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Ethernet Over SONET 技术白皮书 Ethernet Over SONET White Paper Mimi Dannhardt 技术顾问 发行版 1：2002 年 2 月 PMC-2020296 © 2002 PMC-Sierra, Inc. 概述 本白皮书描述了新型 ITU G.7041 GFP 和 ITU G.7042 LCAS 标准使用，以便通过 SONET 虚级联提供以太网租用线路服务方面的信息。 作者介绍 Mimi Dannhardt 是产品研究小组技术顾问，负责监管用于同步光纤网络 (SONET)、光纤传输与访问系统的 IC。 目录 概述 ..............................................................................................................................2 作者介绍 .......................................................................................................................2 目录 ............................................................................................................................. 3 图形列表..........................................................................................................................4 1 简介....................................................................................................................…6 2 虚级联....................................................................................................................7 2.1 动态带宽分配....................................................................................................9 3 GFP ......................................................................................................................10 3.1 基于帧的 GFP................................................................................. ...............11 3.2 透明 GFP........................................................................................................11 4 可以启用哪些新服务？ ...........................................................................................12 4.1 专用租用线路...................................................................................................12 4.2 虚拟租用线路...................................................................................................12 5 哪些产品使用这些技术？...........................................................................................12 5.1 插分多路复用器和多服务提供平台...................................................................13 5.2 终端多路复用器................................................................................................14 图形列表 图 1 传统专用线路网络...................................................................... ..............................6 图 2 虚级联....................................................................................................................... 8 图 3 差异延迟.................................................................................................................... 9 图 4 动态带宽调整 ...........................................................................................................10 图 5 GFP 封装格式................................................................................... .......................10 图 6 简化网络定义 ............................................................................................................12 图 7 连接设备定义 .............................................................. ..............................................13 图 8 ADM 功能块图.............................................................................................................13 图 9 端接多路复用器功能块图........................................ ......................................................14 表格列表 表 1 典型以太网速率与 SONET 速率比较...............….......................................................7 表 2 典型以太网速率与使用虚级联的 SONET/SDH 速率的比较 ......................................8 1 简介 通信领域的主导技术有两种：用于内部商业通信的局域网 (LAN) 以太网和 Telco/PTT 广域网 (WAN) 中的 SONET/SDH。当企业需要彼此通信或需要将其总部与分部连至同一 LAN 时，互连问题便应运而生。要将 LAN 连接至 Telco/PTT 提供的 WAN，历来都需要一种交互作用的协议，因为在 SONET/SDH 网络上不直接支持以太网。 图 1 传统专线网络 频具讽刺意味的是，在当今网络中，为了以“标准”方式通过 Telco 网络传输客户通信，纷纷采纳了多种不同技术。这些技术（帧中继、ATM、Packet over SONET、ML-PPP 等等）中的每一种技术都需要在传输前对传输协议的本机以太网流量进行交互作用。有时，交互作用功能必须端接以太网，并将底层 IP 流量映射为新的第二层 (L2)。或者，需要将以太网封装在另一个第二层技术中。这两种技术都为 WAN 接口带来了更大的复杂性，并使成本有所增加。 各种技术也影响了客户网络与电信运营商网络间的分工。在某些服务模式中，需要客户在网络通信传输到公共网络之前交互作用这些流量。在备用模式中，电信运营商完全负责交互作用功能。在上述两种情况下，都存在网络管理问题，同时也需要额外的交互作用设备。此外，需要企业将非以太网通信传输到 WAN 供应商时，也会出现问题。尽管当地企业 IT 人员都是以太网专家，但是，就处理可能出现的问题而言，他们并不具备各种 WAN 协议所需的专业技能。 当前的交互作用解决方案复杂且费用昂贵，可为什么不直接在 SONET/SDH 上部署以太网呢？为什么要首先进行所有协议交互作用？简而言之，以太网的速率与 SONET/SDH 的速率不匹配，并且封装方法也不够有效。 如表 1 所示，以太网的速率通常是 10 兆位/秒、100 兆位/秒或 1 千兆位/秒，始终以 10 的倍数增加。另一方面，SONET 的电信（或语音流量）速率已经优化，并且与传输通常以太网数据流的优化速率不匹配。这些速率的不匹配使得通过 SONET 管道带宽进行单个以太网连接的效率非常低。 表 1 典型以太网速率与 SONET 速率比较 SONET 数据位速率 SONET 速率 有效负载速率 带宽效率 10 兆位/秒的以太网 STS-1 ~48.4 兆位/秒 21% 100 兆位/秒的快速以太网 STS-3c ~150 兆位/秒 67% 1 千兆位/秒的以太网 STS-48c ~2.4 千兆位/秒 42% 为了处理通过 SONET 管道承载单个以太网流的低效率问题，采用了大量 WAN 技术在多个用户的数据流间共享大型传输管道，同时还可保证服务质量与带宽保证。 此外，所涉及的 WAN 技术还需要处理通过访问带宽限制而产生的次级速率分配用户带宽的问题。有时，WAN 带宽因成本之故会严重限制为部分 T1 速率。随着成本的降低和带宽需求的增加，通过不连续的 T1 线路提供的 WAN 访问解决方案（ATM 或 FR）也不再具有高效率。增加带宽的一种方法是跳到 T3 访问解决方案（一个较大型管道），但会导致与其有关的成本增加。当前采用的从 Telcobased WAN 供应商获取附加带宽的经济有效的方法是通过多链路服务，其可通过 FR 多链路或用于 ATM 的 IMA 将 T1 组合到虚拟宽管道。因封装通过聚合抵消了带宽效率优势，这些多链路技术会使效率更加低。 尽管存在这些问题，网络设备厂商还是开发了使用各种专用方法传输 Ethernet over SONET 的解决方案。美中不足的是，这些所有权方法的明显问题是各种厂商设备间的互操作性会很困难（如果可能的话）。 为帮助优化 Ethernet over SONET/SDH 链路传输，现已将两种新技术标准化。首先，虚级联允许进行非标准 SONET/SDH 多路复用，以便应对带宽不匹配问题。其次，通用成帧程序 (GFP) 可提供确定封装效率，并消除交互作用。 2 虚级联 虚级联是一种技术，允许在随意排列中多路复用 SONET 通道。它允许创建相当于基本速率任意多倍的自定义大小的 SONET 管道。虚级联对于 STS-1 速率和虚拟从属 (VT) 速率有效。处理虚级联的所有智能都位于连接的端点上，这样可通过网络独立路由每个 SONET 通道，而每个通道不必了解虚级联。虚级联通道可以这种方式部署在具有简单端点升级的现有 SONET/SDH 网络上。当前位于网络中心的所有设备都不需了解虚级联。 相反，随意毗邻连接也允许创建自定义大小的管道，但需要将连接管道视为网络中的单个实体。这就无法通过传统 SONET 网络虚拟部署该服务。 使用虚级联可为以太网传输“正确定制”SONET/SDH 传输管道。实际上，对于高序位虚级联 (STS-1) 来说，SONET 管道的大小可以是 50 兆位/秒的任意倍数，而对于低序位虚级联来说，该管道大小可以是 1.6 兆位/秒 (VT1.5)/2.176 兆位/秒 (VT2)。高序位连接的虚级联速率是由 STS-m-nv 指定的，其中，nv 表示 STS-m 基本速率的 n 倍。同样，低序位虚级联是由 VT-m-nv 指定的。 表 2 典型以太网速率与使用虚级联的 SONET/SDH 速率的比较 SONET 数据位速率 SONET 速率 有效负载速率 带宽效率 10 兆位/秒的以太网 VT-1.5-7v ~11.2 兆位/秒 89% 10 兆位/秒的以太网 VT-2.0-5v ~10.88 兆位/秒 92% 100 兆位/秒的快速以太网 STS-1-2v ~96.77 兆位/秒 103% 1 千兆位/秒的以太网 STS-1-21v ~1.02 千兆位/秒 98% 1 千兆位/秒的以太网 STS-3c-7v ~1.05 千兆位/秒 95% 虚级联为选择传输大小以便更好地满足所需带宽需求提供了很大的灵活性。除了调整传输通路的大小以处理所期望的峰值带宽外，虚级联还可用来创建随意定制的传输管道。可将管道定制为用于单个连接的平均带宽，也可将其定制为能够提供统计多路复用的传输管道。 在虚级联中，数据呈带状分布在虚级联组中的多个通道上。如图 2 所示。将包含重装原始数据流所需信息的控制信息包插入当前未用的一些 SONET 开销字节中。该信息包含通道队列命令和帧编号，作为时间戳记。 图 2 虚级联 • 虚级联使数据呈带状分布在多个 STS-1 或 STS-3c 通道上 • 构成 STS-1s 的 VC 通道是一个 STS-1-nv • 构成 STS-3s 的 VC 通道是一个 STS-3-nv 此时，接收端点负责重装原始字节流。这包括对通道在网络中选择的不同路由或通路可能引起的差异延迟给予补偿（图 3）。 图 3 差异延迟 • 单个 STS-1 或 STS-3c 的子通道可选择 SONET 网络中的不同通路。这会导致差异延迟。 • 需要远端缓冲来排列子通道并抽取原始帧。 2.1 动态带宽分配 在开发虚级联的同时，也在开发动态更改用于虚级联通道的带宽量功能。该功能通常称为链路容量调整方案 (LCAS)。在 SONET 开销内交换发送的讯息，以便更改正由虚级联组 (VCG) 使用的从属终端数目。从属终端的数目可减可增，也可应用由此引发的带宽更改，在未出现网络错误时，不会丢失数据。 更改带宽量的能力使设计者可进一步设计数据网络，并提供新型服务。可基于时间需要和季节变动调整带宽。例如，企业可在带宽需要低且费用较低时订购较高的带宽连接（用于备份等）。 LCAS 可对提供已分配的带宽进行进一步“调整”。如果初始带宽分配只是用于平均流量而非全峰值带宽，而平均带宽使用率在一段时间后会有所更改，此时可修改分配以反映该更改。该可调整性可在根据客户需要时用于提供带宽（收取费用）。 LCAS 对于容错和故障保护也很有用，因为该协议具有从 VCG 清除故障链路的能力。由于数据流在虚级联组中的从属终端上是八位字节的带状流，因此，在某一从属终端出现错误而没有这样一种机制的情况下，整个数据流会在从属终端出现错误期间也出现错误。LCAS 协议提供了一种检测错误从属终端并自动从组中清除错误终端的机制。VCG 在带宽变小时会终止运行，但它仍继续传输没有错误的数据。 图 4 动态带宽调整 3 GFP 通用成帧程序 (GFP) 是用来将信息包数据映射为八位字节的同步传输（例如，SONET）的协议。与基于 HDLC 的协议不同，GFP 不使用任何特殊字符来描述帧，而是采用 ATM 使用的单元描述协议来封装各种长度的信息包。独立于信息包内容的 GFP 封装需要固定数量的开销。与开销依赖数据的 HDLC 相比，每个信息包的固定数量开销可以确定以太网流与虚拟连接的 SONET 流之间的匹配带宽。 图 5 GFP 封装格式 GFP 开销可由多达三个报头组成： l 一个核心报头，包含信息包长度和用于信息包描述的 CRC； l 一个类型报头，用来标识有效负载类型； l 一个扩展报头，作为可选项。 帧描述在核心报头上执行。核心报头包含两个字节的信息包长度和一个 CRC。接收器将寻找正确的 CRC，然后使用收到的信息包长度预测下一个信息包的开始位置。 在 GFP 内，定义了两种不同的映射模式：基于帧的映射和透明映射。每种模式都已优化，以提供各种不同服务。 3.1 基于帧的 GFP 基于帧的 GFP 用于以效率和灵活性为主的连接。为支持 GFP 内使用的帧描述模式，必须知道帧长度，并且将其预置于信息包前部。在许多协议中，这会强制实施一种存储并转发的封装结构，以便对整个帧进行缓冲并确定其长度。该缓冲会增加不必要的延迟时间。基于帧的 GFP 有益于次级速率服务，作为与线路编码和信息IPG 有关的整个开销的统计多路复用服务已被废弃并停止传输。 3.2 透明 GFP 透明 GFP 适用于对延迟时间敏感的应用或未知物理层。在这种封装中，将传输物理接口的所有代码字。当前，只支持使用 8B/10B 编码的物理层。为提高效率，8B/10B 线路代码被转换为 64B/65B 的块代码，然后，该块代码被封装到固定大小的 GFP 信息包中。 该编码方法主要用于存储区域网络 (SAN)，在该网络中延迟时间非常重要，不能容忍与基于帧的 GFP 有关的延迟。 4 可以启用哪些新服务？ 虚级联、LCAS 和 GFP 封装技术的出现可为电信运营商的一些基于以太网服务的部署提供技术。这些服务现已提供，但需要在传输和交换前将流量进行交互作用， 使之成为另一种第二层技术。这种交互作用会提高这些服务的复杂性和成本。 4.1 专用租用线路 专用租用线路服务用来互连各种企业位置，当今已非常普及，该服务一般通过 ATM、帧中继或多链路帧中继提供。 基于以太网的租用线路服务可通过当前部署的使用 GFP 封装和虚级联技术的SONET 网络提供。以太网专线可以 50 兆位／秒到 1 千兆位／秒（利用 STS-1 连接）以及 1.6 兆位／秒到 100 兆位／秒（利用 VT1.5 连接）间的各种服务速率提供服务。 部署在 SONET 上的以太网专用线路具有很强的可靠性以及与电信运营商基础结构有关的广泛服务区域覆盖面。作为专用线路，数据速率保证、安全性和利用 LCAS 协议调整所提供带宽的可升级带宽是客户关心的主要问题。 4.2 虚拟租用线路 虚拟租用线路或虚拟专用网络 (VPN) 的部署与专用租用线路类似。其主要区别是虚拟租用线路是一种共享服务，许多客户可在其中共享相同的传输带宽。通过统计多路复用，这会实现更有效地使用传输带宽，并因此可降低成本。因为可共享传输带宽，所以，该服务通常是一种比专用租用线路更为经济的服务，然而一般没有专用租用线路提供的 QoS，但有具有服务级别协议 (SLA) 的服务参数控制。 5 哪些产品使用这些技术？ 将以太网映射为 SONET/SDH 的讨论主要集中于技术和技术优势。下一个出现问题是“哪些产品使用这些技术？” 在回答该问题之前，需要查看一下简化网络并对网络中的典型产品加以讨论。 图 6 简化网络定义 Telco/PTTs 网络建立在 SONET/SDH 环基础上。多个环连接在一起，可为城域和城际提供完整连接。用于提供该连接的基本构建块或设备类型有四种。图 7 对此做了定义。 图 7 连接设备定义 DCS（数字交叉连接交换机），为各环间提供准备与连接。 没有中断，只用来为各环间提供连接。 ¨ ADM（插分多路复用器），为接入设备提供准备和连接。 有 PDH 和／或光纤服务接口。通常只有第一层，比 DCS 更靠近网络边缘。 ¨ TM（终端多路复用器）可提供光纤和 PDH 服务(用于在到达较高序位ADM 的通常无保护光纤链路传输)的聚合。 ¨ MSPP（多服务提供平台），向 ADM 提供第二层和／或第三层功能。通常驻留在城域边缘（可能采用 POS 卡形式等）。 在四种构建块中，有三种有面向客户的接口。它们是插分多路复用器、终端多路复用器和多服务提供平台。 5.1 插分多路复用器和多服务提供平台 某些 MSPP 是具有数据接口的 ADM，有些是具有 SONET 接口和交换的路由器。为便于此处讨论，假定 MSPP 是具有以太网接口的 ADM。 ADM 传统上用来提供连接特定客户的 PDH（T1/E1/T3 等）和 SONET/SDH 中断。这些平台可为 Ethernet over SONET/SDH 客户接口提供很好的连接位置。 图 8 ADM 功能块图 ADM 可置于大型办公楼或 CO 地理位置较为集中的地方。从 CO 提供 Ethernet over SONET/SDH 时，由于 CO 和客户间可能存在较长的通路，接口很可能是光纤连接（例如，以太网／光纤）。 当置于多租用者的办公大楼的电话间中时，ADM 可为客户提供 CAT5 电缆接口。 5.2 终端多路复用器 除了 TM 可终结 SONET/SDH 通路（没有直达通路）外，TM 与 ADM 很相似。TM 传统上用来为特定客户提供 PDH（T1/E1/T3 等）和 SONET/SDH 中断。这些平台可为 Ethernet over SONET/SDH 客户接口提供很好的连接位置。 TM 通常置于多租户办公大楼中。使用 CAT5 电缆接口连接客户的多租用者办公大楼的电话间中通常使用这些产品。 图 9 端接多路复用器功能块图 总部： PMC-Sierra, Inc. #105 - 8555 Baxter Place Burnaby, B.C. 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