三代多業務傳輸平臺技術簡析

謝天白 張勇 于昆 大慶油田通信公司 163000

三代多業務傳輸平臺技術簡析

謝天白 張勇 于昆 大慶油田通信公司 163000

多業務傳輸平臺（MSTP，Multiple Service Transmit Platform）是指可同時實現TDM，ATM，以太網等多種業務的接入，處理和傳送，并提供統一網管的平臺。MSTP技術發展至今已經歷三代，技術日臻完善。MSTP作為未來傳輸承載網的核心技術之一，將為通信網絡的演進和發展做出更大貢獻。

多業務傳輸平臺（MSTP）；多協議標記交換技術（MPLS）；數字同步系列（SDH）；生成樹/快速生成樹協議(STP/RSTP)

一，新一代MSTP技術的產生背景

多業務傳送平臺（M S T P）是指基于SDH、同時實現TDM、ATM、IP等業務接入、處理和傳送，提供統一網管的多業務傳送平臺。作為傳送網解決方案，MSTP伴隨著電信網絡的發展和技術進步，經歷了從支持以太網透傳的第一代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業務QoS的新一代（第三代）M S T P的發展歷程。

第一代MSTP。第一代MSTP以支持以太網透傳為主要特征。以太網透傳功能是指將來自以太網接口的信號不經過二層交換，直接映射到SDH的虛容器(VC)中，然后通過SDH設備進行點到點傳送。第一代MSTP保證以太網業務的透明性，包括以太網MAC幀，VLAN標記等的透明傳送。以太網透傳業務保護直接利用SDH提供的物理層保護。第一代MSTP的缺點在于:不提供以太網業務層保護；支持的業務帶寬粒度受限于SDH的虛容器，最小為2Mbps；不提供不同以太網業務的QoS區分；不提供流量控制；不提供多個業務流的統計復用和帶寬共享；不提供業務層(M A C層)上的多用戶隔離。第一代MSTP在支持數據業務時的不適應性導致了第二代MSTP解決方案的產生。

第二代MSTP。第二代MSTP以支持二層交換為主要特點。MSTP以太網二層交換功能是指在一個或多個用戶以太網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，實現基于以太網鏈路層的數據幀交換。第二代MSTP保證以太網業務的透明性，以太網數據幀的封裝采用GFP/LAPS或PPP協議；傳輸鏈路帶寬可配置，數據幀的映射采用VC通道的相鄰級聯/虛級聯或ML-PPP協議來保證數據幀在傳輸過程中的完整性；實現轉發/過濾以太網數據幀的功能；提供自學習和靜態配置兩種可選方式維護MAC地址表；支持IEEE802.1d生成樹協議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的優勢主要在多用戶/業務的帶寬共享和隔離方面，包括:提供基于802.3x的流量控制；提供業務層上的多用戶隔離和VLAN劃分；提供基于STP/RSTP等的以太網業務層保護倒換；一些還提供基于802.1p的優先級轉發。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的業務層保護倒換時間太慢；所提供的業務帶寬粒度受限于VC，一般最小為2Mbps；VLAN的4096地址空間使其在核心節點的擴展能力很受限制，不適合大型城域公網應用；節點處在環上不同位置時，其業務的接入是不公平的；MAC地址的學習/維護以及MAC地址表影響系統性能；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/業務的帶寬共享是對本地接口而言，還不能對整個環業務進行共享。

第三代MSTP技術的誕生。第三代MSTP技術以支持以太網業務QoS為特色。它的誕生主要源于克服現有MSTP技術所存在的缺陷。從現有MSTP技術對以太網業務的支持上看，不能提供良好QoS支持的一個主要原因是現有的以太網技術是無連接的，尚沒有足夠QoS處理能力，為了能夠將真正QoS引入以太網業務，需要在以太網和SDH/SONET間引入一個中間的智能適配層來處理以太網業務的QoS要求。由此，以多協議標記交換（MPLS）為技術特點的新一代MSTP技術——第三代MSTP技術應運而生。

二、第三代MSTP技術——MPLS

多協議標記交換（M P L S）是一種可在多種第二層媒質上進行標記交換的網絡技術。它吸取了ATM高速交換的優點，把面向連接引入控制，是個介于2～3層的2.5層協議。它結合了第二層交換和第三層路由的特點，將第二層的基礎設施和第三層的路由有機地結合起來。第三層的路由在網絡的邊緣實施，而在MPLS的網絡核心采用第二層交換。

1.基本原理

在基于MPLS的第三代MSTP網絡中，當IP 數據包進入網絡時，由網絡標記邊緣路由器LER 對IP包頭的信息進行分析，并且按它的目的地址和業務等級加以區分，通過轉發等價類FEC將輸入的數據流映射到一條LSP上，如此，FEC定義了一組沿著同一條路徑、有相同處理過程的數據包。IP數據包分配到一個FEC后，LER就根據標記信息庫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。轉發數據包時，LER檢查標記信息庫中的FEC，然后將數據包用LSP的標記封裝，從標記信息庫所規定的下一個接口發送出去。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據包。當IP數據包到達MPLS域的另一端、并要退出MPLS網絡時，位于此處的LER再剝去數據包的封裝標記，并繼續按照IP數據包的路由方式到達目的地。圖2是MPLS的標記分組轉發示意圖。

2.網絡結構

基于MPLS的第三代MSTP網絡分為兩層:邊緣層和核心層，如圖3所示。其中，邊緣層完成IP數據包的分類、過濾、安全和轉發功能，同時將IP數據包轉換為采用標記標識的流連接，提供服務質量、流量控制、虛擬專網、組播等功能，針對不同的流連接，MPLS邊緣節點采用標記分配協議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網內分布和傳遞。而在MPLS的核心層同樣需要LDP，但它只提供高速的標記交換，面向連接的服務質量、流量工程、組播控制等功能。這里尤其值得注意的是，MPLS網絡采用了許多ATM的思想，如ATM 的服務質量分類和控制機制等。如果采用ATM作為MPLS的連接基礎，那么MPLS實際上可以繼承ATM的諸多好處。

3.技術特點

MPLS技術結合了第二層交換和第三層路由的特點，將第二層的基礎設施和第三層的路由有機地結合起來；第三層路由在網絡的邊緣實施，而第二層交換則由MPLS網絡的核心完成。這使得基于MPLS的第三代MSTP網絡具有以下技術特點:

1) 網絡中的分組轉發基于定長標簽，簡化了轉發機制，使得轉發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網絡路由具有靈活性；

3) 利用ATM的高效傳輸交換方式，同時拋棄了復雜的ATM信令，無縫地將IP技術優點融合到ATM的高效硬件轉發中；

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

5) 不但支持多種網絡層技術，而且是一種與鏈路層無關的技術，它同時支持X.25、幀中繼、ATM、PPP、SDH、DWDM……，保證了多種網絡的互聯互通，使得各種不同的網絡傳輸技術統一在同一個MPLS平臺上；

6) 支持大規模層次化的網絡拓撲結構，具有良好的網絡擴展性；

7) 標簽合并機制支持不同數據流的合并傳輸；

8) 支持流量工程、CoS、QoS和大規模的虛擬專用網；

MPLS是一種交換和路由的綜合體，它將網絡層路由和鏈路層交換融合在一起?，F在，業界的幾乎所有主要廠商和技術專家都參與了MPLS技術標準的制定，以便將目前的IP交換技術和ATM技術的優勢充分體現在MPLS之中。

三、基于MPLS的第三代MSTP技術應用

MPLS是處于第二層和第三層之間的一種技術，它緊密地將第二層和第三層結合在一起，充分發揮了第二層的交換、流量管理上的優勢；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技術應用主要圍繞這兩個特點來實現。即:一種是用MPLS來實現基于IP的虛擬專用網（V P N），另一種是用M P L S來作流量設計（T E）。

1.MPLS虛擬專用網

目前，MPLS VPN是一項最熱門的MPLS技術應用。它可分為二層（L2）MPLS VPN和三層（L3）MPLS VPN兩類。當前，利用MPLS技術實現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的信令方案?？芍С值亩蛹夹g主要有:幀中繼、ATM透明信元模式、以太網、以太網VLAN、HDLC、PPP、SDH鏈路仿真服務等。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構建的隧道中進行復用。隧道LSP的建立方式有多種，可使用LDP方式或者RSVP/ CR-LDP等信令協議。

MPLS VPN適用于實現對于服務質量、服務等級劃分以及網絡資源利用率、網絡可靠性有較高要求的VPN業務。目前，無論是在電信運營商和設備制造商中都是一個熱點。

2.MPLS流量工程

MPLS流量工程TE是指為了平衡網絡設備的流量，根據數據流量進行路徑選擇的過程，主要用于提高網絡運作效率與可靠性，并優化網絡資源利用和流量性能。在MPLS上實現流量工程，要考慮三個基本步驟:首先是如何將用戶的數據包映射到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映射到網絡的實際拓撲上。MPLS TE通過將流量倒入指定的路徑來實現其功能，其主要包括:流量統計分析、流量優化、網絡保護和提供服務質量等。目前，很多運營商正開展這方面的試驗。

四、總結

第三代M S T P在全面克服前兩代MSTP系統缺點的基礎上，在傳統以太網和SDH間引入中間智能適配層，使用最先進的二層MPLS交換技術和分組環等技術，支持業務端到端的QoS、VLAN地址重用與擴展等，使實現電信級城域網成為可能。第三代MSTP設備將幫助運營商率先為客戶提供高質量的多業務傳輸平臺，為運營商搶占城域網業務的先機創造有利條件。

[1] 佟卓, 尹斯星.寬帶城域網與MSTP技術.機械工業出版社.2007.9

[2] 曹薊光, 吳英樺.多業務傳送平臺技術與應用.人民郵電出版社.2003.11

[3] 毛京麗, 孫學康.現代通信新技術.北京郵電大學出版社.2008.12

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.11.045