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互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)常用接口及傳輸性能分析

 todaytomo 2007-07-31
互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)常用接口及傳輸性能分析
        中國(guó)通信月刊200706    程華
  導(dǎo)讀:本文對(duì)互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)的常用接口POS((Packet over SONET/SDH))接口和GE(千兆以太網(wǎng))接口進(jìn)行了深入的分析,從兩種技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流廣域傳輸?shù)膫鬏斝?、故障檢測(cè)能力、經(jīng)濟(jì)性等幾方面做了充分 的比較,提出無(wú)論是POS接口還是GE接口的廣域傳輸均可行,可以靈活選擇。從本分析中可看出鐵通基于互聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)建設(shè),其規(guī)模和選項(xiàng)進(jìn)性正在趕上其他傳 統(tǒng)電信服務(wù)商,其重要性、服務(wù)潛力和發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)引起業(yè)界的關(guān)注。

一、概述
隨著互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)的急劇增加,對(duì)長(zhǎng)途傳輸網(wǎng)帶寬提出了新的需求。長(zhǎng)途傳輸網(wǎng)上互聯(lián)網(wǎng)占用的帶寬主要是實(shí)現(xiàn)核心/匯聚路由器之間的互聯(lián),少量大客戶以太 網(wǎng)專線業(yè)務(wù)。核心/匯聚路由器廣域互聯(lián)時(shí)采用的接口類型全部都是POS接口,按速率大小又分為10GPOS、2.5G POS、622M POS、155M POS四種。采用POS接口實(shí)現(xiàn)路由器廣域互聯(lián)是目前流行的做法,經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明也是一種相當(dāng)有效和可靠的方式。這種方式的主要缺點(diǎn)是造價(jià)高。如果能找到一種 新的組網(wǎng)方式,如在城域網(wǎng)中廣泛應(yīng)用的價(jià)格低廉的以太網(wǎng)的組網(wǎng)方式,將極大地降低建網(wǎng)成本。本文通過對(duì)以太網(wǎng)和POS技術(shù)的分析,從兩種技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流廣 域傳輸?shù)膫鬏斝?、故障檢測(cè)能力、經(jīng)濟(jì)性等幾方面做了充分的比較,為互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)設(shè)備組網(wǎng)提供參考。

二、以太網(wǎng)和POS技術(shù)介紹
1、以太網(wǎng)技術(shù)

以太網(wǎng)接口是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的最常用接口,以太網(wǎng)接口以其廉價(jià)、兼容性好的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)出了強(qiáng)大的生命力。以太網(wǎng)主要有IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)和 DIX Ethernet V2標(biāo)準(zhǔn)。兩種標(biāo)準(zhǔn)的 MAC幀格式如圖1。兩種標(biāo)準(zhǔn)的MAC幀均有6字節(jié)長(zhǎng)的目的地址和源地址,4字節(jié)長(zhǎng)的FCS,2字節(jié)長(zhǎng)的類型(或長(zhǎng)度),MAC 客戶數(shù)據(jù)均是46-1500字節(jié),區(qū)別在于802.3幀有LLC(邏輯鏈路控制)子層。

為了達(dá)到比特同步,從MAC子層向下傳到物理層時(shí)還要在幀的前面插入8個(gè)字節(jié),前面7個(gè)字節(jié)稱為前同步碼,第8個(gè)字節(jié)是幀開始定界符,表示其后面的信息就是MAC幀了。MAC子層還規(guī)定了幀間最小間隔為12個(gè)字節(jié)。
以太網(wǎng)接口主要有10BASE-T、10BASE-F、100BASE-T、10BASE-FX、1000BASE-X、1000BASE-T接口,在跨 城市互聯(lián)中將主要用到GE及以上的接口。GE物理接口有1000BASE-X(802.3z標(biāo)準(zhǔn))和1000BASE-T(802.3ab標(biāo)準(zhǔn))兩種。

2、POS技術(shù)
POS技術(shù)實(shí)際上就是使用SONET/SDH設(shè)備/幀結(jié)構(gòu)來(lái)傳送IP業(yè)務(wù)。它利用SDH標(biāo)準(zhǔn)的幀結(jié)構(gòu),同時(shí)利用點(diǎn)到點(diǎn)傳送的封裝技術(shù)把IP業(yè)務(wù)進(jìn)行封 裝,然后在光纖或傳輸系統(tǒng)上進(jìn)行傳輸。POS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的封裝協(xié)議主要有PPP/HDLC、LAPS和GFP封裝協(xié)議三種。

1)PPP/HDLC協(xié)議
PPP/HDLC協(xié)議是最常用的IP over SDH鏈路層協(xié)議。它是將IP數(shù)據(jù)報(bào)通過PPP(點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議)進(jìn)行分組,然后使用HDLC(高級(jí)數(shù)據(jù)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,最后將其映射到基于字節(jié)的SDH虛容器中,再加上相應(yīng)的開銷置入STM-N幀中。PPP/HDLC幀格式如圖2所示。

2)LAPS協(xié)議
LAPS協(xié)議是HDLC協(xié)議族的一種,它與PPP/HDLC協(xié)議有很多相識(shí)之處,比如都采用標(biāo)志字節(jié)0x7E進(jìn)行幀定界,控制域依然是0x03,但 LAPS信息部分已取消了協(xié)議字節(jié)和填充字節(jié)。協(xié)議字節(jié)的功能已移至地址字節(jié)。因此,LAPS協(xié)議比PPP/HDLC協(xié)議更加簡(jiǎn)單方便,封裝效率更高。

3)GFP協(xié)議
GFP協(xié)議是由ITU-T G.7041標(biāo)準(zhǔn)化的一種面向無(wú)連接的新型數(shù)據(jù)鏈路層封裝協(xié)議,能靈活支持現(xiàn)在和將來(lái)的各種數(shù)據(jù)協(xié)議的傳送。GFP協(xié)議的基本思想來(lái)源于簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)鏈路,它 為高層客戶信號(hào)適配到字節(jié)同步的物理傳輸通道提供了一種通用機(jī)制。GFP封裝的高層客戶信號(hào)可以是面向協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)的數(shù)據(jù)流,也可以是面向塊編 碼的固定比特速率數(shù)據(jù)流。
GFP的幀結(jié)構(gòu)如圖3。GFP幀分為核心信頭和凈荷區(qū)。GFP核心信頭完成GFP的數(shù)據(jù)鏈路管理功能,實(shí)現(xiàn)與高層PDU無(wú)關(guān)的GFP幀定界功能。GFP核 心信頭為4個(gè)字節(jié),包括凈荷長(zhǎng)度指示域和核心信頭校驗(yàn)(cHEC)域兩個(gè)域。凈荷區(qū)長(zhǎng)度可在0-65535B之間變化,一般指GFP面向的業(yè)務(wù)方面,比如 業(yè)務(wù)PDU、鏈路層代碼字或GFP業(yè)務(wù)管理信息。凈荷區(qū)分為三部分:凈荷信頭(4-64字節(jié))、凈荷信息域和凈荷FCS域(4字節(jié))。前兩部分是必不可少 的,第三部分是可選的。

以上介紹了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)常用的和標(biāo)準(zhǔn)的三種封裝協(xié)議,無(wú)論是哪種封裝協(xié)議,POS接口的物理接口主要有155Mbit/s、622 Mbit/s、2.5 Gbit/s、10 Gbit/s POS幾種。

三、用GE接口與POS接口實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時(shí)的優(yōu)劣勢(shì)比較
1、數(shù)據(jù)設(shè)備直接用兩種接口互聯(lián)時(shí)比較
1)傳輸效率
傳輸效率是在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比特流中實(shí)際傳輸有用數(shù)據(jù)的比例,傳輸效率可以分解為某種封裝協(xié)議的封裝組幀效率和某種傳輸方式的承載效率兩部分,封裝效率乘 以承載效率等于傳輸總效率。不同層次的有用數(shù)據(jù)塊大小不同,為便于比較,無(wú)論是GE接口還是POS接口,均以實(shí)際傳輸?shù)娜龑訑?shù)據(jù)報(bào)來(lái)比較。對(duì)于數(shù)據(jù)設(shè)備直 連的情況,承載效率為1。以下計(jì)算封裝和組幀效率。

(1)GE接口封裝和組幀效率
根據(jù)以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)(如圖1)并考慮全雙工的工作模式,經(jīng)計(jì)算用以太網(wǎng)幀傳輸IP包時(shí)的封裝和組幀效率如表1。

(2)POS接口封裝和組幀效率
由于POS接口在骨干網(wǎng)上用到的最常用接口是2.5G POS接口,因此以下僅計(jì)算2.5G POS接口,其余POS接口傳輸效率相同。用光纖直聯(lián)時(shí)承載效率為1。
以目前路由器最常用的PPP/HDLC封裝為例。根據(jù)PPP/HDLC封裝機(jī)制,當(dāng)采用CRC-32校驗(yàn)時(shí),PPP/HDLC封裝是在IP包外增加9個(gè)字節(jié)(見圖2)。經(jīng)計(jì)算2.5G POS接口的封裝和組幀效率見表2。
通過由以上計(jì)算知,POS接口的傳輸效率高于GE接口。
2)故障檢測(cè)能力
當(dāng)用POS接口互聯(lián)時(shí),鏈路中斷后,路由器能立刻感知線路故障,如果路由器采用快速重路由機(jī)制,能在50ms內(nèi)恢復(fù)業(yè)務(wù);如果路由器未采用快速重路由 機(jī)制,需要通過路由協(xié)議重新計(jì)算路由來(lái)更新路由表,業(yè)務(wù)恢復(fù)時(shí)間在秒級(jí)。當(dāng)采用GE接口互聯(lián)時(shí),鏈路中斷后,路由器也能立刻感知線路故障,也需要通過路由 協(xié)議重新計(jì)算路由來(lái)更新路由表,業(yè)務(wù)恢復(fù)時(shí)間在秒級(jí)。因此,在路由器不采用快速重路由機(jī)制的前提下,兩種方式業(yè)務(wù)恢復(fù)時(shí)間相當(dāng),均在秒級(jí)。
3)經(jīng)濟(jì)性
根據(jù)典型廠家GE和2.5G POS端口目錄價(jià)計(jì)算,按相同帶寬比較(2.5×GE接口相當(dāng)于一個(gè)2.5G POS),GE口價(jià)錢是POS口的50%。從經(jīng)濟(jì)性看GE接口優(yōu)于POS接口。

2、數(shù)據(jù)設(shè)備通過MSTP設(shè)備互聯(lián)時(shí)比較
1)傳輸效率
(1)GE接口傳輸效率
假如用戶側(cè)兩個(gè)GE接口,線路側(cè)2.5G SDH帶寬,對(duì)端相反過程,GE點(diǎn)對(duì)點(diǎn)透?jìng)鹘M網(wǎng)。當(dāng)采用7個(gè)VC4映射時(shí),經(jīng)計(jì)算IP包的傳輸總效率等于GE的承載效率乘以IP包的封裝和組幀效率,計(jì)算結(jié)果見表3。
(2)POS接口傳輸效率
傳輸效率同表2。
以上兩種接口通過MSTP設(shè)備傳輸時(shí),如果MSTP設(shè)備組成環(huán)網(wǎng),其傳輸效率還會(huì)降低一倍。由以上計(jì)算知,通過MSTP設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)時(shí),用POS接口的傳輸效率高于GE接口。
2)故障檢測(cè)能力
當(dāng)MSTP設(shè)備組成鏈型網(wǎng)時(shí),鏈路中斷后,采用POS接口的路由器能立刻感知線路故障,并且容易界定是傳輸設(shè)備故障還是數(shù)據(jù)設(shè)備故障,但需要通過路由 協(xié)議重新計(jì)算路由來(lái)更新路由表,業(yè)務(wù)恢復(fù)時(shí)間在秒級(jí)。當(dāng)采用GE接口互聯(lián)時(shí),鏈路中斷后,路由器不能立刻感知線路故障,也不太容易定位是傳輸設(shè)備故障還是 數(shù)據(jù)設(shè)備故障,也需要通過路由協(xié)議來(lái)發(fā)現(xiàn)鏈路中斷并重新計(jì)算路由,再更新路由表,業(yè)務(wù)恢復(fù)時(shí)間在秒級(jí)。因此,采用POS接口還是GE接口在鏈路中斷后,故 障的定位能力有差異,檢測(cè)時(shí)間有差異,其余一樣。兩種方式業(yè)務(wù)恢復(fù)時(shí)間相當(dāng),均在秒級(jí)。
當(dāng)用MSTP設(shè)備組成環(huán)網(wǎng)時(shí),無(wú)論采用GE還是POS接口在鏈路中斷時(shí)(GE/POS本身鏈路故障例外),利用SDH環(huán)保護(hù)均可在50ms內(nèi)恢復(fù)業(yè)務(wù)。
3.2.3、經(jīng)濟(jì)性
根據(jù)典型廠家GE和2.5G POS端口目錄價(jià)計(jì)算,按相同帶寬比較(2.5×GE接口相當(dāng)于一個(gè)2.5G POS),GE口組網(wǎng)方式代價(jià)是POS口組網(wǎng)方式代價(jià)的53%。從經(jīng)濟(jì)性看GE接口優(yōu)于POS接口。
3.3數(shù)據(jù)設(shè)備通過WDM設(shè)備互聯(lián)時(shí)比較
1)傳輸效率
(1)GE接口傳輸效率
假設(shè)一個(gè)2.5G波長(zhǎng)承載兩個(gè)GE。兩個(gè)GE接口通過一個(gè)2.5G波長(zhǎng)傳輸時(shí)的承載效率為80.38%,IP包通過以太網(wǎng)封裝時(shí)的封裝和組幀效率同表1。經(jīng)計(jì)算一個(gè)波長(zhǎng)承載兩個(gè)GE時(shí)的傳輸效率如表4。
(2)POS接口傳輸效率
傳輸效率同表2?! ?br> 由以上計(jì)算知,通過WDM設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)時(shí),用POS接口的傳輸效率明顯高于GE接口。
2)故障檢測(cè)能力
當(dāng)通過WDM設(shè)備進(jìn)行POS/GE接口互聯(lián)時(shí),其故障檢測(cè)能力與使用鏈型組網(wǎng)的MSTP設(shè)備傳輸時(shí)相同,即無(wú)論采用POS接口還是GE接口,在鏈路中斷后,故障的定位能力有差異,檢測(cè)時(shí)間有差異,其余一樣。兩種方式業(yè)務(wù)恢復(fù)時(shí)間相當(dāng),均在秒級(jí)。

3)經(jīng)濟(jì)性
根據(jù)典型廠家GE和2.5G POS端口目錄價(jià)計(jì)算,折算成相同帶寬時(shí), 用GE口組網(wǎng)方式代價(jià)是POS口組網(wǎng)方式代價(jià)的56%。從經(jīng)濟(jì)性看GE接口優(yōu)于POS接口。

四、結(jié)論
通過以上比較知,用POS接口還是GE接口進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)備廣域互聯(lián),各有優(yōu)劣。POS接口的傳輸效率、故障檢測(cè)能力優(yōu)于GE接口。GE接口比POS接口 更加經(jīng)濟(jì),GE接口與城域網(wǎng)接口的兼容性更好,但兩種接口在技術(shù)上都是可行的。由于中國(guó)鐵通骨干互聯(lián)網(wǎng)B/A類節(jié)點(diǎn)到A類節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)帶寬已逐漸達(dá)到 2.5G的水平,因此在B/A類節(jié)點(diǎn)到A類節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)中,為提高傳輸效率和故障定位能力,主要考慮2.5G POS及以上接口,將來(lái)當(dāng)帶寬達(dá)到10G水平時(shí),可以考慮采用10G WAN口(相當(dāng)于10GPOS口)或10GE LAN口進(jìn)行廣域互聯(lián),但目前10G WAN口和10G LAN口的價(jià)格還不是特別明朗,屆時(shí)還需根據(jù)性價(jià)比做進(jìn)一步比選。但對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)B-B、C-B、C-C節(jié)點(diǎn)之間的帶寬需求,建議不再沿用155MPOS、 622MPOS、2.5GPOS的演進(jìn)路線,而是使用155M POS或FE、GE、n×GE或n×2.5G POS的演進(jìn)路線,這樣數(shù)據(jù)設(shè)備的端口對(duì)上、對(duì)下使用起來(lái)更加靈活。但具體是選擇GE還是2.5G POS應(yīng)結(jié)合數(shù)據(jù)流量,如當(dāng)流量約1.5G時(shí),選擇兩個(gè)GE走不同路由更加安全。用MSTP設(shè)備為大客戶提供以太網(wǎng)專線仍有現(xiàn)實(shí)意義,它可以靈活的調(diào)整帶 寬,同時(shí)又可以利用MSTP環(huán)網(wǎng)提供很好的安全性。總之,POS接口還是GE接口實(shí)現(xiàn)廣域傳輸均可行,最終應(yīng)根據(jù)技術(shù)、價(jià)格、可靠性等多種因素綜合選擇。

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