浅析MSTP的发展及应用

1 浅析浅析 MSTP 的发展及应用的发展及应用 作者 张 少 伟 公司 福建省邮电工程公司 2 中文摘要 题目 浅析 MSTP 的发展及应用 摘要 本文阐述了 MSTP 的起源 发展和关键技术 MSTP Multi Service Transfer Platform 基于 SDH 的多业务传送平台 是 指基于 SDH 平台同时实现 TDM ATM 以太网等业务的接入 处理和传送 提供 统一网管的多业务节点 介绍了新一代 MSTP 技术的主要应用 并举出一个 MSTP 的工程实例 对其性能 要求进行测试分析 关键词 MSTP SDH 以太网 城域网 本地网 3G 网络 数据业务 3 目录 1 1 绪论绪论 4 1 11 1 引言引言 4 1 21 2 MSTPMSTP 产生的原因产生的原因 4 1 31 3 MSTPMSTP 的基本概念的基本概念 5 1 41 4 MSTPMSTP 的优势的优势 5 2 2 MSTPMSTP 的发展及技术的发展及技术 6 2 12 1 第一代第一代 MSTPMSTP 6 2 22 2 第二代第二代 MSTPMSTP 6 2 32 3 新一代新一代 MSTPMSTP 7 2 3 1 新一代 MSTP 的关键技术 7 3 3 新一代新一代 MSTPMSTP 技术的应用技术的应用 9 3 13 1 MSTPMSTP 技术在本地网的应用技术在本地网的应用 9 3 1 1 实现对重点客户专线的可靠接入 10 3 1 2 实现传输网络与数据网络的融合 10 3 1 3 将 MSTP 作为数据业务网接入层的必要补充 11 3 23 2 MSTPMSTP 技术在城域网中的应用技术在城域网中的应用 11 3 2 1 MSTP 应用模式分析 11 3 2 2 MSTP 做为 IP 新业务的承载网方案 13 3 2 3 MSTP 专线业务的竞争分析 14 3 43 4 MSTPMSTP 技术在技术在 3G3G 网络中的应用网络中的应用 16 3 4 1 接入点采用 ATM 处理 16 3 4 2 汇聚点采用 ATM 处理 17 3 4 3 透明传送 18 4 4 案例测试分析案例测试分析 19 4 14 1 MSTPMSTP 以太网传输性能的测试方法以太网传输性能的测试方法 19 4 1 1 定性的测试方法 19 4 1 2 定量的测试方法 20 4 24 2 以太网应用业务研究以太网应用业务研究 21 4 2 1 以太网基本功能验证 22 4 2 2 以太网透传功能验证与性能测试 23 4 2 3 以太网二层交换功能验证与性能测试 27 4 34 3 结论结论 29 论文总结论文总结 30 参考文献参考文献 31 4 1 1 绪论绪论 1 11 1 引言引言 MSTP 是指基于 SDH 平台 实现 TDM ATM 及以太网业务的接入处理和传送 并提供统一网管的多业务节点 MSTP 设备是传统 SDH 设备的延续和发扬 它的 出现延长了 SDH 的寿命 MSTP 可以将传统的 SDH 复用器 数字交叉链接器 DXC WDM 终端 网络 二层交换机和 IP 边缘路由器等多个独立的设备集成为一个网络设备 即基于 SDH 技术的多业务传送平台 MSTP 进行统一控制和管理 基于 SDH 的 MSTP 最适合作为网络边缘的融合节点支持混合型业务 特别是以 TDM 业务为主的混 合业务 它不仅适合缺乏网络基础设施的新运营商 应用于局间或 POP 间 还 适合于大企事业用户驻地 而且即便对于已敷设了大量 SDH 网的运营商 以 SDH 为基础的多业务平台可以更有效地支持分组数据业务 有助于实现从电路 交换网向分组网的过渡 所以 它将成为城域网近期的主流技术之一 目前 MSTP 已有较成熟的产品 能在单一传送平台上对 TDM ATM 及以太 网业务进行统一处理和管理 但 MSTP 技术仍需要不断发展和完善 如何有效地 应用 MSTP 所提供的数据业务处理能力 并和城域数据网络有机结合 这也成为 电信业内正在深入探讨的一个热点 1 21 2 MSTPMSTP 产生的原因产生的原因 首先由于传统 SDH 存在以下一些缺点 带宽管理需要通过网管 提供业务 速度慢 建立连接差错多 带宽利用率低 不适应动态的 IP 业务 带宽 速率 品种少 等级间差 4 倍 不同业务映射进虚容器 多层适配效率低 多种适配 方案增加了互通困难 其次在组网中 SDH 的角色也在发生变化 SDH 层下面有 WDM 光层 SDH 从单 纯的传输层变为 中介 传输层 SDH 使用重点向网络边缘转移 SDH 从无需了 解承载的净负荷的内容变为需要 SDH 承载的业务是 IP 原来最适合于面向连 接的业务 TDM ATM 的 SDH 越来越多地承载不面向连接的业务 IP 5 再次是市场竞争对 SDH 提出新要求 要求更有效地支持以 IP 为主的各种业 务 要求更灵活 快速地保护和恢复 要求更高的智能 要求更低的建设成本 和维护费用 最后基于 MSTP 主要的三个标准化技术虚级联 VC 链路容量调节方案 LCAS 和集成通用组帧程序 GFP 得以实现 以上四个方面促成了新一代基于 SDH 的 MSTP 技术的问世 1 31 3 MSTPMSTP 的基本概念的基本概念 MSTP Multi Service Transfer Platform 是指基于 SDH 平台 同时实现 TDM ATM 以太网等多种业务的接入 处理和传送 提供统一网管的多业务节 点 基于 SDH 的多业务传送节点除应具有标准 SDH 传送节点所具有的功能外 还具有以下主要功能特征 1 具有 TDM 业务 ATM 业务或以太网业务的接入功能 2 具有 TDM 业务 ATM 业务或以太网业务的传送功能包括点到点的透明 传送功能 3 具有 ATM 业务或以太网业务的带宽统计复用功能 4 具有 ATM 业务或以太网业务映射到 SDH 虚容器的指配功能 1 41 4 MSTPMSTP 的优势的优势 1 现阶段大量用户的需求还是固定带宽专线 主要是 2Mbit s 10 100Mbit s 34Mbit s 155M bit s 对于这些专线业务 大致可 以划分为固定带宽业务和可变带宽业务 对于固定带宽业务 MSTP 设备从 SDH 那里集成了优秀的承载 调度能力 对于可变带宽业务 可以直接在 MSTP 设备 上提供端到端透明传输通道 充分保证服务质量 可以充分利用 MSTP 的二层交 换和统计复用功能共享带宽 节约成本 同时使用其中的 VLAN 划分功能隔离数 据 用不同的业务质量等级 QoS 来保障重点用户的服务质量 2 在城域汇聚层 实现企业网络边缘节点到中心节点的业务汇聚 具有节 点多 端口种类多 用户连接分散和较多端口数量等特点 采用 MSTP 组网 可 6 以实现 IP 路由设备 10M 100M 1000M POS 和 2M FR 业务的汇聚或直接接入 支 持业务汇聚调度 综合承载 具有良好的生存性 根据不同的网络容量需求 可以选择不同速率等级的 MSTP 设备 2 2 MSTPMSTP 发展及技术发展及技术 由于基本 SDH 的 MSTP 技术沿用了标准成熟的 SDH 因此 MSTP 的标准化进 程发展非常快 伴随着电信网络的发展和技术进步 MSTP 经历了从支持以太网 透传的第一代 MSTP 到支持二层交换的第二代 MSTP 再到当前支持以太网业务 QoS 的新一代 第三代 MSTP 的发展历程 2 12 1 第一代第一代 MSTPMSTP 第一代 MSTP 以支持以太网透传为主要特征 以太网透传功能是指将来自以 太网接口的信号不经过二层交换 直接映射到 SDH 的虚容器 VC 中 然后通过 SDH 设备进行点到点传送 第一代 MSTP 保证以太网业务的透明性 包括以太网 MAC 帧 VLAN 标记等的透明传送 以太网透传业务保护直接利用 SDH 提供的物 理层保护 第一代 MSTP 的缺点在于 不提供以太网业务层保护 支持的业务带 宽粒度受限于 SDH 的虚容器 最小为 2Mbps 不提供不同以太网业务的 QoS 区 分 不提供流量控制 不提供多个业务流的统计复用和带宽共享 不提供业务 层 MAC 层 上的多用户隔离 第一代 MSTP 在支持数据业务时的不适应性导致了 第二代 MSTP 解决方案的产生 2 22 2 第二代第二代 MSTPMSTP 第二代 MSTP 以支持二层交换为主要特点 MSTP 以太网二层交换功能是指 在一个或多个用户以太网接口与一个或多个独立的基于 SDH 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 第二代 MSTP 保证以太网业务的 透明性 以太网数据帧的封装采用 GFP LAPS 或 PPP 协议 传输链路带宽可配置 数据帧的映射采用 VC 通道的相邻级联 虚级联或 ML PPP 协议来保证数据帧在传 输过程中的完整性 实现转发 过滤以太网数据帧的功能 提供自学习和静态配 置两种可选方式维护 MAC 地址表 支持 IEEE802 1d 生成树协议 STP 支持流量 7 控制 包括半双工模式下背压机制和全双工模式下 802 3x Pause 帧机制 第二代 MSTP 相对于第一代 MSTP 的优势主要在多用户 业务的带宽共享和隔 离方面 包括 提供基于 802 3x 的流量控制 提供业务层上的多用户隔离和 VLAN 划分 提供基于 STP RSTP 等的以太网业务层保护倒换 一些还提供基于 802 1p 的优先级转发 但是 第二代 MSTP 的缺点也是明显的 包括 不提供 QoS 支持 基于 STP RSTP 的业务层保护倒换时间太慢 所提供的业务带宽粒度 受限于 VC 一般最小为 2Mbps VLAN 的 4096 地址空间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 MAC 地址的学习 维护以及 MAC 地址表影响系统性能 基于 802 3x 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 2 32 3 新一代新一代 MSTPMSTP 第三代 MSTP 技术以支持以太网业务 QoS 为特色 它的诞生主要源于克服现 有 MSTP 技术所存在的缺陷 从现有 MSTP 技术对以太网业务的支持上看 不能 提供良好 QoS 支持的一个主要原因是现有的以太网技术是无连接的 尚没有足 够 QoS 处理能力 为了能够将真正 QoS 引入以太网业务 需要在以太网和 SDH SONET 间引入一个中间的智能适配层来处理以太网业务的 QoS 要求 由此 以多协议标记交换 MPLS 为技术特点的新一代 MSTP 技术 第三代 MSTP 技 术应运而生 2 3 1 新一代 MSTP 的关键技术 相比于初期的仅支持以太网透传或二层交换功能的 MSTP 来说 新一代 MSTP 是以支持 GFP 封装协议 VC 虚级联和链路容量自动调整机制 LCAS 以及弹 性分组环 RPR 和多协议标签交换 MPLS 等关键技术为特征 更好地提供了对以 太网业务的透传 汇聚和二层交换处理功能 新一代 MSTP 的功能结构如图 2 1 所示 8 PDH 接口 ATM 接口 STM N 接口 以 太 网 接 口 ATM层处理 二层 交换 二层 交换 MPL S处 理 MPL S处 理 RPR MAC 处理 复用段 开销处理 复用段 开销处理 GFP VC 映 射 交 叉 连 接 复 用 段 开 销 处 理 再 生 段 开 销 处 理 STM N 接口 STM N 接口 图 2 1 基于 SDH 的 MSTP 的功能框图 1 GFP 封装协议是 ITU T G 7041 规范的一种通用成帧规程 可透明地将 上层的各种数据信号封装映射到 SDH OTN 等物理层通道中传输 GFP 有 2 种映 射方式 即帧映射 GFP F 是面向协议数据单元 PDU 的 透明映射 GFP T 是面 向 8B 10B 块状编码的 GFP 具有通用 简单 灵活和高效等特点 标准化程度 高 是目前正在广泛应用的 先进的数据封装协议 大多数厂商的 MSTP 产品都 采用 GFP 封装方式 中国几大电信运营商组织的多次 MSTP 互通测试已充分验证 了其互通性 2 ITU T G 707 规范的 VC 虚级联技术就是将多个 VC 捆绑在一起作为一个 虚级联组 VCG 形成逻辑链路 为了标识同一个虚级联组中的不同成员 在 SDH 帧的通道开销中定义了复帧指示器 MFI 和序列指示器 SQ 虚级联组中的各个 成员可以通过不同的路径到达接收端 接收端通过这两个指示器可以将经过不 同路径 有着不同时延的成员正确地组合在一起 VC 虚级联的最大优势在于为 SDH 传送网提供了一种更加灵活的通道容量组织方式 避免了带宽的浪费 更 好地满足了数据业务的传输 3 LCAS 是 ITU T G 7042 规范的一种可以在不中断数据流的情况下 动态 调整 VC 虚级联组成员数量的功能 提供了平滑地改变传送网中虚级联信号带宽 以自动适应业务带宽需求的机制 LCAS 技术是建立在 VC 虚级联基础之上的一 个源 宿端之间的双向握手协议 使得 VC 虚级联的管道变得有 弹性 LCAS 9 一方面解决了承载业务的安全性问题 即当在不同路径传输的 VCG 中的部分成 员失效时 LCAS 可以自动检测并删除失效成员 调整链路带宽 而保证业务的 继续传输 另一方面 实现了带宽的按需分配 即可以根据用户数据流量的变 化通过网管来灵活地调整链路容量 实现了在 VCG 组内增加或删除 VC 成员时对 业务无损伤 总之 GFP VC 虚级联和 LCAS 三种技术的结合使得基于 SDH 的 MSTP 对数据业务的传送更加高效 灵活和富有弹性 4 RPR 是 IEEE802 17 定义的一种在环形结构上优化数据业务传送的新型 MAC 层协议 内嵌了 RPR 功能后 增强了新一代 MSTP 设备的以太网业务带宽共 享和公平竞争性 其亮点是实现具有动态公平共享 业务分类和快速保护的以 太环网 在此之前 MSTP 的以太环网功能一般是利用二层交换来实现 如单生 成树 基于 VLAN 的多生成树或其它私有协议 与此相比 RPR 实现的以太环 网在业务处理速度 扩展性 QoS 保护倒换时间 带宽利用率 抑制广播风暴 拓扑自动发现等多方面都具有较强优势 特别是具有了环路带宽的公平分配机 制 克服了生成树 STP 的固有缺陷 5 由于 MPLS 技术在端到端的业务配置 QoS VPN 等方面具有优势 因此 已成为新一代 MSTP 技术发展的一个趋势 它优化了传统 MSTP 基于 VLAN 的业务 流分类和 QoS 能力 解决了 VLAN 的可扩展性问题 并使 MSTP 提供端到端的 L2VPN 业务成为可能 内嵌 MPLS 的 MSTP 是把以太网业务或 VLAN 业务加上内层 MPLS 标签 VClabel 形成虚拟电路 VC 并将源地址和目的地址相同的多个 VC 加上外层 MPLS 隧道标签 TunnelLabel 后进行复用 建立一条 MPLS 的标记 交换路径 LSP 以太网业务和 VLAN 业务在 LSP 中按外层 MPLS 标签进行转发 隧道标签用于标识 MPLS 数据包从源节点传送到目的节点 VC 标签用于标识以 太网数据从入口 UNI 传送到出口 UNI 3 3 新一代新一代 MSTPMSTP 技术的应用技术的应用 3 13 1 MSTPMSTP 技术在本地网的应用技术在本地网的应用 MSTP 技术可支持多样化的业务端口配置 并提供带有 QoS 保护的业务延伸 手段 可以灵活地融合到现有业务网的接入层或汇聚层 在本地网中 可将 MSTP 技术应用于重点客户专线的接入以及城域网的接入层或汇聚层 10 3 1 1 实现对重点客户专线的可靠接入 本地网的大客户专线主要有数据专线和传输电路专线两大类 尤其是 E1 专 线在当前的企业专网中得到了普遍应用 为了节约成本 大客户专线在初期建 设时多采用 PDH 光端机和光纤直连方式实现低成本的接入 并使用了大量的 E1 V 35 E1 Ethernet 接口转换器以及光电转换器 在组网上则多采用星型网 络和光纤直驱方式 如 2M 业务通过独立的 SDH PDH 设备传输 IP ATM 业务 通过光纤直连 由于企业用户的分布比较分散 在建网时也无法预期下一个新 增加的企业用户的地理位置 不同大客户的专网多为独立组建 结构复杂凌乱 不但消耗了大量的光纤资源 而且无法提供端到端 QoS 保证 考虑到大客户数量较多 地点分布零散 业务需求各不相同 如果把所有 大客户专网纳入统一的传输平台 则投资成本过高 因此 目前可针对大客户 业务的种类 数量并考虑到服务等级 投资成本等因素 分期 分层对大客户 网络进行优化 改造 在部分大客户专网中引入 MSTP 设备 采用环形和星形网 络拓扑结合的方式 逐步实现对不同等级客户的不同服务质量保障 具体方案 如下 将大客户网络分为核心层和接入层 将业务发展良好 业务集中 业务 种类复杂的大客户专网和重点客户纳入核心层 通过对光缆线路资源进行优化 在核心层引入 MSTP 设备组成环网 建立专有的大客户专线业务网 提供丰富的 业务种类和可定制服务 ATM Ethernet 以及 2M 专线等业务 网络的结构 容量 管理和发展均以满足大客户业务的开展为基准 将业务数量少 业务种 类较单一 节点多且分布零散的大客户分支机构及小型客户纳入接入层 出于 成本考虑 接入层仍保持星型组网或光纤直连方式 今后可根据客户业务的发 展 逐步进行改造 总之 对本地大客户网络的优化应结合业务自身的应用特点 采用多种技 术实现方式 使大客户网络具有很大的灵活性和可扩展性 能够适应用户端数 量和位置不断增长变化的市场需要 并达到差异性服务的要求 3 1 2 实现传输网络与数据网络的融合 在本地网络规划时 可考虑利用 MSTP 所提供的对多种业务的综合支持能力 对多种技术进行优化组合 实现传输网与数据网络的融合 在与 IP 网络的融合 及业务延伸方面 MSTP 设备可以提供以太网透传 二层交换及汇聚模式 通过 11 标准的 FE GE 接口实现与 IP 核心网的连接或边缘层的延伸和融合 而在与基 础数据网络的融合及业务延伸方面 MSTP 可以提供 155M 622M 的 ATM 接口以 及 E1 接口来分别实现与 ATM 交换网 DDN 数据网的连接 并提供标准的用户侧 ATM 接口和 V 35 接口 在不新建基础数据网络的情况下完成业务网络的延展 灵活地满足客户的特定需求 目前可结合传输 数据网络的整合优化工作 在 充分利用现有网络资源的情况下 在光纤资源紧张 并且有新增语音业务和数 据专线业务等多种业务需求的节点引入 MSTP 设备 并结合传输网的发展 逐步 把部分大量使用光纤的数据业务通过传输设备接入 以解决光纤大量使用后难 于管理 不易维护 而且安全性较低等问题 3 1 3 将 MSTP 作为数据业务网接入层的必要补充 数据网和传统的 PSTN 网络所面对的用户的分布情况不同 数据网是根据客 户的分布情况进行覆盖 而不像 PSTN 或移动网络那样以地域进行覆盖 因此很 难在真正意义上实现普遍服务的用户覆盖 并且数据网的星型接入方式对近距 离的接入比较理想 成本低廉 但对于远距离客户的接入 一般会出现较多的 光纤转接 维护和安全性能也无法保证等问题 因此 在本地网络规划时 可 考虑将 MSTP 技术作为数据业务网接入层的必要补充 使数据网可以提供末梢远 距离组网和安全保证 实现端到端的全业务覆盖 例如 利用 MSTP 技术可将多 个以太网业务汇聚在同一光路上传送 并可通过物理隔离 逻辑隔离 流量限 制的方法实现最终用户的各种接入 既解决了光纤不足的问题 也解决了 L2 汇 聚造成的隔离和流量控制问题 可实现城域用户密集区域的覆盖 利用已经存 在的 MSTP 网络 假设运营商已经因 PSTN 网络或大客户专线覆盖了 SDH 网 以 增加以太网单板的方式 可实现 DSLAM 设备的接入 甚至可以实现 DSLAM 设备 到最终用户侧的以太网接入 解决由于布点距离受限 光纤直连距离存在光口 传送距离和长距离维护的限制 的本地网或城域用户分散区域的覆盖 3 23 2 MSTPMSTP 技术在城域网中的应用技术在城域网中的应用 3 2 1 MSTP 应用模式分析 MSTP 吸收了以太网 ATM MPLS RPR 弹性分组环 等技术的优点 在 SDH 技术的基础上 对业务接口进行了丰富 并且在业务接口板增加了以太网 12 ATM MPLS RPR 等处理能力 从而成为统一以上业务的多业务传送平台 MSTP 技术是分阶段性不断发展的 最早的 MSTP 设备核心技术主要是 GFP VCAT LCAS 等基于 SDH 传输层面的功能 2003 年下半年中国电信北京研 究院对 16 个厂家的 MSTP 设备进行了测试 测试结果是 10 个厂家支持标准的 GFP 封装并实现了互通 9 个厂家实现了 VC 12 VC 3 VC 4 的 VCAT 的互通 7 个厂家实现了 VC 12 VC 3 VC 4 的 LCAS 的互通 GFP VCAT LCAS 互联互通 标志着 MSTP 发展进入了一个新阶段 意味着以后城域网的建设即使在多厂商 SDH 环境下 FE GE 也成为透明通道 MSTP 技术在随后几年中迅速发展 以太 网二层交换 ATM 交换 静态 MPLS 交换 内嵌 RPR 等功能逐渐完善 新一代的 MSTP 设备日益成熟 中国电信北京研究院 信息产业部电信传输研究所等单位 先后对 MSTP 设备的以太网功能进行了相关的测试 包括基于 VLAN 的汇聚 MPLS 的互通 MSTP 提供跨省以太网专线的测试 EPL EVPL 专线 MSTP 提供跨 境以太网专线 EPL 专线 的测试等 测试结果表明即使在多厂家的环境下 MSTP 也能提供各种类型的以太网专线 并且不仅在城域范围内 甚至可跨长途 网和跨国际网 目前 各个主流传输设备厂家 如华为 中兴 烽火 阿尔卡特 爱立信 北电 思科等都能提供成熟商用的 MSTP 设备 如北京 广州 南京 杭州等大 部分中大型城市都已建设了 MSTP 网络 并且开展了丰富的业务 由于 MSTP 网 络是在 SDH 网络的基础上 在接入层新增具有 MSTP 功能的设备 对 SDH 核心网 无需改动 因此从 SDH 网络过渡到 MSTP 网络难度不大 目前对于 MSTP 的应用 主要有以下几种 1 IP 城域网 采用 MSTP 的 GE 透传实现路由器之间的互连 2 新建小区 采用 MSTP 的 FE 透传实现 DSLAM 到 BRAS 的互连 3 写字楼等大客户的互联网接入专线 采用 MSTP 的 FE 透传功能实现客户 交换机到 IP 城域网边缘路由器的互连 4 银行等大客户的数据专线 采用 MSTP 的 VLAN 汇聚功能实现分支到总部 的互连 从以上应用可以看出 MSTP 设备已经深入城域网的各个层面 核心层层面 承载了路由器的互连 汇聚层承载了 DSLAM 到 BRAS 的互连 接入层承载了大客 13 户的互联网接入和数据专线 但是 MSTP 的许多功能并没有得到充分利用 如 MSTP 二层交换功能 内嵌 RPR 功能 MPLS 功能等 除了个别由于设备功能限制 以外 主要是由于以下几个原因 1 专线目标客户不明确 MSTP 提供的以太网专线和其他多种专线技术不能 区分 商业模式不清晰 2 承载新业务方案不明确 对于 NGN 3G 等业务没有成熟的组网方案 3 运维体制不明确 传统的传输和数据专业分开维护 对于 MSTP 提供城域 网业务没有维护经验 3 2 2 MSTP 作为 IP 新业务的承载网方案 MSTP 作为新业务的承载网 对于 NGN 3G 等业务均可以承载 以 NGN 为例 MSTP 对 AG 上行的承载主要有以太网汇聚的方式和 MSTP 内嵌 RPR 环网的方式 如图 3 1 所示 图 3 1 MSTP 承载 NGN 业务组网 前者各 AG 上行的 FE GE 业务将承载在 MSTP 的不同 VC 通道 独占带宽 可 以保证各类业务的 QoS 和安全 在核心节点处通过 GE 汇聚进入到骨干路由器 后者利用 MSTP 的部分 VC 开通 RPR 环网 RPR 技术提供 QoS 支持公平算法和业 务优先级 这两种方式都可以利用 LCAS 对业务带宽进行平滑调整 满足业务发 展的需求 同时 MSTP 网络还提供了其他业务的接入 网络利用率进一步提高 在具体的组网中 应根据网络情况进行选择 如果若干个 AG 可以接入一个 MSTP 环网 则 MSTP 内嵌 RPR 方案是最优方案 如果若干个 AG 接入到不同的 14 MSTP 环网或者 MSTP 设备没有条件组环 则通过汇聚型的 MSTP 以太网专线的方 式接入到骨干路由器 这是一种比较灵活的方案 3G 的 NodeB 到 RNC 之间的传输和 NGN 中 AG 上连的传输方式一样 只不过 NodeB 提供的传输接口为 IMA2Mbit s 或者 STM 1 ATM MSTP 则提供 E1 STM 1 等速率的 ATM 透传电路和 VP Ring 2 种方案 2 种方案的考虑和 NGN 中组网的 考虑一致 3 2 3 MSTP 专线业务的竞争分析 MSTP 在城域网中的一个重要功能就是提供专线服务 包括互联网接入专线 和企业互连专线 其竞争业务主要有 1 传统的 DDN FR 等低速专线 2 传统的 E1 E3 STM 1 等数字专线 3 ATM 专线 4 新兴的 MPLSVPN 等 各类专线的对比分析见表 3 1 专线类 型 MSTP 专线 DDN FRPDH SDH 数字专线ATM 专线 MPLS VPN 接口方 式 FE GE E1 E 3 STM 1 4 16 DDN FR 专 用接口 E1 E1 E3 STM 1 4 16 E1 E3 S TM 1 4 FE GE 速率 2 4000Mbi t s 2Mbit s 以下 2Mbit s 45Mbit s 1 55Mbit s 622Mbit s 2 5Gbit s 2Mbit s 4 5Mbit s 1 55Mbit s 622Mbit s 0 1000Mbit s 隔离方 式 传输层 隔离 传输层隔离 DDN 数据链路层 隔离 FR 传输层隔离 数据链路 层隔离 IP 层隔离 带宽保 证 是是是是否 复用方 式 时分复 用 时分复用 DDN 分组复用 FR 时分复用信元复用分组复用 灵活调 整带宽 是否否是是 表 3 1 各类专线的对比分析 对于第一类 第二类专线 如果客户侧接口是 DDN FR 专用的低速接口 可以利用 MSTP 设备提供此类接口 做成 DDN FR N 64kbit s 仿真业务 如 15 果客户侧接口是 FE 接口 MSTP 设备提供数据接口 直接和客户的交换机 路由 器接 替代以前的 PDH 设备和协议转换器 目前 应用最广的是 MSTP 提供 2 100Mbit s 的点到点以太网透传专线 EPL 代替固定速率的 PDH SDH 专线 并 且利用 LCAS 实现业务带宽的动态调整和平滑升级 图 3 2 显示了 MSTP 提供大 客户专线的组网模式 图 3 2 MSTP 提供大客户专线组网模式 对于第三 第四类专线 MSTP 和 ATM MPLSVPN 在技术上各有特点 1 MSTP 的特点是接口丰富 有严格的带宽保证和安全隔离 可以组简单的 二层网络 具有 50ms 的网络自愈性 缺点是配置复杂 没有路由功能 互通性 差 二层处理能力受限 2 ATM 的特点是综合了电路交换和分组交换的优点 能灵活地分配带宽 但是设备昂贵 3 MPLSVPN 的特点是二 三层处理功能强大 配置简单 互通性好 缺点 是没有严格的带宽保证和安全隔离 网络自愈时间长 因此三者在应用中 目标客户各有侧重 MSTP 主要为对业务连续性和网络 安全性要求高 有一定支付能力的客户提供专网服务 如政府 银行 税务 大型企业等 可以充分发挥其多业务能力 实现视频会议 信息共享 内部 VoIP 等业务 同时可以共享一个互联网出口 减少分开接入互联网的专线成本 真正实现无地域限制的虚拟局域网 图 3 2 给出了 MSTP 提供虚拟局域网的组网 16 模式 图 3 3 MSTP 提供虚拟局域网组网模式 3 43 4 MSTPMSTP 技术在技术在 3G3G 网络中的应用网络中的应用 基于 SDH 的 MSTP 多业务平台很好地融合了 SDH ATM IP 技术 能够提供 多种业务接口和处理能力 可以根据网络的发展来动态调整 ATM IP TDM 网络 的容量 实现高效的传送 目前 国内主流制造商的 MSTP 设备在城域接入 汇 聚层网络中得到了广泛应用 运行稳定 3G 网络需要承载诸如 384kbit s 的高速数据业务 需要考虑数据业务具有 突发性强 峰值 均值比高的特点 在 R99 和 R4 版本上 用户数据采用 ATM 封 装格式 ATM 交换技术本质上是一种信元交换技术 可以提供对业务的统计复 用能力 通过 ATM 统计复用 可更好满足突发的无线数据业务 降低峰值 均值 比 从而提高传输网的带宽利用率 这样可以采用 MSTP 多业务平台的多种业务 接口和处理能力 组网来满足 3G 网络的传输需求 在采用 MSTP 承载 3G 业务的具体实施过程中 由于 MSTP 平台具有 ATM 信元 的处理能力 可以提高 ATM 数据通道的带宽利用率 其涉及到不同形式的汇聚 功能 因此 在城域传送网的接入层和汇聚层中什么地方进行 ATM 信元处理则 关系到带宽利用率的提高程度和设备成本的高低 为此 下面将对 MSTP 承载 3G 业务时的不同汇聚方案 即接入点采用 ATM 处理 汇聚点采用 ATM 处理和透 明传输 不采用 ATM 处理 进行分析比较 3 4 1 接入点采用 ATM 处理 17 接入点采用 ATM 处理的汇聚方案如图 3 4 所示 此时 NodeB 提供 STM 1 ATM 接口或 N E1 IMA 在接入点的 MSTP 设备处进行 ATM 信元的处理 此 时 在接入层提供 ATMVP Ring 来提高带宽利用率 此方案的优点是每个接入层 MSTP 设备都提供 ATM 处理 带宽利用率高 此外网络管理和升级方便 而且 RNC 仅需要有 STM 1 ATM 接口 但同时带来的缺点是 接入侧若采用 STM 1 速 率 无法提供额外业务 但若采用 STM 4 成本较高 接入点数量很大 若都 采用 ATM 处理 则整体成本很高 每块具有 IMA 处理功能的 ATM 处理板价格几 乎等同于接入点设备本身 紧凑型 现在基站接入系统无法应用 需要改造等 所以 由于提供了 STM 1 接口 此汇聚方案可适用于业务量很大的地区或 3G 业 务的高速发展时期 RNC MSTPMSTP Node B 无无ATM处处理理ATM处处理理 MSTP传传送送网网络络 STM 1 ATM NN1 STM 1 ATM N E1 MA 图 3 4 接入点 ATM 处理 3 4 2 汇聚点采用 ATM 处理 汇聚点采用 ATM 处理的汇聚方案如图 3 5 所示 此时 NodeB 仅提供 IMA 的 ATM2M 接口 传送网的接入层 MSTP 设备并不进行 ATM 有关的处理 而是把 ATM 处理的任务留给汇聚层 MSTP 节点来进行 此时 在传送网汇聚层可形成 ATMVP Ring 来提高带宽利用率 此方案的优点是 只需要在汇聚节点进行 ATM 处理 而且 RNC 只需提供 STM 1 ATM 接口 节省了 RNC 设备的端口数量 这样 成本较低 由于已经进行了 ATM 汇聚和复用 可以减轻 RNC 设备的数据处理压 力 接入层只需要 STM 1 速率传送 充分利用现有基站设备 具有一定的数据 汇聚比 网络管理和业务升级灵活等 而且汇聚节点相对于接入节点数目较少 18 增加 ATM 处理功能不会增加较大投资 RNC MSTPMSTP Node B ATM处处理理无无ATM处处理理 MSTP传传送送网网络络 STM 1 ATM NN1 N E1 ATM MA 图 3 5 汇聚点采用 ATM 处理 3 4 3 透明传送 透明传送的汇聚方案如图 3 6 所示 此时 传送网络并不进行 ATM 信元相 关的处理 而把 ATM 信元的处理功能完全留给了 RNC 来进行 此时 传送网的 带宽利用率不高 此时依然可采用 LCAS VC 和 GFP 等技术 依然可提高带宽利 用率和动态带宽管理 而且 RNC 的 ATM 信元处理负担相对增加 即所有交换功 能都在 RNC 进行处理 如果 RNCE1 端口数量不足且不支持信道化 STM 1 接口 则可通过在 RNC 所处传输节点配置支持 IMA 反向变换功能和 ATM 处理功能的板 卡 RNC 设备提供非信道化 STM 1 接口来解决 RNC MSTPMSTP Node B 透透明明传传送送透透明明传传送送 MSTP传传送送网网络络 STM 1 ATM NN1 STM 1 ATM 或或 N 2M ATM 图 3 6 透明传送 19 综上所述 对于采用 MSTP 平台承载 3G 业务的汇聚方式 不同运营商可根 据自身网络情况选择适合的方案 对于已经拥有基于 SDH 技术组网的基础传输 网络的运营商 建议在 3G 网络建设初期采用第三种方案 即 RNC NodeB 之间采 用传统基于传统 SDH 技术的 MSTP 组网 采用 E1 或 IMAE1 透传方式解决 3G 基站 接入传输 随着 3G 网络发展和数据业务的增加 可采用第二方案 在汇聚层面 处进行 ATM 信元处理和统计复用 4 4 案例测试分析案例测试分析 某地电信 MSTP 商用实验网工程 本工程利用已有光缆开通 2 个 STM 16 双 纤双向共享型复用段保护环 采用华为公司的 METRO3000 和 METRO1000 设备组 建本实验网工程 具体组网情况见图 4 1 图 4 1 某地电信 MSTP 商用实验网络结构 首先 我们有必要对研究测试的方法做一些简单的了解 4 14 1 MSTPMSTP 以太网传输性能的测试方法以太网传输性能的测试方法 4 1 14 1 1 定性的测试方法 在数据网络中常用 PING 命令来测试网络 使用 PING 命令可以得到包的往 返时间 RTT 以及时延 丢包数量 同时也可以用不同的包长进行测试 但 需要注意的是 PING 是通过高层 ICMP 协议 通过对端设备的响应来获得时延 20 精度较差 更重要的是真正反映端到端的时延必须在一定的背景流量下 而 PING 只是产生单个数据包 无法产生背景业务量 因而必须用仪表测试各种背 景流量 包括满负荷带宽 下的时延 同时 使用 PING 进行测试还受到计算机 处理能力的影响 所以采用 PING 只能是定性的测试 用来判断链路是否通达 是否有异常的时延以及比较严重的丢包情况 不能对上层业务提供网络性能数 据 4 1 2 定量的测试方法 要得到准确的 可重复验证的数据必须用专业仪表进行测试 YD T1276 2003 中也规定了 MSTP 的测试内容和测试方法 但这些规定主要是对实验室条 件下设备的功能验证 侧重于详细验证设备的各项性能指标 特别是协议的实 现方式 它规定的测试方法也并不是很适合 MSTP 设备在现场测试 业务开通以 及故障定位时的测试 一般 对于 MSTP 的工程测试方法 按仪表数量以及测试 地点可分为 3 种情况 1 端到端测试 两台仪表 由于传统的数据通信 三层以上 信号的发送和返回通道不对称 因此端到 端的测试在数据通信中应用非常多 测试时 需要两台独立的测试仪表 并由 不同的操作人员在两端进行测试 这两台测试仪表可设置成主从方式 分别位 于两端的以太网接口 近端测试仪的目标地址为远端测试仪的端口地址 反之 亦然 采用这种方法 可以不管被测网络的功能 可以测试端到端的吞吐量 丢包率 时延等 测试时延时 需要两台仪表时间同步 一般是采用 GPS 同步 或 NTP 同步 这在实际中很难达到 因为 GPS 需要接收天线 而 NTP 准确度又 受时钟源和下游设备之间带宽以及传输介质的影响 为了解决这一问题 同时 也避免两地测试带来的不便 可采用端口环回方式 2 单端口环回测试 一台仪表 对于 MSTP 以太网业务的时延测试 由于发送和返回的传输路径和处理设备完 全是对称的 只需在远端进行环回即可测试 在单端口环回方式中 测试仪连 接到被测设备的近端口 在远端口进行收发环回 这种方式可用于不带二层交 换的 MSTP 以太网接口 单端口的环回一般通过物理自环 自制 10 100M 的短接 网线或 1000M 光口收发自环 波长环回 以太网直接承载在 DWDM 和 SDH 设 21 备内环 部分厂家支持 来实现 3 双端口环回测试 一台仪表 在端口到端口环回方式中 测试仪表连接到两个近端端口 在远端进行端口 到端口环回 用网线将两个端口互联 这种方式可以同时测试二路以太网传输 通道 若测试带二层交换的 MSTP 以太网接口 则可通过设置不同 VLAN 方式进 行测试 在工程验收测试中 常用双端口环回测试方式 这时 链路的时延是测试值 的一半 4 24 2 以太网业务应用研究以太网业务应用研究 以太网业务是 MSTP 产品所要支持的主要业务类型 在以太网上可以支撑多 种业务 如 Internet 访问 会议电视 IP 电话 MPLS VPN 等 因此对以太网 能力的测试是 MSTP 产品测试的重点 也是测试项目最多的部分 通常以太网功 能验证和性能测试可以分为 3 个部分 以太网基本功能验证 以太网透传能力 测试和以太网二层交换能力测试 结合实际组网情况 本次工程将以太网业务 研究工作分为 以太网基本功能验证 以太网透传功能验证与性能测试和以太 网二层交换功能验证与性能测试 测试内容如图 4 2 所示 22 图 4 2 以太网透传功能性能测试内容 4 2 1 以太网基本功能验证 验证基本功能时 采取下图的仪表配置 图 4 3 以太网透传基本功能测试配置 1 最小帧长度 最大帧长度 以太网帧最短 64 字节 最长 1518 字节 测试最短帧和最长帧通过网络的能力 23 2 异常帧检测 对不符合要求的帧如 CRC 错帧 超长帧 超短帧等 进 行丢弃处理 减少网络上的无效数据量 减少处理单元的负荷 以太网帧的定 位字节是 AAAAAAAAAAAAAAAB 测试方法是通过插入异常帧来检测 测试仪表生成 FCS 错误 超长帧等异常帧 测试这些异常帧能否通过网络 3 流量控制测试 一般采用 PAUSE 功能来实现流量控制 防止瞬时过载 导致缓冲区溢出时不必要的帧丢弃 包括测试仪器到设备的流量和设备到测试 仪器的流量控制 仪表发送极限速率监测 MSTP 网络的流控功能 4 自协商功能测试 端口工作模式和速率自协商功能测试 自协商功能 允许一个网络设备能够将自己所支持的工作模式信息传达给网络上的对端 并 接受对方可能传递过来的对应信息 双方最终协商一个两端都支持的最优端 13 I 作方式来进行通信 协商的主要内容包括工作模式 全双工 半双工 和速率 10M 100M 开 关闭仪表自协商选项 测试网络的自协商功能 5 以太网帧格式 以太网有多种帧格式 设备至少应该能够识别 IEEE 802 3 格式的帧和以太网 II 型帧 测试不同的以太网帧格式通过网络的能力 图 4 4 IEEE 802 3 以太网帧格式 图 4 5 以太网 II 型帧 6 各类帧长统计计数功能 4 2 2 以太网透传功能验证与性能测试 24 对以太网业务的传输性能的测试采用下图的仪表配置 图 4 6 以太网传输性能测试仪表配置 以太网业务的传输性能包括吞吐量 丢包率 传输时延等 这些参数的定 义与描述在 IETF 和 ITU T 建议中都分别有所涉及 这两个标准化组织制定的 IP 网络性能参数基本相同 都包括了时延 丢包 连接性等内容 从实际应用 的角度来看 虽然这些参数还有待进一步完善和补充 但是基本上已经能反映 一个网络的传输性能 1 吞吐量测试 吞吐量是指从源到目的地的端到端无误码或无帧丢失情况下实际可传输数据 的最大带宽 由于 MSTP 设备可以配置带宽 虽然端口速率为 10M 100M 或 GE 但传输的带宽根据配置情况 可能小于或等于端口速率 因此 测试吞吐量的 前提就是在给定的速率下 测试的结果一般用成功传送的最大帧数与理论上达 到给定速率所需传送帧数的百分比来表示 等于或超过 100 为合格 如果超过 100 可以增加给定的速率 再进行测试 一般分辨率可设置为 0 1 由于 MSTP 设备的以太网板卡的收发端口都有一定大小的缓存 当测试时 间较短时 虽然接收帧的速率已经超过了发送帧的速率 但由于缓存作用 不 25 会出现丢包的现象 因此 吞吐量测试的时间对测试结果的准确性有一定的影 响 测试时间越长 测试结果的准确度越高 但时间过长 往往影响整个测试 的进度 因此 必须找到一个较合适的时长 YD T 1276 2003 中规定的测试时 长为 10 s 采用不同的帧长测试 吞吐量的测试值也会不同 采用较短的帧测试 可 以更有效地反应系统的性能 收发处理单元需对帧进行物理定位 串并转换 M AC 帧定位 FCS 校验 队列处理 策略处理等 帧长越小 单位时间收发处理 单元处理帧数越多 所需队列缓存越多 对收发处理单元的性能要求越高 对 于较长的帧 主要和帧缓存大小有关 根据 IEEE 802 3 的规定 以太网最小 帧长为 64 Byte 最大帧长为 1 518 Byte 一般采用 7 种典型的字节 64 128 256 512 1 024 1 280 和 1 518 Byte 来进行测试 2 丢包率测试 丢包率 更准确的说是过载丢包率 就是在过载情况下 导致不能正确转 发的包占所发送包的百分比 有人认为已测试过系统吞吐量就没必要再测试丢包率 这种观点对也不对 当吞吐量为端口线速时 因为无法再增加带宽 故丢包率为 0 可以不进行 丢包率测试 当吞吐量小于端口速率时 测试流量可以大于吞吐量 这时可进 行丢包率测试 用来反应系统在超负荷情况下的转发能力 通常系统超负荷的 程度不同 其所对应的转发能力也不同 有时过大的负荷可能使系统拒绝服务 出现 假死 的状态 例如对于 50 Mbit s 的链路 在 50 Mbit s 时 丢包 率应该为 0 随着测试速率从 50 Mbit s 逐步增加到端口线速 100 Mbit s 丢包率也逐步增加 通过速率在 50 Mbit s 以上 方能满足性能 丢包率越 低 表明系统的抗冲击性越好 丢包率测试一般是在吞吐量测试后进行 流量以吞吐量为起点 逐步增加 到 100 或端口线速 一般按吞吐量的 10 递增 同样 也必须采用 7 个典型字 节进行测试 测试时间为 10s 在 YD T 5119 2005 中