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MSTP原理教材
维护岗位认证教材(传输专业)
MSTP原理
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中国电信维护岗位认证教材编写小组编制
目录
第一章MSTP概述2
1.1MSTP定义2
1.2MSTP技术发展阶段2
1.3MSTP技术优势3
第二章MSTP关键技术4
2.1虚级联4
2.2通用成帧规程4
2.3链路容量调整机制4
2.4智能适配层4
第三章MSTP业务介绍6
3.1MSTP业务类型6
3.2以太网专线EPL6
3.3以太网虚拟专线EVPL7
3.4以太网专网EPLAN8
3.5以太网虚拟专网EVPLAN8
第一章MSTP概述
近年来,不断增长的IP数据、话音、图像等多种业务传送需求使得用户接入及驻地网的宽带化技术迅速普及起来,同时也促进了传输骨干网的大规模建设。
由于业务的传送环境发生了巨大变化,原先以承载话音为主要目的的城域网在容量以及接口能力上都已经无法满足业务传输与汇聚的要求。
于是,多业务传送平台(MSTP)技术应运而生。
1.1MSTP定义
基于SDH的多业务传送节点MSTP是指基于SDH平台同时实现TDM业务ATM业务以太网业务等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业务和以太网业务的接入功能;
2、具有TDM业务ATM业务和以太网业务的传送功能;
3、具有TDM业务ATM业务和以太网业务的点到点传送功能保证业务的透明传送;
4、具有ATM业务和以太网业务的带宽统计复用功能;
5、具有ATM业务和以太网业务映射到SDH虚容器的指配功能;
1.2MSTP技术发展阶段
MSTP技术的发展主要体现在对以太网业务的支持上,以太网新业务的QoS要求推动着MSTP的发展。
一般认为MSTP技术发展可以划分为三个阶段。
第一代MSTP的特点是提供以太网点到点透传。
它是将以太网信号直接映射到SDH的虚容器(VC)中进行点到点传送。
在提供以太网透传租线业务时,由于业务粒度受限于VC,一般最小为2Mbit/s因此,第一代MSTP还不能提供不同以太网业务的QoS区分、流量控制、多个以太网业务流的统计复用和带宽共享以及以太网业务层的保护等功能。
第二代MSTP的特点是支持以太网二层交换。
它是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。
相对于第一代MSTP,第二代MSTP作了许多改进,它可提供基于802.3x的流量控制、多用户隔离和VLAN划分、基于STP的以太网业务层保护以及基于802.1p的优先级转发等多项以太网方面的支持。
目前正在使用的MSTP产品大多都属于第二代MSTP技术。
但是,与以太网业务需求相比,第二代MSTP仍然存在着许多的不足,比如不能提供良好的QoS支持,业务带宽粒度仍然受限于VC,基于STP的业务层保护时间太慢,VLAN功能也不适合大型城域公网应用,还不能实现环上不同位置节点的公平接入,基于802.3x的流量控制只是针对点到点链路,等等。
第三代MSTP的特点是支持以太网QoS。
在第三代MSTP中,引入了中间的智能适配层、通用成帧规程(GFP:
GenericFramingProcedure)高速封装协议、虚级联和链路容量调整机制(LCAS)等多项全新技术。
因此,第三代MSTP可支持QoS、多点到多点的连接、用户隔离和带宽共享等功能,能够实现业务等级协定(SLA)增强、阻塞控制以及公平接入等。
此外,第三代MSTP还具有相当强的可扩展性。
可以说,第三代MSTP为以太网业务发展提供了全面的支持。
1.3MSTP技术优势
(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、155Mbit/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(CoS)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,可以实现IP路由设备10M/100M/1000MPOS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。
第二章MSTP关键技术
2.1虚级联
VC的级联概念是在ITU-TG.7070中定义的,分为相邻级联和虚级联两种。
SDH中用来承载以太网业务的各个VC在SDH的帧结构中是连续的,共用相同的通道开销(POH),此种情况称为相邻级联,有时也直接简称为级联。
SDH中用来承载以太网业务的各个VC在SDH的帧结构中是独立的,其位置可以灵活处理,此种情况称为虚级联。
从原理上讲,可以将级联和虚级联看成是把多个小的容器组合为一个比较大的容器来传输数据业务的技术。
通过级联和虚级联技术,可以实现对以太网带宽和SDH虚通道之间的速率适配。
尤其是虚级联技术,可以将从VC-4到VC-12等不同速率的小容器进行组合利用,能够做到非常小颗粒的带宽调节,相应的级联后的最大带宽也能在很小的范围内调节。
虚级联技术的特点就是实现了使用SDH经济有效地提供合适大小的信道给数据业务,避免了带宽的浪费,这也是虚级联技术最大的优势。
2.2通用成帧规程
GFP是在ITU-TG.7041中定义的一种链路层标准它既可以在字节同步的链路中传送长度可变的数据包,又可以传送固定长度的数据块,是一种简单而又灵活的数据适配方法。
GFP采用了与ATM技术相似的帧定界方式,可以透明地封装各种数据信号,利于多厂商设备互联互通;GFP引进了多服务等级的概念,实现了用户数据的统计复用和QoS功能。
GFP采用不同的业务数据封装方法对不同的业务数据进行封装,包括GFP-F和GFP-T两种方式。
GFP-F封装方式适用于分组数据,把整个分组数据(PPP、IP、RPR、以太网等)封装到GFP负荷信息区中,对封装数据不做任何改动,并根据需要来决定是否添加负荷区检测域。
GFP-T封装方式则适用于采用8B/10B编码的块数据,从接收的数据块中提取出单个的字符,然后把它映射到固定长度的GFP帧中。
2.3链路容量调整机制
LCAS是在ITU-TG.7042中定义的一种可以在不中断数据流的情况下动态调整虚级联个数的功能,它所提供的是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方法。
LCAS是一个双向的协议,它通过实时地在收发节点之间交换表示状态的控制包来动态调整业务带宽。
控制包所能表示的状态有固定、增加、正常、EOS(表示这个VC是虚级联信道的最后一个VC)、空闲和不使用六种。
LCAS可以将有效净负荷自动映射到可用的VC上,从而实现带宽的连续调整,不仅提高了带宽指配速度、对业务无损伤,而且当系统出现故障时,可以动态调整系统带宽,无须人工介入,在保证服务质量的前提下显著提高网络利用率。
一般情况下,系统可以实现在通过网管增加或者删除虚级联组中成员时,保证“不丢包”;即使是由于“断纤”或者“告警”等原因产生虚级联组成员删除时,也能够保证只有少量丢包。
2.4智能适配层
虽然在第二代MSTP中也支持以太网业务,但却不能提供良好的QoS支持,其中一个主要原因就是因为现有的以太网技术是无连接的。
为了能够在以太网业务中引入QoS,第三代MSTP在以太网和SDH/SONET之间引入了一个智能适配层,并通过该智能适配层来处理以太网业务的QoS要求。
智能适配层的实现技术主要有多协议标签交换(MPLS)和弹性分组环(RPR)两种。
(1)多协议标签交换
MPLS是1997年由思科公司提出,并由IETF制定的一种多协议标签交换标准协议,它利用2.5层交换技术将第三层技术(如IP路由等)与第二层技术(如ATM、帧中继等)有机地结合起来,从而使得在同一个网络上既能提供点到点传送,也可以提供多点传送;既能提供原来以太网尽力而为的服务,又能提供具有很高QoS要求的实时交换服务。
MPLS技术使用标签对上层数据进行统一封装,从而实现了用SDH承载不同类型的数据包。
这一过程的实质就是通过中间智能适配层的引入,将路由器边缘化,同时又将交换机置于网络中心,通过一次路由、多次交换将以太网的业务要求适配到SDH信道上,并通过采用GFP高速封装协议、虚级联和LCAS,将网络的整体性能大幅提高。
基于MPLS的第三代MSTP设备不但能够实现端到端的流量控制,而且还具有公平的接入机制与合理的带宽动态分配机制,能够提供独特的端到端业务QoS功能。
另外,通过嵌入二层MPLS技术,允许不同的用户使用同样的VLANID,从根本上解决了VLAN地址空间的限制。
再有,由于MPLS中采用标签机制,路由的计算可以基于以太网拓扑,大大减少了路由设备的数量和复杂度,从整体上优化了以太网数据在MSTP中的传输效率,达到了网络资源的最优化配置和最优化使用。
(2)弹性分组环
RPR是IEEE定义的如何在环形拓扑结构上优化数据交换的MAC层协议,RPR可以承载以太网业务、IP/MPLS业务、视频和专线业务,其目的在于更好地处理环形拓扑上数据流的问题。
RPR环由两根光纤组成,在进行环路上的分组处理时,对于每一个节点,如果数据流的目的地不是本节点的话,就简单地将该数据流前传,这就大大地提高了系统的处理性能。
通过执行公平算法,使得环上的每个节点都可以公平地享用每一段带宽,大大提高了环路带宽利用率,并且一条光纤上的业务保护倒换对另一条光纤上的业务没有任何影响。
RPR是一种专门为环形拓扑结构构造的新型MAC协议,具有灵活、可靠等特点。
它能够适应任何标准(如SDH、以太网、DWDM等)的物理层帧结构,可有效地传送话音、数据、图像等多种类型的业务,支持SLA以及二层和三层功能,提供多等级、可靠的QoS服务支持动态的网络拓扑更新。
其节点间可采用类似OSPF的算法交换拓扑识别信令并具有防止分组死循环的机制,增加了环路的自愈能力。
另外,RPR还具有较强的兼容性和良好的扩展性,具有TDM、SDH、以太网、POS等多种类多速率端口,能够承载IP、SDH、TDM、ATM、以太网等多种协议的业务还可以方便地增加传输线路、传输带宽或插入新的网络节点,对将来可能出现的新业务、协议或物理层规范具有良好的适应性。
再有,由于RPR环路每个节点都掌握环路拓扑结构和资源情况,并根据实际情况调整环路带宽分配情况,所以网管人员并不需要对节点间资源分配进行太多干预,减少了人工配置所带来的人为错误。
RPR使得运营商能够在城域网内以较低成本提供电信级服务,是一种非常适合在城域网骨干层、汇聚层使用的技术。
(3)MPLS技术与RPR技术比较
MPLS技术与RPR技术各有优缺点。
MPLS技术通过LSP标签栈突破了VLAN在核心节点的4096地址空间限制,并可以为以太网业务QoS、SLA增强和网络资源优化利用提供很好的支持;而RPR技术为全分布式接入,提供快速分组环保护,支持动态带宽分配、空间重用和额外业务。
从对整个城域网网络资源的优化功能来看,MPLS技术可以从整个城域网网络结构上进行资源的优化,完成最佳的统计复用,而RPR技术只能从局部(在一个环的内部)而不是从整个网络结构对网络资源进行优化。
从整个城域网的设备构成复杂性上来看,使用MPLS技术可以在整个城域网上避免第三层路由设备的引入,而RPR设备在环与环之间相连接时,却不可避免地要引入第三层路由设备。
从保护恢复来看,虽然MPLS技术也能提供网络恢复功能,但是RPR却能提供更高的网络恢复速度。
第三章MSTP业务介绍
3.1MSTP业务类型
根据ITU-TG.etnsrv,以太业务的类型有四种:
EPL以太专线业务、EVPL以太虚拟专线业务、EPLAN以太专用局域网业务和EVPLAN以太虚拟专用局域网业务。
EPL:
以太透传业务,各个用户独占一个VCTRUNK带宽,业务延迟低,提供用户数据的安全性和私有性;
EVPL:
又可称为VPN专线,其优点在于不同业务流可共享vctrunk通道,使得同一物理端口可提供多条点到点的业务连接,并在各个方向上的性能相同,接入带宽可调、可管理,业务可收敛实现汇聚,节省端口资源;
EPLAN:
也称为网桥服务,网络由多条EPL专线组成,实现多点到多点的业务连接。
接入带宽可调,可管理,业务可收敛、汇聚。
优点与EPL类似,在于用户独占带宽,安全性好;
EVPLAN:
也称为虚拟网桥服务、多点VPN业务或VPLS业务,实现多点到多点的业务连接。
3.2以太网专线EPL
EPL包括:
点到点业务,实现端到端基于以太端口透传;
图1-1某地大客户专线业务
上图是某省/市金融、证券行业的专线业务。
各地区的证券营业部和银行分别由点到点的以太专线实现互联,专线带宽从N*64Kbps到1000Mbps可灵活配置,映射颗粒可按vc12、vc3、vc4任意选取,用户端通过以太网单板的COS、CAR等功能满足各种QOS要求。
汇聚节点(如地市A、B)的以太单板通过设置不同的VLAN实现不同证券或银行用户的隔离。
3.3以太网虚拟专线EVPL
图1-2专线上网共享带宽
如图1-2,以太单板利用通道共享技术实现用户接入带宽的统计复用,利用较少的网络带宽实现多点接入和带宽共享,传送到中心节点完成汇聚后经骨干路由器接入Internet。
各用户业务带宽可按需求动态灵活分配,提供接入端口的流量控制。
EVPL透传专线也可用于城域网中公众上网、企业互联等。
如图1-3
图1-3城域网中的EPL透传业务
各用户的以太业务上行汇聚到传输设备,再连接到骨干路由器到达Internet。
企业间的数据也通过汇聚层传输设备的以太单板按vlan和端口进行识别、区分,完成透明传送。
3.4以太网专网EPLAN
图1-4大学校园网示例
图1-4是一个校园网的组网示例。
校园网的特点是数据流向复杂,点到点业务连接的流量变化大,而且部分业务需要实现汇聚。
图中四所大学通过以太专线互联,构成一个校园专用本地网(红色线条),中心服务器在collegeA中。
利用以太单板的二层交换功能完成相互间的数据传送,并实现B/C/D大学FE端口到中心站点GE端口的汇聚(蓝色线条),对各端口进行速率限制(CAR)和流量控制,满足各种QOS要求。
3.5以太网虚拟专网EVPLAN
图1-5:
某市的大型工业园区中有若干企业和机构。
其中企业A、B间有业务往来,并且A与供应商之间也有商品交易。
三者通过传输设备的以太虚拟连接EVC互联,构成局域网I;同样,某科研机构与企业C、D都有合作项目,三者也通过传输设备的以太虚拟连接EVC互联,构成局域网II。
各公司和机构的接入带宽可任意设置,按需调整。
Metro设备使用二层标签如vlan嵌套、MPLS标签等共享传输通道,通过用户隔离技术,保障数据的安全性,利用相同的传输物理通道资源构成逻辑上独立的局域网I、II,充分提高了带宽利用率。
图1-5共享以太专网应用示例
EVPLAN的另一种典型应用是社区互联。
比如某大型房地产公司在多个地区都建有智能小区,为方便同一管理,可在现有的物理网络基础上,构建一个虚拟专用网,用于本地产集团内部信息发布、社区活动组织、生活服务窗口等公共业务的开展。
在EVPLAN业务中,新型以太单板实现业务流基于MAC地址转发,使得两个站点之间不占用物理通路就能形成逻辑上有以太业务连接,节省了带宽。
见图1-16
图1-6虚拟网桥实现逻辑连接
另外,虚拟通道还能使多个站点共享SDH环网同一传输带宽(如一个2M),实现在该共享带宽上的多个站点业务的统计复用。
如图1-7所示
图1-7多站共享传输带宽示例
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