MSTP设备以太业务技术白皮书

MSTP设备以太业务技术白皮书Version 2.0HUAWEI目录缩略语清单List of abbreviations 51 . 概述 52 . 要紧技术特点分析92.1 业务处理 102.1.1 CAR （承诺接入速率）102.1.2 LPT （链路状态穿通）112.1.3 L2 VPN 122.1.3.1 专门的用户域隔离122.1.3.2 MPLS标签技术实现业务传送连接的三层隔离132.1.4 流控 142.2 二层交换和汇聚功能142.2.1 VB （虚拟网桥）142.2.2 强大的汇聚能力152.2.3 生成树协议STP/RSTP 162.2.4 组播协议 IGMP Snooping 162.2.5 Vlan Switch功能 182.2.6 链路聚合182.3 环路封装 182.3.1 MPLS标签技术182.3.2 Stackable vlan 标签技术182.4 业务封装和映射192.4.1 封装协议192.4.2 虚级联及映射202.4.3 LCAS （链路容量调整方案） 203 组网及应用 223.1 以太专线业务EPL 223.2 以太虚拟专线业务EVPL 233.3 EPLn （即 EPLAN ）以太专用本地网 233.4 EVPLn （即 EVPLAN ）以太虚拟专用本地网 244 有关技术背景知识介绍 254.1 NP （网络处理器）254.2 GFP （通用成帧规程）264.3 LCAS （链路容量调整方案） 294.4 MPLS （多协议标记转换） 304.5 STP （生成树协议）324.6 IGMP Snooping （组播）334.7 CAR （承诺接入速率）35图名目1 以太网端到端解决方案 72 以太业务处理流程8图3 CAR实现优先级分类11图4 CAR功能应用图示11图5 LPT应用示意图 116 用户域隔离示例127 通道共享应用示例138 流控示例 149 以太交换应用示例1510 以太网单板业务汇聚能力 15图11 STP协议应用示例1612 视频点播示例 18图13 stack vlan的网络调度模型1914 LCAS 的爱护功能2115 某地大客户专线业务22图16城域网中的EPL透传业务2317 专线上网共享带宽2318 通道共享微观图示2319 单站传送带宽共享2320 大学校园网示例 2421 共享以太专网应用示例2422 虚拟网桥实现逻辑连接2423 多站共享传输带宽示例25图24 GFP帧结本勾27图25 GFP与传送信道和用户信号之间的关系27图26未使用STP&议的网络连接32图27启动STP协议后的网络连接33图28 CAR实现端到端传送QOS的连接 35图29 CAR的算法流程36缩略语清单 List of abbreviationsAbbreviations缩略语Full spelling央义全名Chinese explanation中文讲明CARCommitted Access Rate承诺接入速率EOSEthernet Over SDHSDHi载以太网数据包EPLEthernet Private Line:以有线EVPLEthernet Virtual Private Line以太虚拟专线EPLn/EPLANEthernet Private LAN:以卡网EVPLn/EVPLANEthernet Virtual Private LAN以太虚拟专网GFPGeneric Framing Procedure通用成帧规程IGMPInternet Group Management Protocol因特网组治理协议LAPSLink Access Procedure-SDHSDH勺链路接入规程LCASLink Capacity Adjustment Scheme链路容量调整规程LPTLink State Pass Throught链路状态穿通MPLSMulti-Protocol Label Switch多协议标记交换NPNetwork Processor网络处理器PProvider接入服务提供商核心网络的端口PEProvider Edge接入服务提供商边缘网络的端口RSTPRapid Spanning Tree Protocol快速生成树协议VBVitrual Bridge虚拟网桥VCGVirtual Concatenation Group虚拟连接组VC TrunkVirtual Container Trunk虚拟容器通道（由多个VC捆绑在一起构成的逻辑通道）VPNVitual Private Network虚拟专用网1.概述在城域数据业务的迅速进展过程中，数据业务的传送技术和设备，运 营商和设备商一直在不段地探讨、争辩和研究的。在这过程中，基于 SDH 的多业务传送设备MSTP逐步成为城域传送网的最主流技术。近两年来， 各要紧设备厂商在MSTP设备上持续推出新功能，满足了对 2层交换、AT M处理的要求。而在MSTP的新功能规格中，以太网业务对MSTP设备形状阻碍最大， 对以太网业务接入、传送和调度的技术进展最多，也是备受争议的。以太 网业务有专门好的应用进展前景，缘故有三：1、大部分用户局域网设备上 行接口都会提供FE。2、灵活性好，带宽调整方便，作为 FE接口，能够从 64K增加到100M,而不需要更换用户端、局端设备和线缆资源。3、性价比好，易用：能够充分利用现有的双绞线铜缆资源，不用重新铺设线路， 远距离接入也能够利用光纤。因此 MSTP 最重要的特性是以太网业务的处理。按照实现技术划分，MSTP 上以太网功能能够分为透传、二层交换，环网等。透传：最简单的一种，关于客户端的以太网信号不做任何二层处理，直截了当将数据包封装到 SDH 的 VC 容器中。由于功能相对简单，成本也是各类实现技术中最低的。二层交换：利用IEEE 802.1D透亮网桥的算法，按照数据包的 MAC地址， 实现以太网接口侧不同以太网端口与系统侧不同 VC 容器之间的包交换，所以也能够按照IEEE 802.1Q的VLAN Tag对数据包交换。同时可利 用生成树协议（STP）实现关于以太网业务的二层爱护。环网技术：利用 SDH 的 VC 容器作为虚拟环路，实现所有环路节点带宽动态分配、共享。通常意义上的讲，环网技术应是二层交换的一种专门应用，部分MSTP 设备也利用二层交换实现了简单的以太环网，但这种方式的缺点是无法保证环路各个节点带宽的公平接入，关于环路业务的 QoS也无法实现端到端的保证。针对这一咨询题，有的 MSTP 设备采纳了内置RPR技术，在SDH环网上开创VC通道作为RPR虚拟环路。华为公司的 Metro系列设备支持内置 RPR技术。以以太网互联互通为重要标志，华为公司 Metro 系列的 MSTP 设备以太业务处理板（透传和二层交换功能）的技术进展经历了两个时期。第一时期：早在1999 年底，华为公司差不多发觉了 SDH 设备传送以太网业务需求，而当时的 MSTP 行业标准还在讨论、制定中，关于以太网到SDH VC的封装格式并没有严格限定。华为公司采纳MLPPP实现以太网业务的接入，在以太网业务量不是专门大的情形下，专门好地满足了运营商的需求。在第一时期，由于各个厂家采纳的封装协议不一致，不同厂家互通只能通过以太网接口直截了当互联，即业务落地互通。华为公司采纳了虚级联技术，保证VC 颗粒穿越其他厂家SDH 设备的无关性。第二时期：随着GFP、 LCAS 、 VC 技术的标准化，以及运营商对不同设备商的以太网封装格式互联互通的推动， MSTP 设备的以太网业务处理单板的实现技术开始趋于标准化，标准化的结果使得GE 或 FE 以太网业务不仅能够跨过不同厂商的SDH网络，而且不再需要两端的 SDH设备为同一 厂家的，不同厂商设备组成的 SDH网络关于以太网业务将成为透亮通道， 为更大范畴的组织三层麻络提洪子基砾姓闹新型以太网业务处理板采纳 了 GFP、LCAS、VC技术，并支持丰富的二层特性。_上汇聚mef论疑直在触妙1MetrOEthernet处舞期的和进展，itu sgi5 惟同/I,小组在2002年10 月好始避行EOS标准体系的建设国展叫作将会进一步fege_XX 二八小左方 一 丁、推动MSTP舒以太网博里技术实顼与鳏建设和市场应用J华为公司 .；审二EOs标准也在濯etro系列;1 ; J也在主动宴EOsi准卷系的试论制圆传送设备上速步体现。上能够实珈血华为新型以太网业务X对点业务、点对多一点应务以及PpN的端到皤I层、一汇聚层至惬国的索传Metro3500/5000/9500如图1所示。Metro5Dfl；100Dr1100 Metro215CN300D图1以太网端到端解决方案总的讲来，新型以太网板要紧在如下几个方面有了专门大的进展：适于各厂家设备的互连互通：新以太网单板采纳符合 ITU-T G7041的 GFP协议对数据包进行封装。有关于以往的 PPP和LAPS, GFP协议标准 化程度更高，更有利于各厂家的互连互通，提升城域组网的灵活性；灵活多样的映射颗粒：新以太网单板支持 VC12/VC3/VC4三种级别的 映射颗粒，同时，映射到同一 VC Trunk中的VC个数可调，带宽分配灵活， 提升了带宽利用率；应用LCAS技术提升虚级联功能的健壮性：在虚级联技术的加入 LCA S功能，能够通过网管系统实时地对系统容量进行配置，增加或减少参与虚级联VC的数目，以改变业务的承载带宽，同时在变化过程中对承载的业务 可不能造成损害；多方向汇聚功能：端口汇聚能力越强，系统组网能力越强。华为公司 新型以太网板具有强大的汇聚能力，能实现 FE到GE、FE到FE的业务汇 聚，充分节约业务端口，减轻汇聚节点的端口压力；新型以太网数据处理板提供对 GE和FE信号的接入、透传和二层交换。业务处理流程见下图。其中的各个环节按照用户所需的功能可选町口 枇1十共以刑】优先班- %瓶口* LP7晨您一屋中用）生罐树4、工HVLlNtj京生近 fit宿KIT6,过注7,厂凿土累旧祸L HFLS 八、拓扑宜靓、等其 金平GFP, mir肿彳隙中2,牌步聚 九二心2M1挎 件图2以太业务处理流程1、以太业务端口：GE和FE以太网业务的接入，接口类型可光、可电；采纳以太光接口技术，实现 FE以太光口拉远至15公里，GE拉远至7 0公里；通过EVDSL技术可利用一般双绞线将 FE信号拉远至1.5公里。2、业务处理能力：用户安全性隔离：支持二层交换转发用户+ vlan内部广播、多播（本 地端口和SDH上行VC-TRUNK号之间），保证不同用户和vlan两级数据隔 离；提供CAR功能：限制突发数据流，带宽的调整颗粒最小为 64Kbps;提供LPT链路状态穿通功能；支持ITU-T Gethsrv中规定的四种以太业务：EPL、EVPL、EPLAN和 EVPLAN ;对用户侧FE端口支持符合IEEE802.3X的流控功能， 提供XON/XOF F和耗尽型两种流控方式；最大支持9600字节的JUMBO帧；以太差分服务支持两级COS,划分机制有三种：基于802.1p的“pri” 域划分、基于802.1q的vlan_ID划分和基于带宽的划分。用户可利用网管 进行选择和设置；支持vlan标签透传，实现透传业务；能够进行MAC地址表自学习、表项更新，MAC源/宿地址过滤功能；强大的业务汇聚能力：单板提供 FE到GE; FE至U FE; GE到GE的业 务汇聚；支持生成树协议STP和快速生成树协议RSTP;支持组播和广播：并实现广播报文抑制功能；支持基于源/宿MAC地址的过滤，禁用失效的 mac地址，即通常所讲 的“黑名单功能”；通过MPLS标签技术，实现通道共享，可提供 VPN业务；支持vlan嵌套（即Q in Q,也称为 VMAN技术），支持Stackable vlan 的添加、去除和转换，突破vlan 标签数目的限制，保证更为安全可靠的用户隔离；3、封装和映射：支持 LAPS/GFP/PPP（HDLC） 三种协议对数据进行封装/解封；支持基于 VC4、 VC3 和 VC12 级别的虚级联；支持 LCAS 协议，实现虚级联链路容量调整。2. 要紧技术特点分析新型以太单板的透传和二层交换功能均采纳 NP 实现。 NP 的要紧特点在于可编程有关于以太网交换芯片可配置、高性能为包处理而优化，对部分处理速度要求专门高的功能 ,采纳硬件实现,从而提升了处理性能。 目前业界几乎所有功能丰富的路由器均由 NP 实现， 要紧缘故在于数据网络设备具有新业务/新特性持续涌现,与之相应地,新协议 /新的标准也持续形成。 NP 解决方案具有如下优势：业务提供的多样性：专线业务和 LAN 服务同时提供；数据的安全性：通过虚拟网桥实现用户数据的隔离；强大的服务能力：通过二层标签扩展vlan 的个数；灵活的 Qos 功能：除了用适当的流量整形和输出调度来保证 QoS 外，数据帧还能够打上标记以被网络中其他设备作快速处理（例如 802.lp/IP TOS） ；快速的业务响应能：具有完全的编程能力和简单的编程模型，通过软件在线升级增加新功能，推动产品持续地更新换代，实现新业务快速响应，迅速满足用户需求。有关于 NP， LanSwitch 芯片一样用作局域网设备网桥，因此它是为局域网设计的，大部分lanswitch 芯片不能满足城域网的全部要求。目前要紧应用在低端的家庭或LAN 应用中的交换机中。要紧的特点是:芯片价格低廉,技术门槛低。 LanSwitch 芯片解决方案的缺点如下：不能同时实现专线业务要求的“用户隔离”和“透亮性” ：专用交换芯片通常只能使用 vlan 做用户的隔离，不能够实现透亮性（即用户不能自由设置自己的数据设备） ，因为现在限制了用户对vlan 的使用；安全性差： 用户通过设定vlan 值就能侵入其它用户的 “城域虚拟网络” ；vlan 数目不能扩展；不能提供通道共享技术：不能提供标签嵌套。2.1 业务处理2.1.1 CAR （承诺接入速率）1、技术原理：CAR 技术的实现采纳令牌桶算法，如果令牌桶中有足够的令牌能够用来发送报文，则报文能够通过，能够被连续发送下去。同时，令牌桶中的令牌量按报文消耗的令牌数做相应的减少。如果令牌桶中的令牌不满足报文的发送条件，则报文被丢弃。如此，就能够对某类报文的流量进行操纵。令牌桶的大小和其中令牌的生成速率可由用户进行设置。2、功能介绍：CAR 是 IP 网络中重要而有效的带宽治理方式。 通常在网络的边沿接口处，通过 CAR 的配置，操纵IP 流量以特定的速率进出网络，从而有利于网络的营运商更好地经营网络，提供有保证的网络服务质量（QoS） 。新型以太单板的 CAR 功能提供 QoS 的功能包括流速限制、 报文的分类和优先级分类，能够操纵用户专线接入带宽,使运营商能够基于带宽速率进行计费。1、报文分类：基于端口和端口 + vlan 对报文进行分类，将超出速率的数据包降级，未超出速率限制的设置较高的优先级，实现对用户接入数据流的区别对待。3、优先级分类：能够承诺运营商将网络分配多个优先级别，或者是不同的服务类型，关于共同租用同一个通道的不同用户，保证每个用户的差不多通信带宽。带宽调整的粒度是64Kbps,支持CIR、PIR、MBS参数的配置。 CAR 将接入带宽分为承诺带宽和超出带宽：承诺带宽优先级为高；超出带宽优先级为低。UU| F IT J/CJ 7图3 CAR实现优先级分类|/Ll/允在带宽，优先级高超出带宽,优先级低例如，当报文符合流量特性的时候，能够设置报文的优先级为5,当报文不符续进行;特性的时候藤够丢交，电能零设置报小钿掇留嚼颦忌剂1并连尽地湎E市丢弃优先聂零:先耗报文,如此，挥5超过了在网缝砂塞的情冰下，也发送优坤级为 i的报文，雪邮询!梦文 xrx休伯五论是什么囊别用户I、1 辞和通过丢弃优先举例:JL 图4 CAR功能应用图示如上图所示：通过CAR功能可设定各个用户带宽的 CIR （保证通过的 带宽）和MBS （最大承诺的突发带宽）。如此，用户业务中小于 CIR的部 分优先级为高，保证通过；大于CIR而小于MBS的部分优先级为低，视网 络情形尽力保证通过；大于MBS的部分则不能通过。2.1.2 LPT （链路状态穿通）1、技术原理：实现链路状态穿通要紧用于存在备用路由的情形，通过将链路状态穿 通，能够将整个端到端通道的连通性反映在网口的LINK状态上（UP/DOWN）,使得两端的设备快速切换到备用路由。2、功能介绍:监测，获得当前以太网网络状新型以太单板能够岁过 况，对由于对端设备、W状态的变化（由Up少药Down或茎.这项衿腿LPT功能,两端殳备路由的的，数据以备能够通过网廿连接的知通道的自通陆，并叱啊25RS-AolX-3、应用举例：上图中的RS-A与RS-B之间有两个传输通道，其中以传输作为主传输 通道，以微波作为备用传输通道。在一样情形下，业务从主通道进行传输， 当路由器RS-A与以太网板之间的连接显现咨询题，如以太网线被意外拔 掉，这时与RS-A对接的以太网板接口将产生 LINK-DOWN信息，该信息 将穿通传输网络到与RS-B对接的以太网板，此以太网板得到穿通过来的信 息后采取将与RS-B对接的以太网端口 LINK-DOWN的方式，即不再发LI NK信号给RS-B的对接以太网口，通知 RS-B主通道出了咨询题，则 RS- A与RS-B的业务都倒换到备用通道上去。2.1.3 L2 VPN2.1.3.1 专门的用户域隔离1、技术原理：新型以太单板通过虚拟网桥 VB来实现用户域的划分，每个用户有独立TLS业务域网优质传送。:以太网板C附端口）生进行 vlan的划在用户使用单板时第一个VBID ,那个VBID台匕板内部使用，没有作为部实现二层标饕隔离。然后凝道，可 “使 不同的VB之间的VB不能加酬文中，如此在J街节f VLAK1用的端孱挂接到此不能互通，网轴契2、功秋介绍：F通需fB实现加I的划分，使各个用户不同用户的相同vlan不能互通，从而保证TLS透3.应用举例：图6用户域隔离示例如图6,不同的两个用户Useri和User2属于不同的VB ,能够同时划 分vlani而相互间的业务可不能互通。如此，用户能够任意设置自己的设备， 而不存在任何限制，混合传输提供给用户的是用户自己能够治理的一个虚 拟的城域网络。用户能够按照自己的需要和预算将那个城域网络建设成为一个二层的或三层的网络，更利于保证专线用户的数据安全性。明显对用 户来讲，一个二层的网络能够减少数据设备的成本和治理爱护的成本。2.1.3.2 MPLS标签技术实现业务传送连接的三层隔离1、技术原理虚拟专用网VPN指的是依靠ISP （Internet服务提供商）和其它NSP（网 络服务提供商），在公用网络中建立专用的数据通信网络的技术。在虚拟专 用网中，任意两个节点之间的连接并没有传统专网所需的端到端的物理链 路，而是利用某种公众网的资源动态组成的。IETF草案懂得基于IP的VP N为：“使用IP机制仿真出一个私有的广域网”是通过私有的隧道技术在公 共数据网络上仿真一条点到点的专线技术。当不同用户的业务流通过 VB基于vlan + mac地址区分开以后，将被加 上MPLS标签，然后再映射到vc trunk中。该标签的作用有两个：a、多个 VB的业务映射进同一 vc trunk时，区分不同用户的业务流；b、同一个V B相同vlan的业务映射进同一 vc trunk时区分不同的业务流。如此通过MPLS标签用杏工建立起端到端的标签交换通道，也确实是 实现了通过私有的隧道技术%公共也J络上仿真出点到点的业务专线连接,从而实现了 VPN网络。2、功能介绍：通过二层/MPLS琮殳技术，诃使业务传送连接具有L vc vman三重隔离、提升业务售售的灵沽衽和安全性。3行提PE2PE3trunks vlan +0H0图7通道共享应用示例上图中，运营网络中心节点的端口属性为 P （Provider）,运营网络边缘 节点靠近用户网络侧的端口属性为 PE （Provider Edge）。来自不同用户的 数据业务进入传输设备后，通过 VB,再被不同的二层业务标签标识，进入 同一传输通道（vc trunk）进行传送。在接收端，传输设备按照二层标签识 别不同的业务，再通过VB将业务交换到目的地址。明显如此的通道共享有 效节约了带宽资源，同时业务流通过多重标签严格区分，安全可靠。2.1.4 流控1、技术原理：按照IEEE802.3x协议，流控有两种方式：XON/XOFF和耗尽型。耗尽型流控：接收到流控帧之后，如果流控时刻为 0,则取消流控，承 诺发送数据帧，否则，按照流控时刻禁止数据报文发送，流控事件终止后， 开始发送数据报文，而不必等待流控时刻为。的流控帧。2、功能介绍：新型以太能版南特Xon/Xoff、si&两种方式的流蛇E匈合IEEE802.3x规茗，珅决等双K/ KIS3、举例:METROSMETRO-2GSR图8流控示例如图8所示：当METRO-1收到5200发送的流控帧后，第一让本端停 止向5200发送；如此来自METRO-2的数据将在METRO-1中堆积，当达 到BUFFER的“高水线”的时候，METRO-1向METRO-2发送流控帧，格 式与802.3X中的流控帧相同。METRO-2收到来自METRO-1的流控帧之后，停止向 METRO-1发送 数据；如此GSR的数据将在METRO-2中堆积，当达到BUFFER的“高水 线”的时候，METRO-2向GSR发送流控帧，格式与802.3X中的流控帧相 同。从而达到使源端停止发送，端到端实现流控而中间不丢包的目标。2.2 二层交换和汇聚功能2.2.1 VB （虚拟网桥）1、技术原理：VB事实上是为了治理方便对治理域的一个划分，相当于一个虚拟的L2 Lanswitch。在城域网的应用中，VB是基于用户划分的。即：每个用户都 有自己独立的VB,其中包含多个vlan标签和mac地址。由于各个VB之 间相互隔离，不同的VB可分配相同的vlan而互不阻碍，而基于vlan划分 VB的L2芯片不能区分不同用户的相同 vlan。2、功能介绍：华为公司Metro设备一个站点的VB支持16KMAC地址，同时支持源、宿MAC地址过滤功能。新型以太单板支持的 VB规格包括：MAC地址表的学习、老化和表项更新等，符合IEEE802.1D桥接功能；支持二层交换转发功能，支持本地侧交换，SDH侧交换，支持16K的MAC地址学习空间；支持二层交换转发用户+ vlan内部广播、多播（本地端口和 SDH上行VC-TRUNK号之间）。保证不同用户和vlan两级数据隔离；支持基于VB的快速生成树（RSTP）功能，对BPDU报文进行识别并 上报给操纵平面进行处理；支持 IGMP Snooping;TiiiM支持静态路由转发； 支痔广藉中官功盟皿吠支持30逻辑端口;对用户侧端口皮持籥合rMEEE802.3x的流控功能支持内嵌烟功16个VB,每八VB图9以太交换应用示例 如图9乎/的, 互间的业务传送和交换：nrjT施蕾分化服务;匕2.可实现nKFE-J 匕/J O企业集引图10以太网单板业务汇聚能力昙环网拓扑0蹄业务pi pi个独庭的VB , 二个方向/GE）c用户侧端-】，完成相以太悯桑统独端二 FE、nXFE - GE、nXG企匕3分部）支持MAC久坡近滤（黑箍融能）包括2.2.3 生成树协议STP/RSTP1、技术原理：STP的差不多思想确实是生成“一棵树”，树的根是一个称为根桥的交 换机，按照设置不同，不同的交换机会被选为根桥，但任意时刻只能有一 个根桥。由根桥开始，逐级形成一棵树，根桥定时发送配置报文，非根桥 接收配置报文并转发，如果某台交换机能够从两个以上的端口接收到配置 报文，则讲明从该交换机到根有不止一条路径，便构成了循环回路，现在 交换机按照端口的配置选出一个端口并把其他的端口堵塞，排除循环。当 某个端口长时刻不能接收到配置报文的时候，交换机认为端口的配置超时， 网络拓扑可能差不多改变，现在重新运算网络拓扑，重新生成一棵树。2、功能介绍：生成树协议最要紧的应用是为了幸免局域网中的网络环回，解决成环 以太网网络的“广播风暴”咨询题，从某种意义上讲是一种网络爱护技术， 能够排除由于失误或者意外带来的循环连接。STP也提供了为网络提供备份连接的可能，可与SDH爱护配合构成以太环网的双重爱护。新型以太单 板支持符合IEEE 802.1d标准的生成树协议STP及802.1w规定的快速生成树协议RSTP,收敛速度可达到1s。然而，由于协议机制本身的廓限STPWW速度也无法满足电信级的要求络的动霸一机制日用户网 倭护 建。如果在魅网内部运用STP次升起运营商网络的动荡而，且 SDH,因此城域运营网名3、应用举例：勺收敛图11 STP协议应用示例如图11:启动生成树协议后，导致循环连接的网桥端口（如果处于活 动状态）将被设置成堵塞状态，如此就能够指定网络拓扑中没有回路的存 在。当环网中原有的以太路由发生故障，即主数据链路失效时，处于堵塞 状态的网桥被激活，因此为网间网提供了一条新的路径。2.2.4 组播协议 IGMP Snooping1、技术原理：IGMP 组播协议通过对组播报文的检视， 获得网络上各有效端口对组播业务的需求，并据此对各组播业务进行转发，能够有效的减少广播包。如果不对组播报文进行专门处理，组播报文将被丢弃；如果对组播业务直截了当采纳广播的方式，将导致带宽的白费。 IGMP 协议处在三层， 完成的功能为治理整个IGMP 协议的执行，包括发出查询报文以及路由器之间的协商、组播表项的爱护等操作。而 MSTP 设备处在二层，以太网单板实现的是 IGMP Snooping， 即 IGMP 协议侦听功能， 完成的功能为将三层的 IGMP报文转化为二层能够识别的协议，包括侦听三层的 IP 报文，转化为二层地址并在二层进行转发以及在交换机内部爱护组播表等操作。由此能够看出，三层的 IGMP 包括了主动发出查询报文进行治理等功能，二层的 SNOOPING包括被动的侦听、IP报文转化为mac报文、表项爱护等功能。新型以太单板的端口存在PE （接入服务提供商边缘网络的端口）和 P（接入服务提供商核心网络的端口）属性，如果组网时，端口的连接是 PE属性，则通过IGMP 报文中的多播组ID 来记录用户的端口，将对应 ID 的多播组业务发到对应的 ID 的用户端口。需要专门指出的是，现在在单板内部， 以太网端口与VC TRUNK 处于等同的地位， 多播组的成员可能是以太网端口，也可能是VC TRUNK ，如此从 VC TRUNK 下到新型以太单板上的组播业务有可能发到对应的以太网端口，也有可能发到另一个VC TRUNK。2、功能介绍：IGMP 组播协议解决多个用户访咨询同一数据源时的流量咨询题， 能保证多媒体业务占用网络的最小带宽。以太组播能按照组成员的加入、离开而动态地创建、爱护和删除组播地址表。现在，组播帧依据各自的组播地址表进行转发。3、应用举例：例如视频点播，如图 12，三个用户访咨询一个视频源，如果为一个用户创建一个视频流，则中间转发结点必定会显现带宽不够的情形。解决方法是只建立一个视频流，在转发结点将数据复制多份送到用户。流量过大, 带宽不够图12视频点播示例1.1.4 Vlan Switch 功能Vlan Switch宣(Vlan Translation): Vlan的转换功能，提供对两个不同的网络的不同IVlan n的连接功能.，-是对VlanTd的重新映射。100-200在上图中，一个用户 VLAN ID为100,另一个为200。在老网络改造 过程中，期望对以上两个网络进行互通。华为 MSTP设备提供了 VLAN翻 译功能，将VLAN进行转化，实现两个网络的互通连接。关于Vlan Switch的业务，一样使用在 EPL/EvPL的业务中，关于EPL AN/EvPLAN的业务，为了明确唯独的 VLAN域，不建议使用该功能。1.1.5 链路聚合所谓链路聚合，确实是在以太网交换机上把几个物理端口逻辑上聚合 起来，当作一个逻辑端口(也能够讲是一条逻辑链路)使用。如此有几个 端口被聚合，则聚合后的逻辑链路速率确实是聚合前每端口速率的几倍。 假设聚合端口中的一个或几个端口失效了，则剩余的端口能够连续承担数 据转发任务，提升了系统的可靠性。采纳链路聚合的目的有两个，一个是 提升传输速率，另外一个确实是提升容错性，例如链路聚合中的一条链路 显现故障，其他链路仍旧有效2.3 环路封装2.3.1 MPLS标签技术新型以太网板支持 Martini格式的MPLS标签技术，具体参见2.1.3.2 部分。2.3.2 Stackable vlan 标签技术1、技术原理：关于一个带了 vlan标识的报文，是指在原先的以太网帧头中的源地址 后增加了一个4字节的802.1Q帧头。然而按照802.1Q的标准定义，最多 支持4096个vlan。因此，当一个局域网有超过 4K个用户需要分配vlan I D的时候，会显现数量不足的咨询题。因此，当有超过 4096个vlan需求的 时候，需要采纳vlan嵌套技术进行扩展。2、功能介绍：新型以太单板除了支持通过MPLS标签实现业务的隔离之外，还支持 通过Stackable vlan来实现：对以太网数据报文进行重新添加 vlan标签，而 不管报文中原先是否带有vlan标签。通过那个后添加的vlan标签，在不同 用户使用相同的VC-TRUNK通道传送数据业务时能够起到用户隔离的作 用。同时，也能够按照用户的需要，在报文从以太网端口传出后还携带Stackable vlan。Stackable vlan技术实现了用户 vlan的扩展和隔离，突破了 vl an数目的限制，使得用户数据更安全可靠。3、应用举例：在IP DSLAM应用中，VLAN业务要紧应用于以下两个方面：为了安全隔离用户，宽带号码、实现账号与端口绑定、IP+MAC+端口绑定功能等等解决方案中，都要求唯独标记和识别用户，现在可能针对一个用户的不同业务（包括视频、话上网等）分配不同的VLANID专线业务一层VLNSta增力突出的确实是(ckabl1 一个甚分配私inLANID 。也些给多咨询版二询题和VLAN调度治理咨询题。因此,由一种解欷方,案-m2Q VLAN 和上另外扩展性。即在原有用户|数据中占lan标签获咽口一公示签点现啜标吸掣野,盛 4尊体络酒道中的不户佻Jvtan I暧模型如工图*谀诲vc通图13 stack vlan的网络调度模型2.4 业务封装和映射2.4.1 封装协议新型以太单板支持GFP/LAPS/PPP三种封装协议，用户能够通过网管 操作，任意选择和查询业务采纳的封装协议。既习惯以后网络的进展需求， 易于与其它厂商的设备实现互通，又能保证与现有网络专门好地兼容，对 传输网络承载数据业务的进展具有良好的继承性和扩展性。2.4.2 虚级联及映射为满足数据业务日益增长的带宽需求，传输设备的以太网单板引入了 虚级联技术。新型以太单板把接收到的数据通过GFP/LAPS/PPP等协议封装后，将数据包映射到 SDH的VC4/VC3/VC12粒度的虚级联的VC-trunk 中。新型以太单板对FE映射到VC3/VC12中，GE信号除了能够映射到 V C4中，还能映射到VC3/VC12中，如此可实现互通互联。端口数方面，最 多可支持12个FE端口，2个GE端口。关于GE信号，选择VC4颗粒进 行映射适于业务的透亮传送；映射至U VC3/VC12中则能实现多个FE信号汇 聚到一个GE中，降低中心设备的端口压力。较之于映射颗粒VC4, VC3/VC12最大的优点在于带宽更为灵活，颗粒调整越为精确，带宽利用率越高。 下表是各种以太信号采纳不同级别的映射颗粒时，差不多达到线速所需的 虚级联数目的比较：表1以太信号差不多达到线速采纳不同映射颗粒所需虚级联数目映射颗粒净荷容量10M100M1000MVC NumberVC NumberVC NumberVC122.176M446460VC348.384M一220VC4149.370M一17Summary：在差不多达到线速的情形下，米纳VC12/VC3 ,带宽利用率高；米纳VC4,易造成带宽的白费。 而VC3和VC12相比，达到线速所需的 VC3个数远远小于 VC12的个数， 大大降低运维和治理难度。2.4.3 LCAS （链路容量调整方案）1、技术原理：LCAS协议使用H4/K4字节，携带操纵信息，在源端和宿端之间进行 握手操作。通过源端和宿端的握手协议完成带宽的增加、删除操作，以及 失效成员的屏蔽、复原等操作。2、功能介绍:新型以太单板支持LCAS协议，实现虚级联链路容量调整，从而实时 动态调整带宽：按需调整带宽，在链路没有咨询题的情形下，能够动态地增力LCAS的保护功阱一 ，、-仔口旅少VC-trunk内的成员而不阻碍业务。一爱护功能：当一部分成员失效叱其它成员仍正常传输数据；当森版员被修复正MSTPON随着光传送网络的智能化进展，的要紧应用之一。LCAS所实现的虚级,华为公司级联组的带宽，速度快也带宽将是以后亍态调整无疑为实现端到端的带宽只能化分配提供了可能和有效的的新下一3、应用举例:、图14 LCAS的爱护功能LCAS的源端和目的端之间的操纵机制能够随着实际应用中需要被映 射的业务的流量大小和所需带宽动态调整所用的 VCG容量；同时，LCAS 也能够在某个差不多映射了业务的虚容器（MEMBER）的LINK发生FAI LURE时临时取消那个LINK。如上面图14,假设正常状态下VCG中映射 了 4个VC12的虚级联，业务流带宽为8M。当虚级联VC12-4v中有两个通 道失效时，LCAS功能将自动调整该VCG的容量，业务速率被降低，但保 证了业务数据可不能丢失。当失效的通道修复后，又能自动复原8M的虚级 联带宽。另外，如果在MSP （复用段爱护）环网中利用LCAS技术动态调整虚 级联带宽的功能，能够充分利用 MSP备用通道的传输带宽。具体如下： M SP备用通道通常可用于传送额外业务，然而额外业务不受爱护，安全性没 有保证。如果将业务采纳虚级联的方式，一部分映射到主用通道，另一部 分映射到爱护通道，则在爱护通道故障时，LCAS技术能实现虚级联组VCG成员的动态减少，使业务的传送带宽自动减小，而保证业务可不能中断。 当备用通道修复后，带宽又能自动复原。3组网及应用按照ITU-T Getnsrv,以太业务的类型有四种：EPL以太专线业务、E VPL以太虚拟专线业务、EPLn以太专用局域网业务和EVPLn以太虚拟专 用局域网业务。EPL:以太透传业务，各个用户独占一个 VCTRUNK带宽，业务延迟 低，提供用户数据的安全性和私有性；EVPL:又可称为VPN专线，具优点在于不同业务流可共享 vc trunk 通道，使得同一物理端口可提供多条点到点的业务连接，并在各个方向上 的性能相同，接入带宽可调、可治理，业务可收敛实现汇聚，节约端口资 源；EPLn：也称为网桥服务，网络由竺 EPL专线组成，实现多点到多点 的业务连接。榜入慨的调:.而治理,刊可收空如聚。优点与 EPL类似，在于用户独占带平，安全性好;EVPLn :也称的拟网桥服务、多点找PN业务。pLS业务，实现多 点到多点的业备连，初c|世小匕XXiiLH她碉到骑基于以太端 口懑传点到多*业*:基于端口 iLlan通讪务透传； 皿界XXt!券碌行FXX证券多点到点业务芒嘎于端口 + vlan进舒噬务透传，实理律海聚毅备图15某地大客户专线业务图15是某省仇f金融、证券行业的专线业务。各地区的证券营业部和银 行分别由点到点的以太专线实现互联，专线带宽从N*64Kbps到1000Mbps可灵活配置，映射颗粒可按 vc12、vc3、vc4任意选取，用户端通过以太网 单板的COS、CAR等功能满足各种QOS要求。汇聚节点（如地市A、B） 的以太单板通过设置不同的 VB实现不同证券或银行用户的隔离，加上二层 标签技术，更加确保了大客户数据业务的安全性。EPL透传专线也可用于城菽悯甲公众上网、企业互联等。如下图 16所示:图16城域网中的EPL透传业务的以太业务上行汇聚到传输设备，再连接到骨干路由器到达网吧IntuAtrri dMetrosernet企业间的数据也嚼过汇聚层传输设备的以太单板按，/vlan和端口进行识别、区分，完成透亮停送3.2以太虚拟专线业务EVPLSOHO二承褊小SOHO图17专线上网共享带宽如上图17,以太单板利用通道共享技术实现用户接入带宽的统计复用,利用较少的网络审宽实现多点冲入和带宽共享、传送到中心节点完成汇聚 后经骨干路由融接入Interne各用户业务带跑可按需求动态髭活分配”提华为公司lan技才嵌套、MpLs标签筐实mt保证数据丽而滔能够通过 vlan TAG道共享技术，提供带宽共享；通过用户隔离共享的微观图示如下:；DH link图18通道共享微观图月.利用EVPL还m实现单立，的带宽共享，如图19:图19单站传送带宽共享以太网板的单站共享方式即同一块以太网板上的多个以太网口的业务映射到相同的一个VC12 TRUNK中。华为公司新型以太单板最多可有 12个以太网端口映射到一个 VC12 TRUNK中，共享一个SDH的VC12 TRUNK。如果属于不同的用户，则由各用户独立的 VB进行区分。如果用户内 部业务有安全保证的要求，则在该 VB内部进行vlan的划分；如果有带宽保证的要求，则通过优先级的划分来实现差分服务3.3 EPLn （即EPLAN）以太专用本地网collegeC图20大学校园网示例FEcollegeD图20是一个校园网的组网示例。校园网的特点是数据流向复杂，点到 点业务连接的流量变化大，而且部分业务需要实现汇聚。图中四所大学通过以太专线互联，构成一个校园专用本地网（红色线条），中心服务器在c ollege A中。利用以太单板的二层交换功能完成相互间的数据传送，并实现B/C/D大学FE端口到中心站点机、D阳二设企业D进行速率限制（CAR）和流量操纥二二一 一_都有合作项目，三网II。各 层标签如端口的汇聚（蓝色线条），对各端口QOS要弱某科研机药FE3.4 EVPLnr X即 EVPLAN ）以下图21：某市的大型工业园区中有若干4间中业 以h过传输设备的以1构的接入带宽A、B您过传输设颖的羊，律科研校沟与企业EVCv互联式构俅局域、MPLS标签等共享传输通道,、也过1 .,飞企业 证数据做般全性,利用相同的传输物理通道资源构成逻冢!海立的局域网 I、ii,充分提升了带翟利用率供应商图21共享以太专网应用示例EVPLAN 於个地区都建有智能小区，为一的-另;心产型应-用是-衽区互联吸口某大型房地产公司在多1现的物厘网络基础上,构建一个虚拟专用网，用于本在evplAn业务*今使得两个站点之间不占了带宽。见图一22；SDH link、社区活动组织、生. Logic connection契噩实现货务也基于MAC地址转发轮!3太业务连接，节约图22虚拟网桥实现逻辑连接另外，虚拟通道还能使多个站点若居- SDH环网同一传输带宽（如一个）,实现在该共享带宽上的多个城朝的统计复用。如图 23所示：2M图23多站共享传输带宽示例上图中，各站点之间通过VC12 TRUNK互连，其中，站点1与4之间 如果通过VC12 TRUNK互联，则1、2、3、4站点的以太网的互联成环， 理论上会形成广播风暴，这时能够启动新型以太单板的生成树协议处理， 通过在逻辑层面上堵塞站点1与4之间的VC12 TRUNK ,防止环网的形成。 也能够不在1与4之间配置VC12 TRUNK。两种方式都能够保证最后 4个 站点的以太网层面上无环网形成。每个VC12 TRUNK包含N个2M,例如1个2M ,如此只占用了 SDH 环网上的1个2M , 4个站点的业务统计复用这1个2M的传输带宽。整体 思想是第一将环网上的业务下到新型以太单板上，通过二层交换与本地业 务整合后再上到传输带宽实现统计复用。4有关技术背景知识介绍note：以下仅对本文涉及的一些有关技术作简要介绍，详细技术细节请 参考数通类相应资料。4.1 NP （网络处理器）最早的路由器是采纳通用CPU实现的。因为数据网络设备具有新业务 /新特性持续涌现，与之相应地，新协议/新的标准也持续形成。随着网络带宽 的增加，通用CPU的转发能力差不多不能习惯需求，因此业界推出网络处理 一种新型的器件：在保留通用CPU的可编程特点的同时，通过专门的硬件设 计，提升处理的性能。网络处理器相对ASIC来讲，爱护了用户的投资，提升了设备厂家对客户 需求的响应速度。NP的技术特点要紧有两条：可编程：吸取通用CPU的优点，克服专用交换芯片的缺点；相对与以太网交换芯片的可配置；/包进行任何字段、任何比特的任何处理。高性能：吸取专用交换芯片的优点，克服通用 CPU 的缺点；NP 按照包转发的要求,对部分处理速度要求专门高的功能,采纳硬件实现,从而提升了处理性能。NP 的两个要紧功能模块：1) 数据平面： 处理属于对时刻敏锐的数据包的处理， 包括数据包分类、数据包的标记、转发表的查找、更新、包头 / 尾标签的填加和删除、数据的插入和删除，执行数据包的判决，例如同意或拒绝；2)流量治理：流量治理能力是专门重要的指标，包括队列治理、队列调度、流量整形、速率限制、拥塞操纵、流控和 QoS 的支持。NP 与专用交换芯片的比较：可升级性：专用交换芯片是为特定用途而定制的；所能解决的咨询题确实是眼前能够看到的咨询题； 而使用 NP 的设计具有专门好的可升级性。 目前业界几乎所有功能丰富的路由器均由 NP 实现，路由器的体会：从IP 升级到 MPLS,不需要更换硬件设计；同时目前以太网原本是一项局域网技术，在城域 网中使用需要做进一步的技术演进，专门是 OAM 和爱护方面， NP 的灵活 性无疑将专门好地习惯各种新的协议标准和客户需求。接口能力：NP通常具有OIF标准的SPI接口( System Packet Interface),最多支 持 256 个通道；各通道之间的带宽动态共享。专用交换芯片一样只具有以太网接口。如果需要的带宽超过一个以太网接口的带宽，必须采纳以太网接口捆绑的方法；因此有通道与带宽之间的矛盾；如果用一个大带宽的以太网端口来实现几个虚拟通道，不同通道之间存在前面所讲的用户隔离咨询题，在上到 SDH 虚容器之前，还需要复 杂的汇聚和分发的处理。4.2 GFP (通用成帧规程)类型域净负荷头校骁域（1）犷展头（。60图24 GFP帧结构参考标准：G.7041 Ethernet.GFP协议是目前北美比较重视的一个封装班慢，口祺铁了将高层用户信IP/PPPOther Client息流适配到传送网绛料丹瞬却啷 H熊的理嚣标明净负荷映射到字节同步的传送通路中。可索载的稽号滑口切伸/PPR Ethernet MAC、Fiber Channel、FICON、ESCON-GE筛口图座3屋绘出GFP、用户信号、传送通道之间的关系，从图中能艘管浮？而解的根啡过程能够分成两个层用户信号有关层,ETH、ip/ppp 等OUT ODUk Path图25 GFP与传送信道和用户信号之间的关系GFP有两种工作模式：GFP-F （Frame-Mapped GFP）是一种面向 PDU （如 IP/PPR Ethernet） 的处理模式；GFP-T （Transparent GFP）是一种面向数据编码块（如 Fibre Channel、 ESCO