第6章城域光網(wǎng)絡6.1城域網(wǎng)概述6.2城域網(wǎng)主要技術6.3多業(yè)務傳送平臺（MSTP）技術6.4彈性分組環(huán)RPR 6.1城域網(wǎng)概述

6.1.1城域網(wǎng)的定義

城域網(wǎng)最早是計算機網(wǎng)絡中提出的概念，即根據(jù)網(wǎng)絡規(guī)模及網(wǎng)絡中節(jié)點數(shù)量的多少將網(wǎng)絡分為局域網(wǎng)LAN、城域網(wǎng)MAN和廣域網(wǎng)WAN。而在傳統(tǒng)的電信網(wǎng)中原先并無明確的城域網(wǎng)概念。隨著技術的進步和通信業(yè)務的不斷發(fā)展，通信網(wǎng)逐漸形成包括核心網(wǎng)、城域網(wǎng)和接入網(wǎng)幾個層次的網(wǎng)絡。城域光網(wǎng)絡（又稱城域傳送網(wǎng)）是承載城域網(wǎng)主要業(yè)務，解決多類型、多粒度業(yè)務高效匯聚的通信基礎網(wǎng)絡。城域光網(wǎng)絡是一種主要面向企事業(yè)用戶的、最大可覆蓋城市及其郊區(qū)范圍的、可提供豐富業(yè)務并支持多種通信協(xié)議的本地公用網(wǎng)絡。它可以提供語音、數(shù)據(jù)、圖像、視頻等多媒體綜合業(yè)務，其中又以IP為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務為重點。城域光網(wǎng)絡在整個光網(wǎng)絡中處于核心光網(wǎng)絡和接入光網(wǎng)絡之間，把接入網(wǎng)中企業(yè)與私人客戶的各種協(xié)議、數(shù)據(jù)等無縫和靈活地連接到運營商的骨干網(wǎng)。由于具體的環(huán)境差別較大，因此城域光網(wǎng)絡表現(xiàn)出不同的特征，但其多業(yè)務的基本特點帶來了一系列有別于其他網(wǎng)絡的特點：

(1) 面向公用網(wǎng)應用和多用戶環(huán)境，具有一定的QoS保障要求。

(2) 具有向用戶提供多業(yè)務、多速率、多種服務質(zhì)量的接入能力，同時具有向運營商提供可管理、支持多種運營服務方式和網(wǎng)絡技術演變的能力。

(3) 支持多種客戶層信號，能夠快速地提供客戶層信號所需的帶寬。

(4) 業(yè)務范圍廣，包括數(shù)據(jù)、語音和圖像等，是全業(yè)務網(wǎng)絡。

(5) 傳輸距離可擴展為100~200km。

(6) 與長途網(wǎng)相比具有較低的成本，決定其成本的關鍵是節(jié)點的數(shù)量及業(yè)務的種類和大小。總的來看，城域光網(wǎng)絡對設備制造商和業(yè)務提供商而言都有很多新的機遇與挑戰(zhàn)。因此，城域光網(wǎng)絡的技術非常重要，它不僅能為城域網(wǎng)的應用提供解決方案，而且提供了一種靈活的多業(yè)務能力，同時還具有較高的網(wǎng)絡資源利用率和管理能力。

從邏輯上來說，城域光網(wǎng)絡遵循核心層、匯聚層、接入層的分層建網(wǎng)思路，從業(yè)務及網(wǎng)管角度看，在中心節(jié)點還應當有本地管理和業(yè)務點，以提供城域網(wǎng)的網(wǎng)絡管理、接入、計費、認證等管理功能，提供本地電路出租、虛擬專網(wǎng)（VPN，VirtualPrivateNetwork）等各種增值業(yè)務功能，同時為上一級管理節(jié)點提供開放的網(wǎng)管和業(yè)務接口。圖6－1給出了一個城域光網(wǎng)絡的分層結(jié)構(gòu)圖，其各個層的功能介紹如下：

（1）核心層的主要功能是給各業(yè)務匯聚節(jié)點提供高帶寬的TDM、IP和ATM業(yè)務平面高速承載和交換通道，完成和已有網(wǎng)絡（ATM、PSTN、FR/DDN和IP網(wǎng)）的互連互通。一般采用靈活的光交叉連接OXC或光分插復用器OADM。圖6－1城域光網(wǎng)絡的分層結(jié)構(gòu)

（2）匯聚層主要完成的任務是對各業(yè)務接入節(jié)點的業(yè)務匯聚、管理和分發(fā)處理。匯聚層起著承上啟下的作用，對上連至核心層，對下將各種帶寬多媒體通信業(yè)務分配到各個接入層的業(yè)務節(jié)點。所有業(yè)務在進入骨干節(jié)點之前，都由匯聚節(jié)點完成諸如對用戶進行鑒權、認證、計費管理等智能業(yè)務處理機制，實現(xiàn)L2TP、GRE、IPSEC等各類隧道的終結(jié)和交換，流分類等。（3）接入層主要利用多種接入技術，迅速覆蓋用戶，對上連至匯聚層和核心層，對下進行帶寬和業(yè)務分配，實現(xiàn)用戶的接入。接入層節(jié)點的基本特征是簡單靈活。接入層設備可按用戶對象和業(yè)務的不同而進行靈活的配合組網(wǎng)，根據(jù)現(xiàn)有的銅纜、光纖、同軸電纜等資源，選用不同的接入方式。

由于實際的城域環(huán)境可能存在較大差距，例如網(wǎng)徑大小和業(yè)務數(shù)量等，因此實際的城域光網(wǎng)絡不一定都具有明顯的上述三個層次，更多的會是其中若干層次的融合和實現(xiàn)。6.1.2城域網(wǎng)的業(yè)務需求和技術特點

未來的光網(wǎng)絡也將是一種由業(yè)務驅(qū)動的網(wǎng)絡，所承載的業(yè)務是其關鍵。在骨干層，業(yè)務主要包括兩大類：一類是基本的傳送業(yè)務，包括虛擬暗光纖及波長的出租；另一類是增值業(yè)務，包括光虛擬專網(wǎng)OVPN、按業(yè)務配置波長、用戶指定帶寬業(yè)務等，此類業(yè)務主要面向ISP、ICP等對帶寬需求較高的用戶。城域光網(wǎng)絡的業(yè)務可分為以下幾類。

（1）互聯(lián)業(yè)務：PSTN、以太網(wǎng)、ATM等網(wǎng)絡互聯(lián)，主要面向運營商網(wǎng)絡或帶寬出租。

（2）專線業(yè)務：直接面向企業(yè)級客戶進行帶寬出租，具有高可靠性和高可用性，是運營商穩(wěn)定的收入來源。（3）接入業(yè)務：包括智能小區(qū)和大樓的接入，接入運營商一般不再自建傳輸網(wǎng)絡，而是將重點關注于接入服務，而且需要為不同的用戶提供互聯(lián)的質(zhì)量和帶寬需求不盡相同的服務。

（4）增值業(yè)務：包括OVPN等新業(yè)務。其中，OVPN通過公用光網(wǎng)絡構(gòu)建私有專用網(wǎng)絡，可提供與企業(yè)VPN相同的安全性、可靠性和可管理性，但專線費用卻大大降低，企業(yè)不必自建廣域網(wǎng)維護系統(tǒng)；客戶還可以實現(xiàn)網(wǎng)絡狀態(tài)和運營質(zhì)量的查詢和管理，具體包括端到端業(yè)務透視圖、端到端故障和性能監(jiān)視、端口流量、日志和故障單管理；城域光網(wǎng)絡還可向用戶提供不同級別的保護方式，如1+1、1∶1、1∶n等，并可根據(jù)客戶需求指定服務級別（包括時延、抖動、保護與恢復時間），運營商按服務級別收取費用。 6.2城域網(wǎng)主要技術

6.2.1稀疏波分復用技術

隨著技術的進展和業(yè)務的發(fā)展，WDM技術正從長途傳輸領域向城域網(wǎng)領域擴展，當然，這種擴展不是直截了當?shù)?，需要針對城域網(wǎng)的特定環(huán)境進行改造。例如，對于城域環(huán)境使用的WDM技術而言，目前傾向于采用稀疏波分復用CWDM技術，即波長間隔放寬至20nm，同時盡可能采用一些價格較為低廉的器件，如采用無制冷器的LD，不使用EDFA，使用G.652光纖等，以降低系統(tǒng)成本。城域WDM網(wǎng)絡的主要特點和要求可以歸結(jié)為如下幾個方面:（1）采用WDM可以極大地提高業(yè)務容量。

（2）應用WDM后容許網(wǎng)絡運營者提供透明的以波長為基礎的業(yè)務。這樣，用戶就可以靈活地傳送任何協(xié)議和格式的信號，而不受限于SDH格式。特別是對于應用在城域網(wǎng)邊緣的系統(tǒng)，直接與用戶連接，需要能靈活快速地支持各種速率和信號格式的業(yè)務，因而要求其光接口可以自動接收和適應10Mb/s~2.5Gb/s范圍的所有信號。而對于應用在城域網(wǎng)核心的系統(tǒng)，則將來有可能還會要求支持40Gb/s的SDH信號和10Gb/s的以太網(wǎng)信號。（3）城域網(wǎng)WDM系統(tǒng)還應具備波長可擴展性，新的波長應能隨時加上而不影響原有工作波長。這樣，系統(tǒng)可以通過簡單增加波長而迅速提供新的業(yè)務，極大地增強了運營者的市場競爭能力。

（4）城域網(wǎng)WDM系統(tǒng)的主要不足之處在于，不能靈活有效地將低速率信號匯聚進價格相對較昂貴的波長通路，不能動態(tài)地配置波長，實現(xiàn)光層靈活連接，而且目前其成本仍然較高。由于目前的大帶寬接入業(yè)務需求并不突出，因此這種技術在接入層的應用前景并不明確，而將主要應用在城域網(wǎng)骨干層。6.2.2

ATM技術

以ATM為基礎的多業(yè)務平臺最適用于多業(yè)務電信環(huán)境，以及服務質(zhì)量要求較高的IP業(yè)務，主要應用于網(wǎng)絡邊緣多業(yè)務的匯集和一般IP骨干網(wǎng)。由于其擴展性受限，高業(yè)務量下的性能表現(xiàn)不理想，且ATMVP環(huán)也不支持網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，因此以ATM為基礎的多業(yè)務平臺不太適合超大型IP骨干網(wǎng)應用。考慮到ATM技術的一些局限性，無論從目前還是長遠來看，以ATM為基礎的城域多業(yè)務平臺都不是一種主要的解決方案。6.2.3城域以太網(wǎng)技術

城域以太網(wǎng)技術是基于2層交換和3層選路的。近年來以太網(wǎng)最重要的發(fā)展方向是向城域網(wǎng)乃至廣域網(wǎng)的擴展。從技術上看，以太網(wǎng)技術具有簡便、快捷、透明、可擴展的優(yōu)點。從管理上看，由于同樣的系統(tǒng)可以應用在網(wǎng)絡的各個層面上，因此以太網(wǎng)的網(wǎng)絡管理可以大大簡化。值得一提的是，由于很多用戶已經(jīng)熟悉了以太網(wǎng)，因此培訓工作可以簡化，新業(yè)務可以拓展得更快。特別地，對于一些原來沒有基礎設施的新興運營者，可以租用暗光纖從頭建設自己的網(wǎng)絡，完全旁路現(xiàn)有的SDH和ATM基礎設施。然而，以太網(wǎng)原本具有的一些特點，在其應用從局域網(wǎng)擴展到城域網(wǎng)乃至廣域網(wǎng)時，限制了它的發(fā)展，需要加以改造。（1）當以太網(wǎng)應用于局域網(wǎng)時并沒有嚴格的QoS機制，而當其應用到局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)時需要提供隨用戶而異的QoS，而目前以太網(wǎng)還沒有穩(wěn)定可靠的機制能保證端到端性能，無法提供實時業(yè)務所需要的QoS和多用戶共享節(jié)點以及網(wǎng)絡所必需的計費統(tǒng)計能力。

（2）以太網(wǎng)原來是為局域網(wǎng)企事業(yè)用戶內(nèi)部應用設計的，缺乏安全機制保證，即便有需求也是由高層協(xié)議來處理的，當擴展到城域環(huán)境以后，上述利用高層協(xié)議的處理方法就無法接受了，需要開發(fā)新的安全機制。（3）以太網(wǎng)主要用于小型局域網(wǎng)絡環(huán)境，網(wǎng)管能力很弱，且目前只有網(wǎng)元級的管理系統(tǒng)，無法滿足運營商對端到端的業(yè)務可控、可管理的要求。

（4）以太網(wǎng)交換機的光口是以點到點方式直接相連的，省掉了傳輸設備，無法提供故障定位和性能監(jiān)視，保護功能也難以實現(xiàn)。

（5）盡管以太網(wǎng)作為局域網(wǎng)應用是一項久經(jīng)考驗的技術，但是用于公用電信網(wǎng)特別是廣域網(wǎng)環(huán)境仍然是一項未經(jīng)測試的新技術，其設備是否能提供大型電信級公用網(wǎng)所必需的硬件和軟件可靠性也需要實踐和時間的驗證。6.2.4城域多業(yè)務傳送技術

以SDH為基礎的多業(yè)務平臺的出發(fā)點是充分利用原有的SDH技術，同時改進傳統(tǒng)SDH對于分組業(yè)務承載能力較弱的缺點。SDH技術的性能監(jiān)視、保護倒換以及網(wǎng)管能力已經(jīng)得到認可，雖然SDH設計之初是針對TDM業(yè)務的，但是對其加以改造后即可演變成為多業(yè)務傳送平臺，可以靈活高效地承載ATM、IP等各類數(shù)據(jù)業(yè)務。以SDH為核心的MSTP基本思路是將多種不同業(yè)務通過VC級聯(lián)等方式映射進不同的SDH時隙，而SDH設備與層2、層3乃至層4分組設備在物理上集成為一個實體。

MSTP具有如下特色：

（1）在基于傳統(tǒng)SDH網(wǎng)業(yè)務的同時，能夠提供多種物理接口，大大減少了現(xiàn)有SDH設備重新升級的成本。

（2）MSTP系統(tǒng)采用簡化了的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，并且接口與協(xié)議相分離，可實現(xiàn)對多種數(shù)據(jù)業(yè)務靈活高效的傳輸。

（3）保持了SDH的優(yōu)點，并可集傳統(tǒng)SDH網(wǎng)ADM/DXC/DWDM功能于一體，能夠有效地進行帶寬管理，從而降低了運營成本?？偟膩砜矗琒DH多業(yè)務平臺最適合作為網(wǎng)絡邊緣的融合節(jié)點支持混合型業(yè)務，特別是以語音業(yè)務為主的混合型業(yè)務，它不僅適合缺乏網(wǎng)絡基礎設施的新運營者，即便對于已敷設了大量SDH網(wǎng)絡的傳統(tǒng)電信運營公司，以SDH為基礎的多業(yè)務平臺也可以更有效地支持分組數(shù)據(jù)業(yè)務，有助于實現(xiàn)從電路交換網(wǎng)向分組網(wǎng)的平穩(wěn)過渡。此外，從業(yè)務發(fā)展的角度考慮，由于我國社會經(jīng)濟狀況的特點，使得在未來相當長的一段時間內(nèi)，語音業(yè)務仍將是運營商的主要利潤來源，因此2Mb/s電路甚至是N×64kb/s的電路型業(yè)務接入仍將有一定的市場需求，要求城域網(wǎng)和接入網(wǎng)設備必須至少能夠提供傳統(tǒng)2M電路的端口和業(yè)務接入能力。因此，在短期內(nèi)這種解決方案仍將是城域網(wǎng)的主流技術。

6.3多業(yè)務傳送平臺（MSTP）技術

在城域網(wǎng)建設中，能夠滿足多業(yè)務（主要是數(shù)據(jù)業(yè)務和電路交換業(yè)務）傳送要求的、基于SDH技術的多業(yè)務傳送技術稱為基于SDH的多業(yè)務傳送平臺實現(xiàn)技術，簡稱狹義MSTP技術，其基本功能模型見圖6－2。圖6－2基于SDH的多業(yè)務傳送平臺基本功能模型

狹義的MSTP技術由于其SDH核心技術而具有明顯的時代性和廣泛性。SDH技術在國內(nèi)外得到了廣泛的應用，已經(jīng)成為傳送網(wǎng)的核心技術。在SDH的基礎上提供對多種業(yè)務的支持，可以繼承SDH的諸多優(yōu)點，實現(xiàn)網(wǎng)絡的平滑過渡，有著突出的技術優(yōu)勢和市場優(yōu)勢。因此，基于SDH的多業(yè)務傳送平臺MSTP已經(jīng)成為建設以城域網(wǎng)為代表的多業(yè)務傳送網(wǎng)的首選技術。它具有將分組數(shù)據(jù)業(yè)務高效地映射到SDH虛容器的能力，并可以采用SDH物理層保護使承載的數(shù)據(jù)業(yè)務和TDM業(yè)務一樣具有高可靠性，其良好的多業(yè)務拓展能力、業(yè)務服務質(zhì)量保證已經(jīng)充分得到了運營商的認可。所以，目前絕大多數(shù)MSTP技術均是基于SDH的多業(yè)務傳送平臺實現(xiàn)技術。一般意義上而言，MSTP設備是指基于SDH的多業(yè)務傳送節(jié)點，同時實現(xiàn)TDM、ATM、以太網(wǎng)業(yè)務的接入處理和傳送，即將傳統(tǒng)的SDH復用器、數(shù)字交叉連接器（DXC）、WDM終端、二層交換機和IP邊緣路由器等多個獨立設備的功能進行集成，并可以為這些綜合功能進行統(tǒng)一控制和管理的一種網(wǎng)絡設備。

MSTP設備按照設備容量和其在網(wǎng)絡中的定位可以分為高端、中端和低端三種，它們分別應用于城域網(wǎng)的核心層、匯聚層和接入層，其劃分標準通常從以下幾方面來考慮：支持的接口類型和協(xié)議類型、上行速率等級及網(wǎng)絡運營維護方法。圖6－3狹義MSTP協(xié)議棧模型6.3.1

MSTP技術的發(fā)展歷程

MSTP技術的發(fā)展主要體現(xiàn)在對TCP/IP業(yè)務的支持上，一般認為MSTP技術的發(fā)展可以劃分為三個階段。

第一代MSTP的特點是提供以太網(wǎng)點到點的透傳。它將以太網(wǎng)信號直接映射到SDH的虛容器（VC）中進行點到點傳送。第一代MSTP還不能提供不同以太網(wǎng)業(yè)務的QoS區(qū)分、流量控制、多個以太網(wǎng)業(yè)務流的統(tǒng)計復用和帶寬共享以及以太網(wǎng)業(yè)務層的保護等功能。第二代MSTP的特點是支持以太網(wǎng)二層交換。它是在一個或多個用戶以太網(wǎng)接口與一個或多個獨立的基于SDH虛容器的點對點鏈路之間，實現(xiàn)基于以太網(wǎng)鏈路層的數(shù)據(jù)幀交換。相對于第一代MSTP，第二代MSTP作了許多改進，它可提供基于802.3x的流量控制、多用戶隔離和VLAN劃分、基于STP的以太網(wǎng)業(yè)務層保護以及基于802.1p的優(yōu)先級轉(zhuǎn)發(fā)等多項以太網(wǎng)方面的支持。目前正在使用的MSTP產(chǎn)品大多都屬于第二代MSTP技術。但是，與以太網(wǎng)業(yè)務需求相比，第二代MSTP仍然存在著許多的不足，比如不能提供良好的QoS支持，業(yè)務帶寬粒度仍然受限于VC，基于最小生成樹算法STP的業(yè)務層保護時間太慢，VLAN功能也不適合大型城域網(wǎng)應用，還不能實現(xiàn)環(huán)上不同位置節(jié)點的公平接入，基于802.3x的流量控制只是針對點到點鏈路，等等。第三代MSTP的特點是支持以太網(wǎng)QoS。在第三代MSTP中，引入了中間的智能適配層、通用成幀規(guī)程（GFP）高速封裝協(xié)議、虛級聯(lián)（VCAT）和鏈路容量調(diào)整機制（LCAS）等多項全新技術。因此，第三代MSTP可支持QoS、多點到多點的連接、用戶隔離和帶寬共享等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務等級協(xié)定（SLA）增強、阻塞控制以及公平接入等。此外，第三代MSTP還具有相當強的可擴展性?？梢哉f，第三代MSTP為以太網(wǎng)業(yè)務發(fā)展提供了全面的支持。6.3.2

MSTP關鍵技術

1.虛級聯(lián)

VC的級聯(lián)概念是在ITU－T的G.7070中定義的，分為相鄰級聯(lián)和虛級聯(lián)兩種。若SDH中用來承載以太網(wǎng)業(yè)務的各個VC在SDH的幀結(jié)構(gòu)中是連續(xù)的，共用相同的通道開銷（POH），此種情況稱為相鄰級聯(lián)，有時也直接簡稱為級聯(lián)。若SDH中用來承載以太網(wǎng)業(yè)務的各個VC在SDH的幀結(jié)構(gòu)中是獨立的，其位置可以靈活處理，此種情況稱為虛級聯(lián)。換句話說，相鄰級聯(lián)是在同一個STM－N中，利用相鄰的C－4級聯(lián)成為VC－4－Xc，成為一個整體結(jié)構(gòu)進行傳輸?shù)?。而虛級?lián)是將分布在同一STM－N中的不相鄰VC－4或分布在不同STM－N中的VC－4（可同一路由，也可不同路由）按級聯(lián)的方法，構(gòu)成一個虛擬的大結(jié)構(gòu)VC－4－Xv（虛級聯(lián)還支持VC－3/12級別）。從原理上講，可以將級聯(lián)和虛級聯(lián)看成是把多個小的容器組合為一個比較大的容器來傳送數(shù)據(jù)業(yè)務的技術。通過級聯(lián)和虛級聯(lián)技術，可以實現(xiàn)對以太網(wǎng)帶寬和SDH虛通道之間的速率適配。尤其是虛級聯(lián)技術，可以將從VC－4到VC－12等不同速率的小容器進行組合利用，能夠做到非常小顆粒的帶寬調(diào)節(jié)，相應級聯(lián)后的最大帶寬也能在很小的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。表6－1給出了采用虛級聯(lián)技術前后SDH傳送帶寬利用率的比較。表6－1采用虛級聯(lián)前后SDH帶寬利用率比較虛級聯(lián)技術的特點就是實現(xiàn)了使用SDH經(jīng)濟有效地提供合適大小的信道給數(shù)據(jù)業(yè)務，避免了帶寬的浪費，這也是虛級聯(lián)技術最大的優(yōu)勢。虛級聯(lián)的實現(xiàn)較相鄰級聯(lián)靈活，而且只需要源節(jié)點和終端節(jié)點支持即可，不需要鏈路中間所有節(jié)點都支持此功能。

需要指出的是，虛級聯(lián)需要對時延進行考慮。參與虛級聯(lián)的虛容器邏輯上可組成虛級聯(lián)組VCG，每個成員虛容器都有自己的通道開銷，可以在網(wǎng)絡中獨立傳輸，因此可能導致成員虛容器到達接收端時延不一致。為準確提取發(fā)送端原始客戶信號，接收端需要對虛級聯(lián)信號進行對齊處理。由于虛級聯(lián)的成員可以經(jīng)由不同的通道傳送，因此需要仔細處理虛級聯(lián)組中成員虛容器的時延。

2.鏈路容量調(diào)整機制

鏈路容量調(diào)整機制LCAS是在ITU－T的G.7042中定義的一種可以在不中斷數(shù)據(jù)流的情況下動態(tài)調(diào)整虛級聯(lián)個數(shù)的功能，它所提供的是平滑地改變傳送網(wǎng)中虛級聯(lián)信號帶寬以自動適應業(yè)務帶寬需求的方法。

LCAS是一個雙向的協(xié)議，它通過實時地在收發(fā)節(jié)點之間交換表示狀態(tài)的控制包來動態(tài)調(diào)整業(yè)務帶寬?？刂瓢鼙硎镜臓顟B(tài)有固定、增加、正常、EOS（表示這個VC是虛級聯(lián)信道的最后一個VC）、空閑和不可用六種。

LCAS可以將有效負荷自動映射到可用的VC上，從而實現(xiàn)帶寬的連續(xù)調(diào)整，不僅提高了帶寬的指配速度，對業(yè)務無損傷，而且當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可以動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)帶寬，無須人工介入，在保證服務質(zhì)量的前提下顯著提高了網(wǎng)絡利用率。一般情況下，系統(tǒng)可以實現(xiàn)在通過網(wǎng)管增加或者刪除虛級聯(lián)組中成員時，保證“不丟包”；即使是由于“斷纖”或者“告警”等原因產(chǎn)生虛級聯(lián)組成員刪除時，也能夠保證只有少量丟包。

LCAS具體實現(xiàn)利用K4（H4）字節(jié)，虛級聯(lián)所使用的控制字段的含義如表6－2所示。表6－2

LCAS使用字節(jié)內(nèi)容

3.通用成幀規(guī)程

GFP是在ITU－T的G.7041中定義的一種鏈路層標準。它既可以在字節(jié)同步的鏈路中傳送可變長數(shù)據(jù)包，又可以傳送固定長度的數(shù)據(jù)塊，是一種簡單而又靈活的數(shù)據(jù)適配方法。

GFP采用了與ATM技術相似的幀定界方式，可以透明地封裝各種數(shù)據(jù)信號，利于多廠商設備互聯(lián)互通。GFP還引進了多服務等級的概念，實現(xiàn)了用戶數(shù)據(jù)的統(tǒng)計復用和QoS功能。

GFP采用不同的業(yè)務數(shù)據(jù)封裝方法對不同的業(yè)務數(shù)據(jù)進行封裝，包括GFP－F和GFP－T兩種方式。GFP－F封裝方式適用于分組數(shù)據(jù)，把整個分組數(shù)據(jù)（PPP、IP、RPR、以太網(wǎng)等）封裝到GFP負荷信息區(qū)中，對封裝數(shù)據(jù)不做任何改動，并根據(jù)需要來決定是否添加負荷區(qū)檢測域。GFP－T封裝方式則適用于采用8B/10B編碼的塊數(shù)據(jù)，從接收的數(shù)據(jù)塊中提取出單個的字符，然后把它映射到固定長度的GFP幀中。

從應用的角度講，GFP幀可以分為客戶幀和控制幀，而客戶幀又可以分為客戶數(shù)據(jù)幀和客戶管理幀?？蛻魯?shù)據(jù)幀用來傳送客戶數(shù)據(jù)，而客戶管理幀用來傳送與GFP連接或客戶數(shù)據(jù)管理有關的信息。控制幀有兩種：IDLE幀和OA&M幀，其中IDLE幀用于空閑插入。從結(jié)構(gòu)的角度看，GFP幀可以分為公共部分和與業(yè)務數(shù)據(jù)相關的部分。其中，公共部分是所有GFP幀都包含的，負責PDU定界、數(shù)據(jù)鏈路同步、擾碼、PDU復用、業(yè)務獨立性的性能監(jiān)控等功能；GFP幀中與業(yè)務數(shù)據(jù)相關的部分負責業(yè)務數(shù)據(jù)的裝載、與業(yè)務相關的性能監(jiān)控與維護等功能。GFP的幀結(jié)構(gòu)如圖6－4所示。圖6－4

GFP幀結(jié)構(gòu)

具體而言，GFP的幀格式包括核心頭和負荷區(qū)。

GFP核心頭支持特定GFP（不是特定客戶端）數(shù)據(jù)鏈路管理功能。GFP核心頭長4字節(jié)，由兩部分組成：負荷長度指示部分（PLI）2個字節(jié)，指示GFP負荷區(qū)的字節(jié)大小。它作為現(xiàn)有GFP核心頭最后字節(jié)的偏移量，指示了比特流中下一個即將到來的GFP幀的起始位置。PLI值的范圍為0～3，為GFP內(nèi)部處理而存儲并被作為GFP的控制幀。其他的幀則被作為GFP的客戶端幀。

GFP負荷區(qū)覆蓋了GFP幀中緊隨GFP核心頭區(qū)后面的所有字節(jié)。這個可變長區(qū)包括0～65535個字節(jié)不等。它用來支持GFP特定的客戶端方面，如客戶端PDUs（開放互連系統(tǒng)的OSI參考模型2層）、鏈路層編碼（1層）、GFP客戶端管理信息。從結(jié)構(gòu)上來講，負荷區(qū)又包括兩個通用部分，即負荷頭和負荷信息域，再加上一個可選擇部分負荷FCS域，則可用來保護負荷信息域的完整。

GFP也支持靈活的（負荷）頭擴展機制，使GFP在不同傳送機制的過程中更易適用。這個負荷擴展頭是0~60字節(jié)的擴展域（包括HEC域的擴展頭eHEC）。它支持特定技術的數(shù)據(jù)鏈路頭，如虛擬鏈路標識符、源/目的地址、端口數(shù)、服務類型、eHEC等等。擴展頭類型由負荷頭域的類型域中EXI比特內(nèi)容指示。3個擴展頭變量包括：空、線形和環(huán)狀，現(xiàn)在被定義來支持在邏輯環(huán)或邏輯域點到點（線性）結(jié)構(gòu)上的特定客戶端數(shù)據(jù)。

負荷幀檢驗序列（FCS）是一種可選的4個8位字節(jié)長的幀校驗序列。它包括一個CRC－32校驗序列，用來保護GFP負荷信息域的內(nèi)容。通過使用CRC－32生成多項式產(chǎn)生負荷FCS。

GFP提供了一種靈活的幀封裝機制來支持固定或變長幀結(jié)構(gòu)。與HDLC類幀格式相反的是，GFP不依賴字節(jié)填充機制來描述協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDUs），而是使用一系列基于HEC的字描述技術。為了容納變長的PDUs，GFP幀頭提供了明確的負荷長度指示符。因此，GFPPDU尺寸能被固定到一個連續(xù)的業(yè)務流值（提供了一個類TDM的信道），或在幀到幀過程中被改變（允許已封裝PDUs可簡單擴展）。明確的幀尺寸指示符也限定了幀邊界搜索過程的持續(xù)時間，這一點是數(shù)據(jù)鏈路同步化的關鍵所在。這種客戶端支持滿負荷后各種長度的用戶PDU，因此避免了段/重組功能，或給幀加上填充字節(jié)來填滿未用的負荷空間。GFP還能將GFP和用戶數(shù)據(jù)適配過程間的差錯控制隔離。差錯控制隔離允許將退還的已破壞負荷傳遞到計劃中要傳的接收者。這在傳送音頻和視頻流的時候是一種簡便的特征，因為很有可能這時已破壞的信息完全是空信息。

6.4彈性分組環(huán)RPR

6.4.1彈性分組環(huán)原理

IEEE在2000年11月正式成立了IEEE802.17彈性分組數(shù)據(jù)環(huán)工作組（RPRWG），希望開發(fā)一個RPRMAC標準，以優(yōu)化在LAN、MAN和WAN拓撲環(huán)上數(shù)據(jù)包的傳輸。RPR利用了空間重用協(xié)議和公平算法等，可以組成環(huán)網(wǎng)拓撲實現(xiàn)快速的保護和恢復。它還能夠共享帶寬并提高帶寬利用率，是適合傳送IP業(yè)務的一種較好的解決方案。

RPR作為一種新型的IP環(huán)網(wǎng)傳輸技術，它主要用于優(yōu)化分組在光網(wǎng)絡上傳輸。RPR技術結(jié)合了IP的帶寬使用效率高、多業(yè)務接入和光纖網(wǎng)絡的帶寬大，同時具有良好的自愈能力，使得RPR技術具有低成本、多功能的特點。RPR技術包括空間重用協(xié)議和智能保護倒換技術等。它主要實現(xiàn)了如下的功能：空間重用帶寬、本地重用帶寬、最小的協(xié)議開銷、支持優(yōu)先級業(yè)務、可由大量的節(jié)點或站點組成一個環(huán)網(wǎng)以及即插即用的特性；RPR不需要基于軟件的SMT（StationManagementTransfer）協(xié)議或主站點協(xié)議（這在其他基于環(huán)網(wǎng)的協(xié)議中是需要的），支持全網(wǎng)節(jié)點之間的公平；支持基于環(huán)網(wǎng)的冗余保護（例如誤碼監(jiān)測，RingWrap)，與SONETBLSR定義相似的保護倒換；獨立于物理媒質(zhì)層。

RPR的目標包括：

（1）雙向環(huán)，支持全雙工、空間復用與多播，具有防止分組死循環(huán)的機制和即插即用的功能；

（2）媒質(zhì)獨立的MAC層，支持1～10Gb/s的速率；

（3）高效率的分組格式將802.3的以太網(wǎng)幀格式映射到802.17幀格式中；

（4）定義MAC層的幀格式到物理層幀格式的映射過程，包括類似以太網(wǎng)幀格式和SDH/SONET格式；

（5）定義50ms環(huán)保護恢復機制；

（6）支持L2/L3交換；

（7）支持ClassofService業(yè)務分級。圖6－5

RPR基本組成示例

1.RPR幀格式

RPR幀格式如圖6－6所示。除了環(huán)控制字節(jié)體現(xiàn)RPR特色外，其余字段與以太網(wǎng)幀格式很類似。通常情況下，RPR幀的最大傳送長度(MTU)為1616字節(jié)，超長幀的MTU為9216字節(jié)。圖6－6

RPR幀格式在環(huán)控制字節(jié)中，包括了眾多的控制內(nèi)容，如選環(huán)信息、公平帶寬分配選項、幀類型、業(yè)務級別、故障切換方式、廣播標識等等，提供了主動的性能監(jiān)測、故障監(jiān)測等各種功能，充分保證了環(huán)操作的豐富、靈活和高效，滿足運營網(wǎng)絡對環(huán)網(wǎng)技術的高標準要求。

2.RPRMAC機制

對于RPR節(jié)點來說，MAC實體是最為關鍵的部分。MAC實體一方面需要與上層進行數(shù)據(jù)和控制的交換，同時也要很好地與各種物理接口配合協(xié)同工作，毫無疑問，需要一個靈活高效的分層模型。

圖6－7是MAC分層參考模型。從總體上看，它分為業(yè)務層、MAC層和物理層三個層面，業(yè)務層與MAC層之間是MAC業(yè)務接口，MAC層與物理層之間是物理業(yè)務接口。此外，這三個層面都有管理接口與MAC管理層進行配合。圖6－7

RPRMAC分層參考模型

MAC實體中包含一個MAC控制子層和兩個MAC數(shù)據(jù)通道子層。兩個MAC數(shù)據(jù)通道分別負責1環(huán)和0環(huán)的數(shù)據(jù)交換。MAC控制實體從這兩個數(shù)據(jù)通道中收發(fā)數(shù)據(jù)幀，并且通過MAC業(yè)務接口與MAC客戶端之間進行控制和數(shù)據(jù)的交互。該結(jié)構(gòu)如圖6－8所示。圖6－8

RPRMAC實體交互過程示例6.4.2

RPR的技術特點

作為城域光網(wǎng)絡建設最佳解決方案的內(nèi)嵌RPR的第三代MSTP，最突出的優(yōu)勢就是在擁有GFP和LCAS協(xié)議的基礎上，通過內(nèi)嵌RPR技術，借助于RPR新功能來進一步提高城域光網(wǎng)絡的帶寬利用率和對IP業(yè)務的QoS支持能力，并且集ADM光纖環(huán)網(wǎng)的可靠性、千兆比特以太網(wǎng)技術的高效性以及IP技術的智能性于一體。以下具體地對內(nèi)嵌RPR技術的第三代MSTP所擁有的這些關鍵技術進行分析。

(1)采用RPR技術，在以太網(wǎng)和SDH層之間引入了中間的智能適配層(1.5層)，并采用GFP高速封裝協(xié)議將以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務要求適配、映射到SDH通道上。GFP可以在字節(jié)同步的鏈路中傳送長度可變的數(shù)據(jù)包，又可以傳送固定長度的數(shù)據(jù)塊，是一種先進的、簡單的、靈活的數(shù)據(jù)信號適配和映射技術。

(2)支持虛級聯(lián)和鏈路容量自動調(diào)整(LCAS)機制，因此非常適用于帶寬不斷發(fā)生變化的業(yè)務需求，可大大提高帶寬的利用率。

LCAS機制提供了對鏈路帶寬靈活和動態(tài)的無損傷調(diào)整，通過調(diào)節(jié)不同路徑上的數(shù)據(jù)流容量來滿足對數(shù)據(jù)業(yè)務的不同質(zhì)量(QoS)和服務等級的要求。當用戶帶寬發(fā)生變化時，可以通過調(diào)整虛級聯(lián)組VC－n的數(shù)量實現(xiàn)平滑增減。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可以動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)帶寬，且不會對用戶的正常業(yè)務產(chǎn)生中斷。因此，LCAS機制提供的這種容錯機制，增強了虛級聯(lián)的健壯性，且在保證服務質(zhì)量的前提下明顯提高了網(wǎng)絡利用率。

(3)采用多等級的接入控制，為保證多業(yè)務的QoS創(chuàng)造了條件。RPR可以結(jié)合MPLS協(xié)議，在進行節(jié)點的業(yè)務接入控制時根據(jù)IEEE802.1p，利用幀結(jié)構(gòu)中的MPLS標簽的CoS字節(jié)標識，提供4種優(yōu)先等級劃分：快速傳送業(yè)務(具有嚴格的時延、抖動、保護、時鐘同步，如實時性E1語音業(yè)務和圖像業(yè)務)、保障傳輸業(yè)務1(對時延和抖動無特殊要求，但有帶寬承諾，無突發(fā)的圖像、數(shù)據(jù)業(yè)務)、保障傳輸業(yè)務2(有帶寬承諾，屬突發(fā)型數(shù)據(jù)業(yè)務，采用盡力傳送機制)、盡力傳送業(yè)務。這種技術如果得到大范圍應用，就為確保城域光網(wǎng)絡中多業(yè)務傳輸?shù)腝oS服務創(chuàng)造了條件。

(4)采用空間重用協(xié)議SRP，確保節(jié)點間的各業(yè)務流互不影響。RPR環(huán)采用了空間重用協(xié)議SRP(SpatialReuseProtocol)，即在數(shù)據(jù)包環(huán)上提供了尋址、讀取數(shù)據(jù)包、帶寬控制和控制信息傳播的基本功能來保證在空間上沒有重復的業(yè)務流，各業(yè)務流可以互不影響地按照各自的線路帶寬在源節(jié)點和目標節(jié)點之間傳輸。這樣，多個節(jié)點可以同時收發(fā)分組，并且數(shù)據(jù)包在目的節(jié)點被接收并從環(huán)路剝離，因而提高了整個RPR環(huán)帶寬的利用率，特別在環(huán)上節(jié)點數(shù)較多的情況下，帶寬的利用率改善尤為明顯。同時，由于RPR采用兩個反向旋轉(zhuǎn)的環(huán)(內(nèi)環(huán)和外環(huán))來傳輸業(yè)務，因此無須預留保護帶寬，RPR光纖帶寬使用率相對SDH提高了一倍，從而最大限度地利用了光纖的傳輸帶寬。

(5)依靠公平算法實現(xiàn)合理的帶寬動態(tài)分配機制。RPR不像SDH那樣分配固定時隙，而是以1Mb/s的粒度來公平地、動態(tài)地為每個節(jié)點分配帶寬。RPR環(huán)上的每個節(jié)點都使用一種分布式的公平算法(SRP－fa)來保證全網(wǎng)帶寬的合理利用，即在接入側(cè)、鏈路側(cè)均能保證公平。公平算法是依靠相鄰站點之間的及時通信來實現(xiàn)的，各站點自身會產(chǎn)生一個“公平速率參數(shù)”，接著和上游站點傳來的參數(shù)比較，進行調(diào)整后再發(fā)往相鄰的下游節(jié)點，這樣經(jīng)過逐站傳遞和調(diào)整，最終使得全網(wǎng)的帶寬分配達到一個公平的“穩(wěn)態(tài)”。盡管大量的突發(fā)業(yè)務會破壞這樣一個穩(wěn)態(tài)，然而，在一定的“公平響應時間”之后，又會重新達到另一個“穩(wěn)態(tài)”。公平算法確保了各節(jié)點入環(huán)的同一優(yōu)先級業(yè)務在存在競爭的情況下可以公平地共享環(huán)路帶寬，保證每個節(jié)點都獲得自己應得的帶寬份額。

(6)采用自動拓撲識別技術，增加環(huán)路的自愈能力。所謂自動拓撲識別技術，就是指每個節(jié)點都知道在環(huán)的兩個方向上的線路質(zhì)量情況，從而迅速正確地決定應該在哪個方向(外環(huán)或內(nèi)環(huán))上傳輸或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)所采取的一種拓撲狀態(tài)識別技術。在拓撲初始化階段，每個節(jié)點都會發(fā)出拓撲查詢消息，沿環(huán)路傳送，其他節(jié)點會加入自己的屬性。當源節(jié)點收到自己發(fā)出的拓撲查詢消息時，便可了解到環(huán)路拓撲信息。當環(huán)路增加節(jié)點、減少節(jié)點、光纖中斷、節(jié)點失效等事件發(fā)生時，與此相關的節(jié)點都會被觸發(fā)，發(fā)出拓撲更新信息，最終使得RPR環(huán)上每個節(jié)點都詳細地掌握著整個環(huán)的拓撲圖及每條鏈路的狀態(tài)。因此，拓撲自動識別技術增加了環(huán)路的自愈能力，并且減少了人工配置所帶來的人為錯誤，從而讓RPR工作在一種“可見”的狀態(tài)中，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎唾|(zhì)量，這也是RPR保障QoS的基礎。

(7)吸收了ADM自愈環(huán)的保護策略，可實現(xiàn)基于不同等級業(yè)務的自動保護倒換機制。RPR環(huán)上的每個節(jié)點可以迅速地根據(jù)新拓撲結(jié)構(gòu)和線路質(zhì)量狀態(tài)進行數(shù)據(jù)傳送的重新路由選擇，類似于ADM環(huán)的保護機制。RPR環(huán)采取了源路由方式(steering)和折回方式(wrap)兩種保護方式，默認方式為源路由方式。兩種保護的倒換時間都小于50ms。當采用源路由方式時，光纖故障點兩端的節(jié)點會發(fā)出拓撲更新信息，環(huán)上各節(jié)點收到該信息后，就會將各個業(yè)務的源節(jié)點按照拓撲更新信息倒換業(yè)務，且一條光纖上的業(yè)務保護倒換對另一條光纖上的業(yè)務沒有任何影響，因此從全局上使得整個網(wǎng)絡的彈性恢復能力得到極大提高。再由于RPR環(huán)具備針對不同等級業(yè)務的自動保護倒換機制，從而使RPR可以實現(xiàn)多等級可靠的QoS服務。圖6－9給出了RPR兩種保護的例子。圖6－9

RPR保護方案示例

①圖6－9（a）是故障前的正常數(shù)據(jù)流，A節(jié)點到D節(jié)點，走0環(huán)，路徑為A－B－C－D；②圖6－9（b）為故障后繞回保護方式，故障發(fā)生后，在故障鏈路兩端的節(jié)點上通過光路環(huán)回，數(shù)據(jù)路徑也在此環(huán)回，總的路徑為A－B－A－F－E－D－C－D；③圖6－9（c）為故障后源路由保護方式，從A節(jié)點到D節(jié)點的數(shù)據(jù)流量改折回道，走另外一個環(huán)(這里是1環(huán))到達目的節(jié)點，路徑為A－F－E－D。

繞回方式的優(yōu)點是故障切換的恢復時間非常短(在50ms以內(nèi))，只可能丟失極少量的報文，不會造成業(yè)務中斷的情況，缺點是占用帶寬較多。

折回方式避免了帶寬的浪費，但是由于需要重新收斂，恢復時間較長，可能會造成一些業(yè)務的中斷。6.4.3彈性分組環(huán)在MSTP中的應用

RPR的優(yōu)勢在于吸收了SDH的環(huán)網(wǎng)保護思想，又保留了Ethernet分組處理的能力，實現(xiàn)了面向分組業(yè)務的環(huán)網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)絡帶寬資源可控，從而具備了環(huán)網(wǎng)內(nèi)滿足各種業(yè)務不同QoS需求的業(yè)務傳送能力。早期SDH只具備單ADM(Add/DropMultiplexer)組網(wǎng)能力，在業(yè)