謝天白 張勇 于昆 大慶油田通信公司 163000

三代多業(yè)務(wù)傳輸平臺技術(shù)簡析

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多業(yè)務(wù)傳輸平臺（MSTP，Multiple Service Transmit Platform）是指可同時實現(xiàn)TDM，ATM，以太網(wǎng)等多種業(yè)務(wù)的接入，處理和傳送，并提供統(tǒng)一網(wǎng)管的平臺。MSTP技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)歷三代，技術(shù)日臻完善。MSTP作為未來傳輸承載網(wǎng)的核心技術(shù)之一，將為通信網(wǎng)絡(luò)的演進和發(fā)展做出更大貢獻。

多業(yè)務(wù)傳輸平臺（MSTP）；多協(xié)議標記交換技術(shù)（MPLS）；數(shù)字同步系列（SDH）；生成樹/快速生成樹協(xié)議(STP/RSTP)

一，新一代MSTP技術(shù)的產(chǎn)生背景

多業(yè)務(wù)傳送平臺（M S T P）是指基于SDH、同時實現(xiàn)TDM、ATM、IP等業(yè)務(wù)接入、處理和傳送，提供統(tǒng)一網(wǎng)管的多業(yè)務(wù)傳送平臺。作為傳送網(wǎng)解決方案，MSTP伴隨著電信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和技術(shù)進步，經(jīng)歷了從支持以太網(wǎng)透傳的第一代M S T P到支持二層交換的第二代MSTP再到當前支持以太網(wǎng)業(yè)務(wù)QoS的新一代（第三代）M S T P的發(fā)展歷程。

第一代MSTP。第一代MSTP以支持以太網(wǎng)透傳為主要特征。以太網(wǎng)透傳功能是指將來自以太網(wǎng)接口的信號不經(jīng)過二層交換，直接映射到SDH的虛容器(VC)中，然后通過SDH設(shè)備進行點到點傳送。第一代MSTP保證以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的透明性，包括以太網(wǎng)MAC幀，VLAN標記等的透明傳送。以太網(wǎng)透傳業(yè)務(wù)保護直接利用SDH提供的物理層保護。第一代MSTP的缺點在于:不提供以太網(wǎng)業(yè)務(wù)層保護；支持的業(yè)務(wù)帶寬粒度受限于SDH的虛容器，最小為2Mbps；不提供不同以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的QoS區(qū)分；不提供流量控制；不提供多個業(yè)務(wù)流的統(tǒng)計復(fù)用和帶寬共享；不提供業(yè)務(wù)層(M A C層)上的多用戶隔離。第一代MSTP在支持數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時的不適應(yīng)性導(dǎo)致了第二代MSTP解決方案的產(chǎn)生。

第二代MSTP。第二代MSTP以支持二層交換為主要特點。MSTP以太網(wǎng)二層交換功能是指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。第二代MSTP保證以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的透明性，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的封裝采用GFP/LAPS或PPP協(xié)議；傳輸鏈路帶寬可配置，數(shù)據(jù)幀的映射采用VC通道的相鄰級聯(lián)/虛級聯(lián)或ML-PPP協(xié)議來保證數(shù)據(jù)幀在傳輸過程中的完整性；實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)/過濾以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的功能；提供自學(xué)習(xí)和靜態(tài)配置兩種可選方式維護MAC地址表；支持IEEE802.1d生成樹協(xié)議STP；支持流量控制，包括半雙工模式下背壓機制和全雙工模式下802.3x Pause幀機制。

第二代MSTP相對于第一代MSTP的優(yōu)勢主要在多用戶/業(yè)務(wù)的帶寬共享和隔離方面，包括:提供基于802.3x的流量控制；提供業(yè)務(wù)層上的多用戶隔離和VLAN劃分；提供基于STP/RSTP等的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)層保護倒換；一些還提供基于802.1p的優(yōu)先級轉(zhuǎn)發(fā)。但是，第二代MSTP的缺點也是明顯的，包括:不提供QoS支持；基于STP/RSTP的業(yè)務(wù)層保護倒換時間太慢；所提供的業(yè)務(wù)帶寬粒度受限于VC，一般最小為2Mbps；VLAN的4096地址空間使其在核心節(jié)點的擴展能力很受限制，不適合大型城域公網(wǎng)應(yīng)用；節(jié)點處在環(huán)上不同位置時，其業(yè)務(wù)的接入是不公平的；MAC地址的學(xué)習(xí)/維護以及MAC地址表影響系統(tǒng)性能；基于802.3x的流量控制只是針對點到點鏈路，不能提供端到端的流量控制；多用戶/業(yè)務(wù)的帶寬共享是對本地接口而言，還不能對整個環(huán)業(yè)務(wù)進行共享。

第三代MSTP技術(shù)的誕生。第三代MSTP技術(shù)以支持以太網(wǎng)業(yè)務(wù)QoS為特色。它的誕生主要源于克服現(xiàn)有MSTP技術(shù)所存在的缺陷。從現(xiàn)有MSTP技術(shù)對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的支持上看，不能提供良好QoS支持的一個主要原因是現(xiàn)有的以太網(wǎng)技術(shù)是無連接的，尚沒有足夠QoS處理能力，為了能夠?qū)⒄嬲齉oS引入以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，需要在以太網(wǎng)和SDH/SONET間引入一個中間的智能適配層來處理以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的QoS要求。由此，以多協(xié)議標記交換（MPLS）為技術(shù)特點的新一代MSTP技術(shù)——第三代MSTP技術(shù)應(yīng)運而生。

二、第三代MSTP技術(shù)——MPLS

多協(xié)議標記交換（M P L S）是一種可在多種第二層媒質(zhì)上進行標記交換的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它吸取了ATM高速交換的優(yōu)點，把面向連接引入控制，是個介于2～3層的2.5層協(xié)議。它結(jié)合了第二層交換和第三層路由的特點，將第二層的基礎(chǔ)設(shè)施和第三層的路由有機地結(jié)合起來。第三層的路由在網(wǎng)絡(luò)的邊緣實施，而在MPLS的網(wǎng)絡(luò)核心采用第二層交換。

1.基本原理

在基于MPLS的第三代MSTP網(wǎng)絡(luò)中，當IP 數(shù)據(jù)包進入網(wǎng)絡(luò)時，由網(wǎng)絡(luò)標記邊緣路由器LER 對IP包頭的信息進行分析，并且按它的目的地址和業(yè)務(wù)等級加以區(qū)分，通過轉(zhuǎn)發(fā)等價類FEC將輸入的數(shù)據(jù)流映射到一條LSP上，如此，F(xiàn)EC定義了一組沿著同一條路徑、有相同處理過程的數(shù)據(jù)包。IP數(shù)據(jù)包分配到一個FEC后，LER就根據(jù)標記信息庫LIB為其生成一個標記。通常，MPLS標記由32位組成，其中:20比特確定標記值、3比特的試驗域EXP、1比特的棧底標志S和8比特的生存時間TTL，如圖1所示。

標記信息庫將每一個FEC都映射到L S P下一跳的標記上。轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時，LER檢查標記信息庫中的FEC，然后將數(shù)據(jù)包用LSP的標記封裝，從標記信息庫所規(guī)定的下一個接口發(fā)送出去。當一個帶有標記的包到達核心標記交換路由器LSR時，LSR提取入局標記，同時以它作為索引在標記信息庫中查找。當LSR找到相關(guān)信息后，取出出局的標記，并由出局標記代替入局標簽，從標記信息庫中所描述的下一跳接口送出數(shù)據(jù)包。當IP數(shù)據(jù)包到達MPLS域的另一端、并要退出MPLS網(wǎng)絡(luò)時，位于此處的LER再剝?nèi)?shù)據(jù)包的封裝標記，并繼續(xù)按照IP數(shù)據(jù)包的路由方式到達目的地。圖2是MPLS的標記分組轉(zhuǎn)發(fā)示意圖。

2.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

基于MPLS的第三代MSTP網(wǎng)絡(luò)分為兩層:邊緣層和核心層，如圖3所示。其中，邊緣層完成IP數(shù)據(jù)包的分類、過濾、安全和轉(zhuǎn)發(fā)功能，同時將IP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為采用標記標識的流連接，提供服務(wù)質(zhì)量、流量控制、虛擬專網(wǎng)、組播等功能，針對不同的流連接，MPLS邊緣節(jié)點采用標記分配協(xié)議LDP進行標記分配/綁定，LDP具有標記指定、分配和撤消的功能，它在MPLS網(wǎng)內(nèi)分布和傳遞。而在MPLS的核心層同樣需要LDP，但它只提供高速的標記交換，面向連接的服務(wù)質(zhì)量、流量工程、組播控制等功能。這里尤其值得注意的是，MPLS網(wǎng)絡(luò)采用了許多ATM的思想，如ATM 的服務(wù)質(zhì)量分類和控制機制等。如果采用ATM作為MPLS的連接基礎(chǔ)，那么MPLS實際上可以繼承ATM的諸多好處。

3.技術(shù)特點

MPLS技術(shù)結(jié)合了第二層交換和第三層路由的特點，將第二層的基礎(chǔ)設(shè)施和第三層的路由有機地結(jié)合起來；第三層路由在網(wǎng)絡(luò)的邊緣實施，而第二層交換則由MPLS網(wǎng)絡(luò)的核心完成。這使得基于MPLS的第三代MSTP網(wǎng)絡(luò)具有以下技術(shù)特點:

1) 網(wǎng)絡(luò)中的分組轉(zhuǎn)發(fā)基于定長標簽，簡化了轉(zhuǎn)發(fā)機制，使得轉(zhuǎn)發(fā)路由器容量很容易擴展到大比特級；

2) 充分利用原有IP路由，并加以改進，保證了MPLS網(wǎng)絡(luò)路由具有靈活性；

3) 利用ATM的高效傳輸交換方式，同時拋棄了復(fù)雜的ATM信令，無縫地將IP技術(shù)優(yōu)點融合到ATM的高效硬件轉(zhuǎn)發(fā)中；

4) 數(shù)據(jù)傳輸和路由計算分開，是一種面向連接的傳輸技術(shù)，能夠提供有效的QoS保證；

5) 不但支持多種網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)，而且是一種與鏈路層無關(guān)的技術(shù)，它同時支持X.25、幀中繼、ATM、PPP、SDH、DWDM……，保證了多種網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，使得各種不同的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)統(tǒng)一在同一個MPLS平臺上；

6) 支持大規(guī)模層次化的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，具有良好的網(wǎng)絡(luò)擴展性；

7) 標簽合并機制支持不同數(shù)據(jù)流的合并傳輸；

8) 支持流量工程、CoS、QoS和大規(guī)模的虛擬專用網(wǎng)；

MPLS是一種交換和路由的綜合體，它將網(wǎng)絡(luò)層路由和鏈路層交換融合在一起。現(xiàn)在，業(yè)界的幾乎所有主要廠商和技術(shù)專家都參與了MPLS技術(shù)標準的制定，以便將目前的IP交換技術(shù)和ATM技術(shù)的優(yōu)勢充分體現(xiàn)在MPLS之中。

三、基于MPLS的第三代MSTP技術(shù)應(yīng)用

MPLS是處于第二層和第三層之間的一種技術(shù)，它緊密地將第二層和第三層結(jié)合在一起，充分發(fā)揮了第二層的交換、流量管理上的優(yōu)勢；同時，它還兼有第三層路由、尋徑的靈活性。因此，目前基于MPLS的第三代MSTP技術(shù)應(yīng)用主要圍繞這兩個特點來實現(xiàn)。即:一種是用MPLS來實現(xiàn)基于IP的虛擬專用網(wǎng)（V P N），另一種是用M P L S來作流量設(shè)計（T E）。

1.MPLS虛擬專用網(wǎng)

目前，MPLS VPN是一項最熱門的MPLS技術(shù)應(yīng)用。它可分為二層（L2）MPLS VPN和三層（L3）MPLS VPN兩類。當前，利用MPLS技術(shù)實現(xiàn)VPN的方案有多種，但比較成熟、獲得最多廠商支持的是Martini方案。

基于MPLS的L2 VPN Martini解決方案定義了二層的封裝方案和二層傳輸?shù)男帕罘桨浮？芍С值亩蛹夹g(shù)主要有:幀中繼、ATM透明信元模式、以太網(wǎng)、以太網(wǎng)VLAN、HDLC、PPP、SDH鏈路仿真服務(wù)等。Martini方案引入VC（虛連接）標記的概念，V C標記通過MPLS標記棧的方式在由MPLS LSP構(gòu)建的隧道中進行復(fù)用。隧道LSP的建立方式有多種，可使用LDP方式或者RSVP/ CR-LDP等信令協(xié)議。

MPLS VPN適用于實現(xiàn)對于服務(wù)質(zhì)量、服務(wù)等級劃分以及網(wǎng)絡(luò)資源利用率、網(wǎng)絡(luò)可靠性有較高要求的VPN業(yè)務(wù)。目前，無論是在電信運營商和設(shè)備制造商中都是一個熱點。

2.MPLS流量工程

MPLS流量工程TE是指為了平衡網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的流量，根據(jù)數(shù)據(jù)流量進行路徑選擇的過程，主要用于提高網(wǎng)絡(luò)運作效率與可靠性，并優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源利用和流量性能。在MPLS上實現(xiàn)流量工程，要考慮三個基本步驟:首先是如何將用戶的數(shù)據(jù)包映射到FEC上；其次是如何將FEC映射到流量中繼上；最后是如何將流量中繼通過LSP映射到網(wǎng)絡(luò)的實際拓撲上。MPLS TE通過將流量倒入指定的路徑來實現(xiàn)其功能，其主要包括:流量統(tǒng)計分析、流量優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)保護和提供服務(wù)質(zhì)量等。目前，很多運營商正開展這方面的試驗。

四、總結(jié)

第三代M S T P在全面克服前兩代MSTP系統(tǒng)缺點的基礎(chǔ)上，在傳統(tǒng)以太網(wǎng)和SDH間引入中間智能適配層，使用最先進的二層MPLS交換技術(shù)和分組環(huán)等技術(shù)，支持業(yè)務(wù)端到端的QoS、VLAN地址重用與擴展等，使實現(xiàn)電信級城域網(wǎng)成為可能。第三代MSTP設(shè)備將幫助運營商率先為客戶提供高質(zhì)量的多業(yè)務(wù)傳輸平臺，為運營商搶占城域網(wǎng)業(yè)務(wù)的先機創(chuàng)造有利條件。

[1] 佟卓, 尹斯星.寬帶城域網(wǎng)與MSTP技術(shù).機械工業(yè)出版社.2007.9

[2] 曹薊光, 吳英樺.多業(yè)務(wù)傳送平臺技術(shù)與應(yīng)用.人民郵電出版社.2003.11

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10.3969/j.issn.1001-8972.2010.11.045