互联网组网常用接口及传输性能分析

互联网组网常用接口及传输性能分析

中国通信月刊200706    程华

导读：本文对互联网组网的常用接口POS（（Packet over SONET/SDH））接口和GE（千兆以太网）接口进行了深入的分析，从两种技术实现数据流广域传输的传输效率、故障检测能力、经济性等几方面做了充分 的比较，提出无论是POS接口还是GE接口的广域传输均可行，可以灵活选择。从本分析中可看出铁通基于互联网的组网建设，其规模和选项进性正在赶上其他传 统电信服务商，其重要性、服务潜力和发展趋势应引起业界的关注。 一、概述 随着互联网用户数的急剧增加，对长途传输网带宽提出了新的需求。长途传输网上互联网占用的带宽主要是实现核心/汇聚路由器之间的互联，少量大客户以太 网专线业务。核心/汇聚路由器广域互联时采用的接口类型全部都是POS接口，按速率大小又分为10GPOS、2.5G POS、622M POS、155M POS四种。采用POS接口实现路由器广域互联是目前流行的做法，经实验证明也是一种相当有效和可靠的方式。这种方式的主要缺点是造价高。如果能找到一种 新的组网方式，如在城域网中广泛应用的价格低廉的以太网的组网方式，将极大地降低建网成本。本文通过对以太网和POS技术的分析，从两种技术实现数据流广 域传输的传输效率、故障检测能力、经济性等几方面做了充分的比较，为互联网数据设备组网提供参考。 二、以太网和POS技术介绍 1、以太网技术 以太网接口是实现计算机网络互联的最常用接口，以太网接口以其廉价、兼容性好的优势表现出了强大的生命力。以太网主要有IEEE802.3标准和 DIX Ethernet V2标准。两种标准的 MAC帧格式如图1。两种标准的MAC帧均有6字节长的目的地址和源地址，4字节长的FCS，2字节长的类型（或长度），MAC 客户数据均是46-1500字节，区别在于802.3帧有LLC（逻辑链路控制）子层。 为了达到比特同步，从MAC子层向下传到物理层时还要在帧的前面插入8个字节，前面7个字节称为前同步码，第8个字节是帧开始定界符，表示其后面的信息就是MAC帧了。MAC子层还规定了帧间最小间隔为12个字节。 以太网接口主要有10BASE-T、10BASE-F、100BASE-T、10BASE-FX、1000BASE-X、1000BASE-T接口，在跨 城市互联中将主要用到GE及以上的接口。GE物理接口有1000BASE-X（802.3z标准）和1000BASE-T（802.3ab标准）两种。 2、POS技术 POS技术实际上就是使用SONET/SDH设备/帧结构来传送IP业务。它利用SDH标准的帧结构，同时利用点到点传送的封装技术把IP业务进行封 装，然后在光纤或传输系统上进行传输。POS技术标准的封装协议主要有PPP/HDLC、LAPS和GFP封装协议三种。 1）PPP/HDLC协议 PPP/HDLC协议是最常用的IP over SDH链路层协议。它是将IP数据报通过PPP（点对点协议）进行分组，然后使用HDLC（高级数据链路控制）协议根据RFC1662规范对PPP分组进 行定界装帧，最后将其映射到基于字节的SDH虚容器中，再加上相应的开销置入STM-N帧中。PPP/HDLC帧格式如图2所示。 2）LAPS协议 LAPS协议是HDLC协议族的一种，它与PPP/HDLC协议有很多相识之处，比如都采用标志字节0x7E进行帧定界，控制域依然是0x03，但 LAPS信息部分已取消了协议字节和填充字节。协议字节的功能已移至地址字节。因此，LAPS协议比PPP/HDLC协议更加简单方便，封装效率更高。 3）GFP协议 GFP协议是由ITU-T G.7041标准化的一种面向无连接的新型数据链路层封装协议，能灵活支持现在和将来的各种数据协议的传送。GFP协议的基本思想来源于简单数据链路，它 为高层客户信号适配到字节同步的物理传输通道提供了一种通用机制。GFP封装的高层客户信号可以是面向协议数据单元（PDU）的数据流，也可以是面向块编 码的固定比特速率数据流。 GFP的帧结构如图3。GFP帧分为核心信头和净荷区。GFP核心信头完成GFP的数据链路管理功能，实现与高层PDU无关的GFP帧定界功能。GFP核 心信头为4个字节，包括净荷长度指示域和核心信头校验（cHEC）域两个域。净荷区长度可在0-65535B之间变化，一般指GFP面向的业务方面，比如 业务PDU、链路层代码字或GFP业务管理信息。净荷区分为三部分：净荷信头（4-64字节）、净荷信息域和净荷FCS域（4字节）。前两部分是必不可少 的，第三部分是可选的。 以上介绍了数据业务常用的和标准的三种封装协议，无论是哪种封装协议，POS接口的物理接口主要有155Mbit/s、622 Mbit/s、2.5 Gbit/s、10 Gbit/s POS几种。 三、用GE接口与POS接口实现网络互联时的优劣势比较 1、数据设备直接用两种接口互联时比较 1）传输效率 传输效率是在传输的数据比特流中实际传输有用数据的比例，传输效率可以分解为某种封装协议的封装组帧效率和某种传输方式的承载效率两部分，封装效率乘 以承载效率等于传输总效率。不同层次的有用数据块大小不同，为便于比较，无论是GE接口还是POS接口，均以实际传输的三层数据报来比较。对于数据设备直 连的情况，承载效率为1。以下计算封装和组帧效率。 （1）GE接口封装和组帧效率 根据以太网的帧结构（如图1）并考虑全双工的工作模式，经计算用以太网帧传输IP包时的封装和组帧效率如表1。 （2）POS接口封装和组帧效率 由于POS接口在骨干网上用到的最常用接口是2.5G POS接口，因此以下仅计算2.5G POS接口，其余POS接口传输效率相同。用光纤直联时承载效率为1。 以目前路由器最常用的PPP/HDLC封装为例。根据PPP/HDLC封装机制，当采用CRC-32校验时，PPP/HDLC封装是在IP包外增加9个字节（见图2）。经计算2.5G POS接口的封装和组帧效率见表2。 通过由以上计算知，POS接口的传输效率高于GE接口。 2）故障检测能力 当用POS接口互联时，链路中断后，路由器能立刻感知线路故障，如果路由器采用快速重路由机制，能在50ms内恢复业务；如果路由器未采用快速重路由 机制，需要通过路由协议重新计算路由来更新路由表，业务恢复时间在秒级。当采用GE接口互联时，链路中断后，路由器也能立刻感知线路故障，也需要通过路由 协议重新计算路由来更新路由表，业务恢复时间在秒级。因此，在路由器不采用快速重路由机制的前提下，两种方式业务恢复时间相当，均在秒级。 3）经济性 根据典型厂家GE和2.5G POS端口目录价计算，按相同带宽比较（2.5×GE接口相当于一个2.5G POS），GE口价钱是POS口的50%。从经济性看GE接口优于POS接口。 2、数据设备通过MSTP设备互联时比较 1）传输效率 （1）GE接口传输效率 假如用户侧两个GE接口，线路侧2.5G SDH带宽，对端相反过程，GE点对点透传组网。当采用7个VC4映射时，经计算IP包的传输总效率等于GE的承载效率乘以IP包的封装和组帧效率，计算结果见表3。 （2）POS接口传输效率 传输效率同表2。 以上两种接口通过MSTP设备传输时，如果MSTP设备组成环网，其传输效率还会降低一倍。由以上计算知，通过MSTP设备传输数据时，用POS接口的传输效率高于GE接口。 2）故障检测能力 当MSTP设备组成链型网时，链路中断后，采用POS接口的路由器能立刻感知线路故障，并且容易界定是传输设备故障还是数据设备故障，但需要通过路由 协议重新计算路由来更新路由表，业务恢复时间在秒级。当采用GE接口互联时，链路中断后，路由器不能立刻感知线路故障，也不太容易定位是传输设备故障还是 数据设备故障，也需要通过路由协议来发现链路中断并重新计算路由，再更新路由表，业务恢复时间在秒级。因此，采用POS接口还是GE接口在链路中断后，故 障的定位能力有差异，检测时间有差异，其余一样。两种方式业务恢复时间相当，均在秒级。 当用MSTP设备组成环网时，无论采用GE还是POS接口在链路中断时（GE/POS本身链路故障例外），利用SDH环保护均可在50ms内恢复业务。 3.2.3、经济性 根据典型厂家GE和2.5G POS端口目录价计算，按相同带宽比较（2.5×GE接口相当于一个2.5G POS），GE口组网方式代价是POS口组网方式代价的53%。从经济性看GE接口优于POS接口。 3.3数据设备通过WDM设备互联时比较 1）传输效率 （1）GE接口传输效率 假设一个2.5G波长承载两个GE。两个GE接口通过一个2.5G波长传输时的承载效率为80.38%，IP包通过以太网封装时的封装和组帧效率同表1。经计算一个波长承载两个GE时的传输效率如表4。 （2）POS接口传输效率 传输效率同表2。　　 由以上计算知，通过WDM设备传输数据时，用POS接口的传输效率明显高于GE接口。 2）故障检测能力 当通过WDM设备进行POS/GE接口互联时，其故障检测能力与使用链型组网的MSTP设备传输时相同，即无论采用POS接口还是GE接口，在链路中断后，故障的定位能力有差异，检测时间有差异，其余一样。两种方式业务恢复时间相当，均在秒级。 3）经济性 根据典型厂家GE和2.5G POS端口目录价计算，折算成相同带宽时， 用GE口组网方式代价是POS口组网方式代价的56%。从经济性看GE接口优于POS接口。 四、结论 通过以上比较知，用POS接口还是GE接口进行数据设备广域互联，各有优劣。POS接口的传输效率、故障检测能力优于GE接口。GE接口比POS接口 更加经济，GE接口与城域网接口的兼容性更好，但两种接口在技术上都是可行的。由于中国铁通骨干互联网B/A类节点到A类节点的互联带宽已逐渐达到 2.5G的水平，因此在B/A类节点到A类节点的互联中，为提高传输效率和故障定位能力，主要考虑2.5G POS及以上接口，将来当带宽达到10G水平时，可以考虑采用10G WAN口（相当于10GPOS口）或10GE LAN口进行广域互联，但目前10G WAN口和10G LAN口的价格还不是特别明朗，届时还需根据性价比做进一步比选。但对于互联网B-B、C-B、C-C节点之间的带宽需求，建议不再沿用155MPOS、 622MPOS、2.5GPOS的演进路线，而是使用155M POS或FE、GE、n×GE或n×2.5G POS的演进路线，这样数据设备的端口对上、对下使用起来更加灵活。但具体是选择GE还是2.5G POS应结合数据流量，如当流量约1.5G时，选择两个GE走不同路由更加安全。用MSTP设备为大客户提供以太网专线仍有现实意义，它可以灵活的调整带 宽，同时又可以利用MSTP环网提供很好的安全性。总之，POS接口还是GE接口实现广域传输均可行，最终应根据技术、价格、可靠性等多种因素综合选择。