MSTP技術

MSTP是指基於SDH平台，同時實現TDM、ATM、乙太網等多種業務的接入、處理和傳送，提供統一網管的多業務節點。

基本介紹

• 中文名：MSTP技術
• 類別：科學技術
• 依託協定：G.7041、G.7070、G.7042
• 前景：套用前景廣闊，有較大的潛在市場

MSTP概念

MSTP是指基於SDH平台，同時實現TDM、ATM、乙太網等多種業務的接入、處理和傳送，提供統一網管的多業務節點。

城域網MSTP建設方案是介於傳統的“SDH+ATM”方案與未來全光智慧型網路之間的一種目前現實可行的城域網建設方案。MSTP明顯地優於SDH，主要表現在多連線埠種類，靈活的服務提供，支持WDM的升級擴容，最大效用的光纖頻寬利用，較小粒度的頻寬管理等方面。由於它是基於現有SDH傳輸網路的，可以很好地兼容現有技術，保證現有投資。由於MSTP可以集成WDM技術，能夠保證網路的平滑升級，從某種程度上也是Metro-WDM的低成本解決方案之一。

MSTP系列設備為城域網節點設備，是數據網和語音網融合的橋接區。MSTP可以套用在城域網各層，對於骨幹層：主要進行中心節點之間大容量高速SDH、IP、ATM業務的承載、調度並提供保護；對於匯聚層：主要完成接入層到骨幹層的SDH、IP、ATM多業務匯聚；對於接入層：MSTP則完成用戶需求業務的接入。

由於MSTP是基於SDH技術的，所以MSTP對於傳統的TDM業務可以很好的支持；技術的難點是如何利用SDH來支持IP業務，也就是如何將IP數據映射到SDH幀中去。

MSTP技術

MSTP技術

早期的MSTP利用PPP(RFC1661、RFC1662、RFC2615)來完成對IP數據的映射；它通過“IP包->PPP分組->HDLC封裝->SDH相應VC”過程來實現IP over SDH（或Packet over SONET-POS），這種方法技術成熟，適於多協定環境，但由於它不是專為SDH設計的，在幀定位時開銷較大，且傳輸效率與傳輸的內容有關，因此效率較低。

現在主流的MSTP產品均採用G.7041中定義的GFP協定來實現將高層信號映射到同步物理傳輸網路的通用方法，完成多種業務數據向SDH幀中的映射，它定義了兩種映射方式：Transparent和Frame mapped。前者有固定的幀長度，可及時處理而不用等待收到整個幀，更適合處理實時業務如視頻信號(DVB)和塊狀編碼的信號如存儲業務(Fiber Channel，FICON，ESCON)；而後者沒有固定的幀長，接收到一完整的幀後再進行處理，可以用來封裝IP/PPP或乙太網MAC幀。

現在也有少數MSTP產品利用LAPS（X.86）協定來實現業務數據向SDH幀中的映射，LAPS是基於SDH/SONET的，不需要鏈路初始化，也不需要像PPP那樣需要重啟定時器（Restart Timer），所以LAPS具有較高效率和更高的性能保證能力。但是這種MSTP實現方式在套用中並不多見。

MSTP技術特點

1）繼承了SDH技術的諸多優點：如良好的網路保護倒換性能、對TDM業務較好的支持能力等；

2）支持多種物理接口：由於MSTP設備負責業務的接入、匯聚和傳輸，所以MSTP必須支持多種物理接口，從而支持多種業務的接入和處理。常見的接口類型有：TDM接口（T1/E1、T3/E3）、SDH接口（OC－N/STM-M）、乙太網接口（10/100BaseT、GE）、POS接口。

3）支持多種協定：MSTP對多業務的支持要求其必須具有對多種協定的支持能力，通過對多種協定的支持來增強網路邊緣的智慧型性；通過對不同業務的聚合、交換或路由來提供對不同類型傳輸流的分離。

4）支持多種光纖傳輸：MSTP根據在網路中位置的不同有著多種不同的信號類型，當MSTP位於核心骨幹網時，信號類型最低為OC－48並可以擴展到OC－192和密集波分復用（DWDM）；當MSTP位於邊緣接入和匯聚層時，信號類型從OC－3/OC－12開始並可以在將來擴展至支持DWDM的OC－48。

MSTP技術

MSTP技術

5）提供集成的數字交叉連線交換：MSTP可以在網路邊緣完成大部分交叉連線功能，從而節省傳輸頻寬以及省去核心層中昂貴的數字交叉連線系統連線埠。

6）支持動態頻寬分配：由於MSTP支持G.7070中定義的級聯和虛級聯功能，可以對頻寬進行靈活地分配，頻寬可分配粒度為2MB，一些廠家通過自己的協定可以把頻寬分配粒度調整為576kbit/s，即可以實現對SDH幀中列級別上的頻寬分配；通過對G.7042中定義的LCAS的支持可以實現對鏈路頻寬的動態配置和調整。

7）鏈路的高效建立能力：面對城域網用戶不斷提高的即時頻寬要求和IP業務流量的增加，要求MSTP能夠提供高效的鏈路配置、維護和管理能力。

8）協定和接口的分離：一些MSTP產品把協定處理與物理接口分離開，可以提供“到任務連線埠的任何協定”的功能，這增加了在使用給定連線埠集合時的靈活性和擴展性。

9）提供綜合網路管理功能：MSTP提供對不同協定層的綜合管理，便於網路的維護和管理。

MSTP技術基礎

現在主流的MSTP技術是以G.7041、G.7070、G.7042協定為依託的。

（1）GFP協定

鏈路層標準GFP （Generic Framing Procedure-通用成幀規程）(G.7041)克服了IP over PPP/HDLC over SDH，IP over Multi-Link PPP over SDH所無法避免的只支持點到點的邏輯拓撲結構、需要有特定的幀定界位元組、需要對幀里的負荷進行擾碼處理等諸多弊病。相對於原來的同類協定（PPP/LAPS），GFP有如下主要特點：採用和ATM技術相似的幀定界方式，減小定位位元組開銷，避免傳輸內容對傳輸效率的影響；打破了鏈路層適配協定只能支持點到點拓撲結構的局限性，可以實現對不同拓撲結構的支持；通過對多服務等級的概念引進，GFP可以實現頻寬控制的簡單功能。

與PPP相比，GFP的技術特點優勢在於：

1) 幀定界方式：其幀定界是基於幀頭中的幀長度指示符採用CRC捕獲的方法來實現的，與ATM中使用的方法相似。這種方式比用專門的幀標示符去幀定界更有效。

2) 通過擴展幀頭的功能去適應不同的拓撲結構，環形或者是點到點。也可以定義GFP 中數據流的不同服務等級，而不用上層協定去查看數據流的服務等級。

3) 通過擴展幀頭可以標示負載類型，以決定如何前傳負載，而並不需要打開負載，查看它的類型。

4) GFP有自己的FCS域，這樣的話就可以保證所傳輸負荷的完整性，對保護那些自己沒有FCS域的負荷是非常有效的。

5）傳輸性能和傳輸內容無關，這個優點來自於GFP採用了特定的幀定界方式。在PPP里，它會對負荷的每一個位元組進行檢查，如果有位元組與幀標示符相同，它會對這一位元組做處理，從而使負荷變長，且不可預測。在MSTP測試時，正是利用這一點來判斷設備所採用的映射協定是GFP還是PPP，比較設備在傳送OX7E和其他非OX7E信息時的傳輸性能，當傳送後者的性能明顯優於前者時，映射協定採用的是PPP，而當兩者的傳送性能沒有明顯差別時，映射協定採用GFP。

MSTP技術（2）虛級聯協定

MSTP技術

在ITU-T G.7070中定義了級聯和虛級聯概念，這兩個概念在MSTP技術中占有重要的地位。利用VC級聯技術可實現Ethernet頻寬與SDH虛通道的速率適配，從而實現對頻寬的靈活配置，尤其是虛級聯技術能夠支持頻寬的充分利用。

1．虛級聯技術原理

虛級聯技術可以被看成是把多個小的容器級聯起來並組裝成為一個比較大的容器來傳輸數據業務。這種技術可以級聯從VC-12到VC-4等不同速率的容器，用小的容器級聯可以做到非常小顆粒的頻寬調節，相應的級聯後的最大頻寬也只能在很小的範圍內。例如如果做VC-12的級聯，它所能提供的最大頻寬只能到139Mbit/s。例如IP數據包由三個虛級聯的VC-3所承載，然後這三個VC-3被網路分別獨立的透傳到目的地，由於是被獨立的傳輸到目的地，所以它們到達目的地的延遲也是不一樣的，這就需要在目的地進行重新排序，恢復成原始的數據包。

在SDH幀的H4位元組攜帶了如何重組這些VC的信息，使之恢復成原始的信息。這個由16位元組組成的H4位元組主要包括兩個重要的信息：多幀指示符（MFI）、序列號。多幀指示符是動態的，每當有一個新的幀就會自動增加1，這三個VC-3由於攜帶同一個數據包，所以它們具有唯一的MFI號。這樣在它們分別以不同的延遲到達終點時，終點可以根據相同的MFI號把這些獨立的VC重新組合起來。

原節點會給同一個虛級聯通道的不同VC相應的序列號，一個VC-xv通道擁有的序列號是0到x-1，按先後次序序列號逐漸增大。這樣才能保證原始的數據包會被正確的重新組合起來，同時它也避免了以前網管必須對分散的VC做順序監測這一複雜過程。

2．虛級聯技術的特點

虛級聯最大的優勢在於它可以使SDH提供合適大小的通道給數據業務，避免了頻寬的浪費。虛級聯技術可以使頻寬以很小的顆粒度來調整以適套用戶的需求，G.7070中定義的最小可分配粒度為2M。由於每個虛級聯的VC 在網路上的傳輸路徑是各自獨立的，這樣當物理鏈路有一個方向出現中斷的話，不會影響從另一個方向傳輸的VC，當虛級聯和LCAS協定相結合時，可以保證數據的傳送，從而提高了整個網路的可靠性與穩定性。

作為同樣可以利用級聯多個SDH 虛擬容器進行數據傳輸的Multi-link PPP技術，目前在市場上也有一定套用，它是一種點到點的傳輸層適配技術。Multi-link PPP的主要原理是把上層業務流平行拆分，分別進行PPP 封裝。PPP包必須要有幀頭標示符，對PPP包里的數據流要進行比特插入，以防止數據包與幀標示符相同，而且每個PPP包還要有自己的序列號，以便接收端可以正確重組。就實現思路來講，它和虛級聯技術有著相似性，但是由於Multi-link PPP不是專門為SDH設計的，所以虛級聯在傳輸性能和頻寬分配粒度方面均優於Multi-link PPP；特別是虛級聯技術與GFP技術相結合以後，這種優勢更加突出。

（3） LCAS協定

在ITU-T G.7042中定義了LCAS協定，LCAS相對於前兩種技術，可以被看作是一種在虛級聯技術基礎上的較為簡單的調節機制。虛級聯技術只是規定了可以把不同的VC級聯起來，但是現實中的數據流的頻寬是實時變化的，如何在不中斷數據流的情況下動態的調整虛級聯的個數就是LCAS所覆蓋的內容。

1．協定原理

LCAS是一個雙向的協定，表示狀態的控制包會實時地在收發節點之間進行交換，控制包包括六種狀態：固定、增加、正常、EOS(表示這個VC是虛級聯通道的最後一個VC)、空閒、不使用。控制包的具體格式和傳送方式在G.7042中沒有規定。

2．套用方式

LCAS協定在具體套用時，有三種方式：

a.鏈路指定保證頻寬和突髮帶寬，它們分別對應各自的VC通道，當網路頻寬沒有剩餘時網管系統利用保證頻寬所對應的VC通道來傳送數據，當網路頻寬空閒時，網管系統根據業務的優先權來決定是否添加突髮帶寬對應的VC通道；這種實現方式比較靈活，可以合理利用網路資源，提供和ATM相類似的服務，可能成為新的市場熱點。

b.鏈路頻寬指定以後新的VC通道的添加和刪除根據不同用戶需求，由網管人員利用網管系統來手工調整。

c.當LCAS的控制包由其它高層協定（如G-MPLS）來傳送時，可以實現更加靈活的網路管理。

在具體實現中第二種方式用得較多，但是第一種方式和第三種方式的結合有著很好的套用前景。我們需要指出的是，由於GFP-T不支持頻寬統計復用，所以LCAS對於採用GFP-T映射方式的業務數據，實際套用意義不大。

MSTP套用

MSTP適應下一代城域網的特點, 下一代城域網應具有如下特點：

對多業務的支持能力

城域網在通訊網路模型中處於骨幹網和接入網之間，由於接入業務的多樣性決定了城域網應具有對多種業務的支持能力。 TDM業務和ATM業務在公眾網業務總量中所占的比重雖然有越來越低的趨勢，但是它依然是電信網中穩定收入的重要來源之一，在現代城域網中應對傳統TDM和ATM業務提供支持；近年來IP業務經過爆炸式的增長，到2002年其在公眾網中已經占將近90%的業務量，並且沒有跡象表明這種增長勢頭會放緩，相反隨著NGN概念的提出，IP業務的增長速度還會更快。所以現代城域網應該支持TDM、ATM、FR、IP等多種業務。

組網能力和組網靈活性

現代城域網基礎技術應該提供較強的組網能力，除了要支持環狀和線形拓撲結構外，還應支持網狀、樹型、星型、多環切接等組網方式，這樣可以提高網路的可擴展性，便於靈活高效的配置系統環境。

MSTP技術

MSTP技術

可靠性和穩定性

現代城域網基礎技術應該提供可靠的網路故障檢測、告警和恢復能力，保證網路提供24X7的服務。電信級故障恢復時間應該小於50ms。

原有設備的兼容性和互聯互通能力

現代城域網基礎技術應該充分考慮到對現有技術和業務的兼容，從而充分保證電信運營商原有的投資。同時考慮到網路的可擴展性和協定的一致性，不同廠商設備的互聯互通也是十分必要的。

網路的可維護性和可監控性

城域網與各級骨幹網相比，最明顯的特點是業務類型、業務流向、業務流量的不確定性。因此需要提供良好的網路管理能力。在傳統電信網管系統中，通常傳輸系統和業務平台分別有自己的網管系統，甚至不同業務要採用不同的網管系統，網管系統在邏輯上的分離嚴重影響了網路的可維護、可監控性，業務開通和故障定位與恢復變得十分困難。這種狀況要求現代城域網基礎技術能夠提供統一的網路管理平台，方便網路的維護和管理。

網路協定的扁平化

為了減少網路協定層次過多所帶來的實現和管理上的複雜性，以及工作效率低、系統擴展性差的缺點，簡化網路層次、最佳化網路結構、降低運營成本成為現代城域網建設基礎技術的迫切需求。例如，過去由於技術的限制，IP業務的傳送需要經過IP/ATM/SDH/WDM等多個協定的映射和轉換，現在IP over SDH、IP over WDM成為了網路發展的重要趨勢。

儘管現在還存在著很多爭論，但是對於“基於全光智慧型網路的純IP電信網是未來城域網的理想解決方案”的看法，正逐漸被越來越多的人所接受和認可。從傳統廣泛套用的“SDH+ATM”的城域網向全光IP智慧型網路發展時，運營商要同時兼顧技術的先進性和對已有投資的兼容性，與其他城域網建設技術相比，MSTP可以很好的適應話音、數據、圖像、IP 業務的傳送要求，有著良好的性價比，同時由於MSTP與WDM的兼容，有利於向全光網路的平滑升級，這就使得基於SDH的多業務傳送平台（MSTP）在相當長的一段時期內，有著廣闊的套用前景和較大的潛在市場。