MSTP-2,mstp-2023

('MSTP1.技术产生背景95年以前：网络建设主要跟着交换网络的规划需求，网络以PDH为主。95年以后，作为独立的网络来规划和研究、现阶段进入网络优化和运营管理阶段。网络以SDH及DWDM为主，辅以微波通信。以前由于主要面向话音业务，数据业务发展缓慢，只有本地（传输）网提供业务接口（POS和AOS方式)。随着数据业务的发展，建设城域网，主要覆盖数据业务密集的地方，新建的城域网是数据网。缺点：1、通过传输网上行，网络复杂、维护困难。2、与传输网并列存在、重复建设，投资大。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。2.基本概念和特点MSTP（Multi-ServiceTransferPlatform）（基于SDH的多业务传送平台）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节点。MSTP工作原理MSTP可以将传统的SDH复用器、数字交叉链接器（DXC）、WDM终端、网络二层交换机和IP边缘路由器等多个独立的设备集成为一个网络设备，即基于SDH技术的多业务传送平台（MSTP），进行统一控制和管理。基于SDH的MSTP最适合作为网络边缘的融合节点支持混合型业务，特别是以TDM业务为主的混合业务。它不仅适合缺乏网络基础设施的新运营商，应用于局间或POP间，还适合于大企事业用户驻地。而且即便对于已敷设了大量SDH网的运营1公司，以SDH为基础的多业务平台可以更有效地支持分组数据业务，有助于实现从电路交换网向分组网的过渡。所以，它将成为城域网近期的主流技术之一。这就要求SDH必须从传送网转变为传送网和业务网一体化的多业务平台，即融合的多业务节点。MSTP的实现基础是充分利用SDH技术对传输业务数据流提供保护恢复能力和较小的延时性能，并对网络业务支撑层加以改造，以适应多业务应用，实现对二层、三层的数据智能支持。即将传送节点与各种业务节点融合在一起，构成业务层和传送层一体化的SDH业务节点，称为融合的网络节点或多业务节点，主要定位于网络边缘。MSTP的特点（1）业务的带宽灵活配置，MSTP上提供的10/100/1000Mbit/s系列接口，通过VC的捆绑可以满足各种用户的需求；（2）可以根据业务的需要，工作在端口组方式和VLAN方式，其中VLAN方式可以分为接入模式和干线模式：端口组方式：单板上全部的系统和用户端口均在一个端口组内。这种方式只能应用于点对点对开的业务。换句话说，也就是任何一个用户端口和任何一个系统端口（因为只有一个方向，所以没有必要启动所有的系统端口，一个就足够了）被启用了，网线插在任何一个启用的用户端口上，那个用户口就享有了所有带宽，业务就可以开通。VLAN方式：分为接入模式和干线模式。其中的接入模式，如果不设定VLANID，则端口处于端口组的工作方式下，单板上全部的系统和用户端口均在一个端口组内。如果设定了VLANID，需要设定“端口VLAN标记”。这是因为交换芯片会为收到的数据包增加VLANID，然后通过系统端口走光纤发到对端同样VLANID的端口上。比如某个用户口VLANID为2，则对应站点的用户端口的VLANID也应该设定为2。这种模式可以应用于多个方向的MSTP业务，这时每个方向的端口都要设置不同的VLANID。然后把该方向的用户端口和系统端口放置到一个虚拟网桥中（该虚拟网桥的VLANID必须与“端口VLAN标记”一样）。2（3）可以工作在全双工、半双工和自适应模式下，具备MAC地址自学习功能；（4）QoS设置：QoS实际上限制端口的发送，原理是发送端口根据业务优先级上有许多发送队列，根据QoS的配置和一定的算法完成各类优先级业务的发送。因此，当一个端口可能发送来自多个来源的业务，而且总的流量可能超过发送端口的发送带宽时，可以设置端口的QoS能力，并相应地设置各种业务的优先级配置。当QoS不作配置时，带宽平均分配，多个来源的业务尽力传输。QoS的配置就是规定各端口在共享同一带宽时的优先级及所占用带宽的额度。（5）对每个客户独立运行生成树协议。MSTP的优势（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。3.关键技术(1)封装协议：MSTP在承载和传送以太网业务时首先要对以太网信号以某种协议进行封装，封装协议可以有很多方式，最常用的有PPP、LAPS、GFP以及一些设备厂商的专有封装机制。PPP3协议为点到点协议，它要利用HDLC(高速数据链路控制)协议来组帧，分组/包组成的HDLC帧利用字节同步方式映射入SDH的VC中；它在POS(PACKETOVERSDH)系统中用来承载IP数据，在ETHERNETOVERSDH系统中用来承载以太帧。LAPS为链路接入协议，是由武汉邮科院余少华博士提出的，它被ITU-T接纳成为标准X.86，这种方式特别用于SDH链路承载以太帧，它与HDLC十分相似。GFP为通用帧协议，是在ITU-TG.704标准中定义的一种链路层标准，这种方式可以承载所有的数据业务，是一种可以透明地将各种数据信号封装进现有网络的开放的通用的标准信号适配映射技术，它可以替代众多不同的映射方法，有利于各厂商设备之间的互联互通。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，包括帧映射(GFP-F)和透明传输(GFP-T)两种模式，GFP-F封装方式可以将业务信号帧完全地映射进一个可变长度的GFP帧，对封装数据不做任何改动，支持包颗粒级别的速率适配和复用，这种方式是在收到一个完整的数据帧后再处理，需要有缓存和媒体接入控制，因此最适合于以太网业务等可变长度的分组数据GFP-T采用透明映射的方式及时处理而不必等待整个帧的到达，适合处理实时业务以及固定帧长的块状编码信号格式的业务。(2)虚级联：MSTP设备支持以太网业务在网络中的带宽可配置，这是通过VC级联的方式来实现的，也就是利用多个VC容器组成一个更大的容器。SDH中VC的级联分为连续级联和虚级联两种。连续级联就是用来承载以太网业务的各个VC在SDH的帧结构中是连续的，公用相同的开销。如果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，那么这种情况称为虚级联。通过虚级联技术可以实现对以太网业务带宽和SDH虚容器之间的速率适配，可以将VC-12到VC-4等不同速率的小容器进行组合利用，能够做到很小颗粒的带宽调节，实现了有效的提供合适大小的信道给以太网业务，实现了带宽的动态调整，它比连续级联更好地利用SDH的链路带宽，提高了传送效率，避免了带宽的浪费。虚级联的实现最重要的是参与虚级联的VC容器序列号的传送，以保证收端能够将业务信号的VC重新进行排序重组。(3)链路容量调整机制(LCAS)：在ITU-TG.7042标准中定义了LCAS是一种可以在不中断业务的情况下动态调整虚级联个数的功能，它可以灵活地改变虚级联信号的带宽以自动适应业务流量的变化，特别适用于以太网业务带宽动态变化的要求，它和虚级联4是衡量MSTP带竟是否有效利用的重要指标。LCAS利用SDH预留的开销字节来传递控制信息，控制信息包括固定、增加、正常、VC结束、空闲和不使用六种；通过控制信息的传送来动态的调整VC的个数，适应以太网业务带宽的需求。LCAS可以将有效净负荷自动映射到可用的VC上，避免了复杂的人工电路交叉连接配置，提高了带宽指配速度，对业务无损伤，而且在系统出现故障时，可以自动动态调整系统带宽，无须人工介入，在一个或几个VC通路出现故障时，数据传输也能够保持正常。因此，LCAS为MSTP提供了端到端的动态带宽调整机制，可以在保证QOS的前提下显著提高网络利用率。(4)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\ue584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。(5)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5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。(6)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。A．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。B．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6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\ue584OSPF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\ue584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。4.网络生存性“MSTP专线”业务的组网模型是MSTP设备放在接入端接入业务，下行和客户端设备相连，上行和本地网SDH设备相连。中间采用已有的传送网（其他网络暂不考虑）作为该业务的承载网，两端的MSTP设备根据各本地网实际情况，可采用（或升级）现网MSTP设备，也可新购MSTP设备。MSTP有强大的组网能力和经过十几年发展成熟的网元技术和网络管理技术，保证新一代设备和现有SDH网络的兼容性，有效地提供TDM和Packet业务综合传输。在MSTP技术的发展演进过程中，针对业务的应用情况，以太网业务在MSTP上的承载和传送目前大致存在以下几种方式：(1)以太网业务的透传方式，这是目前应用较广的一种方式，也是MSTP初期在SDH设备上为了实现对以太网业务的透明传送而采取的方式。这种方式只是为了实现以太网业务的透明传送，利用某种协议(PPP/LAPS/GFP)将非交7换型的以太网业务的帧信号直接进行封装，然后利用PPPOVERSDH、反向复用(将高速数据流分散在多个低速VC中传送以提高传输效率，如采用5VCl2级联来传送10MB/S以太网业务)等技术实现两点之间的网络互联。由于各厂商将以太网业务映射进VC的方法不同，采用的协议各异，以太网业务经过透明传送后，必须在同厂商的设备上进行终结。(2)对以太网业务进行第二层交换处理后再进行封装，然后映射到SDH的VC中再送入线路侧进行传送，这样更好的适应了数据业务动态变化的特点。这种方式将第二层以太网帧(MAC帧)交换集成到SDH设备的支路卡上，二层交换机通过学习连接在网上设备的MAC地址，并根据目的地的MAC地址将帧信号交换到正确的端口。因此MSTP设备可以对以太网业务进行如下处理：①mstp可以对分散在各个地点的多个低速率的以太网业务进行汇聚处理，将其传送到特定地点的单个或多个高速以太网接口上。②可以实现以太网业务的统计复用，在线路侧有效利用带宽。MSTP可以将多个以太网接口的以太网业务划分到一个高速带宽的管道中，这样单一的线路侧信道就可以由多个用户使用，既可以保证以太网业务突发时的峰值流量，又能够保证带宽(以太网业务很多时段并没有业务传送)的有效利用。如5个快速以太网接口可以在MSTP上共享一个155MB/S的传输带宽，降低运行成本。③可以有效的利用多种方法对不同用户的业务进行隔离，保证用户数据的安全性。一种是对用户的以太网业务开通专用的通道，既将业务映射入单独的VC中，这样就在物理层实现了对用户的业务有效隔离。另外，对用户的以太网业务使用VLAN标签，利用802.1Q的标准，通过划分VLAN来将用户的业务进行隔离；在必要时还可以在802.1Q的标记上再打标记的方法对用户的业务进行隔离。(3)有些MSTP设备具有3层交换机和SDH网元相结合，是第二层交换方案的扩展。这种方式下用户的业务信号是根据IP地址而不是MAC地址来送到正确的端口或者SDH线路侧信道；它具有二层交换方式同样的优点，而且可以有效的隔离MAC寻址带来的广播包。但是第三层交换属于业务层面，并且由于技术、成本以及网络维护等因素，在MSTP设备中较少使用这种方式。(4)将RPR(弹性分组环)的处理机制和功能引入MSTP。RPR是一种新的MAC层协议，用以太网技术为核心，是为优化数据包的传输而提出的，它不8仅有效地支持环形拓扑结构、在光纤断开或连接失败时可实现快速恢复，而且使用空间重用机制来提供有效的带宽共享功能，具备数据传输的高效、简单和低成本等典型以太网特性，目前正由IEEE802.17工作组对其进行标准化可在MSTP的SDH层上抽取部分时隙采用GFP协议进行RPR到SDH帧结构的映射，构建RPR逻辑环，通过RPR板卡上的快速以太网接口和千兆以太网接口接入业务。5.技术发展现状及发展趋势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\ue584MSTP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\ue584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9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。10',)