城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)維護(hù) 課件 4.3 MSTP關(guān)鍵技術(shù)

4.3MSTP關(guān)鍵技術(shù)4.3.1級聯(lián)技術(shù)傳統(tǒng)的SDH設(shè)備，被傳送信號的凈荷與SDH虛容器的標(biāo)準(zhǔn)速率是相匹配的，并且映射后的各種VC可以作為單個實體在SDH網(wǎng)元中進(jìn)行復(fù)用、交叉連接及靈活的上下業(yè)務(wù)。為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求，在實際應(yīng)用中，某此被傳送的信息凈荷與SDH的各種虛容器的標(biāo)準(zhǔn)速率不完全匹配（例如IP數(shù)據(jù)報文等）,VC級聯(lián)技術(shù)應(yīng)運而生。級聯(lián)是將多個虛容器的內(nèi)容彼此關(guān)聯(lián)復(fù)合在一起，構(gòu)成一個大的虛容器以滿足業(yè)務(wù)傳輸?shù)囊?，本質(zhì)上是一種組合的過程。ITU-T規(guī)定的級聯(lián)方法有兩種：相鄰級聯(lián)和虛級聯(lián)。兩種級聯(lián)方法在路徑終端所提供的級聯(lián)帶寬是容器的X倍，差別在于被級聯(lián)的多個虛容器是否連續(xù)。相鄰級聯(lián)也叫連續(xù)級聯(lián)，在整個傳輸過程中保持連續(xù)帶寬，即需要各個級聯(lián)的虛容器是相鄰的；虛級聯(lián)則是將連續(xù)帶寬分解到多個VCs上傳輸，多個虛容器不一定相鄰，在傳輸?shù)慕K端再將多個VCs重新組合成連續(xù)帶寬?？梢姡噜徏壜?lián)要求每個網(wǎng)元上都有級聯(lián)功能，虛級聯(lián)只在終端設(shè)備需要級聯(lián)功能即可。以上兩種級聯(lián)之間要互通時，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)換。4.3.1級聯(lián)技術(shù)各VC（VC-3、VC-4、VC-12）級聯(lián)的思路類似，本章節(jié)以VC-4的相鄰級聯(lián)和虛級聯(lián)舉例說明。關(guān)于級聯(lián)的詳細(xì)細(xì)節(jié)可參考ITU-TG.707、ITU-TG.783等協(xié)議。4.3.1級聯(lián)技術(shù)VC-4的相鄰級聯(lián)利用物理上連續(xù)的SDH幀空間來存儲多個VC-4容器的數(shù)據(jù)，并通過AU-4指針內(nèi)的級聯(lián)指示字節(jié)標(biāo)識，就是VC-4的相鄰級聯(lián)，用VC-4-Xc表示。在VC-4-Xc中，第1列為POH字節(jié)，第2~X列為固定比特填充。VC-4-Xc加上各自的指針構(gòu)成AU-4-Xc，其中第一個AU-4具有正常范圍的指針值，其他AU-4的指針為級聯(lián)指示，固定設(shè)置為1001SS1111111111。4.3.1級聯(lián)技術(shù)VC-4的虛級聯(lián)利用多個不同STM-N幀內(nèi)的VC-4傳送X個速率為149.760Mbit/s的C-4，就是VC-4的虛級聯(lián)，用VC-4-Xv表示。在VC-4-Xv中，每個VC-4都具有各自獨立的POH（定義與一般的POH開銷規(guī)定相同），這里的H4字節(jié)作為虛級聯(lián)標(biāo)識使用。H4由序列號(SQ)和復(fù)幀指示符(MFI)兩部分組成。4.3.1級聯(lián)技術(shù)VC-4的虛級聯(lián)復(fù)幀指示字節(jié)占據(jù)H4的第5~8比特，由此可以看出，復(fù)幀指示序號范圍0~15，也就是說，16個VC-4幀構(gòu)成一個2ms的復(fù)幀（125us*16=2ms）。MFI存在于VC-4-Xv的所有VC-4中，每當(dāng)出現(xiàn)一個新的基本幀時，MFI就會自動加1。通過MFI值終端設(shè)備可以判斷出所接收到的信息是否來自同一個信源。如果來自同一個信源，則根據(jù)序列號對數(shù)據(jù)進(jìn)行重組。序列號占用8個比特，通常用復(fù)幀中的第14幀的H4字節(jié)(b1~b4)來傳送序列號的高4位，用復(fù)幀中的第15幀的H4字節(jié)(b1~b4)來傳送序列號的低4位，復(fù)幀中的其他幀的H4字節(jié)(b1~b4)均不使用（置為“0”），VC-4-Xv虛級聯(lián)中的每一個VC-4都有一個序列號，其編號范圍0~X-1(X=256)。4.3.1級聯(lián)技術(shù)VC-4的虛級聯(lián)考慮到VC-4-Xv中的每個VC-4在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時傳播路徑可能不同，造成各VC-4之間存在時延差，在終端重新排序以組成連續(xù)的容量C-4-XC時，通常要求各VC-4的時延盡量小，一般要求在125us以內(nèi)。4.3.1級聯(lián)技術(shù)VC-4相鄰級聯(lián)和虛級聯(lián)的互通在實際網(wǎng)絡(luò)中，會出現(xiàn)相鄰級聯(lián)和虛級聯(lián)的互通場景，要求系統(tǒng)能夠提供相鄰級聯(lián)和虛級聯(lián)之間凈負(fù)荷的相互映射功能。下面以VC-4相鄰級聯(lián)轉(zhuǎn)換為虛級聯(lián)為例說明，VC-4虛級聯(lián)轉(zhuǎn)換為相鄰級聯(lián)與之類似。4.3.1級聯(lián)技術(shù)凈荷處理VC-4.Xc的凈荷區(qū)被拷貝進(jìn)VC-4-Xv的凈荷區(qū)。4.3.1級聯(lián)技術(shù)告警處理如果相鄰級聯(lián)VC4Xc處于信號失效狀態(tài)，則轉(zhuǎn)換后的VC-4-Xv的所有VC-4均設(shè)為信號失效。4.3.1級聯(lián)技術(shù)開銷字節(jié)處理J1字節(jié):將VC4-Xc的J1字節(jié)拷貝到VC-4-Xv的第1個VC-4的J1字節(jié),VC4-Xv的其余所有VC-4可設(shè)置為J1通道蹤跡字節(jié)，如果未設(shè)為通道蹤跡字節(jié)，則仍拷貝VC-4-Xc的J1字節(jié)。B3字節(jié):對VC-4-Xc的第n-1幀進(jìn)行BIP-8計算，將其計算結(jié)果與第n幀的B3比較,以確定比特誤碼數(shù)。對于VC_4-Xv,BIP-8計算其n-1幀每個VC-4。對于VC-4-Xv的第n幀的第1個VC-4,BIP-8在填入相應(yīng)的B3之前，在VC4-Xc檢出多少誤碼數(shù)就在B3填幾個誤碼，而其他所有VC4的BIP-8不作任何調(diào)整直接填入第n幀相應(yīng)的B3中。C2字節(jié):將VC4-Xc的C2字節(jié)拷貝到VC-4-Xv的所有vC-4的Cc2字節(jié)中。4.3.1級聯(lián)技術(shù)開銷字節(jié)處理CI字節(jié):將Ve4.XC的C1字節(jié)的1-4比特(ED)拷貝到vC4Xr的第1個VC4的C1字節(jié)的1~4比特。VC.4.Xv的其余所有VC4的CI的1-4比特均置為"0r:VC4Xe的CI字節(jié)的5-7比特(RDI/增強的RD)拷貝到VC4.Xv的所有vC4的GI字節(jié)的S-7比待。vc4Xe的GI字節(jié)的第8比特拷貝到VC4Xv的所有vC-4的GI字節(jié)的第8比特。F2/3字節(jié):VC-4-Xc的F2/3字節(jié)拷貝到VC4.Xv第1個VC.4的F2/3字節(jié):VC4-Xv的其余所有VC-4的F2/3字節(jié)均置為“0”。H4字節(jié):VC-4-Xv的所有VC-4的H4按相應(yīng)規(guī)定產(chǎn)生。K3字節(jié):將VC-4-Xc的K3字節(jié)拷貝到VC-4-Xv的第1個VC-4的K3字節(jié);VC-4-Xv的其余所有VC-4的K3字節(jié)均置為“0”。4.3.1級聯(lián)技術(shù)開銷字節(jié)處理N1字節(jié):如果VC-4-Xc的N1字節(jié)的1~4比特(IEC)含有碼字“1110”(輸入AIS),VC-4_Xv的所有VC-4的N1字節(jié)的1~4比特均置為1110”，否則將VC-4-Xc的NI字節(jié)的1~4比特拷貝到VC-4Xv的第1個VC-4的NI字節(jié)的1~4比特;VC.4.Xv的其余所有VC.4的NI字節(jié)的1-4比特均設(shè)置為“10";VC4-Xc的NI字節(jié)的5~8比特拷貝到VC-4-Xv的所有VC.4的NI字節(jié)的5~8比特。4.3.2鏈路容量調(diào)整方案（LCAS）在虛級聯(lián)中，不同的VC可能在不同的路徑傳輸，如果出現(xiàn)線路故障或者擁塞等，會造成某個VC失效導(dǎo)致整個虛容器組重組失敗，同時數(shù)據(jù)傳輸具有可變帶寬的需求。為了解決這個問題，提出了鏈路容量調(diào)整方案（LCAS）。鏈路容量調(diào)整方案（LCAS）是ITU-TG.7042標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的專用協(xié)議，提供了一種虛級聯(lián)鏈路首末端適配的功能，用來增加或者減少SDH網(wǎng)絡(luò)中采用虛級聯(lián)構(gòu)成的容器的容量大小。通過鏈路容量調(diào)整方案（LCAS），可以在網(wǎng)管的控制下，增加或者減少VC級聯(lián)組中VC的數(shù)量，即在線增加或者減少帶寬而不影響業(yè)務(wù)；可以自動的去掉或者增加VC級聯(lián)組中出線故障或者正在修復(fù)的VC通道。4.3.3通用成幀協(xié)議（GFP）以太網(wǎng)業(yè)務(wù)經(jīng)過媒體訪問控制(MAC)層處理后要進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝，這部分業(yè)務(wù)傳輸是基于數(shù)據(jù)包的。MSTP技術(shù)中的封裝作用是把變長的凈負(fù)荷映射到字節(jié)同步的傳輸通路中，目前幀封裝技術(shù)主要有3種，點對點協(xié)議(PPP)、SDH鏈路接入規(guī)程(LAPS)和通用成幀規(guī)程（GFP），其中PPP和LAPS的封裝幀定位效率不高，通用成幀協(xié)議（GFP）是一種先進(jìn)的數(shù)據(jù)信號適配和映射技術(shù)，是以太網(wǎng)幀向SDH幀映射的比較理想的方法。GFP封裝協(xié)議是ITU-TG7041規(guī)范的一種通用成幀規(guī)程，可透明地將上層的各種數(shù)據(jù)信號封裝映射到SDH等物理層通道中傳輸。下面分別對GFP幀結(jié)構(gòu)、GFP幀定界和GFP映射進(jìn)行介紹。4.3.3通用成幀協(xié)議（GFP）GFP幀結(jié)構(gòu)GFP幀分為GFP業(yè)務(wù)幀（包含業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)幀CDFs和業(yè)務(wù)管理幀CMFs）和GFP控制幀。GFP業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)幀用來承載業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，GFP業(yè)務(wù)管理幀用來傳送與業(yè)務(wù)信息和GFP連接管理有關(guān)的信息，GFP控制幀是不帶業(yè)務(wù)負(fù)荷的空白幀，用于GFP通道空閑時的填充幀，4個全0字節(jié)的幀頭與十六進(jìn)制數(shù)B6AB31E0進(jìn)行異或運算實現(xiàn)擾碼功能。下面介紹GFP幀結(jié)構(gòu)。4.3.3通用成幀協(xié)議（GFP）GFP幀結(jié)構(gòu)GFP業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)主要由GFP核心信頭和凈荷區(qū)兩部分組成。GFP核心信頭包括凈荷長度指示PLI（PayloadLenthID）域和核心幀頭錯誤校驗cHEC（CoreHeadErrorCheck）域共4個字節(jié)。當(dāng)凈荷長度指示PLI的值大于或者等于4時，為GFP業(yè)務(wù)幀，否則為控制幀，核心cHEC采用CRC-16的校驗方法。GFP凈荷區(qū)包含凈荷信頭和凈荷區(qū)兩部分，長度范圍在0~65535字節(jié)之間，用于承載業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。凈荷類型域PayloadType中，PTI為3位的凈荷類型標(biāo)識，當(dāng)PTI=000時，為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)幀，當(dāng)PTI=100時，為業(yè)務(wù)管理幀；PFI為1位的凈荷幀檢驗序列FCS（FrameCheckSequence）標(biāo)識，4.3.3通用成幀協(xié)議（GFP）GFP幀結(jié)構(gòu)當(dāng)PFI=1時，表示有凈荷校驗序列（利用CRC-32校驗保護(hù)負(fù)荷信息的完整性），當(dāng)PFI=0時，表示沒有凈荷校驗序列EXI為4位的擴(kuò)展頭標(biāo)識，當(dāng)EXI=0000時，為空擴(kuò)展頭，當(dāng)EXI=0001時，為線性擴(kuò)展頭，當(dāng)EXI=0010時，為環(huán)形擴(kuò)展頭，其他值保留未使用；UPI為8位的用戶凈荷標(biāo)識，與PTI配合，表示凈荷中的數(shù)據(jù)類型，例如Ethernet、IP等。凈荷類型校驗tHEC（TypeHEC）和擴(kuò)展頭校驗eHEC（ExtensionHEC）都采用CRC-16的校驗方法。4.3.3通用成幀協(xié)議（GFP）GFP幀定界GFP的幀定界方法基于幀頭中的幀長度指示符和采用CRC捕獲的方法實現(xiàn)，因為GFP核心信頭中的cHEC是對PLI做16比特的多項式操作，所以GFP可以用PLI域與cHEC域的特定關(guān)系來作為幀頭的定界，不需要起始符和終止符，可避免采用字節(jié)填充機(jī)制，也不需要對客戶信息流進(jìn)行預(yù)處理，從而減少邊界搜索處理時間。GFP幀同步過程如下。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入初始化階段或者出現(xiàn)GFP失步情況時，首先進(jìn)入搜索狀態(tài)。搜索狀態(tài)：接收機(jī)對輸入的碼流逐字節(jié)地前一次的4個字節(jié)來確定核心頭，并進(jìn)行CRC計算，如果計算出的cHEC和數(shù)據(jù)域中的cHEC匹配成功，轉(zhuǎn)入預(yù)同步狀態(tài)，否則繼續(xù)進(jìn)行搜索。4.3.3通用成幀協(xié)議（GFP）GFP幀定界預(yù)同步狀態(tài)：根據(jù)幀頭PLI指示的位置搜尋下一個GFP幀的位置，然后進(jìn)行CRC校驗，如果連續(xù)N幀CRC校驗正確，進(jìn)入同步狀態(tài)，如果cHEC校驗錯誤，返回搜索狀態(tài)。同步狀態(tài)：節(jié)點的時鐘狀態(tài)與網(wǎng)絡(luò)時鐘保持一致。4.3.3通用成幀協(xié)議（GFP）GFP映射模式GFP有幀映射(GFP-F)和透明映射(GFP-T)兩種封裝映射方式，其中幀映射(GFP-F)是面向協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)的，透明映射(GFP-T)是面向8B/10B塊狀編碼的。GFP-F封裝方式適用于分組數(shù)據(jù)，把整個分組數(shù)據(jù)(IP、PPP、Ethernet等)封裝到GFP凈負(fù)荷區(qū)域中，對封裝數(shù)據(jù)不做任何改動，并根據(jù)需要來決定是否添加負(fù)荷區(qū)檢測域FCS。GFP-T封裝方式適用于采用8B/10B編碼的塊數(shù)據(jù)，從接收的數(shù)據(jù)塊中提取出單個的字符，然后映射到固定長度的GFP幀中，映射得到的GPF幀可以立即進(jìn)行發(fā)送，不需要此用戶數(shù)據(jù)幀的剩余部分完成全部映射。4.3.3通用成幀協(xié)議（GFP）GFP映射模式4.3.3通用成幀協(xié)議（GFP）幀映射(GFP-F)GFP-F映射模式適用于高效、靈活性要求高的連接，當(dāng)成幀器接收到一個完整的一幀后才進(jìn)行封裝處理，適用于封裝長度可變的IP、PPP、Ethernet幀等。這種模式需要對整個幀進(jìn)行緩沖來確定幀長度，導(dǎo)致延時時間增加，但實現(xiàn)簡單。下面以以太幀封裝到GFP-F為例進(jìn)行說明，具體步驟如下。4.3.3通用成幀協(xié)議（GFP）幀映射(GFP-F)在接收到以太網(wǎng)MAC幀后，進(jìn)行長度計算，確定GFP幀頭中的PLI域數(shù)值，并生成相應(yīng)的HEC字節(jié)；1根據(jù)業(yè)務(wù)類型，確定類型域的值，計算出相應(yīng)的HEC字節(jié)；2確定擴(kuò)展信頭中的各項內(nèi)容；3將以太網(wǎng)MAC幀中各比特全部、順序地裝入GFP的凈荷區(qū)；4對凈負(fù)荷進(jìn)行擾碼處理；5當(dāng)前一個GFP頓傳送結(jié)束，而下一個GFP幀還未準(zhǔn)備就緒，則可通過發(fā)送空白幀來填充幀間隔字節(jié)。6接收過程與發(fā)送過程相反，對GFP幀進(jìn)行去擾碼、去幀頭，恢復(fù)以太網(wǎng)MAC幀。74.3.3通用成幀協(xié)議（GFP）透明映射(GFP-T)透明映射(GFP-T)直接從所接收的數(shù)據(jù)塊中提取單個字符，映射到固定長度的GFP幀中。映射過程中不區(qū)分所映射字符的內(nèi)容是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)還是控制數(shù)據(jù)，是一種物理層數(shù)據(jù)透明的處理方式。數(shù)據(jù)映射過程如下。對所接收的8B/10B碼進(jìn)行解碼，恢復(fù)出原始的8bit字符；4.3.3通用成幀協(xié)議（GFP）透明映射(GFP-T)進(jìn)行64B/65B編碼，增加的1bit作為標(biāo)志位；用8個連續(xù)的64B/65B編碼塊組成一個520編碼塊，注意此處取出每個64B/65B編碼塊中的標(biāo)志位，組成一個單獨的字節(jié)，放在編碼塊的最后；對520編碼塊進(jìn)行CRC-16計算，將計算結(jié)果放在最后，構(gòu)成一個536編碼塊；N個536編碼塊封裝到GFP幀中的凈荷區(qū)；加上具有糾正單個錯碼和檢測多個錯碼的能力的CRC-16。4.3.4智能適配層MSTP在以太網(wǎng)和SDH之間引入了智能適配層，來處理以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的QoS（QualityofService，服務(wù)質(zhì)量）要求。智能適配層的實現(xiàn)技術(shù)主要有多協(xié)議標(biāo)簽交換MPLS（Multi-ProtocolLabelSwitching）和彈性分組環(huán)RPR（ResilientPacketRing）兩種。4.3.4智能適配層多協(xié)議標(biāo)簽交換(MPLS)MPLS的概念由思科公司在1997年提出，經(jīng)國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（TheInternetEngineeringTaskForce，簡稱IETF）制定的一種多協(xié)議標(biāo)簽交換標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。相對于傳統(tǒng)的二三層交換，MPLS可以認(rèn)為是2.5層的交換技術(shù)，它將三層技術(shù)(例如路由交換等)與二層交換技術(shù)(例如ATM交換等)有機(jī)的結(jié)合起來，實現(xiàn)在同一個網(wǎng)絡(luò)上既能提供點到點傳輸，又能提供多點傳送；既能提供原來以太網(wǎng)盡力而為的服務(wù)，又能提供具有Qos要求的實時交換服務(wù)。MIPLS的核心技術(shù)是使用標(biāo)簽對上層數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一封裝，從而實現(xiàn)用SDH系統(tǒng)承載不同類型的數(shù)據(jù)包，即通過中間智能適配層的引入，將路由器邊緣化，將交換機(jī)置于網(wǎng)絡(luò)中心，通過一次路由、多次交換將以太網(wǎng)的業(yè)務(wù)要求適配到SDH系統(tǒng)上。基于MPLS的第三代MSTP設(shè)備具有以下特點：4.3.4智能適配層多協(xié)議標(biāo)簽交換(MPLS)（1）實現(xiàn)端到端的流量控制、公平的接入機(jī)制、合理的帶寬動態(tài)分配機(jī)制和端到端業(yè)務(wù)QoS功能；（2）將帶有VLAN標(biāo)簽的以太網(wǎng)幀封裝