MPLS-TP的OAM機制基于FPGA的實現

左 越，吳學軍

(烽火通信科技股份有限公司微電子部，湖北 武漢 430073)

0 引言

MPLS-TP是ITU-T標準化的一種PTN傳送技術，其解決傳統SDH在以分組交換為主的網絡環境中暴露出效率低下的缺點。MPLS-TP 是吸收了三層IP、二層PWE3 和一層TDM/OTN技術的優點的通用分組傳送技術。MPLS-TP吸收了T-MPLS技術的OAM,保護和管理機制，并T-MPLS的OAM實現方式做了部分改動。

傳統的MPLS網絡的OAM包都是采用基于IP的識別和處理機制，其OAM包都采用IP封裝，通過TTL終結或者是指定一定范圍內的IP地址的方式來識別OAM包并處理OAM所攜帶的相關控制信息。但是在MPLS-TP傳輸網絡中，基于IP的解復用方式無法被使用，于是定義了G-ACH/GAL的結構用來識別標簽交換路徑（LSP）層/偽線（PW）層的OAM信息[1]。

1 MPLS-TP OAM的網絡模型及功能

1.1 網絡模型

圖1中描述了T-MPLS網絡和MPLS-TP網絡中OAM幀結構的對比[2]。與在MPLS網絡中ACH僅僅是限制在偽線中使用用來傳送帶內的OAM信息不同，MPLS-TP網絡中的ACH被擴展到了段層及LSP層，被稱之為通用ACH（G-ACH），各個字段的具體內容如下[5-6]：

前四比特：設置為0001，標識G-ACH結構，提供偽線，LSP或者段層使用的關聯控制信道，用于傳送帶內的 OAM信息。

Version：4個比特，設置為0。

Reserved：占用8個比特作為預留字段，目前必須設置為0，接收時被忽略。

Channel Type：指出在控制信道中傳送的信息類型。當支持IP解復用的情況下，指示該信息是Ipv4或者是Ipv6，如在MPLS實現中，ACH僅僅是在偽線中使用，Channel Type取值為0x001表示Ipv4，取值0x0057表示Ipv6；當不支持IP解復用的情況下，表示相應的OAM類型。

圖1 T-MPLS與MPLS-TP OAM單元幀格式

G-ACH允許偽線，LSP以及段層的OAM信息復用，并且可以通過 Channel Type字段指示出當前使用 OAM具體功能[4]。而各層的OAM包都被封裝為與該層的數據包相同的格式在當前路徑傳遞，所以需要這樣一種機制去區分OAM包與正常的數據包。對于偽線層，其數據使用 PW MCW（PW MPL Control Word）作為頭部，而對應的OAM使用PW ACH結構作為頭部，因而無需定義新的結構來區分數據包和OAM包。對于 LSP和段層則需要定義 GAL結構來區分控制包和數據包。GAL的功能有2個，一是用來區分數據包和特定的功能包（如OAM），二是用來指示在標簽堆棧的后面就是G-ACH結構。

在MPLS-TP網絡中，GAL結構必須是放置于標簽堆棧的底部用于指示特定的功能包（如OAM）。定義GAL的標簽值為13。

互操作性分析：傳統的數據MPLS網絡中，IP路由與轉發是固有屬性，因而其OAM功能必須依賴IP路由與轉發。而在MPLS-TP傳送網絡不是必須支持IP路由與轉發，因此OAM功能和操作就不能依賴與IP路由與轉發[3]。

1.2 功能介紹

CC:該OAM功能用于檢測偽線、LSP或者段層的連接丟失以及錯連的問題。

CV：用于驗證偽線、LSP或段層中對等實體間的連通性。

Diagnostic：用于偽線、LSP或者段層的診斷測試（如驗證帶寬）。

Adjacency：用于偽線、LSP或者段層的MEP可以請求并且接收到沿路徑某些節點回應的特定信息，如節點標識，以hop數計算的距離等。

RT:用于跟蹤偽線、LSP或者段層的路徑信息，應該包括路徑上節點的標識符，還可能包括相應的接口標識符。

Lock(LCK)：用于鎖定偽線、LSP或者段層，目的是阻止用戶數據經過相應的偽線、LSP或者段層的傳遞。

Alarm Notification：執行告警抑制，服務層MEP向會收到影響的業務子層MEP通告缺陷狀態或者強制鎖定，這樣可以抑制子層由于服務層缺陷或者強制鎖定可能產生的相關告警。

CFI：用于客戶層 OAM并不提供告警通告或者傳遞機制的情況下在MPLS-TP網絡中傳遞客戶缺陷信息。

RDI：用于MEP在檢測到相互之間的偽線、LSP或者段層缺陷或者異常時通告其對端MEP。

有關丟包率和時延測量與T-MPLS定義的功能大體一致，就不再進行介紹。

在MPLS數據網絡中，隧道層存在著LSP-Ping，BFD等OAM機制，偽線層使用VCCV等OAM機制，MPLS-TP的相關標準雖然還在制定的過程中，但以上這些數據網絡中的功能很有可能會要求MPLS-TP的控制平面予以支持。

2 OAM功能硬件設計實現方案

2.1 整體系統架構

圖2為整體系統架構框。

圖2 整體系統架構

該設計方案適用的MPLS-TP硬件系統的整體架構如圖2所示，客戶業務側承載PDH,SDH以及以太網業務，通過偽線標簽和 MPLS標簽的處理，進入到分組交換模塊進行數據交換；網絡側接口有SDH和GE/10GE接口，通過交換的數據針對其不同的業務類型進行相應的標簽或者開銷處理，送到相應的接口側輸出。圖中可以看出控制管理單元獨立于數據傳送，其進入分組交換的數據流中檢測到OAM包，并對其不同類型進行相應的處理。控制管理單元同樣可以發起檢測功能和相關控制命令，向數據流中插入相應的OAM包。

2.2 OAM處理模塊總體功能描述

圖3為OAM功能模塊框。

圖3 OAM功能模塊框

OAM報文的接收過程：從業務信道上過來的數據幀經數據緩存后進行隧道標簽（Tunnel Lable）值的提取并判斷標簽值是否正確，如果標簽值不為13，則將該包丟棄，反之，則將 Tunnel Lable值送到二分樹查找引擎模塊。二分樹查找模塊根據Tunnel Lable值查找出相應LSP的相關OAM功能配置信息送給OAM包邏輯處理模塊處理。

OAM報文的發送過程：根據發送包的LSP對應的OAM發送相關控制信息對OAM幀進行重組，然后送給數據緩存，最終與正常的業務包一同在信道中進行傳送。

2.3 二分樹查找引擎

二分樹查表引擎中存在一個歸類查找入口表，條目的個數取決于整體設計支持LSP的個數，該設計支持512個LSP的輸入流。此入口表由“在用歸類入口表“和“shadow 歸類入口表“ 組成，以方便配置的無縫切換，當使用者需要更改流歸類的配置時，首先是將“shadow 歸類入口表”進行配置，當“shadow 歸類入口表”配置完全后，輸出切換指令，則“shadow 歸類入口表”變為“在用歸類入口表”。這樣配置的改變將不會影響業務流的正常傳輸。一個完整的歸類表的內容如下，為三個部分：①輸入標識:20比特的LSP的Tunnel Lable值；②標識匹配類型（決定查找行為）：全匹配，大于型匹配，小于型匹配，大于小于型匹配；③輸出結果：LSP對應的索引號，此索引號作為各個OAM相關控制信息的RAM入口地址。

2.4 邏輯處理模塊

該設計方案中，OAM報文發送過程只需要通過讀取LSP OAM發送相關控制信息的RAM即可進行組幀并發送到線路中去，并不進行邏輯處理，因此邏輯處理模塊僅對接收OAM幀進行處理。處理模塊的框圖如圖4。

選擇功能模塊判斷維護實體組等級（MEL）值和 OAM幀類型，凡是MEL值不為0的OAM幀全部透傳，不進行任何邏輯處理。對于MEL為0的OAM幀，根據Function Type值判定該OAM幀是何種功能，并通過二分樹查找結果讀取相應的控制寄存器，如果該功能配置為使能，則輸出該功能邏輯處理的指示給后續模塊。經過邏輯處理后，會輸出相應的告警及指示信號。

2.5 OAM幀發送模塊

該模塊完成的主要功能為根據寄存器配置的OAM相關功能的使能信號，通過LSP的索引號查到發送幀的格式，內容等信息，進行相應的組幀并將重組的幀寫入發送緩存中去。在成幀后，通過CRC校驗函數，計算出4個字節的CRC校驗值，填充到數據緩存的最后4個字節中；以CV幀的發送為例，每個LSP通道都存在一個定時器進行時間計數，當定時器累加后的時間超過了時間周期參數設定的時間，開始申請OAM管理幀的發送。此OAM幀成功發送后清零定時器，重新開始計數。當申請發送后在所設定的時間內不能完成OAM發送的上報超時錯誤，此時清零定時器，清除發送申請，重新開始計數。

圖4 邏輯處理模塊框

發送模塊中定義了各種類型幀發送的優先級配置寄存器，根據此寄存器的配置對申請發送的OAM管理幀進行仲裁，優先發送優先級高的管理幀。

3 結語

提出了MPLS-TP OAM功能的硬件實現方案，采用硬件電路實現二叉樹對 TUNNEL標簽進行查找的方法，大幅度縮短了查找時間，對未來傳送網的發展具有積極的參考價值和實用價值，該設計還需要進一步的進行系統級的驗證，在今后的研究中會逐步完成。

[1] 田波.LSP的保護與恢復技術[J].通信技術,2007,42(05):51-53.

[2] ITU-T Recommendation G.8110.1.1-2006.Architecture of Transport MPLS(T-MPLS) layer network[S].

[3] 毛謙.傳送 MPLS（T-MPLS）體系的接口[J].武漢：光通信研究,2006(03):1-5.

[4] ITU-T Recommendation G.8121-2007.Characteristics of Transport MPLS equipment functional blocks[S].

[5] ITU-T Recommendation G.8114-2008.Operation & maintenance mechanism for T-MPLS layer networks[S].

[6] 郭祥本，羅瑩.以太 OAM原理與實現[J].通信技術,2009, 42(12):134-136.