烽火通信网络规划部 高鹏
摘要：
本文通过分析MSTP的技术要点来对其在城域传送网中的应用进行了分析和总结。
一、“城域裂缝”
在过去的几年中，为了适应快速增长的宽带业务需求，人们投入大量的精力改造了用户侧的接入网，目前的各种宽带接入技术如xDSL接入、以太网接入、HFC接入、LMDS接入等，都能够比较好地疏通接入网的瓶颈，具备提供各种宽带数据、视频、音频业务的能力。另一个方面，由于DWDM技术的广泛应用，长途干线网的容量正向着T比特级进军，核心路由器的处理能力也达到了T比特级，干线网的巨大传输容量已经成为网络发展的坚实基础。
但是，在接入网和干线网高速发展的同时，传统的本地网的容量、接口能力都难以满足业务输导、汇聚的要求，于是出现了称之为Metro Gap的“裂缝”。
对于传统的本地网来说，整个传送平台承载的业务主要是话音业务，接口种类局限于固定的E1/E3/STM-1/STM-4等固定的TDM接口，容量一般来说也比较有限（当然一些特大型枢纽城市的业务容量会比较大）。随着宽带业务的不断发展，如何能够找到一种对这些迅猛发展的业务进行高效、可靠、低成本的承载方式？传统的本地网在容量和接口种类上都难以满足要求。
虽然目前的宽带接入技术多种多样，我们透过纷繁的现象往本质看，会发现：宽带接入技术的核心不是IP就是ATM。如表1所示：
表1、各种宽带接入技术的核心
显然，对于将这些业务汇聚至骨干网的城域网平台来说，关键的承载要求在于ATM和IP这两种业务。
这里以DSLAM出来的ATM 155M接口的承载需求来分析一下。对于大多数地方的运营商来说，已经投入使用的SDH设备在建设初期都预留了比较丰富的扩容空间，但传输系统的通道普遍是按照2M级别进行划分使用，要想调整出整个本地网内端到端完整的ATM 155M通道几乎是不可能的。另一个方面，由于覆盖范围和开通率的实际限制，每个155M通道内的业务流量普遍偏低，带宽利用率不高。对于以太网的接入而言，传统的本地传送网无法进行直接承载。
从容量上来说，传统的以STM-1/4为主体的本地网很难应付宽带业务的爆炸性增长。
可见，传统的本地网难以肩负汇聚、输导各种宽带业务的使命。
二、MSTP的使命
2.1 多种MSPP技术选择
人们提出了多种方案来解决上述的Metro Gap问题，总的称之为MSPP（Multi-Service Provisioning Platform）。在目前来说，MSPP主要包含三个流派：WDM流派、SONET/SDH流派、纯数据流派。这些技术又分别有一些支流。如图1所示：
图1：多种多样的MSPP技术流派
不论是哪一类的MSPP技术，总的来说都具有多种业务承载能力集于一身的特点，而且容量普遍比较大，还有就是可解决网络的可靠性问题。
DWDM应用在干线系统，要解决的是长距离传输问题。在城域网内则不同，城域网的覆盖范围比较小，重点解决的是多业务的承载和低成本、高可靠性传输。多业务承载方面，目前的城域多业务DWDM系统提供除SDH接口以外的多种数据接口，典型的如GE/SAN系列接口。如果需要对数据业务进行快速保护，城域DWDM需要光通道层、光复用段层的保护机制，目前光通道层的保护已经进入实用化阶段。低成本问题关键是考虑近距离传输对DWDM器件的要求大幅度降低，可以通过放宽器件技术指标的途径来有效控制成本。
如果考虑将WDM的波长间隔增加到20nm以上，那么这样的WDM就称之为粗波分复用（CWDM）。当然考虑到城域网的传输距离近，可以扩大CWDM的频段范围来增加容量。CWDM的成本对网络建设者有着巨大的诱惑力。
随着光纤传输在以太网中的广泛使用，全双工以太网可以传输的距离达到上百公里，因此，组建纯粹基于以太网方式的城域传送网成为严格控制成本的建设者的首选。
但是即使有备份路由，基于生成树协议的倒换机制远不能达到50ms的电信级保护要求，虽然目前有公司宣称可以通过改进生成树算法来达到快速保护，但是尚且没有成为市场主流。
虽然Cisco公司的DPT、Luminous公司的RPT名字各不相同，但实际上大同小异，它们全都是基于弹性分组环（RPR）的技术。RPR对于数据业务的承载性能要大大优于SDH，有望在未来的纯数据网络中争得主流。
人们没有放弃目前的主流传输技术SDH，并对其作了各种改动，以期能够适应多业务的承载环镜。改动SDH的方向有两个：一个是简化，另一个是增强。简化的SDH在这里姑且称之为 SDH lite。SDH lite简化主要体现在两个方面：首先是简化SDH的开销处理，其次是修改APS协议，使单个的SDH lite环能够容纳更多的节点，而不是目前的16个。在国内，主要的SDH改进形式是增强其功能，主要是增加宽带业务的承载和处理能力，我国的行业标准称之为MSTP（基于SDH的多业务传送平台）。
2.2 MSTP是目前切实可行的城域传送网建设方案
那么到底选择哪一种MSPP技术作为城域网的传送平台呢？在对比各种MSPP技术之前，先对比较的标准进行大致解释。毫无疑问，多业务承载能力是比较各种MSPP技术的首要条件，其次是网络可靠性、网络容量、成本、技术成熟程度。
各种MSPP技术的大致比较如表2所示：
表2：各种MSPP技术的简明对照
这里对比较的结果做一点解释，后面将对MSTP和纯数据方式做进一步的对比。无论现阶段在城域网中引入WDM是否在经济上可以承受，从总体趋势上来看，WDM进入城域网领域是个方向。WDM作为基础传送平台，和其它两类的技术存在互补性。对于纯粹以太网方式组件城域网的方式，由于网络的保护机制所限，适用于需要严格控制成本的场合。需要注意的是，目前的电信网的主要收益来源于话音，因此组件城域网必须考虑传送平台对话音业务的支持能力。从这个角度来看，毫无疑问，基于SDH的方案是最合适的。其中，简化型的SDH缺乏标准，难以使国内的用户建立信心，由简化所带来的成本降低很可能会因为难以规模生产而抵消，而且很多改进用途有限，在国内的应用前景并不乐观。总体上来说，目前比较切合实际的技术是MSTP。
三、 MSTP技术要点
从上文的介绍可以看到，MSTP是对SDH的增强，且主要在多业务处理能力上下功夫。下面对MSTP的情况进行大致的分析。图2是MSTP的原理框图：
图2：MSTP原理框图
由图中可以看出，MSTP的关键就是在传统的SDH上增加了ATM和以太网的承载能力，其余部分的功能模型没有任何改变。
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。不论是否交换，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。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。
对于ATM接口，在映射入VC之前，提供ATM统计复用和VP、VC交换功能。
对于宽带数据业务的映射，MSTP还应该支持低阶和高阶的VC级联功能，包括相邻级联和虚级联。
四、 MSTP中以太网处理给城域网建设带来的影响
我们在这里对以太网的承载分为带二层交换功能和不带二层交换功能两种类型。不论是那一种类型，都是对传统承载方式的革命性变革。
首先看不带二层交换功能的以太网承载方式的影响。
从边缘汇聚起来的IP业务可以选择以下几种接口进行远距离传输：10Mbps/100Mbps/1000Mbps接口，V.35口，E1口，POS口。对传统的不支持以太网接口能力的SDH设备来说，要承载这些业务可以选择的接口智能是E1口和POS口。而E1口对于以太网来说，即使增加了N×E1捆绑功能，传输带宽也不足以承载接入侧汇聚上来的业务流量，会造成网络的瓶颈。而POS口的成本相对比较高，并不适合在接入侧使用。
MSTP设备不但可以直接提供各种速率的以太网口，而且支持以太网业务在网络中的带宽可配置，这是通过VC级联的方式实现的。也就是说，我们可以突破传统的限制，用若干个VC的带宽在逻辑上捆绑成为一个更大的容器，灵活地承载不同带宽的业务。例如，以VC-12为单位进行级联时，可以使用5×VC-12来承载10Mbps以太网业务，而不会形成单一VC-12承载时造成的网络瓶颈，也不会形成VC-3承载时造成的浪费。
VC的级联分为相邻级联和虚级联两种。简单地说，相邻级联就是SDH中用以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POH。这种方式实现简单，缺点是这些捆绑的VC必须作为一个整体处理，要求端到端所经过的所有设备必须支持该功能。虚级联就是SDH中用以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。这种方式使用灵活，但是比较复杂，对于高速率的以太网业务处理比较困难。
图3：相邻级联和虚级联示意
MSTP上提供的10Mbps/100Mbps/1000Mbps系列接口，解决了以太网承载的瓶颈问题，给网络建设带来了充分的选择空间。
图4：支持点对点传输以太网的MSTP组网
但是，城域之内的业务汇聚点往往比较多。如果每个汇聚节点占用特定的带宽到中心局，迅速消耗MSTP的网络资源。这里举一个例子，假如图4所示为一个STM-16环网，共8个远端节点，每个节点分别占用100M带宽，那么总共就要消耗800M带宽，考虑STM-16需要预留一般的容量进行保护，剩余的能够提供给其它业务的容量就很有限了。但是，实际情况是每个点对点的100M通道的利用率都不会很高。这样，就需要在MSTP中使用二层交换功能。
带二层交换功能的MSTP是指在将以太网业务映射入VC之前进行二层交换，入图5所示。
图5：带二层交换的MSTP功能框图
这个功能的增加使得不同的站点可以共享一个以太网通道，有效利用了传输带宽并节约了局端端口，组网如图6所示：
图6：带二层交换功能的MSTP组网
请注意图6和不带二层交换功能的MSTP有如下几个变化：以太网业务在每个节点进行封装、解封装，并进行二层交换，使得各个节点可以共享共同的传输通道，局端接口也得以节约。
对于STM-1系统，由于只能采用通道保护环的形式，环上的时隙是相互通信的节点间独占的，不能重复利用，那么这时是否能够使用带二层交换功能的MSTP呢？这时仍然可以考虑采用通道重用的方式，只是对于以太网业务就只能利用以太网的生成树协议（STP）来进行保护了，倒换速度比较慢。其它业务仍然可以照常规进行配置、倒换。
在带二层交换的MSTP中，可以通过VLAN方式隔离各个站点的数据，可以使用二层交换机通常使用的技术来增强其功能。
在MSTP中支持以太网的二层交换功能的优势是显而易见的，但是这种方式也并非没有缺点，这里将这种方式的问题总结如下：
当然由于每次封装和解封装过程都会导致一定的时延，如果环上串接的节点比较多，那么导致的时延影响会比较大。尤其是采用虚级联方式时，由于每次封装都需要按照复帧的顺序进行封装，导致传输时延问题比较突出。
如果为了充分利用带宽而不对成环的以太网业务进行SDH层面的保护，那么故障产生时需要使用生成树协议进行路径选择，这个倒换速度比较慢，会对实时业务产生不利影响。
以太网网络的组件要求串接的以太网交换机不得超过四级，而SDH的单环节点往往又不止四个，MSTP中的二层以太网交换盘的大量串接会对网络的性能带来不利影响。
业界开始有人考虑在MSTP内部划分独立的通道支持RPR（RPR over SDH），利用RPR技术来解决上述第二、第三点问题。
RPR是定位在本地网和城域网的环状拓扑的数据包接入技术，由IEEE 802.17规范。RPR是一种环状拓扑的双向传输环，提供类似SDH的50ms的自愈保护能力，采用加权公平算法（每个节点都可以被指定占用一个环上的一定比例的带宽）来解决各个站点的公平接入并提供带宽保障，采用空间再利用协议提高带宽利用率，协议开销小于SDH，支持即插即用，突破了SDH组环的节点数量限制，支持业务分级，提供MAC层和物理层之间的介质无关接口。
从上述描述可见，RPR比纯粹的以太网互联技术要有很大的优越性，在MSTP中通过类似支持以太网映射的方式将RPR映射到SDH的一个或若干个级联的VC通道中可以大大增强MSTP对数据业务的支持能力。
五、 MSTP中ATM处理给城域网建设带来的影响
虽然传统的SDH设备通过高阶透明传输完全可以传输ATM业务，但是在当前ADSL业务迅速发展的情况下，传统设备的点对点传输方式就有些不太适应了。当前，城域网中承载ATM业务的需求主要来自于ADSL接入。由于ADSL对铜线的质量要求比较严格，为了达到比较高的开通率，目前普遍采用将DSLAM放置在离用户比较近的地方，比如在小区机房。小型化的DSLAM解决了ADSL的开通率问题，但是带来另一个问题就是上行155M ATM接口的有效载荷不足，带宽利用率比较低。图7是净荷比较少的多个ATM 155M通道统计复用到一个ATM 155M通道中的示意图（注意：该图仅仅是示意）。
图7：净荷比较少的多个ATM 155M通道统计复用到一个ATM 155M通道中的示意图
这个问题可以通过ATM交换机或者专门的ATM集中器来实现，但是通过图8的比较我们可以发现一些问题。
图8：局端汇聚ATM业务
这种方式的问题在于，由于城域传送网对ATM业务采取透明传输的方式，带宽利用率很低，资源浪费严重。
如果将ATM集中器的统计复用和汇聚功能放在城域传送网的每一个节点处进行处理，那么，效果就完全不一样了，如图9所示：
图9：MSTP中统计复用功能的应用
这个功能节约了传输带宽和ATM交换机的端口资源，是MSTP技术优势的具体体现。
同时，这个方式也可以利用SDH的传输通道组成VP环，对ATM业务进行进一步的保护。
六、 烽火系列MSTP产品
烽火通信从1999年底率先在国内推出基于VC级联方式承载以太网、ATM和DVB接口的SDH设备到现在，从单纯的点到点连接到支持二层交换功能，从STM-1到STM-64，到现在形成了功能强大的MSTP产品系列。
烽火通信的MSTP产品不但具有强大的数据承载处理能力，而且组网能力十分强大，保护机制完善。烽火通信的STM-1/4设备提供24×24的高阶交叉能力，最大12个光方向组网，上下504×2M；STM-16设备提供128×128的高阶交叉能力和2016×2016的低阶交叉能力，支持6×STM-16＋1008×2M的接口能力，最大32个光方向组网；STM-64设备支持512×512的高阶处理能力，N×1008的分布式低阶交叉处理，最大4×STM-64＋256×STM-1接口能力，具备上下2M业务的能力……上述设备全部支持以太网和ATM等宽带业务的承载，结合其强大的组网能力，为运营商提供了全面、先进的城域传输系统解决方案。
烽火通信的脚步并没有停止：借着承担863计划STM-256（40G）项目的东风，烽火通信的MSTP产品向着更高的速率发展；烽火通信即将推出的支持RPR承载的MSTP产品将更好地为数据网络服务。
七、MSTP能给运营商带来什么
2001年，中国电信的固定电话增长率约5.5％，而电路出租和数据业务的增长率则高达60％。从发展的眼光来看，固定网的数据业务和电路出租业务仍有巨大的增长潜力。据美国Yahoo消息，2001年全球5000家大企业有90%的企业取消了所有不会直接增加利润的支出，但这些企业同时却投入了更大的资金用于构建企业IT网络，大幅调整、改进、更新或创建企业网络基础架构。上述情况表明，城域网的运营和收益不仅仅来自于业务层面的提供和保障，基础传送网络也将成为基础运营商的重要收益来源。
现阶段大量用户的需求还是固定带宽专线，主要是2M、10M/100M、34M、155M。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。固定带宽业务如：2M、34M，可变带宽业务如：
10M/100M、ATM 155M业务。对于固定带宽业务，MSTP设备从SDH那里集成来了优秀的承载、调度能力，对于可变带宽业务，既可以直接在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。
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/1000M、POS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的MSTP设备。
有专家说：技术可以革命，但网络只能演进。这话有深刻的道理。严格意义上来说，MSTP并非技术革新，而是对已有成熟技术的组合应用和优化。这正是MSTP的生命力根源。
从技术层面上来看，SDH技术、以太网的二层交换技术、ATM技术都已经十分成熟了，有着广泛的市场基础。从业务层面上来看，话音业务、TDM专线业务是当前阶段运营商的主体收入来源，而数据业务将是未来网络的主导。这样看来，抛开现实去豪赌未来的技术选择倾向是不现实的。MSTP正好满足了“立足现状，放眼未来”的战略，在当前的各种城域传送网技术中是比较好的选择。
前边的技术分析过程中已经给出了MSTP在城域网中的应用方式和所解决的问题。归结一下：
在业务定位上，MSTP用于城域网的汇聚层传输平台。
虽然我国的行业标准中没有对MSTP大的组网能力提出要求，但是根据目前市场上各个厂商的设备情况，普遍采用MADM的设计思想，提供多个光方向的支持，适宜于复杂的网络结构。
对于语音业务和窄带专线业务，MSTP的承载能力等同于传统的SDH，兼容已有网络。
对于宽带业务，MSTP可以承载以以太网和ATM为主的多种宽带业务，而且具有优化的“二层智能”，提供二层交换、统计复用等功能，对网络资源的节约、对承载效率的提高都具有很好的效果。
相比于其它的城域网传送技术，MSTP具有技术成熟、兼容性好、可靠性高、成本适中的优势，是当前城域传送建设的首选。
任何事物都有生死存亡的规律，MSTP这项技术也不例外。网络向着全分组的方向发展着。作者个人十分看好软交换技术，认为软交换技术的出现真正使得多年以来我们梦想的“三网合一”找到了真正的融合点。将来，包括语音、视频等业务全部分组化在网络中处理、传送的时候，MSTP的生命周期也就结束了。那时，回顾历史的人们会想到MSTP曾经的存在给网络的平滑过渡带来了什么。
摘自《光纤新闻网》 |