以太网与SONET/SDH融合技术
摘要：本文主要阐述了Ethernet over SONET/SDH系统的原理，在以太网与SONET/SDH融合中用到的主要技术LAPS、GFP,以及由这些技术所产生的新服务。最后对以太网与SONET/SDH融合技术的发展前景作了展望。
关键词：在SDH上的链路接入规程
通用成帧规程
Ethernet over SONET/SDH
1.引言
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)中的以太网和广域网(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。
在当今网络中，为了通过WAN传输客户信息,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。
2．以太网与SONET/SDH的融合
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。
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。
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/SDH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。
2.1 Ethernet over SONET/SDH 系统的原理结构
Ethernet over SONET/SDH系统的原理结构如图1所示。
图1. Ethernet over SONET/SDH系统的原理结构图
ADM--分插复用器；LAPS--链路接入规程_SDH； MAC--媒质接入控制
Ethernet over SONET/SDH系统实现了一个IP数据包多交换光广域网，它本质上采用的是无连接网络机制，内在的全网状连接提供适合于分布式通信的无连接网络机制，为业务提供者节省大量的光带宽。Ethernet over SONET/SDH将以太网的二层交换灵活性和资源优化能力与现有的SDH光网络的大容量、高带宽效率和低协议开销相结合，从而得到一种高速、经济的数据接入解决方案。
Ethernet over SONET/SDH系统的实现是通过在SDH设备（如ADM）上增加以太网接口或采用以太网交换机，由以太网接口或交换机提供帧映射和VC级联等功能。图1中，Ethernet over SONET/SDH系统的协议栈（参见ITU_T X.86 P6 图4）分三层：网络层为IPv4或IPv6；链路层由三个元素组合而成：LLC/MAC/LAPS或GFP；物理层为SONET/SDH传送网。其中LAPS是HDLC协议的一种，它提供数据链路服务及协议规范。GFP是用来将信息包数据映射为八位字节的同步传输协议。它可提供确定封装效率。
为帮助优化Ethernet over SONET/SDH 链路传输，现已存在两种有用的技术。它们是在SDH上的链路接入规程（LAPS），通用成帧规程(GFP)。它们都是面向无连接的数据链路层协议。下面简单介绍LAPS和GFP的帧格式以及如何来封装以太网MAC帧。
2.2 LAPS协议
LAPS协议同PPP(PointtoPointProtocol,点对点协议)非常相似,是高级数据链路控制(HDLC)类协议的一种,可用来承载IP、PPP及以太网MAC帧。
2.2.1 LAPS的帧格式
LAPS的帧格式如图2所示。
图2. LAPS的帧格式
LAPS帧的前两个字节是为了与HDLC相兼容而设置的地址和控制常数(分别为0x04和0x03)。服务接入点标识符(SAPI)用来指明负载的类型,如果是以太网MAC帧则为常数0xfe01。接下来依次是以太网MAC帧、LAPS帧校验和(FCS)以及一个结束标志。当链路空闲时,需要在其上传输与结束标记相同的帧间隔(IFG)字节。所有的数据都必须通过一个X43+1的自同步扰码器,然后才插入到SONET负载中,以避免恶意用户对信息数据的攻击。
HDLC类协议的一个特点是用特殊的控制字符进行帧定界,并规定如果数据中含有控制字符,就用两个连续的控制字符来替换。因此有些以太网MAC帧中可能含有许多0x7d和0x7e字节(为控制字符),从而降低链路的性能。
2.2.2 LAPS封装以太网MAC帧的过程
封装过程如下:
(1)首先接收以太网MAC帧并检测帧起始(SFD)字段,将其后所有的字节作为LAPS的净载荷;
(2)添加LAPS的帧开始标志符(0x7e)及生成地址、控制、服务接入点标识符域;
(3)对整个LAPS帧除了开始标志符外计算CRC校验和;
(4)字节填充处理;
(5)如有必要,插入速率调整字节(0x7d,0xdd);
(6)添加LAPS结束标识符,在送入SONET/SDH之前,对LPAS帧的所有字节进行X43+1多项式自同步扰码;
(7)如有必要,添加IFG(Inter-FrameGap,帧间隔)字节(0x7e)。
接收端的解封装LAPS处理与发送端相反,要进行去扰码、CRC错误检验、去除LAPS特定的字
节以恢复出以太网MAC帧。
2.3 GFP协议
GFP协议源于SDL(SimpleDataLink,简单数据链路协议),比LAPS稍微复杂,它提供了一种通用的将高层信号映射到同步物理传输网络的方法。GFP在帧头域和载荷映射上定义了两个可选域,除了承载以太网MAC帧,它还可以用来承载PPP、光纤通道以及IBM所属的光纤连接(FICON)和企业系统连接(ESCON)。
2.3.1 GFP的帧格式
GFP的帧格式如图3所示。
图3. GFP的帧格式
GFP帧由两个或三个标识位(其中一个是可选的)、以太网MAC帧及帧校验和(是可选的)组成,每个标识位都由16位的CRC保护。首先是核心标识,它通过负载长度指示器(PLI)来表明以太网MAC帧的长度。接下来是类型标识,表明所承载负载的类型。延伸的标识位是一个可选的标识,它可以处理逻辑链路、服务类别以及源/目的地址。在简单的点对点应用中可以省略这个标识。最后则是以太网MAC帧和一个32位的帧校验和。除了核心标识以外的所有域,都必须通过X43+1的自同步扰码器。
当没有帧传输时,GFP就会插入空闲帧(IdleFrame)。空闲帧是一种只有4个字节核心标识并且其PLI值为0的特殊GFP控制帧。GFP的一个优点是它没有控制字符,因此链路的吞吐量仅仅是由载荷而不是由载荷所包含的字节数决定的。但是这也意味着,其帧定界是基于帧头中的帧长度指示符,需要采用CRC捕获的方法来实现。
2.3.2 GFP封装以太网MAC帧的过程封装过程如下:
(1)接收以太网MAC帧,并计算其长度;
(2)确定GFP核心标识中PLI域的值并计算相应的CRC值;
(3)确定类型标识中的值及计算相应的CRC值;
(4)确定是否需要扩展标识,如果需要确定其各项值;
(5)将以太网MAC帧从SFD后所有的字节作为GFP的净负荷;
(6)确定是否需要帧校验和域,如果需要计算其值;
(7)对GFP的数据(除了核心标识)进行X43+1多项式自同步扰码;
(8)如果需要,发送空闲帧(IdleFrame)作为帧间隔字节。
同样,接收端的解封装与发送端相反,要进行去扰码、CRC错误检验、去除GFP帧头的字节以恢复出以太网MAC帧。
3．启用的新服务
LAPS 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。
3.1 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
