 不同的路由，不适合实时应用，每个路由器独立的寻址使得网络流量规划和基于 o o s 的寻址十分困难。另外，组网费用昂贵，大量的互联需求引入了大量的i p 路由器，而i p 路由器由于采用高速电子设备而极为昂贵，且增加了网络复杂性， 难于维护，而且租用专线的带宽利用率低，仅仅适于i p 包的传输，也是其主要 弱点。因此现有的i p 传输技术，并非最理想的技术。 以太网已经被证明是最适合传送i p 的技术，由于其价格低廉、易于连接与 扩展等无可比拟的特性，以太网在局域网中占据了绝对的优势，8 5 以上的局域 网都采用以太网技术。以太网技术一直都在不停地发展，随着i e e e 8 0 2 3 a e 标准 的制定，以太网带宽从i o m 、1 0 0 m 、1 g 走向了l o g ，也从l a n 扩展到m a n ，而进 一步走向了w a n 。 由此，i p 网络发展至今，无论运营商抑或用户对数据业务的提供都提出了 更高的要求：希望更廉价、更简单便利、更具个性化，这些对未来通信网络的设 计，产生了重大影响，由此引出了对以太网传送技术的各项研究。由于s d h 是广 域网中使用最为广泛的技术，因此对于s d h 上以太网传输技术的研究成为了热 点。 1 1l p 传输技术的现状 i p 是网络层技术，而s d h 、d w d n 是物理层技术，中间需要适宜的适配技术， 传统的适配技术有i p p a c k e to v e ra t m ( p o a ) ，i p p a c k e to v e rs o t ( p o s ) 和 i p p a c k e to v e rd w d m ( p o w ) 。传统的协议结构如图1 一l 所示： f 海交通大学硕十学位论文 i p 0 a t m 上、 s d h 1rl t 一、 d w d m f i b e r 图1 1 传统的网络结构 f i g u r e1 - 1t h et r a d i t i o n a la r c h i t e c t u r eo f n e t w o r k 在9 0 年代中期，由于技术的限制，a t m 被认为是唯一可实现宽带综合业务 的网络技术，可以提供q o s 保证以及流量工程等功能，因此受到电信运营商的欢 迎。 i po v e ra t m 的基本原理为：将i p 数据包在a t m 层封装为a t m 信元，数据 以a t m 信元的形式在信道中传输。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 地址进行处理，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 ) 。以后的数据包将在此v c 上以直通方式传输而不再 经过路由器的地址解析处理，从而有效地解决了i p 路由器的“瓶颈”问题，提 高了i p 数据包的交换速度。 i p 和a t m 的结合是面向连接的a t m 与无连接i p 的统一，也是选路与交换的 优化组合。但其网络结构复杂i po v e ra t mo v e fs d ho v e rd w d m ，功能重复， 开销损失达2 0 以上，网络扩展性也差。 1 1 2i po v e rs d h ( p o s ) s d h s o n e t 是目前网络中应用最为广泛的传输技术，能够提供多种不同速率 的复用和业务整合功能，具有强大的故障恢复和保护功能。 现在的p o s 采用的是i e t f 定义的结构，即i p p p p h d l c s o n e t s d h w d m 结 构，它是将i p 包通过点对点协议( p p p ) 映射到s d h s o n e t 传输帧( s t m n ) 中。具 体作法是先把i p 数据报封装进p p p ，然后利用高层数据链路控制( h d l c ) 成帧， 再将字节同步映射进虚容器( v c ) 包封中，最后加上相应的s d h 开销，置入s t m n 帧内。 p o s 具有封装开销低，运行费用低，实现简单，网络结构简单等特点，是一 种较现实而较高效的i p 传送方式，目前已在实际应用中获得较大的成功。而因 特网骨干网的关键问题是带宽不够，且骨干网中路由器数目少。p o s 适合组建因 特网的骨干网解决带宽瓶颈问题，因而受到一些大i s p 的青睐。 但是，i po v e rs o n e t s d h 是以链路方式来支持i p 网的，没有从本质上提 h 海交通大学硕上学位论文 高i p 网的性能。目前这种方式尚不适于多业务平台，可扩展性不理想；对连续 性业务比较适合，并不适合突发性业务；p o s 只适于单一业务( i p ) 平台与尽力传 送数据业务的场合，不适于多业务网络和有q o s 要求的业务，尚不支持虚拟专用 网( v p n ) 。 1 13j po v e rd 帅m ( p o w ) 理论上在i p 和物理网络间无需额外增加a t m 和s d h 等其他电气层，需要寻 找新的适配层技术，i p 可以直接与光网络相连即i po v e ro p t i c a l 。目前比较流 行的方案有m p l s 和数字包封器两种，有些公司还提出了一些自己的适配技术， 例如c i s c o 公司提出的动态分组传输技术( d p t ) 和l u c e n t 公司提出的简单数据链 路协议( s d l ) 。这些技术有的已经产品化，有的还在研究中，并不成熟。 目前最流行的i po v e ro p t i c a l 主要是i po v e rg e ，该技术在国际上已经 成熟。由于以太网在局域网的占据了绝对的市场优势( 8 5 以上的局域网采用以 太网技术) ，而且实际证明，以太网是最适合传送i p 的技术。吉比特以太网支持 在i e e e8 0 2 i q 和8 0 2 1 p 标准中所定义的一些服务等级，通过向“加贴标记” 的包加上优先级指示或包所需要的服务等级的方法，使得服务等级在以太网上实 现起来更方便、更容易。随着千兆以太网在城域网甚至广域网上的广泛应用，千 兆以太网帧格式的适配技术必将在i po v e rw d m 的实现中占据重要地位。 纵观i p 与a t m 、s d h 、w d m 、o p t i c a l 的结合问题，有各种不同的模型，它们 拥有各自的协议。然而它们的共同点是都使用i p 作为其网络层，由它负责分组 交换时在全球范围内的路由，最下层都使用w d m 技术在光纤上进行波分复用。由 于依然采用了传统i p 网络的结构，造成了i p 组网费用昂贵，网络复杂，难于维 护，且仅仅适于i p 包的传输等共有的弱点，而难于直接面向最终用户。 1 2 以太网技术的发展 1 2 1 以太网发展简史 以太网技术作为一种通信技术是伴随着计算机技术的发展而发展的。计算技 术与通信技术长时间来有一种稳定的如钟摆一样的变化关系。这两种技术的发展 并不同步。在某个时期内，计算性能可能超过当时的通信技术，而在另一时期内， 通信技术又可能超过当时的计算性能。系统性能要么受到了通信系统的限制，要 么受到了使用这些通信信道的计算设备的限制。 2 0 世纪7 0 年代，随着低端微处理器到高端超级小型机和大型计算机的发展， 计算技术有了显著进步，然而在l a n 和计算机通信技术上却没有同样的发展。当 时，大多数计算机间的通信用的还是r s 2 3 2 串行连接，速率仅为1 9 2 k b s 。 1 9 7 3 年，x e r o x 公司提出并实现了最初的试验性的以太网，但直到1 9 8 0 年 与d e c 公司( 当时最大的网络计算机供应商) 和i n t e l 公司联盟( d i x ) ，才致力 于以太网技术的标准化和商品化，发布了l o m b s 版的以太网标准【d i x 8 0 ，促 进了该技术的应用。与之同步的是，i e e e 成立了如今闻名于世的8 0 2 计划，其 目标是为l a n 技术标准化提供广泛的工业框架。但当时无法将所有的l a n 统一到 一个标准上，于是成立了几个工作组分别从事不同的l a n 技术研究，i e e e8 0 2 3 研究基于以太网技术的标准，而i e e e 8 0 2 4 和8 0 2 5 分别研究令牌总线和令牌环 卜海交通大学硕十学位论文 技术。 1 9 8 3 年6 月，i e e e 标准委员会通过了第一个8 0 2 3 标准，与d i x 的以太网 标准相比基本上使用相同的技术。随着在双绞线上传输以太网信号技术的开发实 现和标准化，l o m b s 以太网发展成熟，当时l o m b s 的网络已经是极为富裕的通 道，很快成为办公自动化应用中首选的l a n 技术。随后，不同供应商的多个以太 网需要进行互联，而开发出了网桥设备，并出现了i e e e 8 0 2 1 d 标准。接着，具 有“l a n 交换机”功能的新型网桥的诞生，使得网桥可以连接大量设备，而所有 端口可以同时全容量工作，专用而非共享l a n 带宽。这省去了访问控制机制，并 且实现了全双工以太网。 2 0 世纪9 0 年代，计算机性能和应用需求的增长，要求网络容量也同时增长， 支持多用户的服务器需要更大的通信容量。g r a n dj u n c t i o n 网络公司开发了快 速以太网，它的基本特征，如帧格式、软件接口、访问控制方法等，与l o m b s 以太网相同，但是运行率达到了l o o m b s 。这是自以太网技术诞生1 5 年来，以 太网数据速率的第一次提升! 快速以太网以惊人的速度得到广泛的应用，满足人们对网络容量不断膨胀的 需要，与此同时，对服务器和主干网络的需求也有同样的增长。在快速以太网标 准提出后不到一年，对千兆以太网的研究也开始了，1 9 9 8 年完成了针对于千兆 以太网的【i e e e 9 8 】标准。 1 2 2 以太网流行的根本原因 以太网是有史以来最成功的l a n 技术，相比之下另一种l a n 技术令牌环， 虽然鼎盛时期也曾经拥有2 0 的市场占有率，但是从来就没有超过以太网，近 年来更是几乎销声匿迹了。以太网究竟何以如此流行? 首先，以太网的设计思想就是要提供一种价格低廉、高速、通用的接口，其 最终目的是把支持用户应用的计算机连接起来。网络设备供应商提供这些计算机 互联的产品，但网络是一种手段而不是最终目的。与其他标准不同的是，最早 d i x 在发布规范时没有添加任何版权限制。由此，以太网从一开始就得到了许多 计算机制造商的支持，不仅包括d i x 联盟，还包括其他许多计算机厂商，如s u n 、 h p 等等，保证了市场的极快发展。相比之下，i b m 是唯一一家积极推进基于令牌 环机制的计算机系统制造商。 其次，价格是决定性因素! 最终用户很少关心数据在网络上传输用的是环还 是采用了一种分布式竞争仲裁的方法，他们需要的是能支持其应用并且价格最低 的网络技术。以太网实现的电路特别简单，主要是因为没有优先权控制，不需要 中央控制器且算法简单。而令牌环则恰恰相反，有复杂的优先级访问级管理机制， 需要中央控制器实现“动态监控”，需要各种状态管理控制，这些额外的功能要 求增加了电路的复杂程度。所以说，以太网从根本上比令牌环低价。另外，与芯 片产业中的现象一样，大销售量也有助于降低价格。 第三，以太网技术还在不断的发展完善。价格优势使得以太网的应用大大普 及，不仅个人计算机、服务器、打印机、网络互联设备等，甚至电话交换机、有 线电视机顶盒也采用了以太网接口，数量庞大并且日益增长。大量的市场应用产 生了新的功能需求，在i e e e8 0 2 3 工作组的主持推动下，以太网的数据速率已 从1 0 m b p s 提升到了1 0 g ，链接从半双工转向了全双工模式，连接汇聚和流量控 制等功能已经标准化，其他如i e e e 8 0 2 1 dm a c 网桥协议s t p 、i e e e 8 0 2 1 q 虚拟 局域网( v a l n ) 技术和i e e e 8 0 2 1 p 服务等级定义等，巩固了以太网技术在局域 j 上海交通人学硕上学位论文 网中的统治地位，并促进了以太网在城域网和广域网中的新应用。 展望未来，以太网技术还会有更流行，因为它是i p 传输的最佳技术，而分 组交换将逐步取代传统的交换，而网络结构也趋向于更简单。 1 23 以太网的命名 随着以太网广泛的商业应用，出现了一系列速率、物理介质的变化。 i e e e 8 0 2 3 定义了一种所写符号来表示以太网的某一标准实现。 某个以太网的实现表示为：n 一信号一物理介质 r l ： 信号 物理介质： 以兆位每秒为单位的数据率，如1 ，1 0 ，1 0 0 0 ，1 0 0 0 0 ； 如果采用的信号是基带的，即物理介质是有以太网专用的，不与 其他的通信系统共享，则表示为b a s e ；如果信号是宽带的，即 物理介质能够同时支持以太网和其他非以太网的服务，则表示为 b r o a d 。 表示介质类型，在最早的一些系统中，介质表示以m 为单位的最 大电缆线长度( 以1 0 0 m 为基数) ，但在以后的系统中，只简单地 表示特定的物理介质。 表1 1 完整地列出了当前定义的以太网参考名称： 袁1 1 以太网介质名称” 1 m b s 系统 1 b a s e 5非屏蔽双绞线( u t p ，1 对) ，最长5 0 0 m ( “星型局域网”) 1 0 m h s 系统 1 0 b a s e 5 1 0 b a s e 2 1 0 b r o a d 3 6 1 0 b a s e t 1 0 b a s e f 1 0 b a s e _ 一f l 1 0 b a s e f p 1 0 b a s e f b 粗同轴电缆，最长5 0 0 m ( 最早的以太网) 细同轴电缆，最长1 8 5 m ( “c h e a p e m e t ”) 宽带方式，使用三个信道的私有c a t v 系统，最大直径3 6 公里 2 对3 类( 或更好的) u t p 1 0 m b s 光纤系统的通用名称 带有异步主动中央控制器的2 路多模光纤，最长2 公里 带有被动中央控制器的2 路多模光纤，最长1 公里 带有同步主动中央控制器的2 路多模光纤，最长2 公里 1 0 0 m b s 系统 1 0 0 b a s e t 1 0 0 b a s e _ 一x 1 0 0 b a s e _ t x 1 0 0 b a s e 一 1 0 0 b a s e 1 4 1 0 0 b a s e _ 一t 2 所有1 0 0 m b s 系统的通用表示 使用4 b 5 b 编码的所有1 0 b a s e - - t 系统的通用表示 2 对5 类u t p ，最长1 0 0 m 2 路多模光纤，最长2 公里 4 对3 类( 或更好的) u t p ，最长1 0 0 r e 2 对3 类( 或更好的) u t p ，最长1 0 0 m 1 0 0 0 m b s 系统 1 0 0 0 b a s e _ 一x 1 0 0 0 b a s e c x 1 0 9 0 旧a s e _ s x 1 0 0 0 b a s e l x 1 0 0 0 b a s e t 使用8 b 1 0 b 编码的所有1 0 b a s e - - t 系统的通用表示 2 对1 5 0 q 屏蔽双绞线，最长2 5 m 使用短波激光的2 路多模或单模光纤 使用长波激光的2 路多模或单模光纤 4 对5 类u t p ，最长1 0 0 m 卜海交通人学硕 学位论文 1 3 以太网传输技术的发展 在i e e e8 0 2 3 工作组的主持推动下，以太网技术已经成为全世界最为广泛使 用的网络技术之一。如今，以太网接口已经被加入到许多种设备之中，在从未涉 及的城域网m a n 和广域网w a n 的环境下，用于传送以太网帧。有些在传统的s d h 架构上提供以太网端口，而有些则在d w d m 系统上提供以太网服务，还有的在 c a b l em o d e m 设备和d s l 设备上也应用到以太网接口，这些都标志着，以太网的 应用领域已经从l a n 扩展到了m a n 和w a n 。而i e e e 8 0 2 3 a e1 0 g 以太网标准的制 定，标志着1 0 g b p s 以太网将成为构筑w a n m a n 中的重要技术，而将以太网技术 的应用推入了一个崭新的光以太网的时代。 网络的构造千变万化，针对于现有的不同网络，适应于未来的各种网络，对 应于城域网或广域网，以太网传输技术也呈现出多类型。光以太网可以由许多不 同类型的城域以太网共同建立起来，它们包括：e t h e r n e to v e rs d h ( e o s ) 、 e t h e r n e to v e rr p r ( e o r p r ) 、e t h e r n e to v e rd w d m ( e o w ) 、e t h e r n e to v e rf i b e r ( e o f ) 等。但是，无论采用何种传输网络，它们依然秉承了以太网一贯的简单 和高性价比的优点，能够提供优异的数据业务。i p 网络的协议层次将出现转变 如图1 2 所示： i p i o m i o o m i g i o ge t h e r n e t s d h t h i ns d h r p r 1r c 骱m d m f i b 。 图i 一2 网络新结构 f i g u r ei - 2t h en e w a r c h i t e c t u r eo f n e t w o r k 1 3 1e t h e r n e to v e rs d h ( e o s ) s d h 系统是目前最为广泛使用的传输网络，由于其高可靠性、极为适应电信 业务的需求而不断地发展应用，已经从最初的骨干网逐步延伸到网络的边沿。针 对于数据业务迅猛增长的势头，传统的s d h 系统急需拓展i p 业务，s d h 上的以 太网传输( e o s ) 是当前一种较现实而较高效的i p 传送方式，因此迅速成为技术 研究的重点。 i t u t 和a n s i 相继推出了协议和草案，采用l a p s 协议和g f p 协议，实现了 s d h 上的以太网传输e o s ( e t h e r n e to v e rs d h ) 技术。与现有的p o s ( p a c k e t o v e rs d h ) 技术将i p 包封装进s d h 进行传输相比，e o s 技术通过l a p s 和g f p 协 r 海交通大学硕士学位论文 议将完整的以太网帧封装进s d h 净荷中并通过s d h 网络进行传输。它可以提供局 域网互联、因特网接入和i p 虚拟专网等应用。本论文将在下文中着重讨论e o s 的研究和实现。 132e t h e r n e to v e rr p r ( e o r p r ) 弹性分组环是针对城域网i p 传输需求而产生的技术，它是在环形网络拓扑 结构上发展而来的，延续了s d h 架构原有的优点，但相对与适于话音时分复用的 传统s d h ，r p r 如同是种“优化于数据传输”的新型s d h 系统，采用新的 i e e e 8 0 2 1 7 标准，e o r p r 技术使得s d h 环成为了以太网交换的骨干通道。 e o r p r 的关键在于i e e e 8 0 2 1 7 在新的数据链路层中定义了调解子层 ( r e c o n c i l i a t i o ns u b l a y e r ) ，它可将r p r 逻辑帧转化成以太网兼容的格式，而 在物理层可以直接使用现有的以太网p h y 器件，从而确保了无需改变r p r 系统， 以太网信号就可直接接入。通过新的m a c 层定义，r p r 系统可以提供业务快速保 护恢复，提供以太网接口，兼顾语音和数据业务，实现带宽管理，保证i p 数据 传输的服务质量，如有限的延迟和抖动等。e o r p r 技术将是下一代城域网发展的 重要技术。 另外e t h e r n e to v e rf i b e r ( e o f ) 在城域网中，也是典型的解决方案。企业 用户和运营商将l g 或1 0 g 以太网信号直接通过裸光纤连接起来，满足各个办公 点、远程主机等之间的无缝连接，这种方式极为简单和廉价，而且得益于m p l s 协议，可以实现按需提供带宽、2 层虚拟专网( v p n ) 等服务。 1 3 3e t h e r n e to v e rd 帅m ( e o w ) 在d w d m 传输平合上直接承载i p ，需要解决链路管理问题。由于原e t h e r n e t 主要应用于局域网或城域网，所以其链路管理相对较弱，而且相对与w d m 的一个 波长带宽资源，原本1 g b p s 以下的以太网速率业务颗粒是极不经济的。然而随 i e e e 8 0 2 3 a e1 0 g 以太网标准的制定，e t h e r n e to v e rw d m 极为便利和高效。全 双工交换技术的使用，已经解除了传统e t h e r n e t 对于网络设计半径的约束，同 时新制定的1 0 ge t h e r n e t 标准也已经加强了链路管理功能。 l o g 以太网标准制定了两种物理层类型：l a np h y 和w a np h y ，它们具有共同 的6 4 b 6 6 b 物理编码子层( p c s ) 、物理媒质接入子层( p m a ) 和物理媒质相关予 层( p m d ) 。他们之间唯一的也是最重要的差别在于w a np h y 增加了w a n 接口子层 ( w l s ) 。w i s 提供了一个简化的s d ho c 一1 9 2 成帧功能，仅保持s d h 开销中差错 检测功能，而去除了诸如段开销、数据通道等等不必要的功能，从而降低了成本， 可以直接与o c 一1 9 2 的光接口互联。 针对城域网和广域网等带宽和可扩展性的不同要求，可以采用1 ) w ) ! 或c w ) m 作为以太网传输的物理平台，实现点对点，网状网或环网的结构。e o w 对于有高 带宽、极高性能要求的应用具有极高效率，如大量数据的存储或数据中心的互联。 与前几种技术相比，它更适于骨干网的建设，其高性价比的优点将使它被广泛的 应用，成为传送i p 的主流技术，从而构筑成一个全新的光以太网。 f ：海交通大学硕十学位论文 1 4 小结 综上所述可见，随着以太网技术的发展，新的l o g 以太网标准的制定，以及 新的以太网传输技术的出现，以太网技术的应用领域已经大大超越了局域网的限 制，由于其一贯的价格低廉、简单易用和被广泛使用等等的优势，以太网技术将 成为城域网和广域网i p 传输的主流技术之一，具有极为广阔的发展空间和应用 前景。 目前，绝大多数电信网络都是建立在s d h 系统的架构之上，其应用由c l 级 网络延伸到c 4 、c 5 级，由骨干网拓展到接入网的层面，因此b d h 技术是广域网 中应用最为广泛的技术，而以太网技术在局域网中的占有绝对的统治地位，在数 据业务蓬勃发展的今天，当这两种技术很好的结合在一起时，将有着极为广阔的 应用前景。由此，s d h 上以太网传送技术的研究和设计迅猛发展起来。 卜海交通大学硕上学位论文 第二章s d h 上以太网传送技术的研究 2 1s d h 上以太网传送技术概要 目前，绝大多数的电信业务都是在基于s d h 技术的光骨干网上运行的，由于 s d h 技术已经非常成熟，不但安全性好可靠性高，而且还在向更高集成度、更灵 活、更廉价和多业务方向发展，因此s d h 设备不仅已被广泛的应用，而且这种态 势还在不断地增长。s d h 系统已经逐步被推到了网络的边缘，直接面对终端用户 的层面上。而全世晁的数据网中有8 0 以上是以太网( 包括i o m 、1 0 0 m 和1 0 0 0 m ) ， 它具有价格便宜，容易装配和组网等优点，而且有广泛的上层软件和网络接口提 供支持。随着电子商务、数字电视、网络生活、信息等等需求地不断增长，数据 业务主要是i p 业务，对于电信的发展越来越重要，将成为未来最大的利润 增长点。如何将这两种网络有效地结合取来，是一种被各国广泛关注，具有良好 市场前景的技术。 在1 9 9 9 年6 月地日内瓦全会上，有武汉邮电科学研究院代表中国产业部向 国际电联提出的以太网和千兆以太网在光传送网上运行的提案，被大会接受。 2 0 0 0 年3 月，s g 7 大会正式确定该项提案，2 0 0 1 年2 月被国际电联正式批准为 x 8 6e t h e r n e to v e rl a p s 标准。a n s i 也相继推出了x 1 5 通用定帧规程( g f p ) 草案。 i t u t 和a n s i 相继推出的协议和草案，实现了s d h 上的以太网传输e o s ( e t h e r n e to v e rs d h ) 技术。与现有的p o s ( p a c k e to v e rs d h )