第四代MSTP发展策略研究

zjol

摘　要　在介绍前三代MSTP的基础上，指出了第四代对它们的功能完善，并从三个方面阐述了第四代MSTP的发展策略。

关键词　MSTP　RPR　3G网络　三层路由　智能化网络

0　引言

　　MSTP，基于SDH的多业务传送平台，在国内的发展已三年有余，历经了三个技术发展阶段。

　　第一代的MSTP：在原有SDH传输平台的基础上，提供了ATM和Ethernet接口，业务最小颗粒度受限于VCl2，达到能够透明传送数据业务的目的。这一时期的MSTP主要提供的技术细节为：级联、ML-PPP封装、LAPS封装。部分厂家还提供基于SAN的FICON/ESCON/Fibre Channel透明接口。

　　第二代的MSTP：在第一代MSTP的基础上提供了强大的交换能力，该交换能力并不仅仅指SDH的交*连接能力，更重要的是提供了以太网的L2交换能力和ATM的交换功能。通过划分VLAN，有效而安全地完成用户隔离。同时，还可组建ATM的VP-Ring和利用以太网的STP保护。

　　第三代的MSTP：这一时期的MSTP最大的特点就是引进了GFP封装机制、LCAS链路容量调整方案和虚级联技术，使得MSTP对数据业务的支持能力进一步加强。同时，一些厂商将RPR内置在MSTP内部，使得部分VC可在二层成环，提高环路利用率。

　　从目前各厂商的产品看，不同的第三代MSTP相互之间仍有很大区别。因此，充分完善第三代MSTP的功能是第四代MSTP的首要任务。

　　首先，高端MSTP在提供VC4交*能力下，还必须具备VCl2级别的交*能力，并达到2.5G和10G板卡的混插，完成在线升级。如ECI公司的产品还可实现与WDM设备的混插，在一定程度上提高设备集成度。

　　其次，由于RPR的内嵌功能部分厂商不能完全支持，因此在L2层出现了STP和RPR共存的现象(当然一部分责任要归结于IEEE802.17工作组对于RPR规范制定的迟缓)。在带宽的统计复用、加权公平分配、更加严格的CoS和QoS以及愈发安全的用户隔离功能方面，各个厂家的实现不尽相同。由此可见，以RPR实现环网的进一步挖掘将是完善RPR内嵌的主要问题。

　　另一个重点是厂商之间的互连互通。在VC虚级联、以太网映射协议等方面，鉴于各厂商对于标准的理解不同，大部分实现都是私有协议，比如利用VLAN实现安全性的管理、LCAS的成员加减机制等。但部分私有协议难以实现业务的互通，导致组网上数据业务无法透传，　因此最近广东电信科学研究院在国内首次成功实现不同厂家MSTP设备间互联互通的意义是不言而喻的。

1　第四代MSTP发展策略

　　上面我们谈了下一代MSTP对第三代MSTP原有功能的完善，那么，第四代的MSTP该具有什么新的特色呢?

　　我们认为，随着未来全IP网络的发展和3G业务的兴起，用户对网络要求会越来越高。由于数据网络和传输网络的融合，通过一种设备有效地完成各种功能是运营商的盈利之道。因此对于第四代MSTP的发展策略，从网络规划部门的角度，我们提出以下新建议：

　　1.1　3G业务支持——增强ATM处理功能

　　基于WCDMA的UMTS模型已非常成熟，最近信息产业部刚结束的第二轮3G产品测试，就是在为国内3G的快速发展埋下伏笔。

　　3G对传输网络的要求，不仅仅在于比2G多需求几个2M。更重要的是，每个专业接口3GPP都有很详细的定义。以Rel.99为例，Node B和RNC之间逻辑接口Iub、RNC之间的逻辑接口Iur、RNC到CN的逻辑接口Iur，它们都同时使用了B-ISDN的PRM参考模型和OSI的七层参考模型。这么做的最终结果是，无论在无线网络层还是在传输网络层都有两个不同的平面：控制平面和用户平面。在Iur和Iub两个接口上，并没有出现用户语音和数据两种业务的分离。通常而言，将无线控制平面和传输控制平面的各种控制信令承载以AAL5格式进行适配，而将传输用户平面的数据和信令以AAL2格式进行适配。所以在物理层上最后传输的数据格式都成为了ATM信元。

　　ATM信元的传输一般以SDH网络和ATM网络两种形式。考虑到国内的网络现状，利用ATM网络组建3G传输网几乎是不可能的，于是利用SDH的衍生技术MSTP组建3G传输网将成为各大运营商的主要选择。

　　Node B一般提供El IMA和STM-1两种接口。由于目前MSTP提供的ATM接口板只能提供STM-1级别的接口，这样就必须给每个Node B都分配一个STM-1接口。但根据我们的容量核算，每个Node B的容量要达到155M几乎是不可能的，STM-1接口显得有些浪费。

　　还有一个值得思考的是，部分Node B产品(称之为HUB-Node B)兼具ATM的AAL2交换和PVC级别的VPI/VCI交换功能，这些功能本来是考虑利用Node B直接组星型网络时提高链路的利用率。但就目前而言，由于直接用Node B无法利用传统的传输网资源，因此短期内不会考虑以Node B直接组网，仍将利用MSTP组环，而此时可能会利用MSTP完成HUB-Node B的功能。

　　由此可见，新一代的MSTP可以考虑在ATM接口板提供基于El的接口，并且支持基于VC4和VCl2两个级别的统计复用。如果从长远看，还可以建议提供IMA的复用和解复用能力(ATM的反向复用能力，实现链路业务的Qos保障和带宽的灵活调配)，以及AAL2级别的交换功能(即能够在ATM信元内实现单字节的“子信元”判别，达到基于语音业务的短长度业务复用)。

　　图1为一个典型的利用MSTP组建3G网络的实例。




　　1.2　部分L3路由能力和实现MPLS-VPN

　　随着RPR技术的内嵌和二层交换的普及，MSTP已越来越能支持各种基于以太网的应用。但是将三层路由的能力也引入到MSTP上.一直是个令人头痛的问题。在2002年5月的中国移动城域网产品测试中，尚无厂家真正把L3能力在MSTP上实现。

　　从传统电信运营商观点上看，数据网络和传输网络是两个相对独立的网络，有着独立的网管，甚至是两个不同的运维部门。但对于一些新兴的内容提供商和二类运营提供商，由于没有象传统电信运营商那样强大的各类网络支持，他们希望通过购买MSTP就完成网络中的所有服务。即便是传统运营商，由于个别地区的数据网络不完善，导致数据网络架构在传输网络之上，也会出现“路由器—MSTP—MSTP—路由器”的情况，此时就要求MSTP能够支持数据网络的新业务(如MPLS-VPN等)。

　　我们认为，单纯将路由引擎引入MSTP将导致二层和三层之间的复杂操作，毕竟MSTP不是一个路由器，它还是应该首先保证L2交换能力。从这个意义上讲，可以将新的MSTP视为一个小型简化的三层交换机。当然，具体是由硬件还是软件实现L3路由可以根据厂家的实际情况而选择。

　　一旦MSTP能够实现L3路由，就可以在本地的不同VLAN间实现通信，并有效地隔断广播风暴。通过WRED技术，允许基于CoS的8个服务类进行队列机制。对于部分危险的黑客入侵，可以直接在MSTP上设置ACL，同时保证传输网管和数据网络的安全。此时，基于IP的DSLAM也可直接接入MSTP。

　　另一项值得关注的焦点是MPLS-VPN在MSTP上的实现。这里需要讨论两个问题，分别是MPLS帧识别和MPLS-VPN域建立。

　　原始以太网帧长在1 518个字节左右，通过802.1Q进行VLAN标记后，长度为1 522字节，此时将此帧称之为Baby Giant帧，大部分第三代的MSTP都能够识别并处理该帧。但伴随着GE和10GE网络的普及，帧长达9 018字节、甚至是10 240字节的Jumbo帧开始出现，尤其在网络中开展MPLS-VPN服务时，此种帧非常常见。如果再考虑到32 bit的MPLS标签，就会有很多厂家的MSTP的千兆以太网接口板将该帧视为超长的非法帧，直接将其丢弃。毫无疑问，新一代MSTP必须能够对超长帧进行有效识别，这样即便MSTP不参与MPLS域的建立，也能够透明传送超长帧。

　　MPLS-VPN的架构有L2MPLS-VPN和L3 MPLS-VPN两种。

　　L2 MPLS-VPN一般有Martini和Kompella两种模型。

　　在Martini模型中，用户的VLAN标签利用FEC被映射到VC标签内，同时通过MPLS内的透明隧道传送，再附加一层Tunnel标签，构成双层标签的L2帧。这种实现方法较为简单，因为目前大多数的MSTP已支持双层VLAN-Stack标签，只需略作改动即可。

　　Kompella模型与Martini模型相比，增加了VPN拓扑自动识别的能力，这主要得益于MP-BGP会话的建立。用户的VLAN标签被映射到VC标签的机制也同时由IBGP会话实现。应该说，Kompella模型在一定程度上借鉴了L3 MPLS-VPN的实现方法。如果MSTP能够支持Martini和L3 MPLS-VPN，Kompella的实现就不存在任何问题。但如果MSTP能力有限，那么建议只做Martini模型。

　　L3 MPLS-VPN是通过在PE定义VPN路由转发表VRF(VPN Routing and Forwarding table)来隔离不同VPN的信息。如果某站点某一主机是多个VPN的成员，那么与该站点相关联的VRF包含将此主机作为成员的所有VPN的路由信息。一个PE路由器具有维护多个VRF的能力，而每个VRF维护各自的IP路由表和快速转发表。同时，为了区别来自不同VPN的路由信息，PE使用8 octet的路由标识(RD)对来自不同VPN的路由信息进行标识。

　　通过利用MSTP参与构建L3 MPLS-VPN，可以在一定程度上缓解MPLS域内PE路由器侧的压力，将Multi-VRF(VRF-Lite)的功能从PE侧转移到MSTP侧，并将MPLS的网络安全性进一步延伸。

　　图2为一个典型的利用MSTP组建L3 MPLS-VPN网络的实例。




　　在此还要澄清一点，利用MSTP实现的L3路由功能和MPLS-VPN业务都是很简单而且有限的，主要满足一些边缘用户的要求。对于大型网络中数据业务的开展，还应将MSTP配合路由器和交换机共同开展服务。

　　1.3　智能化网络管理，内置ASON软件

　　现在所有的ASON产品都限于DXC产品，这主要是考虑灵活的波长调度需要强大的交*能力支持。但随着全网的智能化普及，势必要求接入层和汇聚层的设备也能够支持ASON的部分功能。此时，就会对新一代的MSTP提出智能化网络管理的需求。

　　ASON最终的目标是实现分布式的网络管理能力，要求网元具有分布式的智能性、可扩展性和联合工作性，这一切都基于全新的路由协议(OSPF-TE/IS-IS)、信令协议(PNNI/RSVP-TE/CR-LDP)以及链路管理协议LMP等。在控制平面，通过定义UNI、NNI等专业接口，实现基于Overlay的ASON模型。

　　一些较为老式的MSTP设备因为升级硬件较为困难，因此不建议在它们上面重新设置ASON的控制平面，而应该将控制平面的部分功能集成到网管中，并直接以PC的方式在网管上为用户指定连接。当需要与外网交互信息时，一般应该将此任务交给上一级的有完全控制平面功能的MSTP设备完成。假如必须在老设备上完成交互，则可以为网管定义专业接口。由本地网管在获取外网信息后，在原有网络内实现基于PC级别的连接。

　　对于新一代MSTP产品，应至少支持PC和SPC两种连接方式。厂家可以根据自己的技术发展情况选择在MSTP上实现ASON的演进步骤。较为简单的做法是：第一步由管理平面实现集中路由和集中信令，第二步将信令控制功能下放到网元的控制平面，第三步再考虑由网元控制平面实现分布路由。

　　对于跨越不同AS域的客户连接，将牵涉到信息转换的问题。举例而言，究竟是采用隧道技术进行透明传送还是拆封后重新组装是一个比较麻烦的问题。如果是不同厂家的控制平面或是不同运营商的控制平面间的连接，我们几乎可以肯定，由于信令的方式不同，目前肯定是采用透明的隧道技术。当然OIF论坛定义了标准的E-NNI接口，但最终结果是否真能互通难以保证。

　　MSTP还需在原来的环形保护基础上支持基于网状网的保护，从而为多路由的迂回保护创造条件。

　　在硬件上，实现ASON的MSTP应具有比以前普通MADM更大容量的交*能力，利用多级CLOS阵列可进一步扩展大容量MSTP的交*能力，但操作维护较为繁琐。理想的交*矩阵应该是在任意时隙间实现无阻塞、可扩展、算法先进、冗余保护的交*矩阵，但目前看要想在接入层MSTP上实现有很大难度。

　　图3为一个典型的利用MSTP组建ASON网络的实例。




　　我们认为，短期内ASON应以Overlay模型建设为主，但在数据业务主导一切的将来，ASON势必会向Peer to Peer模型一步步过渡，即直接利用IETF的GMPLS模型构建网络。

　　这时，就会需要MSTP和路由器等数据设备做到很强的互操作性，并逐步消除UNI/NNI等专业接口的限制，允许数据设备直接入网寻址和控制，简化网络结构。曾经有人担心一旦实现Peer to Peer模型时，光网络会向IP网络开放拓扑信息，导致运营商的资源外泄。其实，我们可以在网管内设置一个称之为“解除武装”的区域(Closed User Group Area)，彻底区分寻址等必备信息和各种黑客攻击等有害信息，并起到类似UNI的特征来屏蔽部分对于运营商来说重要的拓扑资源。

　　此时，对于MSTP的要求将进一步提高。但我们估计这将属于第五代乃至第六代MSTP需要实现的功能，故在此不予讨论。

　　可以想象，当第四代MSTP推出时，传输网络的建设将面对远比现在更繁多、更复杂的业务。只有不断使MSTP具备新的功能，才能使其真正成为一个名符其实的“多业务传送平台”。