POS和EOS的比較.doc

1 引言 隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,越來越多的黨、政、軍、金融、交通等企事業(yè)單位開始構(gòu)建自身的廣域網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)內(nèi)部各分支機(jī)構(gòu)局域網(wǎng)間的互連、互通，并在此網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)基礎(chǔ)上構(gòu)建自身的信息系統(tǒng)。構(gòu)建企、事業(yè)單位跨區(qū)域廣域網(wǎng)的方案一般以下三種方式。一是基于物理層的方式：即通過鋪設(shè)或租用光纖資源來實(shí)現(xiàn)；二是基于鏈路層的方式：即DDN或SDH方式等；三是基于網(wǎng)絡(luò)層的方式：一般有MPLS VPN、IP SEC等方式。從以上三種構(gòu)建方式來看，基于物理層的構(gòu)建方式代價(jià)較大，一般中小型企業(yè)難于承受；基于網(wǎng)絡(luò)層的構(gòu)建方式對(duì)于銀行、證券公司這樣對(duì)廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃杂泻芨咭蟮膯挝唬ǔ２粫?huì)將其作為廣域網(wǎng)組網(wǎng)方式的選擇，因而其應(yīng)用范圍受到一定的限制。而隨著電信、移動(dòng)、聯(lián)通等大型電信運(yùn)營(yíng)商開始對(duì)外提供SDH傳輸線路的租用業(yè)務(wù)，基于鏈路層的構(gòu)建方式逐漸成為企業(yè)構(gòu)建廣域網(wǎng)的主流選擇。 2 SDH傳輸網(wǎng)概述 目前,大型電信運(yùn)營(yíng)商骨干傳輸網(wǎng)普遍采用的都是SDH/SONET技術(shù)。SDH傳輸網(wǎng)的概念最初于1985年由美國(guó)貝爾通信研究所提出，稱之為同步光網(wǎng)絡(luò)（Synchronous Optical NETwork,SONET）。它是由一整套分等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)傳送結(jié)構(gòu)組成的，適用于各種經(jīng)適配處理的凈負(fù)荷（即網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口比特流中可用于電信業(yè)務(wù)的部分）在物理媒質(zhì)（如光纖、微波、衛(wèi)星等）上進(jìn)行傳送。該標(biāo)準(zhǔn)于1986年成為美國(guó)數(shù)字體系的新標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)部（ITU-T）的前身國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)（CCITT）于1988年接受SONET概念，并與美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)達(dá)成協(xié)議，將SONET修改后重新命名為同步數(shù)字系列（Synchronous Digital Hierarchy,SDH）,使之成為同時(shí)適應(yīng)于光纖、微波、衛(wèi)星傳送的通用技術(shù)體制。SDH傳輸網(wǎng)是由一些SDH網(wǎng)絡(luò)單元組成的，在光纖、微波或衛(wèi)星上進(jìn)行同步信息傳送，融復(fù)接、傳輸、交換功能于一體，由統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理操作的綜合信息網(wǎng)?？蓪?shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)有效管理、動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、對(duì)業(yè)務(wù)性能監(jiān)視等功能，能有效地提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。SDH/SONET采用TDM技術(shù)，是對(duì)準(zhǔn)同步數(shù)字系列PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy)的一次革命。SONET多用于北美和日本,SDH多用于中國(guó)和歐洲。SDH/SONET技術(shù)具有良好的網(wǎng)絡(luò)自愈保護(hù)功能，非常適合傳輸電路交換的傳統(tǒng)話音業(yè)務(wù)。 SDH技術(shù)所提供的各類SDH設(shè)備是通信運(yùn)營(yíng)商目前使用量最大的提供點(diǎn)到點(diǎn)固定傳送通道的傳輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成實(shí)體。由SDH設(shè)備構(gòu)成的傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)目前可以提供最大10Gb/s以下的點(diǎn)到點(diǎn)傳送通道。SDH系統(tǒng)是一個(gè)時(shí)分復(fù)用的系統(tǒng)，它可以將若干低速率的標(biāo)稱速率電路映射到它的幀結(jié)構(gòu)中進(jìn)行傳送，從而可以有效地利用光纜線路系統(tǒng)的帶寬。SDH系統(tǒng)將低速率電路映射到它的幀結(jié)構(gòu)中是通過VC（Virtual Container）來實(shí)現(xiàn)的，VC有不同的大小，如VC12、VC3、VC4，它們分別對(duì)應(yīng)著2M、34M/45M、140M/155M的標(biāo)稱電路速率。在SDH系統(tǒng)中VC是可以被單獨(dú)傳送的實(shí)體，也就是說VC可以在系統(tǒng)上被上/下或轉(zhuǎn)接而不影響其中的有效業(yè)務(wù)承載數(shù)據(jù)。 然而，隨著通信運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有的光通信網(wǎng)絡(luò)的容量的增長(zhǎng)，在相當(dāng)多的地方僅用于傳統(tǒng)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)已經(jīng)過剩，部分容量處于閑置狀況。而另一方面，近幾年來，隨著IP技術(shù)的飛速發(fā)展和IP業(yè)務(wù)的指數(shù)式爆炸性增長(zhǎng)，IP業(yè)務(wù)在電信業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)中呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。因此，電信運(yùn)營(yíng)商很自然的想到利用剩余的電信傳輸網(wǎng)資源解決目前IP業(yè)務(wù)快速增長(zhǎng)的問題。這種解決方法有兩個(gè)好處：一是通過對(duì)已有SDH投資進(jìn)行合理利用，解決IP傳輸容量不足的問題；二是由于SDH的保護(hù)機(jī)制優(yōu)于IP的路由收斂或生成樹收斂，承載于SDH傳輸網(wǎng)之上的IP網(wǎng)絡(luò)的可靠性遠(yuǎn)高于純IP傳輸。 3 基于SDH的IP接入方式 然而傳統(tǒng)的電信網(wǎng)是為傳送話音而設(shè)計(jì)采用TDM和電路交換技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，為了傳送IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和視頻，實(shí)現(xiàn)話音、數(shù)據(jù)和視頻的多業(yè)務(wù)“三網(wǎng)融合”，必須將IP數(shù)據(jù)包或以太網(wǎng)幀映射到SDH的幀結(jié)構(gòu)中進(jìn)行傳輸。目前，POS和MSTP是兩種較為常見的SDH傳輸網(wǎng)承載IP業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)方式。 在以Ethernet Over SDH（EOS）技術(shù)為特征的MSTP設(shè)備出來以前，通常采用Packet Over SDH（PoS）技術(shù)。雖然，二者在稱謂上極其相似，但是從實(shí)現(xiàn)技術(shù)上卻是一種革命性的演進(jìn)。 POS技術(shù)通常在數(shù)據(jù)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)，即路由器或交換機(jī)的WAN側(cè)接口采用STM-1或STM-4的POS光口。也就是說從IP數(shù)據(jù)包或以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀到SDH的虛容器的處理過程在數(shù)據(jù)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)（如圖1所示）。從圖1中可以看到，在路由器中實(shí)現(xiàn)IP/PPP/HDLC/VC的映射和封裝過程，通過SDH的光口與傳統(tǒng)的SDH設(shè)備相連。這種結(jié)構(gòu)就是通常所說的疊層網(wǎng)絡(luò)，每層網(wǎng)絡(luò)需要不同的網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行管理，無法實(shí)現(xiàn)端到端的業(yè)務(wù)管理；而且由于采用光口互聯(lián)，造成在接入端的路由器或交換機(jī)等數(shù)據(jù)設(shè)備的投資成本較高。 圖1 POS接入 而如果采用MSTP設(shè)備提供的EOS接入模式，路由器或交換機(jī)直接采用以太網(wǎng)的接口，如RJ45的接口和MSTP設(shè)備相連，而從IP/Ethernet到VC的映射和封裝由MSTP設(shè)備中的多業(yè)務(wù)板卡實(shí)現(xiàn)。而且該板卡具有全功能的二層能力，從接口考慮，由于MSTP也是采用普通的RJ45（10/100BaseT）接口實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，大大節(jié)省了POS的光口互聯(lián)成本，而且可以通過MSTP的統(tǒng)一網(wǎng)管實(shí)現(xiàn)端到端的業(yè)務(wù)管理。 圖2 基于MSTP的接入3.1 POS接入技術(shù) POS通過SDH直接承載IP業(yè)務(wù)，它首先要解決的問題是如何完成IP數(shù)據(jù)包向SDH幀的映射。具體說來，以IP層的數(shù)據(jù)包到映射入SDH凈荷區(qū)，需要將IP包通過PPP（Point to Point Protocol，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議）進(jìn)行分組，然后使用HDLC（High Level Data Link Control，高級(jí)鏈路控制）協(xié)議根據(jù)RFC1662規(guī)范對(duì)PPP分組進(jìn)行定界裝幀，然后將PPP-HDLC幀直接映射入SDH的凈荷區(qū)。在這種映射方式中，PPP提供多協(xié)議封裝、差錯(cuò)控制和鏈路初始化控制等功能。HDLC協(xié)議則對(duì)經(jīng)過PPP封裝的IP數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行定界，其定界方式是通過在幀頭添加標(biāo)志字節(jié)0x7E實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)HDLC幀以標(biāo)志字節(jié)0x7E開始，也以0x7E結(jié)束。如圖3所示： 圖3 PPP/HDLC幀格式 由于在PPP/HDLC信息域內(nèi)也可能出現(xiàn)與標(biāo)志字節(jié)0x7E相同的數(shù)據(jù)字節(jié)，為保證數(shù)據(jù)的透明傳輸，需要使用HDLC（High Level Data Link Control）的字節(jié)填充方式來區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)字節(jié)與標(biāo)志字節(jié)，也稱為轉(zhuǎn)義處理。方法是：發(fā)送方設(shè)備檢查兩個(gè)標(biāo)志序列之間的一整個(gè)幀，如果在信息域內(nèi)含有于標(biāo)志字節(jié)或轉(zhuǎn)義字節(jié)相同的數(shù)據(jù)字節(jié)，若標(biāo)志字節(jié)發(fā)生在HDLC的信息域，那么它將轉(zhuǎn)變?yōu)?x7d 0x5e，其中0x7d稱為轉(zhuǎn)義字節(jié)，信息域中的0x7d要被填充為0x7d 0x5d。因此，由于用戶數(shù)據(jù)單元中0x7e和0x7d出現(xiàn)的可能性不同，造成對(duì)網(wǎng)絡(luò)側(cè)帶寬的需求變化很大，也造成帶寬的浪費(fèi)。對(duì)于某些惡意攻擊，從業(yè)務(wù)層不斷發(fā)包含標(biāo)志序列和轉(zhuǎn)義序列就會(huì)造成傳送層的帶寬的耗盡，最終導(dǎo)致數(shù)據(jù)擁塞。從以上描述我們可以得到，假設(shè)路由器采用MRU為1500字節(jié)的數(shù)據(jù)包，即不考慮不等長(zhǎng)IP包造成的填充，且0x7E和0x7D出現(xiàn)的概率為0.2%，同時(shí)忽略PPP的控制協(xié)議占有帶寬，對(duì)于一個(gè)PPP/HDLC的有效幀來說，開銷約占0.8%。值得指出的是由于它采用了字節(jié)填充的方式，所以最終的PPP-HDLC幀是不定長(zhǎng)的。 3.2 EOS接入技術(shù) EOS是近幾年來提出的幀映射方法，主要定義了將以太網(wǎng)幀進(jìn)行封裝后再映射到SDH/SONET的VC(虛容器)中的映射方法，位于以太網(wǎng)MAC層與物理層的SDH間作為數(shù)據(jù)鏈路適配層。由于SDH和以太網(wǎng)的技術(shù)已經(jīng)很成熟也全部標(biāo)準(zhǔn)化，因此EOS的實(shí)現(xiàn)方法就成為MSTP的新的核心技術(shù)，同時(shí)也是各廠家的MSTP能否實(shí)現(xiàn)互通的關(guān)鍵所在?，F(xiàn)有的主流封裝映射方式有LAPS(ITU- T標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為X.86)和GFP(ITU- T標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為G.7041)。 3.2.1 基于LAPS協(xié)議的EOS LAPS技術(shù)是中國(guó)武漢郵科院提出的映射方式，已被ITU-T接納為標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為X.85/Y.1321。但是，究其根本LAPS協(xié)議是HDLC協(xié)議族的一種，它在點(diǎn)到點(diǎn)鏈路上提供數(shù)據(jù)報(bào)傳送服務(wù)，協(xié)議特點(diǎn)是對(duì)PPP的簡(jiǎn)化，規(guī)程中沒有鏈路層控制協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層控制協(xié)議，只規(guī)定了數(shù)據(jù)傳輸規(guī)程，可以替代PPP-HDLC協(xié)議。它的幀格式如圖4所示： 圖4 LAPS幀格式 LAPS協(xié)議比PPP-HDLC相對(duì)簡(jiǎn)單，同時(shí)封裝效率略有提高。但由于它依然采用基于標(biāo)志字符的幀定界方案，因此無法從本質(zhì)上改變由此而帶來的諸多缺點(diǎn)。 3.2.2基于GFP協(xié)議的EOS GFP是朗訊公司起草并為ITU-T所采納的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，ITU-T G.7041。它完全跳出了HDLC定幀的方式，定義了一種簡(jiǎn)單、靈活的數(shù)據(jù)適配方法，不但可以在字節(jié)同步的鏈路中傳送變長(zhǎng)的數(shù)據(jù)包，還可以傳送固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)塊。它克服了PPP-HDLC和ML-PPP所無法避免的只支持點(diǎn)到點(diǎn)的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、需要有特定的定界字符、需要對(duì)幀里的負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)義處理等諸多弊病。 GFP（通用成幀規(guī)程）作為一種新的通信標(biāo)準(zhǔn),在數(shù)據(jù)傳輸效率和所提供的網(wǎng)絡(luò)功能方面有了很大改進(jìn),其主要特點(diǎn)有:（1）具備低延遲的傳輸與處理能力,適合高速?gòu)V域網(wǎng)的應(yīng)用（如存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN）；（2）支持可用于寬帶傳送的業(yè)務(wù)適配協(xié)議；（3）提供高效的QOS保證機(jī)制，能夠?qū)⑽锢韺踊蜻壿嬫溌穼有盘?hào)映射到字節(jié)同步的信道中；（4）具備客戶端管理能力，支持基本的客戶端控制功能；（5）采用和ATM技術(shù)相似的幀定界方式，減小了定位字節(jié)開銷，避免傳輸內(nèi)容對(duì)傳輸效率的影響；（6）打破了鏈路層適配協(xié)議只能支持點(diǎn)到點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的局限性，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的支持。 GFP最常見的應(yīng)用就是在MSTP設(shè)備中，直接將IEEE802.3的Ethernet MAC幀映射入GFP幀中。如圖5所示： 圖5 以太網(wǎng)幀到GFP幀的映射 從上圖中可以看到，Ethernet MAC幀和GFP幀之間是一對(duì)一的映射，它去掉了在每個(gè)以太網(wǎng)幀前面的前置字符和幀起始定界符（8個(gè)字節(jié)），并在每個(gè)以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)上增加GFP-Header，用以標(biāo)識(shí)以太網(wǎng)幀的長(zhǎng)度和類型。同時(shí)在從以太網(wǎng)MAC幀到GFP的映射過程中，它也去掉了MAC幀之間的IPG。 因其省卻了對(duì)Ethernet MAC幀的拆分和重組，因而提高了WAN側(cè)的處理能力。 4 POS與EOS比較 在了解兩種接入技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，我們專門就兩種技術(shù)在SDH傳輸網(wǎng)上的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了比較。 4.1 接入方式上的對(duì)比 以EOS為特征的MSTP是基于SDH的一種多業(yè)務(wù)傳送手段，它從根本上來說就是在傳統(tǒng)的SDH設(shè)備功能基礎(chǔ)上新增了相應(yīng)的接口卡板，如以太網(wǎng)卡板、ATM卡板等，從而可以提供這一類接口的傳送通道。目前，MSTP技術(shù)應(yīng)用最多的是對(duì)以太網(wǎng)接口的支持功能，即用戶的路由器設(shè)備可以直接使用以太網(wǎng)接口與運(yùn)營(yíng)商的MSTP設(shè)備相連接。 CPOS是路由器廠家所提供的路由器上的接口，可以稱之為信道化或通道化的POS接口。接口速率一般為與電信運(yùn)營(yíng)商端SDH設(shè)備系統(tǒng)一致的STM-1接口。路由器設(shè)備配置的接入廣域網(wǎng)的電路接口不論是POS接口還是CPOS接口，其幀結(jié)構(gòu)都是與STM-N的幀結(jié)構(gòu)相一致的，所需的STM-N接口對(duì)于SDH系統(tǒng)來說，都沒有差異；換句話說，電信運(yùn)營(yíng)商只需為用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的STM-N接口就可以和路由器設(shè)備的POS或CPOS接口互聯(lián)并提供相應(yīng)帶寬的電路。 4.2 實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的對(duì)比 EOS技術(shù)從實(shí)現(xiàn)上來說，是將以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)流通過某種封裝方式來映射到SDH的通道中，SDH的通道顆?？梢允荲C12、VC4。以太網(wǎng)板卡可以將以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，如10M、100M、1000M通過封裝后映射到一個(gè)或多個(gè)VC中并由SDH系統(tǒng)進(jìn)行傳送。由一個(gè)或多個(gè)VC捆綁組成的通道帶寬可以根據(jù)用戶的帶寬需要以VC12或VC4為單位的倍數(shù)來提供。在SDH系統(tǒng)中的VC類似于一塊塊的積木。VC4可以是由63個(gè)VC12堆積而成的，而VC4也可以是一個(gè)單獨(dú)的整體； POS技術(shù)從實(shí)現(xiàn)上來說，是通過帶POS或CPOS端口的路由器將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)映射到SDH中，有效的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)都是以SDH幀結(jié)構(gòu)中的凈負(fù)荷承載的，即將有效的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)映射到作為單一整體的VC4中并由SDH系統(tǒng)進(jìn)行固定的點(diǎn)到點(diǎn)傳送。CPOS則正如其名稱的含義，路由器采用這樣的接口時(shí)是將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)映射到多個(gè)VC12中，并將多個(gè)VC12映射到VC4中最終構(gòu)成STM-1的SDH接口。 4.3 帶寬利用率上的對(duì)比 兩種技術(shù)在帶寬的利用率方面有一定的差異，但情況也比較復(fù)雜。從使用的情況來看，主要和封裝方式有關(guān)。所謂的封裝方式是指將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)映射到VC中之前需要對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝。EOS技術(shù)有三種封裝方式：PPP、GFP、LAPS，目前使用較多的是前面兩種封裝方式，并且逐漸趨向于統(tǒng)一使用GFP封裝方式。POS技術(shù)的封裝方式與MSTP中的PPP方式有些類似。相比而言，GFP封裝方式具有更高的效率和帶寬利用率。一般的IP數(shù)據(jù)包通過EOS技術(shù)進(jìn)行傳送，帶寬利用率可以達(dá)到90%以上（該數(shù)據(jù)隨著數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)短統(tǒng)計(jì)分布不同會(huì)有所變化）。在采用POS、CPOS或PPP封裝方式下，帶寬利用率較低。不過，如果IP數(shù)據(jù)包很短的話（如64字節(jié)以下），那么GFP封裝方式將可能會(huì)略低于POS、CPOS或PPP封裝方式；但實(shí)際使用中IP數(shù)據(jù)