EOS在新一代IP承载网中的应用

IP数据业务的迅速增长，使得运营商必须考虑城域承载网对IP业务的承载能力。目前，WDM技术已经很成熟，但因为SDH网络已经在全球范围内得到了大规模的部署，而且SDH网络基本能满足当前的业务需求，所以SDH仍然是最受欢迎的高效、可靠的传输手段。EOS技术为SDH光网络承载IP数据业务提供了最好的选择，将以太网数据封装进SDH帧，可以保证数据可靠、高效地传输。然而SDH本身具有固定带宽颗粒的特点，势必会造成巨大的带宽浪费，同时也导致业务分配的灵活性很差。GFP、VCat和LCAS技术的引入，充分提高了EOS的整体性能，改善了业务分配的灵活性和带宽的有效利用。将RPR和MPLS技术整合嵌入进EOS，不但发挥了RPR很好的汇聚特性和优化的数据接入能力，而且能利用MPLS建立对业务模式的支持和统一的控制平面，这样必将造就新一代的IP承载网。

一、EOS技术

EOS即以太网到SDH的封装技术，使语音、图像和数据等多业务的混合高效传输成为可能。虽然SDH起初是为了TDM业务设计的，然而通过对其优化完全可以传输如以太网等分组业务。以太网是在接入网和承载网中标准的数据接口，而如何以SDH为物理层，在二层融合TDM和以太网则是问题的关键。

1．EOS关键技术

（1）GFP

GFP是一种目前最为流行的标准化业务映射机制，它能够将各类数据信号有效映射到SDH/SONET帧中。它采用基于头校验（HEC-based）和自描绘（self-delineable）技术。为了容纳可变长度的PDU，GFP在帧头中提供净荷长度标志，同时帧长指示标志还可用于数据帧边界定位的处理过程，该过程对于数据链路同步非常重要。GFP帧有GFP用户帧（CDF）和GFP控制帧（CMF）两种基本类型。GFP用户帧提供GFP的基本净荷传送机制，由核心帧头和净荷区两部分组成；GFP控制帧为GFP提供基本链路控制机制。

（2）VCat

虚级联就是将分布于不同STM-N数据帧中的虚容器按照级联的方法，形成一个虚拟的大结构VC-4/3/12-Xv格式，进行传输。它相对于相邻级联能提供更为精细的净荷颗粒，灵活性更高。虚级联允许任意数量的虚容器创建容量合适的传送层管道。传输通道的源端设备将级联带宽分割到多个标准容器（SDH高阶或低级通道），逻辑上采用虚级联组VCG来表示。虚级联信号由链路终端节点进行处理，从而减少了带宽资源的浪费。

（3）LCAS

LCAS机制使虚级联的VC数量在一定范围内可以进行动态增减，这种调整是根据业务流量的需求来进行的，在这个调整过程中不会对数据传送性能造成影响。另外，在链路发生故障时，LCAS通过动态从VCG中删除失败成员可以提供负荷的共享保护。虚级联和LCAS是衡量MSTP带宽是否有效利用的重要指标。虚级联实现了业务带宽和SDH虚容器之间的适配，比相邻级联更好地利用了SDH链路带宽，提高了传送效率，LCAS实现了带宽动态调整。

2．EOS的技术特点

相对于传统的以太网，EOS具有以下技术特点。

（1）提供了50ms保护倒换的电信级性能。EOS的保护倒换结构可以基于1+1保护链路、自愈环和基于RPR的EOS保护环等结构。

（2）支持端到端的QoS保障和业务等级分类。

（3）能够完成TDM和数据业务的同步传输。

（4）通过SOH（段开销）和POH（通道开销），EOS还能提供承载层的的OAM能力。

EOS中虚通道的应用可以分为专用VCG（虚容器组）和共享VCG，前者可用于端到端要求较高的以太网业务，而后者主要用于点到多点的低成本以太网业务，如IPＴＶ等。

3．EOS的发展趋势

在传统的MSTP（多业务传送平台）系统中，EOS主要用来将TDM和数据等多业务映射封装进SDH帧进行传输，GFP/VCat/LCAS的应用很大程度上提高了MSTP系统的性能。然而MSTP系统中的交换结构主要是基于时隙的具有交叉功能的电路交换。而内嵌EOS的QSR(QosSwitchRouter)系统则具有纯分组交换的结构。在当前IP一统天下的趋势下，将EOS引入QSR系统必将成为今后IP承载网的解决方案。

二、新一代IP承载网的建设

1．基于EOS与QSR的IP承载网解决方案

QSR是一种保证QoS的交换路由器，它本身由交换卡、线路卡、控制卡和制冷模块组成，其中线路卡中有一种EOS业务卡，在面板上提供了标准的光接口，可以通过SDH技术来传输以太网或者MPLS数据包。

如图1所示，QSR/QSS作为网络上的节点，完成业务汇聚、上下路以及路由选择和交换的功能，将EOS应用在QSR/QSS中，能够实现数据业务的分组交换。在QSR与QSS之间采用基于EOS的RPR环形拓扑能够在共享环上实现有效的统计复用和业务等级承载。MPLS在RPR环之上则能够完成统一的控制平面和端到端的QoS保证。可见，QSR/QSS系统提供了一种融合EOS、RPR和MPLS的标准架构（即将RPR与MPLS嵌入进EOS），能够充分发挥RPR和MPLS的各自优势。

2．内嵌RPR的EOS

RPR是一种独立于物理层的新型MAC层技术，它基于分组，采用类似以太网的帧格式，结合MPLS标记的思想，利用MAC层的高速交换，简化了IP传送。它既吸收了吉比特以太网的经济性，又包含了SDH系统50ms保护的特性。RPR技术支持更细致的带宽颗粒，在支持传统语音业务传送的同时，能够很好地承载具有突发性的IP业务，具有较好的带宽公平机制和拥塞控制机制，同时具有空间复用机制。

RPR是基于分组交换的新型网络结构和技术，它在拓扑结构上和SONET/SDH一致，采用双光纤环配置，环中由分组交换节点组成，相邻节点通过一对光纤连接。但RPR在任何时间双环都同时使用，外环沿一个固定方向传输数据，内环作反方向传输。因为在一个共享媒介上传输分组最有效的是由MAC层的协议来处理，故RPR针对网状拓扑结构制定了独立的MAC层协议来解决城域网中带宽的瓶颈问题，且能提供下一代接入网所要求的恢复能力、有质量保证的服务和可管理能力。

如图2所示，基于SDH的内嵌RPR环可由SDH单向互逆的VC通道组成双环结构，其VC通道的带宽大小可由虚级联和LCAS技术来进行动态管理。两个环分别为内环和外环，它们在传送数据信号的同时传送控制信号，在某一方向(下游)上发送数据分组，并在另一环上向反方向(上游)发送其对应的控制分组。另外节点可在任一环路上发送数据，换句话说可沿顺时针或逆时针方向，一般说来，到给定目的两条可能路径中，基于节点发现时序，较短的路径常被使用。环上每个节点用一个48比特MAC地址来标识，MAC地址的定义符合IEEE的相关标准。在内嵌RPR的EOS节点上，一个RPR节点包括一个MAC客户实体、一个MAC实体和两个物理层实体。一个单向环由一系列的单向链路在环上一个节点接一个节点组成，环上所有的链路具有相同的数据速率，但延迟特性可能不同。根据用户要求可以对用于传送RPR的通道带宽进行动态调整，调整粒度为该虚级联通道中单个虚容器的大小。当构成传送RPR的虚级联通道的虚容器组中有成员失效时，LCAS将实现自动动态调整带宽，将失效虚容器成员移去，在虚容器成员恢复后，添加到虚级联通道中。调整粒度为该虚级联通道中单个虚容器的大小。

内嵌RPR的EOS一方面可通过SDH本身的特点实现对TDM业务高效的传送，并能提供良好的网络生存性及与现有网络的兼容性，同时虚级联和LCAS技术实现了业务带宽和SDH虚容器之间的适配，并在基础上能够进行传输带宽的动态调节；另一方面，内嵌RPR的EOS可通过RPR技术实现数据业务带宽的动态共享，极大地提升了网络带宽的利用率。

3．内嵌MPLS的EOS

MPLS可在多种第二层媒质上进行标记交换，它为进入网络中的IP数据包分配标记，并通过对标记的交换来实现IP数据包的转发。在网络内部，MPLS在数据包所经过的路径沿途通过交换标记来实现转发，将IP分组转换为采用标记标识的流连接，提供服务质量、流量控制、虚拟专用网、组播等功能。内嵌MPLS技术的EOS相当于在业务和SDH之间引入了一个中间智能适配层，根据业务要求适配、映射到SDH通道上，同时支持GFP高速封装协议、虚级联、LCAS以及二层交换等技术。

对以太网业务或VLAN业务，MPLS处理模块在接收到的数据包上附加内层MPLS标签（VC标签），形成伪线PW(PseudoWire)或虚电路（VirtualCircuit），相同源地址和目标地址的多个PW再加上外层MPLS标签（TunnelLabel），进行复用，建立一条MPLS标记交换路径LSP，以太网业务和VLAN业务在LSP中按外层MPLS标签进行转发。隧道标签标示MPLS数据包从源端点传送到目的端点，VC标签标示以太网数据从入口UNI传送到出口UNI（User Network Interface），如图3所示。

MPLS是继IP技术之后的下一代广域网传输技术，MPLS技术结合了第二层交换和第三层路由的特点，可在网内同时支持多种业务的转发。它利用原有IP路由的优点，保证了MPLS网络路由的灵活性。在EOS中，内嵌MPLS不但保证了多种网络的互联互通，使得各种不同的网络传输技术统一在同一个MPLS平台上，而且使网络具有良好的可扩展性，能够有效地实施端到端的流量工程，支持大规模虚拟专用网应用和提供有效的QoS保证。

4．MPLS与RPR的融合

多协议标签交换（MPLS）技术是面向业务的通用控制协议，能通过信令快速地提供端到端的业务配置。MPLS技术结合了第二层交换和第三层路由的特点，第三层路由在网络的边缘实施，而第二层交换则由MPLS网络的核心完成。MPLS网络采用单一的转发机制，可在网内同时支持多种业务类型的转发。而RPR是为单个物理环或逻辑环（跨多个物理环的VC通道构成）而设计的MAC层技术，RPRMAC层的应用仅局限在单环，跨环时须终结，无法实现跨环业务的端到端带宽共享、公平机制、QoS和保护功能，因此在组建复杂网络时有一定的局限性。为了组建较大规模的复杂网络并提供端到端的服务质量保证，则需要与其它技术相配合。如MPLS，它一方面通过LSP标签栈很好地解决了VLAN的可扩展性和业务的端到端保护问题；另一方面由于MPLS的QoS和流量工程方面的特性，可为以太网业务的服务质量、SLA增强和网络资源的优化利用提供很好的支持。以太网帧可根据被广泛接受的IETFMartini草案标准进行封装，然后再到RPRMAC层进行处理，最后由映射到SDH层转发，如图4所示。

结论

QSR提供了一个融合EOS、RPR和MPLS的标准以太网传输结构。在QSR系统中，基于EOS的RPR技术能够实现高效的统计复用，充分地提高了带宽利用率。而MPLS的嵌入更增强了网络互通的灵活性，并提供了端到端的QoS保证，此方案可作为新一代IP承载网的优先选择。