《MSTP技术》梁晨.docx

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《MSTP技术》梁晨

MSTP技术发展与应用趋势

梁威20100008

摘要：

首先概述了MSTP技术的产生背景、基本概念和特点，接着详细介绍了第三代MSTP技术中虚级联、通用成帧规程、链路容量调整机制和智能适配层等关键技术，并对实现智能适配层的MPLS和RPR技术进行了介绍和比较，最后对MSTP的发展现状及发展趋势进行了分析。

关键词：

城域网，MSTP，关键技术，发展趋势

1背景介绍

在经历了寒冬后，电信运营商在投资上将更加谨慎，在新技术的引入时，除了强调满足未来业务的发展需要之外，更加注重对原有投资的保护。

而良好的“SDH基础”使得基于SDH平台发展起来的MSTP技术在与其它技术的竞争中无疑具有先天的优势。

同时，MSTP从出现到现在，一直处于不断发展之中，根据市场需求的变化，吸取和结合其他技术，如MPLS、RPR等长处，不断完善，这也使得MSTP的内涵和范围不断地扩展。

因而，利用MSTP技术在优先保证话音业务的前提下，有效传送各种数据业务，将是近期城域传输网建设的重中之重。

可以预期，市场对MSTP的需求将会越来越强劲，传统SDH将会逐步被MSTP代替。

1.1MSTP概述

基于SDH的多业务传送平台（MSTP）是指以SDH技术为基础，在提供TDM业务的同时还能实现以太网和ATM业务的接入、处理和传送的技术。

MSTP设备是指基于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传送平台。

利用GFP（GenericFrameProtocol）数据封装、虚级联（VirtualConcatenation）映射、统计复用、RPR等技术，MSTP具有了更灵活的带宽分配能力和更有效的带宽利用率；同时灵活支持ATM业务，有效利用网络带宽。

MSTP是多种技术与标准集成的结果，国际上没有专门的MSTP标准，只有MSTP所涉及的各单项技术的标准。

ITU-T与之相关的标准情况如下：

1ITU-TG.7072000（VCAT）已完成

1ITU-TG.7041GFP/G.7042LCAS已完成

国内，已经发布了关于MSTP的行业标准“YD/T1238-2002基于SDH的多业务传送节点技术要求”和“基于SDH多业务传送节点测试方法”，“内嵌弹性分组环（RPR）的基于SDH的多业务传送节点（MSTP）技术要求”也即将发布。

“内嵌MPLS的基于SDH的多业务传送节点（MSTP）技术要求”已开始制定。

1.2MSTP技术特点

1、与传统SDH网络有良好的兼容性

MSTP本身是基于SDH平台发展起来的，因此，MSTP具有天生的与SDH网络的兼容性。

2支持多业务能力，节省宽带接入网的光纤

通过多业务综合传送，提高带宽利用率。

在接入层首先向综合传送网的方向发展。

3、节省ATM网络端口，提高链路带宽利用率

使用MSTP可扩展ATM核心网络的覆盖范围，减轻ATM交换机的扩容压力，极大的方便了ADSL扩容的快速实现，而且大大降低扩容成本，从而节省宽带接入网的建设成本。

4、有严格的带宽保证

通过MSTP传送ATM，以太网和E1等业务，都通过设置固定的带宽来实现，因此可以为业务提供高可靠的带宽保证，可以为NGN网络和3G网络的无线接入传输以及核心网络提供高质量的可靠承载。

5、极高的安全性

承载于MSTP网络的不同业务之间在传送过程中从物理上隔绝，具有极高的安全性。

6、跨城市/跨地域专线连接

利用VC虚级联特性，MSTP网络与SDH传输网络无缝兼容，其中数据业务很方便的通过原有的省网骨干和长途骨干网传送，能为全国性的/跨城市的大客户提供跨地域的端到端、高质量保证的以太网专线以及VPN互连服务。

7、有端到端时延的保证

MSTP提供的传送路径相对固定，因此业务的时延相对稳定，便于开展VoIP、宽带视频等增值业务。

8、完善的网络保护特性

以太网业务可以采用LCAS、RSTP、SDHMS-SPRing等各种保护方式，采用ATM上行的业务支持VP-Ring、SDHMSSPRing保护方式，均能使用各层保护机制协调工作，使网络具有50ms内的保护性能。

2MSTP关键技术

2.1MSTP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。

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。

最近才出现的第三代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。

2.2第三代MSTP关键技术

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、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。

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。

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。

目前RPR技术已经为大多数厂商所采用，在市场上具有相对优势。

3发展现状

3.1MSTP设备现状

目前，大多数MSTP设备采用VC虚级联、LCAS（链路带宽调整机制）、GFP（通用成帧规程）等技术，支持在TDM、IP、ATM之间的带宽灵活指配；实现了以太网的二层交换，支持以太网业务的带宽共享、业务汇聚、及以太网共享环等功能，从而使得带宽利用率大大提高。

同时支持ATMVP/VC交换和ATM业务汇聚，可以为现有数据业务和ATM业务在MSTP网络中的有效承载提供了可靠保证。

3.2MSTP应用重点

目前，MSTP设备已经比较成熟，利用MSTP组建的城域传输网具有的ATM和以太网处理能力，可以方便的承载网络中现有TDM、IP、ATM等业务或直接面向用户提供业务。

具体而言，MSTP将主要应用于以下几种场合。

1、承载DSL宽带接入网

目前国内ADSL宽带接入用户数量增加快，在一些城市ADSLDSLAM上行仍采用ATM接口，但是，ATM网络容量已经不足以满足ADSL业务的进一步发展，继续扩容和新建ATM网络成本高，且不可避免的面临技术和设备支撑不足的风险。

对于以太网上行的ADSL接入网，DSLAM到BRAS之间的汇聚网络主要承载于IP城域网的接入层，而大多数IP城域网接入层采用较低端的以太网交换机组建，无法在接入段保证传输的QoS，和LAN接入用户共同处于一个较大的广播域内，容易受到病毒的攻击，安全性低。

采用MSTP提供的以太网/ATM业务接入和处理功能，对ADSLDSLAM上行业务进行以太网/ATM业务汇聚和收敛后可传送到BRAS，不但可以提供上行通道的带宽利用率，还能减少对核心网设备的GE、ATM端口占用；同时，还能提高以太网上行的ADSL在接入段的QoS、安全性等方面的保障。

2、提供高等级以太网专线/VPN业务

MSTP网络除了可以直接提供El等TDM专线以外，还可以利用以太网为用户提供高等级的数据专线业务。

与传统的IP网络数据专线相比而言，MSTP网络提供的数据专线具有严格的带宽保证，而且专线带宽可以利用LCAS机制实现以2M甚至更小的颗粒在线调整，因而，可以提供非常灵活、甚至可以为各种大客户提供带宽和资费合理、量身定做的数据专线业务，从而提供运营商的企业竞争力。

这是MSTP网络的最大优势之一。

在多条透传以太网专线的基础上，在与用户中心点相连的MSTP设备上根据用户。

实际需求，利用MSTP设备的以太网汇聚能力，实现来自多个分支机构的数据业务的带宽收敛和端口汇聚，为大客户提供专用高等级以太网VPN业务。

3、承载3G无线接入网

因此，MSTP用于实现3G网的传输承载要分别满足3G核心网和无线接入网的传输要求。

对于3G核心网，RNC至MSC/SGSN的链路带宽比较饱和，MSTP网络只需提供ATM155M业务的透明传输；而对于无线接入网，在传输过程中则需要业务汇聚和收敛，MSTP需提供ATM业务汇聚。

如图2所示，MSTP网络在承载3G无线接入业务时可以在本地和网络两侧进行业务汇聚，实现带宽收敛，这样既能提供传输网带宽利用率，又能减小对RNC设备的压力，节省RNC设备的物理端口，达到合理利用MSTP优势，降低建设成本的目的。

另外，MSTP网络还可以采用VP-Ring的方式对NodeB的业务进行收集和汇聚，传送给RNC，同时还利用VP-Ping的保护特性实现ATM业务层面电信级的保护倒换。

4MSTP发展展望

随着技术和设备的发展，MSTP设备下一步将采用内嵌RPR和MPLS技术实现以太环网带宽的统计复用、公平的带宽分配、更加严格的QoS等功能，以增强对数据业务的处理和支持；进一步将增加GMPLS智能化的控制层面，采用自动交换光网络技术，实现网络拓扑自动发现、带宽动态申请和释放。

同时，传输网将引入ASON自动交换光网络组网技术。

ASON的业务传送平面由OXC和MSTP设备组成，OXC实现核心层大带宽粗颗粒的业务调度，实现子波长业务的疏导功能，MSTP实现边缘层多种业务的流量汇聚和统一接入。

OXC及MSTP协同配合，经济有效地实现ASON传送平面功能。

ASON的引入将使城域传送网成为真正统一的传送平台，在此平台上实现各种电路及分组交换业务的统一传送。

结束语

随着对业务种类和带宽需求的进一步增长，城域网必须要灵活可靠、具有大容量和良好的可扩展性、支持多协议和多业务、有灵活的电路调度和业务管理能力，从而使运营商在保护既往投资的同时，又能够灵活、快速地进行网络扩容和开展新业务，进而降低运营成本，增加业务收入，提升自身的竞争优势。

在城域网的建设中，虚级联可以提供一种更加灵活的信道容量组织方式以更好地满足数据业务的传输特点；LCAS可以提供一系列动态改变传送信道容量的规约和步骤；GFP可以提供一种对于以帧为单位组织的数据业务的简单有效的封装方式；MPLS和RPR可以提供大量数据业务传输的能力。

可以说，第三代MSTP为城域网建设提供了非常理想的解决方案。