应用笔记 4233

光纤网络中运营以太网服务的划分

By: Arthur Harvey

摘要 : 本文讨论了运营以太网服务的传输以及划分的必要性,文章分析了运营以太网划分的要求,并通过主要的功能架构给出了划分边界。本文讨论了个部分划分边界的相关技术,并对不同技术的选择进行了比较和介绍。

类似文章发表于Maxim工程期刊,第63期(PDF, 1MB)。

城域以太网论坛(MEF)为推广以太网互联制定了许多服务标准,统称为运营以太网服务。MEF制定这些服务的目的是通过提升各运营商之间高质量以太网服务的互通性来增强以太网的通用性。为了确保这些服务的客户能够对服务供应商的质量进行比较,MEF还针对每项服务制定了可测量的属性。这些属性对于客户来讲意义重大,因此,当客户将其网络与服务供应商的网络进行物理连接时,这些属性必须能够代表显著的服务特征,这种连接的物理接口称为分界点。

服务划分在电话服务供应商(“运营商”)中的广泛应用已有数十年之久。常见的划分形式是安装在户外的一个小盒子,这个小盒子把本地运营商的电话网络连接到室内的配线端,从而向客户提供有线电话服务。这个小盒子是客户责任端与运营商责任端的划分界线。

对于电话服务,分界单元的功能需求最小,而以太网服务运营商对分界单元的功能需求要复杂得多。运营商通常按照服务水平协议(SLA)的合同向用户提供服务,该协议具体规定了服务细则,如所承诺的信息速率(CIR)、吞吐量(CBS)、可提供的服务、帧延时、帧抖动、帧丢失率以及故障恢复时间。运营以太网的分界单元在确保实际提供的服务符合SLA细则方面扮演重要角色。

分界单元的需求

从功能上看,以太网分界单元至少要提供物理连接和测量点:RJ-45插座或光纤连接器。IEEE®定义了物理层的互联,MEF技术规范中也引用了物理层互联方面的内容。分界单元必须接受来自用户的标准IEEE 802.3以太帧格式,并准备在各服务供应商网络间的传输。功能上的最低需求取决于具体应用。

分界功能的用户接口部分称为用户网络接口(UNI)。MEF 规定了UNI 的标准功能范围,从最基本的1 类UNI到可自动配置的3类UNI。最近,MEF已经通过了题为MEF 13 UNI Type 1 Implementation Agreement的技术规范以及相关的测试验证流程。MEF有望在近期对MEF 11中的2类和3类UNI作进一步扩展。

MEF 13的1.2类UNI要求分界单元处理第2层协议的一些工作,该协议用于建立客户网络与UNI间的连接。这一要求使得分界单元必须具有第2层协议的可操作性和过滤能力。此外,ITU和MEF要求2类和3类UNI能够执行第2层的某些管理协议,要求分界单元具有全面的第2层协议处理功能—至少在最小吞吐量下具备该处理功能。这些必要条件影响着分界单元设计的技术决策。这些必要条件的一个有利因素是大多数分界单元设计能够增加有价值的高层应用功能的处理 能力。

分界单元的结构

图1为以太网分界单元的基本原理框图,该图右侧“UNI”下方为用户网络接口的原理图,左侧“网络接口”下方是运营传输网络接口的原理图。网络接口功能组称为网络接口设备(NID)。NID代表设备的一个独立部分,但这里的NID用于说明分界单元的一部分功能。MEF日前公布了NID功能标准的草案,但还没有正式批准。NID功能可以代表/或不代表与UNI相同的设备。实际应用中,UNI和NID之间的分界线因不同的应用而变化。为进一步澄清问题,MEF制定了划分UNI范围的图表。需特别注意的是,分界单元通常包括UNI网络(UNI-N)接口或外部网络间的接口(E-NNI)。

图1. 以太网分界单元的原理框图。UNI包括用户网络接口的功能框图,NID下方为运营传输网络的接口功能框图。
图1. 以太网分界单元的原理框图。UNI包括用户网络接口的功能框图,NID下方为运营传输网络的接口功能框图。

UNI和NID数据平台的硬件与对应的网络技术息息相关。UNI的物理接口必须包括一个符合IEEE标准的电或光以太网接口,而连接到NID的运营光网络通常是SONET/SDH。这些不同技术需要进行转换,以实现用户数据在各运营商网络之间的互通,两个数据平台之间需要具备转换、互通功能。数据平台的互通功能通过集成的以太网映射器、网络处理单元(NPU)或用户定制的现场可编程门阵列(FPGA)实现。在SONET/SDH实例中,集成的Ethernet-over-SONET/SDH (EoS)映射器通常是实现数据平台互通功能的最佳解决方案。数据平台用于客户数据的传输与标记以及流量控制或数据整形。

UNI和NID通常具有独立的控制平台软件,能够处理底层配置和状态监测。以下是通过控制平台进行有效处理的例子:检测电缆是否连接、状态和性能监测、中断事件的处理。控制平台确保按照管理平台的指令提供服务,控制平台通常由运行在本地微处理器的软件实现,该微处理器对数据平台的硬件进行配置和控制。在独立的分界单元中,UNI和NID的控制平台通常运行在同一处理器。控制平台和数据平台有时可以在一个NPU上实现,尽管这样会引起复杂的数据平台 和控制平台的冲突问题。采用数据平台与控制平台相分离的架构更容易实现。

管理平台通常由线卡或机架上的软件实现,UNI和NID都具有管理平台,用于故障恢复、SLA性能监测等。管理平台的主要作用是处理与网络操作相关的问题。MEF在MEF 7 EMS-NMS Information Model中已经定义了网络操作管理信息的架构。另外,除了面向网络的管理平台,UNI还具有面向用户的管理平台。MEF在MEF 16 Ethernet Local Management Interface(E-LMI) 中定义了面向用户管理界面的基本架构。UNI和NID的管理平台能够互换信息,但这并不是必需的。

UNI管理平台还采用了ITU-T和IEEE制定的以太网管理协议,称为以太网OAM (运行、管理与维护)。IEEE 802.3ah OAM用于监测一条点到点链路的运行状态,改善故障隔离。ITU-T Y.1731 OAM扩充了功能范围,包括先进的多链路操作,如链路跟踪、连通性检测以及自动保护交换。利用OAM,网络操作人员能够执行以太网在几年前难以实现的管理任务。

UNI技术

UNI网络传输技术受限于全双工10Mbps、100Mbps、1Gbps MEF标准或10Gbps IEEE兼容的电气或光纤以太网标准。为了有效覆盖物理层连接的范畴,一些分界单元仅允许插入小型可插拔(SFP)模块,以便在安装时配置UNI的物理接口。利用以太网映射器、NPU或FPGA实现所要求的其它UNI数据平台的功能,与物理接口无关。另一种替代SFP的方案是采用板上PHY或光纤模块。这一替代方案以牺牲灵活性为代价来获取较低的设计成本。

由网络定位驱动的NID技术

图2为两个常见的分界环境。场所A (环上分界)中,用户所在的建筑可以直接接入光纤网络,或距离光纤网络很近。这种情况常见于城域网和称为E-NNI的自动交换光网络。当分界点位于光纤网络边界时,NID必须与光纤网络直接连接或连接到通过光网络设备接入的低速率数据分支。针对光纤网络边界的应用,NID 技术的选择涉及多个领域:传统SONET/SDH、Ethernet-over-PDH-over-SONET/SDH (EoPoS)、运营商的骨干网桥接(PBB)、传输多协议标记交换(T-MPLS)、无源光网络(PON)、密集波分复用技术(DWDM)、弹性分组环路(RPR)、光纤以太网以及混合光纤同轴电缆(HFC)等。

图2. 两种常见的分界场所。场所A常见于城域网,用户所在的建筑可以直接接入光纤网络,或距离光纤网络很近。场所B常见于偏远地区的网络,需通过“最后一英里”技术扩展光纤网络至用户所在建筑的连接。
图2. 两种常见的分界场所。场所A常见于城域网,用户所在的建筑可以直接接入光纤网络,或距离光纤网络很近。场所B常见于偏远地区的网络,需通过“最后一英里”技术扩展光纤网络至用户所在建筑的连接。

图2中的场所B (环下分界),光纤网络没有到达用户所在的建筑,必须采用“最后一英里”技术到达分界点。这种情况常见于人口密度较低的城市、郊区和农村,对于分界点远离光纤网络边界的情况,NID技术包括:Ethernet-over-PDH (EoPDH)、数字用户链路(DSL)、以太网一英里(EFM)以及有线电缆数据服务(DOCSIS)。

对于特定的NID采用哪种传输技术,具体取决于与提供服务的运营商现有网络的接口性价比。分界平台的架构最好采用模块化设计,以覆盖所要求的UNI和NID传输技术。

以太网映射的技术发展水平

一般来说,在以太网分界单元中,集成式以太网映射器可实现UNI-NID互通功能。EoS和EoPDH映射是两种最常见的映射技术。EoS映射已经应用了近十年的时间,而EoPDH映射的使用还不到两年。Maxim最近推出的EoPDH以太网映射器DS33X162系列能够完全满足当前对分界设计的需求,该系列产品包括九款器件,支持一至十六个PDH链路,是业界唯一的完全支持ITU标准EoPDH映射、采用统一的软件设计/硬件引脚排列的器件。该系列的所有器件都采用严格分离控制平台和数据平台,并可灵活地执行高层协议。

最低需求的扩展

目前,MEF仅规定了UNI功能的最小需求,而设备制造商有足够的空间集成增值功能,使其分界单元在保持兼容性的同时具有更强的竞争能力。增值功能分为两大类:一类是有利于将分界单元出售给运营商的功能,另一类则是有利于运营商向用户出售服务的功能。

安装成本是运营商首先关心的问题,具有自动预置和内部网络诊断功能的分界单元可大大降低总体成本。利用这些技术能够支持中等带宽的以太网,并可重新利用现存设备和基础架构,如EoPDH,从而降低运营商的成本。实时SLA监测、与运营商现存网络管理系统(NMS)的无缝集成也显著提高了运营商的增值服务。

此外,为用户提供便利、可靠的服务也是一个关键的评估标准。例如,基于网站浏览器(HTML)的管理接口能够方便地对所有用户的UNI运行状况进行观测,这是一个非常便利的功能。这种接口可以由UNI本身提供或集成在局端位置,从所有的用户UNI收集信息。类似的HTML用户接口能够提供每个UNI在不同时间的SLA兼容报告,带宽利用状况以及服务质量的配置选项。

用户也可利用VLAN标记针对不同的VLAN或应用提供不同质量的服务。企业网络管理器需要利用其现有的网络管理工具(如SNMP)自动监测状态,或者通过email接收报警通知。随着业务量的增加,成长中的企业希望不断扩展其带宽。NID技术采用VCAT/LCAS链路集,易于扩展带宽。分界单元可以提供动态预置,在需求量较高时增大带宽,在需求量较少时降低带宽。这些仅是少数实例,但为将来的发展方向提供了一些建议。

目前,MEF已经制定了一个公共的MEF 13平台,分界单元架构采用共同的基础架构,在此基础上构建未来的分界技术。

类似文章发表于2008年5月的Lightwave