电信级以太网OAM的标准与发展

电信级以太网OAM的标准与发展摘要OAM是以太网技术从局域网组网向城域网和广域网组网技术发展过程中所面临的一个主要问题。

本文列举了电信级以太网对于OAM的需求，介绍了以太网OAM在标准和技术方面的最新进展，并对其相关标准、协议机制、实现与应用等进行了阐述和分析。

1、引言以太网技术以其良好的经济性、互通性和易用性等优势得到了普遍应用。

随着电信级以太网技术和标准的快速发展，以太网逐步向城域网和广域网延伸，从而作为电信级传送技术提供多业务承载。

在城域网和广域网中存在大量复杂的用户，通常需要多个不同的运营商网络来协同工作以提供端到端的客户业务。

随着以太网技术在运营网络中应用的不断增加，对其扩展性、可靠性、安全性和可管理性等提出了诸多挑战[1]。

以太网原来主要用于LAN环境，OAM（operation，administrationand management）能力较弱，且只有网元级的管理系统。

为了实现与传统电信级传送网相同的服务水平，各研究团体和标准组织都在积极进行技术研究和标准制定，从而使电信级以太网作为未来传送网的新选择，其中以太网OAM就是研究的重点之一[2]。

基于电信级以太网的传送技术发展主要包含两大方向：一是Ethernet+，从以太网自身的基本协议机制和帧结构出发，不断完善相关协议标准，丰富以太网的相关功能。

从而成为电信级的网络技术，这方面以增强型以太网、PBB/PBB-TE（PBT）为代表；二是MPLS+，通过与MPLS等相关技术结合来弥补以太网技术的一些天生不足，以满足运营级的要求，这方面以EoMPLS、VPLS、T-MPLS等为代表。

根据MEF（metro ethernet forum）将电信级以太网纵向分成的3层结构[3]，每层都应该具有自身的OAM能力。

以太网业务层的OAM功能应独立于上层应用，如IP层或底层的传输技术，这样可以采用不同的技术提供以太网业务。

各层的OAM功能可以互相增强，并提供良好的故障和性能管理。

现在IEEE802、ITU-T SG13/15和MEF等标准组织紧密合作，不断制定出满足电信级要求的以太网OAM新标准，目前工作主要关注的是故障管理和性能管理。

本文将基于相关标准和发展来阐述和分析电信级以太网的OAM网络模型、管理功能、协议机制等。

2、电信级以太网OAM的需求以太网原来主要用于LAN环境，OAM能力较弱，且目前只有网元级的管理系统，其管理工具不足以支持公用电信网所必须的网络管理。

另外，光以太网是以点到点方式直接相连的，省掉了传输设备，难以提供端到端的业务管理、故障检测和性能监视，使以太网中发生的故障更难以诊断和修复。

以太网可以在多种不同的服务层上传送，而且它的客户层也是多种多样，非以太网的底层（服务层如SDH）或高层（客户层如IP）的OAM功能都不能替代以太网OAM的功能。

为了在以太网层能确定以太网虚链接（ethernet virtual connection，EVC）的连通性，有效地检测、确认并定位出源于以太网层网络内部的故障，并且可以衡量网络的利用率以及度量网络的性能，从而能根据与用户签订的SLA协议提供业务，以太网层需要提供一个完全不依赖于任何客户层或服务层的OAM机制，该需求对于电信级以太网的独立发展是至关重要的。

电信级以太网OAM至少满足以下需求[4]。

●以太层网络OAM功能不应该依赖任何特定的服务层或客户层网络。

●故障管理。

如果出现故障，能检测缺陷、诊断缺陷、定位缺陷，通知网管系统并对该故障采取适当的措施。

●自动发现与配置管理。

OAM功能应该简洁而且易于配置，使得它能直接大范围应用，甚至在大型的网络上。

●性能管理。

可以度量一个EVC的有效性和网络性能，如丢包率、时延、抖动等。

●OAM功能应该能可靠地执行，甚至在链路劣化的条件下，这需要为OAM报文提供比特差错修正和检测机制●支持针对运营商、业务提供商和用户提供分域的OAM。

3、标准化进程与现状为了实现与传统电信级传送网相同的服务水平，各研究团体和标准组织都在积极进行技术研究和标准制定。

现在标准制定工作主要关注的是故障管理和性能管理。

现已完成或即将完成的包括如下内容。

●IEEE802工作组已制定了IEEE802.1ag连通性故障管理[5]和IEEE802.3ah第一英里的以太网[6]，802.3ah目前已融入802.3-2005中，另外还有802.1 AB站点和介质访问控制连通性和发现[7]，802.1ap VLAN桥接的MIB[8]。

●ITU-TSG13制定了Y.1730以太网OAM的需求[9]和Y.1731以太网OAM功能和机制[10]；ITU-TSG15制定了G.8031以太网保护倒换[11]，G.8032以太网环形保护倒换[12]。

●MEF制定了MEF7EMS-NMS信息模型[13]、MEF、15网元管理需求[14]、MEF16以太网本地管理接口[15]和MEF17业务级OAM需求与框架[4]，正在制定业务OAM性能监视的实现规约[16]。

4、网络模型与功能概述4.1网络级管理架构为了兼容多种技术和多个厂家的设备，实现电信级以太网的统一网管，MEF提出了电信级以太网的网络管理信息模型（如图1所示），并从网络分层、子网划分、子网拓扑、网络连接4个方面对EMS-NMS（网元管理系统—网络管理系统）接口进行规范。

EMS-NMS接口将电信级以太网的管理分为两个层次：对网元设备的管理和对网络的管理。

将电信级以太网络划分为多个子网，每个网元管理系统负责管理本子网内的网元设备，网络管理系统不负责管理具体的网元设备，而是通过EMS-NMS接口管理EMS下的子网。

由于呈现给NMS的是网络，因此可将各种网络资源进行抽象，以统一的方式实现多种网络技术的管理。

在MEF的规范中，对于EMS-NMS接口的定义相对中性，只是要求采用相对成熟的既有网管协议，例如CORBA（common object request broker object）、SNMP（simple network management protocol）、Java或XML等。

对于网元管理需求的第一阶段内容由MEF15给出。

4.2多域的网络模型电信级以太网需要为不同的组织机构提供不同的管理维护范围和内容。

通常有3种组织会涉及电信级以太网业务：用户（如专网用户）、业务提供商和网络运营商。

用户向业务提供商购买以太网业务，业务提供商可使用自己的网络或通过其他运营商网络来提供端到端的以太网业务。

IEEE、ITU-T和MEF统一了一个多域的OAM网络模型（如图2所示），该模型在考虑商业模型时十分有用。

电信级以太网被分为用户、提供商和运营商3个维护等级，分别对应不同的管理域。

提供商负责端到端的业务管理，运营商提供业务传送。

图2中标识了维护实体端点（MEGendpoint）和维护实体中间点（MEGintermediate point）的位置。

其中MEG（maintenance entity group）是指维护实体群，对于点到点以太网连接，一个MEG只包含一个ME（maintenance entity）；MEG端点表示一个MEG的端点，它能发起并终结用于故障管理和性能监控的OAM帧。

OAM帧和普通以太网流量是区别开来的，但是却和以太网流量共用相同的转发流程，由此可以监控以太网流量。

MEG中间点是MEG的中间节点，能够响应某些OAM帧，但不会发起OAM帧，对途经的以太网流量也不采取任何动作。

在IEEE802.1ag中所用的维护关联与MEG的内涵一致，其MAendpoint和MA intermediate point分别与ITU-T的MEP和MIP对应。

4.3故障管理电信级以太网业务级的故障管理主要包含连通性检测功能、环回功能、链路追踪功能、告警指示、远端故障告警和测试功能等。

IEEE802.1agCFM和ITU-T的Y.1731定义了主动和按需的故障管理机制。

现已定义的OAM故障管理消息包括：●连续性检查消息；●环回消息；●链路追踪消息；●告警指示消息；●远端缺陷指示；●锁定信号消息；●测试信号消息；●维护通信通道消息；●设备制造商专用和试验用OAM消息。

其中较为常用的OAM故障管理包括如下内容。

●以太网连续性检查功能。

这是一种主动OAM功能，它可以用于检测处于一个MEG中的任一对MEP间的连续性丢失（LOC），可用于检测两个MEG之间的错误连接，也可用于检测在一个MEG中出现与错误MEP相连的情况，以及其他一些缺陷情况。

连续性检查消息可应用于故障管理、性能监测或保护倒换。

●以太网环回功能。

它用于检验一个MEP与一个MIP，或者一个MEP与对等一个或多个MEP间的连通性，该功能类似于PING。

●以太网链路跟踪功能。

它是一种按需OAM功能，用于以下两个目的：邻接关系检索和故障定位。

●以太网远端缺陷指示功能。

MEP使用以太网远端缺陷指示功能通知对等的MEP它遇到了一个缺陷情况，例如信号故障和AIS等缺陷情况都能导致带有远端缺陷指示信息帧的发送，只有当以太网连续性检查功能被激活时远端缺陷指示功能才会被使用。

利用802.1ag和Y.1731可以解决端到端业务管理中的大部分问题，但是有时候除了链路和节点故障外，其他原因（如转发表配置错误等）也会导致业务的中断，所以链路级管理对于以太网而言是另一个重要的故障管理部分。

在这方面IEEE802.3ahEFM专门针对点到点的以太网物理链路或仿真链路定义了监视和排错功能，特别被推荐在用户接入网络中使用。

EFM定义的OAM功能包括设备发现、链路监视、远端故障指示和远端环回。

4.4性能管理性能监控功能可以测量各种性能参数用于差错性能测量，现在只有ITU-T的Y.1731定义了性能管理的相关内容。

MEF在MEF17中给出了业务管理的需求，目前正在制定业务OAM性能监视的实现规约。

Y.1731只定义了点到点ETH连接的性能参数，对于多点ETH连接的性能参数需要进一步研究。

它基于MEF制定的以太网业务属性[11]定义了下述性能参数：帧丢失率、帧延时、帧延时抖动。

另外，RFC2544中定义了一个性能相关的参数：吞吐量。

吞吐量是指当没有丢帧情况下帧最大速率，通常是在测试条件下得到。

此外，可用性定义不在Y.1731的范围内，不过该标准中相关的机制可以用于可用性测量。

4.5配置管理MEF参考帧中继的本地管理接口规范（FR-LMI）定义了以太网本地管理接口（E-LMI）。

E-LMI定位于用户网络接口（UNI）的OAM协议，主要工作于用户边缘（customeredge，CE）设备和提供商网络边缘（provideredge,PE）设备之间。

E-LMI使得业务提供商能够自动配置CE来匹配所购买的服务。

通过E-LMI，CE可以自动收到VLAN到EVC的映射信息和相应的带宽与QoS设置。