Ethernet over SDH系統及關鍵技術

2019-11-03 09:05:19

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供稿：網友

范其蓬　宗瑋
烽火網絡公司ASIC中心
上海師范大學

　　摘要本文介紹了將以太網數據在SDH系統上傳輸的基本原理及封裝技術，以及基于X.85/X.86國際標準研發的兩款EoS芯片和AM1001外置式MSTP設備。

　　關鍵詞 LAPS EoS 以太網 SDH

　　近年來，因特網發展十分迅速，各種基于ip的業務每年呈50%～300%的速率增長，目前國際上IP骨干網帶寬要求每6~9個月翻番，是Moore定律的2~3倍，形成巨大容量壓力。主要ISP的Internet骨干鏈路速率從OC-3/STM-1增長到OC-48/STM-16或OC-192/STM-64甚至更高。在國際上已有多家通信營運商的數據業務總量將全面超過傳統電話業務量。

　　目前數據業務提供商們有許多途徑來提供數據業務。他們可以重新構建一個全新的IP網絡。但這樣做帶來的問題是投資量較大而且網絡的可靠性無法與現有的同步光纖網絡（SDH/SONET）相比擬。同時一個純粹的IP網絡還達不到公用網級的可靠性要求。事實上，充分利用現有的SDH/SONET網絡是唯一明智的做法。在基于SDH/SONET結構的多種解決方案中，Ethernet over SDH/SONET （EoS）在一個網里實現話音電路、ATM信元、IP分組以及不同波長的業務綜合方面具有較大的優勢，基于SDH/SONET的以太網技術把現有的傳輸基礎設施改造為一個基于包交換的光廣域網并成為取代Packet over SDH（PoS）和ATM的一項具有相當吸引力的技術選擇。

1 Ethernet over SDH的原理結構

在2001年，武漢郵電科學研究院烽火網絡公司提出的提案Ethernet over SDH正式成為ITU-T標準，標準號分別為X.85、X.86。X.85、X.86技術標準是以太網在SDH/SONET光通信系統上傳輸IP業務的一種新的技術標準。它是在國際電聯的X.85、X.86標準及T1 X1.5 GFP標準草案的基礎上，將以太網幀映射到SDH/SONET的負荷中。該技術可以有效地將不同局域網通過SDH/SONET的互聯轉化為一個虛擬的通道，以實現“透明的局域網服務”。

　　Ethernet over SDH系統實現了一個IP數據包多交換光廣域網，它本質上采用的是無連接網絡機制，內在的全網狀連接提供適合于分布式通信的無連接網絡機制，為業務提供者節省大量的光帶寬。Ethernet over SDH將以太網的二層交換靈活性和資源優化能力與現有的SDH光網絡的大容量、高帶寬效率和低協議開銷相結合，從而得到一種高速、經濟的數據接入解決方案。

　　Ethernet over SDH系統的實現是通過在SDH設備（如ADM）上增加以太網接口或采用以太網交換機，由以太網接口或交換機提供幀映射和VC級聯等功能。圖1中，Ethernet over SDH系統的協議棧分三層：網絡層為IPv4或IPv6；鏈路層由3個元素組合而成：LLC/MAC/LAPS；物理層為SDH傳送網。其中LAPS是HDLC協議的一種，它提供數據鏈路服務及協議規范。

2 Ethernet over SDH系統的關鍵技術

　　Ethernet over SDH 系統的幀映射過程與IP over SDH系統的幀映射過程相類似，只是Ethernet over SDH系統采用的是LAPS——Link access PRocedure SDH（在SDH上的鏈路接入規程）協議幀，而不是點到點通信協議（PPP）幀。LAPS協議同PPP一樣，是HDLC協議的一種。

　　在PPP幀中，地址域的全局地址為0xff ，對個別地址并沒有規定；而LAPS幀則規定了三種地址：全局地址為0xff ，個別地址分別為0x04（IPv4）和0x06（IPv6）。PPP 幀采用協議域進行多協議的封裝；LAPS幀采用SAPI（服務接入點指示）進行多協議的封裝。在PPP幀的傳送過程中，對短的信息域必須進行填充以達到MRU（最大接收單元1500字節）的要求；而LAPS幀不需要進行填充。PPP幀的校驗和域為32bit或16bit，依具體情況而定，而LAPS幀的校驗和域為32bit。

　　用LAPS協議實現Ethernet over SDH，其幀映射過程分兩步：

　?。?）將以太網的MAC幀封裝成LAPS協議幀；

　　（2）將LAPS協議幀映射到SDH幀中。

　　MAC幀通過RS（協調子層）和MII（媒質無關接口）封裝入LAPS協議幀，在此不需要地址過濾功能。圖3中LAPS幀和MAC幀的FCS（校驗和）的計算分別遵循ITU-T X.85建議和IEEE 802.3標準。Ethernet over SDH（采用LAPS）系統的功能單元將所有要發送的LAPS幀的信息域發送到對等的鏈路層，并且可以在傳送前對LAPS幀進行緩沖。將LAPS協議幀映射到SDH幀的過程，同于下述將SDL幀映射到SDH幀的過程。

　　以太網在光纜網上運行的EoS技術是原有技術的創新，可用于互聯網的核心層、邊緣層和接入端。該技術具有實現簡單、效率高、速度快等特點，在網絡運營維護、技術兼容、設備支持方面具有很大的優勢。

3 EoS芯片及相關設備介紹

　　根據ITU-T X.85，X.86標準，烽火網絡公司與美國安捷倫公司聯合開發了兩款EoS芯片：EoS-1以及EoS-2芯片。

　　其中，EoS-1芯片采用低功耗的0.18μｍ CMOS工藝，集成規模超過20萬門，內部運行速度最高為20MHz。

　　EoS-1芯片主要特性有：

　　· 在以太網側，提供1個百兆比特以太網接口；

　　· 在SDH/SONET側，提供1個155Mbit/s的SDH/SONET接口。

　　以VC-4/VC-3為最小顆粒度，并兼容LAPS協議以及GFP協議，可提供電信級的以太網傳輸功能。該款芯片目前已經成功研制出來，目前已廣泛應用于各個電信網絡中。

　　在第一款芯片成功開發后，烽火網絡公司與美國安捷倫公司繼續合作，開發研制出第二款芯片，EoS-2。該款芯片亦采用低功耗的0.18μm CMOS工藝，集成規模超過1000萬門，是第一款EoS-1芯片的50倍，內部運行速度為125MHz，8倍于EoS-1芯片的速度。

　　EoS-2芯片主要特性有：

　　· 在以太網側，提供4個吉比特和百兆比特以太網接口；

　　· 在SDH側, 提供1個2.5Gbit/s的SDH/SONET接口，4個622Mbit/s的SDH/SONET接口，和4個155Mbit/s的SDH/SONET接口。

　　支持以VC-3/VC-4/VC-4-4c為粒度的虛級聯，可根據需要動態分配其帶寬。并兼容LAPS協議以及GFP協議。支持吉比特以太網流控，可提供電信級的以太網傳輸功能。目前，該芯片正處于調測試用階段，預計不久就會正式投入到商用中。

　　隨著EoS（Ethernet over SDH）芯片的相繼問世，與之密切相關的系統設備也隨之脫穎而出。烽火網絡F-engine AM1001設備就是基于EoS技術的新一代以太網接入設備。它符合ITU-T X.85、ITU-T X.86 和SDH/SONET 相關規范，采用了高度集成的EoS-1芯片。其技術關鍵是實現基于ITU-T X.85、ITU-T X.86協議規范的將以太網幀映射到SDH幀格式的設計。

----《中國數據通信》