MSTP技术简介
第一章 MSTP技术简介
MSTP融合了I[P技术的灵活性、SDH技术的自愈性以及ATM的QOS技术，不但能够接入传统的TDM 2Mbit/s语音业务，而且能够接入ATM/FR业务、10/100Mbit/s以太网业务和V.35（包括n×64kbit/s）业务，使数据网和传输网在接入层面融为一体，实现了数据业务的收敛、汇聚和二层处理，灵活可靠，资源共享，可以让运营商以更低的设备成本、更低的运营成本、更简化的网络结构和更高的网络扩展性构筑新一代基础传送网络。
第一节 MSTP技术的发展状况
1.1MSTP的发展历程
MSTP完整概念首次出现于1999年10月的国际通信展。2002年底，华为公司主笔起草了MSTP的国家标准，该标准于2002年11月经审批之后正式发布，成为我国MSTP的行业标准。
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。到目前为止，作为现代传输网络的解决方案，MSTP 技术经历了三代发展历程。
第一代MSTP以支持以太网透明传输为主要特征，包括以太网MAC帧，VLAN标记等的透明传送。这种技术是在原有的SDH设备上增加IP传送接口，将IP以一种最简单的PPP(点到点协议)方式集成到SDH设备中，即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，实现以太网的点到点透传。其缺点在于不提供以太网业务层保护和以太网业务的QOS区分；也不能实现流量控制；更不能提供多个业务流的统计复用和带宽共享以及业务层(MAC层)上的多用户隔离业务带宽粒度受限于SDH的虚容器，其颗粒度不能小于2Mb/s带宽。因此，第二代的MSTP技术很快就产生了。
第二代MSTP以支持以太网二层交换为主要特点。第二代MSTP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(VC)的点对点链路之间实现基于以太网链路层的数据帧交换，完成对以太网业务的带宽共享以及统计复用功能。它在部协议封装上采用LAPS(链路接入规程)或者GFP，可以提供对多个WAN口，支持一个或多个以太网接口与一个或多个基于SDH虚容器的独立的点对点链路的端口汇聚。它在前一代的基础上增强了面向IP的优化，特别是着重改善了分组数据传输的效率以及对QOS的保证，同时对SDH的基础功能做了进一步的增强。相对于第一代MSTP，第二代MSTP能够支持完整的二层
数据功能和以太环网结构；支持更多的传送协议；保证以太网业务的透明性和以太网数据帧的封装（采用GFP/LAPS或PPP协议）；可提供基于802.3x的流量控制、多用户隔离和VLAN(虚拟局域网)划分、基于STP(生成树协议)的以太网业务层保护以及基于802.3p的优先级转发等多项以太网方面的支持和改进。但是，第二代MSTP仍然存在着许多不足；不能提供良好的QOS支持；基于STP/RSTP的业务层保护倒换时间太慢；业务带宽颗粒度仍然受限于虚容器VC，最小仍然为2Mb/s；VLAN的4096地址空间使其在核心节点的扩展能力很受限制，不适合大型城域公网应用；基于802.3x的流量控制只是针对点到点链路，等等。
第三代MSTP技术引入了GFP（通用成帧规程）高速封装协议、VC虚级联、LCAS(链路容量自动调整机制)、中间的智能适配层等多项全新技术，以利用MPLS(多协议标记交换)来支持以太网业务QOS为特色，主要克服了第二代MSTP所存在的缺陷。VC虚级联更好地解决了与传统SDH网互联的问题，同时提高了带宽的利用率；GFP提高了数据封装的效率，更加可靠，多物理端口复用到同一通道减少了对带宽的需求，支持点对点和环网结构，并实现不同厂家间的数据业务互联；LCAS大大提高了以太网一层透传的业务可靠性和带宽的利用率；RPR/MPLS解决了基于以太网二层环的公平接入和保护的问题，并通过双向利用带宽大大提高了带宽利用率。多协议标记交换(MPLS)是一种可在多种第二层媒质上进行标记交换的网络技术，它吸取了ATM高速交换的优点，把面向连接引入控制，是介于2-3层的2.5层协议，它结合了第二层交换和第三层路由的特点，将第二层的基础设施和第三层的路由有机地结合起来。第三代MSTP技术可有效地支持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。
对于MSTP技术，智能化是它的未来发展方向。随着网络中数据业务比重的逐渐增大，为适应数据业务的不可预见性和不确定性，MSTP技术需要对数据业务传送机制进一步优化，并逐步引进智能特性，向自动交换光网络(ASON)演进和发展。ASON解决了网络的智能化问题，可灵活实现复杂网络中端对端业务的配置，在传输网中引入了信令交换的能力，并通过增加控制平面，增强网络连接管理和故障恢复能力。下一代的MSTP将GFP，LCAS和ASON等几种标准功能集成在一起，配合核心智能光网络的自动选路和指配功能，不仅能大大增强自身灵活有效支持数据业务的能力，而且可以将核心智能光网络的智能扩展到网络边缘，从而快速响应业务层的带宽实时需求，为带宽出租、光虚拟专网(OVPN)、SLA等运营提供支撑。
1.2MSTP技术的标准状况
随着MSTP技术发展如火如茶地进行，国外的标准组织也相继为MSTP制定了行业标准。
在国际上，没有专门的MSTP标准，只有MSTP所涉及的各单项技术的标准。国际电信联盟(ITU)正式发布的相关标准有：ITU-T G.707 2000（VCAT）、ITU-T G.7041 GFP、G.7042 LCAS 等标准,而正在制定中德ITU-T G.etna系列标准有：G.ethna、G.eota、G.esm、G.smc等。
中国通信标准协会于2002年发布了关于的行业标准《基于SDH的多业务传送节点的技术要求》。同时，中国通信标准协会还制订了《基于的多业务传送平台的测试方法》，以便对厂家设备进行入网验证，为多厂家互通性测试方面提供一个行业标准。己有征求意见稿并即将发布的有：《嵌弹性分组环(RPR)的基于SDH 的多业务传送节点(MSTP)技术要求》，另外，《嵌MPLS的基于SDH的多业务传送节点(MSTP)技术要求》己开始制定。
第二节MSTP的原理及技术特点
2.1MSTP的原理
2.1.1MSTP的基本概念
多业务传送平台(MSTP)是指基于SDH平台，同时实现TDM、ATM、IP等业务接入、处理和传送功能，并能提供统一网管的多业务传送平台，其功能结构原理如图1.1所示。
图1.1 MSTP功能结构原理图
由图中可以看出，MSTP的关键就是在传统的SDH上增加了和以太网的承载能力，其余部分的功能模型没有改变。一方面，MSTP保留了固有的TDM的交叉能力和传统的SDH/PDH业务接口，继续满足话音业务的需求；另一方面，
MSTP提供ATM处理、Ethernet透传以及Ethernet L2交换功能来满足数据业务的汇聚、梳理和整合的需要。对于非SDH业务，MSTP技术先将其映射到SDH 的虚容器VC，使其变成适合于SDH传输的业务颗粒，然后与其它的SDH业务在VC级别上进行交叉连接整合后一起在SDH网络上进行传输。MSTP支持话音、GE、ATM等多种业务接口。
对于ATM的业务承载，在映射入VC之前，普遍的方案是进行ATM信元的处理，提供ATM统计复用，提供VP/VC(虚通道虚电路)的业务颗粒交换，并不涉及复杂的ATM信令交换，这样有利于降低成本。有些厂家采用贝尔实验室提出的VP-Ring进行VP-Ring的组网和保护。
对于以太网承载，应满足对上层业务的透明性，映射封装过程应支持带宽可配置。在这个前提之下，可以选择在进入VC映射之前是否进行二层交换。对于二层交换功能，良好的实现方式应该支持如STP、VLAN、流控、地址学习、组播等辅助功能。对于映射方式，我国行标中规定可以选用三种以太网映射方式中的一种：LAPS方式(ITU-T X.85)、PPP方式(IETF系列RFC)、GFP方式(ITU-T G.704)。目前有个别厂家采用三层静态路由的方式。
2.1.2MSTP的关键技术
从MSTP的体系结构来看，最关键的技术有以下四项映射方式、级联方式、链路容量调整机制和中间智能适配层。
1.映射方式?GFP(Generic Framing Procedure《通用成帧规程》
GFP是在ITU-T G.7041中定义的一种链路层标准。GFP是一种将高层用户信息流适配到传送网络(如SDH/SONET)的通用机制，也是802.17标准RPR规定的唯一封装标准，其封装示意图如图1.2。作为一个链路层标准，它定义了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。
图1.2 GFP封装格式示意图
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。
GFP克服了IP over PPP/HDLC over SDH，IP over Multi-Link/PPP over SDH 所无法避免的只支持点到点的逻辑拓扑结构、需要有特定的帧定界字节、需要对帧里的负荷进行扰码处理等诸多弊病。
相对于原来的同类协议PPP，GFP的技术特点优势在于：
1）帧定界方式：其帧定界是基于帧头中的帧长度指示符采用CRC（循环冗余码）捕获的方法来实现的，与ATM中使用的方法相似。这种方式减小了定位字节开销，比用专门的帧标示符去帧定界更有效。
2)通过扩展帧头的功能去适应不同的拓扑结构(环形或者点到点)，打破了链路层适配协议只能支持点到点拓扑结构的局限性。也可以定义GFP中数据流的不同服务等级，而不用上层协议去查看数据流的服务等级，通过对多服务等级概念的引进，GFP可以实现带宽控制的功能。
3)通过扩展帧头可以标示负载类型，以决定如何前传负载，而并不需要打开负载，查看它的类型。
4)GFP有自己的FCS(Frame Check Sequence，帧检验序列)校验域，能有效地防止由于误码所引起的错帧，并能有效地抵御因为物理层上传输质量恶化所引起的误码，具有较强的纠错能力，这样可以保证所传输负荷的完整性，对保护那些自己没有域的负荷是非常有效的。
5）传输性能和传输容无关，这个优点来自于GFP采用了特定的帧定界方式。而在PPP里，它会对负荷的每一个字节进行检查，如果有字节与帧标示符相同，它会对这一字节做处理，从而使负荷变长，且不可预测。在MSTP测试时，正是利用这一点来判断设备所采用的映射协议是GFP还是PPP。
另外，从互通性测试结果看，采用GFP映射技术的不同厂商的MSTP产品成功的进行了互通。所以GFP映射技术一般作为MSTP的首选方案。
2.级联方式?虚级联
VC的级联娜概念是在ITU-T G.7070中定义的，分为相邻级联和虚级联两种，在MSTP技术中占有重要的地位。相邻级联是在同一个STM-N中，利用相邻的VC-nc,构成一个整体进行传输，有时也直接简称为级联。虚级联则是将分布在不同的STM-N中的VC按级联的方法形成一个虚拟的大结构VC-nv进行传输，各个VC在SDH的帧结构中是独立的，其位置可以灵活处理。通过这种方式能够实现传输带宽的可配置，映射颗粒可以是VC12-n，VC3-n，VC4-n。利用VC级联技术可实现Ethernet带宽与SDH虚通道的速率适配，从而实现对带宽的灵活配置。
1)虚级联技术原理
虚级联技术可以被看成是把多个小的容器级联起来并组装成为一个比较大的容器来传输数据业务。这种技术可以级联从VC-12到VC-4等不同速率的容器，用小的容器级联可以做到非常小颗粒的带宽调节，相应的级联后的最大带宽也只能在很小的围。例如如果做VC-12的级联，它所能提供的最大带宽只能到139Mbit/s。
如果IP数据包由三个虚级联的VC-3所承载，然后这三个VC-3被网络分别独立地透传到目的地，由于是被独立地传输到目的地，所以它们到达目的地的延迟也是不一样的，这就需要在目的地进行重新排序，恢复成原始的数据包。在SDH帧的H4字节中携带了如何重组这些的信息，使之恢复成原始的信息。这个由16个字节组成的H4字节主要包括两个重要的信息：多帧指示符（MFI）、序列号。多帧指示符是动态的，每当有一个新的帧就会自动增加1，这三个VC-3由于携带同一个数据包，所以它们具有唯一MFI的号。这样在它们分别以不同的延迟到达终点时，终点可以根据相同的MFI号把这些独立的VC重新组合起来。原节点会给同一个虚级联通道的不同VC相应的序列号，一个VC-nc一通道拥有的序列号是0到x-1，按先后次序序列号逐渐增大。这样才能保证原始的数据包会被正确地重新组合起来，同时它也避免了以前网管必须对分散的VC做顺序监测这一复杂过程。
2)虚级联技术的特点
虚级联最大的优势在于它可以使SDH提供合适大小的通道给数据业务，避免了带宽的浪费。虚级联技术可以使带宽以很小的颗粒度来调整以适应用户的需求，G.7070中定义的最小可分配粒度为2M。由于每个虚级联的VC，在网络上的传输路径是各自独立的，这样当物理链路中有一个方向出现中断的话，不会影响从另一个方向传输的VC，当虚级联和LCAS协议相结合时，可以保证数据的传送，从而提高整个网络的可靠性与稳定性。