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1、精品论文大全基于 EOS 的新一代 IP 承载网1赵永利，尧昱 北京邮电大学光通信与光波技术教育部重点实验室，北京 (100876) E-mail：摘要：本文描述了一种融合 SDH（同步数字体系）1、RPR（弹性分组环）2和 MPLS（多 协议标签交换）为一体的新一代 IP 承载方案。以 SDH 为物理层，运用 GFP（通用成帧规程）3、VCat（虚级联）和 LCAS（链路容量调整方案）4等关键技术的 EOS（Ethernet over SDH） 平台实现了数据的高效传输。而进一步融合 RPR 和 MPLS，可以在 RPR 提供共享带宽的基础上，通过 MPLS 提供端到端的 QOS 保证，QS
2、R 提供了融合 EOS、RPR 和 MPLS 的框架。 关键词：以太网 SDH 映射；弹性分组环；多协议标记交换；QOS 交换机路由器中图分类号：TN929.111引言IP 数据业务的迅速增长，使得运营商不得不考虑城域承载网对 IP 业务的承载能力。目前， 虽然 WDM 技术已经很成熟，但由于 SDH 网络已经在全球范围内得到了大规模的部署，而 且 SDH 网络基本能满足当前的业务需求，所以 SDH 仍然为提供业务传送最受欢迎的高效、 可靠传输手段。EOS 技术为 SDH 光网络承载 IP 数据业务提供了最好的选择，将以太网数据 封装进 SDH 帧，可以保证数据的可靠、高效的传输。然而由于 S
3、DH 本身固定带宽颗粒的特 点，势必会造成巨大的带宽浪费，同时会导致业务分配的灵活性很低。引入 GFP、VCat 和 LCAS 技术，充分的提高了 EOS 的整体性能，改善了业务分配的灵活性和带宽的有效利用。 而将 RPR 和 MPLS 技术整合嵌入进 EOS，不但发挥了 RPR 很好的汇聚特性和优化的数据接 入能力，更利用 MPLS 建立了对业务模式的支持和统一的控制平面，必将造就新一代 IP 承 载网。2EOS技术EOS 即以太网到 SDH 的封装技术，其使语音、图像和数据等多业务的混合高效传输成 为可能。虽然 SDH 起初是为了 TDM 业务设计的，然而通过对其优化完全可以传输如以太 网
4、等分组业务。以太网是在接入网和承载网中标准的数据接口，而如何以 SDH 为物理层， 而在二层融合 TDM 和以太网则是问题的关键。2.1 EOS 关键技术（1）GFP GFP是一种目前最为流行的标准化业务映射机制，它能够将各类数据信号有效映射到SDH/SONET帧中。其采用的是基于头校验（HEC-based）和自描绘（self-delineable）技术。 为了容纳可变长度的PDU，GFP在帧头中提供净荷长度标志。同时帧长指示标志还可用于数 据帧边界定位的处理过程，该过程对于数据链路同步非常重要。GFP帧有GFP用户帧（CDF） 和GFP控制帧（CMF）两种基本类型。GFP用户帧提供GFP的基
5、本净荷传送机制，由核心帧 头和净荷区两部分组成；GFP控制帧为GFP提供基本链路控制机制。（2）VCat虚级联就是将分布于不同STM-N数据帧中的虚容器按照级联的方法，形成一个虚拟的 大结构VC-4/3/12-Xv格式，进行传输。其相对于相邻级联能提供更为精细的净荷颗粒，灵活1本课题得到教育部新世纪优秀人才支持计划（项目编号：NCET-05-0112）资助。-2-性更高。虚级联允许任意数量的虚容器创建容量合适的传送层管道。传输通道的源端设备将级联带宽分割到多个标准容器（SDH高阶或低级通道），逻辑上采用虚级联组VCG来表示。 由于虚级联信号由链路终端节点进行处理，从而减少带宽资源的浪费。如表1
6、中所示，虚级 联相对于相邻级联，带宽利用率得到了极大的提高。表 1 虚级联与相邻级联的带宽利用率数据速率虚级联相邻级联10MVC-12-5v(91%)VC-3(21%)100MVC-12-46c(98%)VC-4(67%)1000MVC-4-7v(95%)VC-3-21v(98%)VC-4-16c(42%)（3）LCASLCAS 机制使虚级联的VC 数量在一定范围内可以进行动态增减，这种调整是根据业务 流量的需求来进行的，在这个调整过程中不会对数据传送性能造成影响,如图1(a)所示。另外， 在链路发生故障时，LCAS通过动态从VCG中删除失败成员可以提供负荷的共享保护，如图1(b)所示。虚级联
7、和LCAS 是衡量MSTP 带宽是否有效利用的重要指标。虚级联实现了业务 带宽和SDH 虚容器之间的适配，比相邻级联更好地利用了SDH链路带宽，提高了传送效率； LCAS 实现了带宽动态调整。2.2 EOS 的技术特点图 1 LCAS操作相对于传统的以太网，EOS 具有以下技术特点：（1）提供了 50ms 保护倒换的电信级性能。EOS 的保护倒换结构可以基于 1+1 保护链 路，自愈环和基于 RPR 的 EOS 保护环等结构。（2）支持端到端的 QOS 保障和业务等级分类。（3）能够完成 TDM 和数据业务的同步传输。（4）通过 SOH（段开销）和 POH（通道开销），EOS 还能提供承载层的
8、 OAM 能力。EOS 中虚通道的应用可以分为专用 VCG（虚容器组）和共享 VCG，前者可用于端到端 要求较高以太网业务，而后者主要用于点到多点的低成本以太网业务，如 IP 电视等。2.3 EOS 的发展趋势在传统的 MSTP（多业务传送平台）系统中，EOS 主要用来将 TDM 和数据等多业务映 射封装进 SDH 帧进行传输，GFP/VCat/LCAS 的应用很大程度上提高了 MSTP 系统的性能。 然而 MSTP 系统中的交换结构主要是基于时隙的具有交叉功能的电路交换。而内嵌 EOS 的 QSR(Qos Switch Router)系统则具有纯分组交换的结构。在当前 IP 一统天下的趋势下
9、，将 EOS引入 QSR 系统必将成为今后 IP 承载网的解决方案。3. 新一代 IP 承载网3.1 基于 EOS 与 QSR 的 IP 承载网解决方案QSR5是一种保证 QOS 的交换路由器，它本身由交换卡、线路卡、控制卡和制冷模块 组成，其中线路卡中有一种 EOS 业务卡，在面板上提供了标准的光接口，可以通过 SDH 技 术来传输以太网或者 MPLS 数据包。如图 2 所示，QSR/QSS 作为网络上的节点，完成业务汇聚、上下路以及路由选择和交 换的功能，将 EOS 应用在 QSR/QSS 中，能够实现数据业务的分组交换。而在 QSR 与 QSS 之间采用基于 EOS 的 RPR 环形拓扑
10、能够在共享环上实现有效的统计复用和业务等级承载。 MPLS 在 RPR 环之上则能够完成统一的控制平面和端到端的 QOS 保证。可见 QSR/QSS 系 统提供了一种融合 EOS、RPR 和 MPLS 的标准架构（即将 RPR 与 MPLS 嵌入进 EOS），而 这一框架能够充分发挥 RPR 和 MPLS 的各自优势。-3-3.2 内嵌 RPR 的 EOS图 2 基于 EOS 的网络结构RPR 是一种独立于物理层的新型 MAC 层技术，它基于分组，采用类似以太网的帧格式， 结合 MPLS 标记的思想，利用 MAC 层的高速交换，简化了 IP 传送。它既吸收了吉比特以 太网的经济性，又包含了 S
11、DH 系统 50ms 保护的特性。RPR 技术支持更细致的带宽颗粒， 在支持传统语音业务传送的同时，能够很好地承载具有突发性的 IP 业务，具有较好的带宽 公平机制和拥塞控制机制，同时具有空间复用机制。弹性分组环是基于分组交换的新型网络结构和技术，它在拓扑结构上和 SONET/SDH 一 致，采用双光纤环配置，环中由分组交换节点组成，相邻节点通过一对光纤连接。但 RPR 在任何时间双环都同时使用，外环沿一个固定方向传输数据，内环作反方向传输。因为在一 个共享媒介上传输分组最有效的是由 MAC 层的协议来处理，故 RPR 针对网状拓扑结构制 定了独立的 MAC 层协议来解决城域网中带宽的瓶颈问题
12、，且能提供下一代接入网所要求的 恢复能力、有保证的服务和可管理能力。如图3所示，基于SDH的内嵌RPR环可由SDH单向互逆的VC通道组成双环结构，其VC 通道的带宽大小可由虚级联和LCAS技术来进行动态管理。两个环分别为内环和外环，它们 在传送数据信号时，同时传送控制信号，在某一方向(下游)上发送数据分组，并在另一环上 相反方向(上游)发送其对应的控制分组。另外节点可在任一环路上发送数据，换句话说可沿 顺时针或逆时针方向，一般说来，到给定目的端两条可能路径中，基于节点发现时序，较短 的路径常被使用。环上每个节点用一个48比特MAC地址来标识，MAC地址的定义符合IEEE的相关标准。在内嵌RPR
13、的EOS节点上，一个RPR节点包括一个MAC客户实体、一个MAC 实体和两个物理层实体。一个单向环由一系列的单向链路在环上一个节点接一个节点组成，环 上所有的链路具有相同的数据速率，但延迟特性可能不同。根据用户要求可以对用于传送 RPR的通道带宽进行动态调整，调整粒度为该虚级联通道中单个虚容器的大小。当构成传送 RPR的虚级联通道的虚容器组中有成员失效时，LCAS将实现自动动态调整带宽，将失效虚 容器成员移去，在虚容器成员恢复后，添加到虚级联通道中。调整粒度为该虚级联通道中单 个虚容器的大小。业务数据包 RPR 业务适配层-6-公平算法RPR MAC层环选择保护OAM拓扑自动发现EOS 站点
14、1spanEOS 站点 2GFP/PPP/LCASVirtual concatenation LCASSDH 物理层EOS 站点 4EOS 站点 nEOS 站点 n-1domain 内环 外环EOS 站点 6EOS 站点 5图 3 RPR 环形拓扑内嵌 RPR 的 EOS 一方面可通过 SDH 本身的特点实现对 TDM 业务高效的传送，并能提供良好的网络生存性及与现有网络的兼容性，同时虚级联和 LCAS 技术实现了业务带宽和 SDH 虚容器之间的适配，并在基础上能够进行传输带宽的动态调节。另一方面内嵌 RPR 的 EOS 可通过 RPR 技术可以实现数据业务带宽的动态共享，极大地提升了网络带宽
15、的利用率。3.3 内嵌 MPLS 的 EOSMPLS 可在多种第二层媒质上进行标记交换，它为进入网络中的 IP 数据包分配标记， 并通过对标记的交换来实现 IP 数据包的转发。在网络内部，MPLS 在数据包所经过的路径 沿途通过交换标记来实现转发，将 IP 分组转换为采用标记标识的流连接，提供服务质量、 流量控制、虚拟专用网、组播等功能。内嵌 MPLS 技术的 EOS 相当于在业务和 SDH 之间引 入了一个中间智能适配层，根据业务要求适配、映射到 SDH 通道上，同时支持 GFP 高速封 装协议、虚级联、LCAS 以及二层交换等技术。图 4 以太网业务在内嵌 MPLS 的 EOS 网中的接入
16、对以太网业务或VLAN业务，MPLS处理模块在接收到的数据包上附加内层MPLS标签（VC 标签），形成伪线PW(Pseudo Wire)或虚电路（Virtual Circuit），相同源地址和目标地 址的多个PW再加上外层MPLS标签（tunnel Label），进行复用，建立一条MPLS标记交换路 径LSP，以太网业务和VLAN业务在LSP中按外层MPLS标签进行转发。隧道标签标示MPLS数据包从源端点传送到目的端点，VC标签标示以太网数据从入口UNI传送到出口UNI（UserNetwork Interface），如图4所示。MPLS 是继 IP 技术之后的下一代广域网传输技术，MPLS 技
17、术结合了第二层交换和第三 层路由的特点，可在网内同时支持多种业务的转发。它利用原有 IP 路由的优点，保证了 MPLS 网络路由的灵活性。在 EOS 中内嵌 MPLS 不但保证了多种网络的互连互通，使得各种不同 的网络传输技术统一在同一个 MPLS 平台上，而且使网络具有良好的可扩展性，能够有效 地实施端到端的流量工程，支持大规模虚拟专用网应用和提供有效的 QoS 保证。3.4 MPLS 与 RPR 的融合多协议标签交换（MPLS）技术是面向业务的通用控制协议，能通过信令快速地提供端 到端的业务配置。MPLS 技术结合了第二层交换和第三层路由的特点，第三层路由在网络的 边缘实施，而第二层交换则
18、由 MPLS 网络的核心完成。MPLS 网络采用单一的转发机制，可 在网内同时支持多种业务类型的转发。而 RPR 是为单个物理环或逻辑环（跨多个物理环的 VC 通道构成）而设计的 MAC 层技术，因此 RPR MAC 层的应用仅局限在单环，跨环时须 终结，因此无法实现跨环业务的端到端带宽共享、公平机制、QOS 和保护功能，因此在组 建复杂网络时有一定的局限性。 为了组建较大规模的复杂网络并提供端到端的服务质量保 证，则需要与其它技术相配合，如 MPLS，它一方面通过 LSP 标签栈很好地解决了 VLAN 的可扩展性和业务的端到端保护问题，另一方面由于 MPLS 的 QoS 和流量工程方面的特性
19、， 可为以太网业务的服务质量、SLA 增强和网络资源的优化利用提供很好的支持。以太网帧 可根据被广泛接受的 IETF Martini 草案标准进行封装，然后再到 RPR MAC 层进行处理，最 后由映射到 SDH 层转发，如图 5 所示。以 太 网 帧 DASAVLA Np aylo ad Mart ini 帧m p l s 帧 头 pay loa dRPR 帧GFP 帧 头p aylo ad GFP 帧 头 SD HVC -N-Xv GFP 帧RPR 帧 头 payl oad FC S4. 结论图 5 MPLS 与 RPR 在 EOS 中的结合QSR 提供了一个融合 EOS、RPR 和 MP
20、LS 的标准以太网传输结构，以 SDH 为物理层，而采用包含 GFP、VCat 和 LCAS 等关键技术的 EOS 平台来传输以太网业务。在 QSR 系统 中，基于 EOS 的 RPR 技术能够实现高效的统计复用，充分的提高了带宽利用率。而 MPLS 的嵌入更增强了网络互通的灵活性，并提供了端到端的 QOS 保证，此方案可作为新一代 IP 承载网的优先选择。参考文献1 ITU-T Standard G.707.Network node interface for the synchronous digital hierarchy, 2000. 2 IEEE Standard, 802.17:R
21、esilient Packet Ring, http:/ieee802.org/17.3 ITU-T Standard G.7041, Generic framing procedure, Feb 2003.4 ITU-T Standard G.7042, Link capacity adjustment scheme for virtually concatenated signals, 2004.5 Hong Ju Kim, Seung il Myong, Hyun Ha Hong, Jong Hyun Lee and Jung Sik Kim. The Role of Ethernet
22、overSDH in QoS Swicth Router, ICACT 2006. Volume 2, pages:985-990.A new architecture of IP support networks based on EOSZhao Yongli ，Yao Yu iBUPT Key Laboratory of Optical Communication and Light wave Technologies，Beijing , PRC,(100876)AbstractThis paper described a new architecture of IP support ne
23、tworks which combined SDH, RPR and MPLS.EOS that takes SDH as the physics layer and makes use of the key techniques such as GFP, VCat and LCAS, has implemented the data transmission efficiently. While the combination of RPR and MPLS can support the peer to peer service QoS, basing the shares bandwidth provided by RPR. QSR provides this framework that combine EOS, RPR and MPLS.Keywords: EOS; RPR; MPLS; QSR作者简介：赵永利，男，1981 生，北京邮电大学电磁场与微波技术专业研究生，研究方向： 下一代光网络。