光纖網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)營(yíng)以太網(wǎng)服務(wù)的劃分

摘要：本文討論了運(yùn)營(yíng)以太網(wǎng)服務(wù)的傳輸以及劃分的必要性，文章分析了運(yùn)營(yíng)以太網(wǎng)劃分的要求，并通過(guò)主要的功能架構(gòu)給出了劃分邊界。本文討論了個(gè)部分劃分邊界的相關(guān)技術(shù)，并對(duì)不同技術(shù)的選擇進(jìn)行了比較和介紹。

類似文章發(fā)表于Maxim工程期刊，第63期(PDF, 1MB)。

城域以太網(wǎng)論壇(MEF)為推廣以太網(wǎng)互聯(lián)制定了許多服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)稱為運(yùn)營(yíng)以太網(wǎng)服務(wù)。MEF制定這些服務(wù)的目的是通過(guò)提升各運(yùn)營(yíng)商之間高質(zhì)量以太網(wǎng)服務(wù)的互通性來(lái)增強(qiáng)以太網(wǎng)的通用性。為了確保這些服務(wù)的客戶能夠?qū)Ψ?wù)供應(yīng)商的質(zhì)量進(jìn)行比較，MEF還針對(duì)每項(xiàng)服務(wù)制定了可測(cè)量的屬性。這些屬性對(duì)于客戶來(lái)講意義重大，因此，當(dāng)客戶將其網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)供應(yīng)商的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行物理連接時(shí)，這些屬性必須能夠代表顯著的服務(wù)特征，這種連接的物理接口稱為分界點(diǎn)。

服務(wù)劃分在電話服務(wù)供應(yīng)商(“運(yùn)營(yíng)商”)中的廣泛應(yīng)用已有數(shù)十年之久。常見(jiàn)的劃分形式是安裝在戶外的一個(gè)小盒子，這個(gè)小盒子把本地運(yùn)營(yíng)商的電話網(wǎng)絡(luò)連接到室內(nèi)的配線端，從而向客戶提供有線電話服務(wù)。這個(gè)小盒子是客戶責(zé)任端與運(yùn)營(yíng)商責(zé)任端的劃分界線。

對(duì)于電話服務(wù)，分界單元的功能需求最小，而以太網(wǎng)服務(wù)運(yùn)營(yíng)商對(duì)分界單元的功能需求要復(fù)雜得多。運(yùn)營(yíng)商通常按照服務(wù)水平協(xié)議(SLA)的合同向用戶提供服務(wù)，該協(xié)議具體規(guī)定了服務(wù)細(xì)則，如所承諾的信息速率(CIR)、吞吐量(CBS)、可提供的服務(wù)、幀延時(shí)、幀抖動(dòng)、幀丟失率以及故障恢復(fù)時(shí)間。運(yùn)營(yíng)以太網(wǎng)的分界單元在確保實(shí)際提供的服務(wù)符合SLA細(xì)則方面扮演重要角色。

分界單元的需求

從功能上看，以太網(wǎng)分界單元至少要提供物理連接和測(cè)量點(diǎn)：RJ-45插座或光纖連接器。IEEE?定義了物理層的互聯(lián)，MEF技術(shù)規(guī)范中也引用了物理層互聯(lián)方面的內(nèi)容。分界單元必須接受來(lái)自用戶的標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3以太幀格式，并準(zhǔn)備在各服務(wù)供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)間的傳輸。功能上的最低需求取決于具體應(yīng)用。

分界功能的用戶接口部分稱為用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)。MEF 規(guī)定了UNI 的標(biāo)準(zhǔn)功能范圍，從最基本的1 類UNI到可自動(dòng)配置的3類UNI。最近，MEF已經(jīng)通過(guò)了題為MEF 13 UNI Type 1 Implementation Agreement的技術(shù)規(guī)范以及相關(guān)的測(cè)試驗(yàn)證流程。MEF有望在近期對(duì)MEF 11中的2類和3類UNI作進(jìn)一步擴(kuò)展。

MEF 13的1.2類UNI要求分界單元處理第2層協(xié)議的一些工作，該協(xié)議用于建立客戶網(wǎng)絡(luò)與UNI間的連接。這一要求使得分界單元必須具有第2層協(xié)議的可操作性和過(guò)濾能力。此外，ITU和MEF要求2類和3類UNI能夠執(zhí)行第2層的某些管理協(xié)議，要求分界單元具有全面的第2層協(xié)議處理功能—至少在最小吞吐量下具備該處理功能。這些必要條件影響著分界單元設(shè)計(jì)的技術(shù)決策。這些必要條件的一個(gè)有利因素是大多數(shù)分界單元設(shè)計(jì)能夠增加有價(jià)值的高層應(yīng)用功能的處理能力。

分界單元的結(jié)構(gòu)

圖1為以太網(wǎng)分界單元的基本原理框圖，該圖右側(cè)“UNI”下方為用戶網(wǎng)絡(luò)接口的原理圖，左側(cè)“網(wǎng)絡(luò)接口”下方是運(yùn)營(yíng)傳輸網(wǎng)絡(luò)接口的原理圖。網(wǎng)絡(luò)接口功能組稱為網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備(NID)。NID代表設(shè)備的一個(gè)獨(dú)立部分，但這里的NID用于說(shuō)明分界單元的一部分功能。MEF日前公布了NID功能標(biāo)準(zhǔn)的草案，但還沒(méi)有正式批準(zhǔn)。NID功能可以代表/或不代表與UNI相同的設(shè)備。實(shí)際應(yīng)用中，UNI和NID之間的分界線因不同的應(yīng)用而變化。為進(jìn)一步澄清問(wèn)題，MEF制定了劃分UNI范圍的圖表。需特別注意的是，分界單元通常包括UNI網(wǎng)絡(luò)(UNI-N)接口或外部網(wǎng)絡(luò)間的接口(E-NNI)。


圖1. 以太網(wǎng)分界單元的原理框圖。UNI包括用戶網(wǎng)絡(luò)接口的功能框圖，NID下方為運(yùn)營(yíng)傳輸網(wǎng)絡(luò)的接口功能框圖。

UNI和NID數(shù)據(jù)平臺(tái)的硬件與對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)息息相關(guān)。UNI的物理接口必須包括一個(gè)符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)的電或光以太網(wǎng)接口，而連接到NID的運(yùn)營(yíng)光網(wǎng)絡(luò)通常是SONET/SDH。這些不同技術(shù)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)在各運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)之間的互通，兩個(gè)數(shù)據(jù)平臺(tái)之間需要具備轉(zhuǎn)換、互通功能。數(shù)據(jù)平臺(tái)的互通功能通過(guò)集成的以太網(wǎng)映射器、網(wǎng)絡(luò)處理單元(NPU)或用戶定制的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)實(shí)現(xiàn)。在SONET/SDH實(shí)例中，集成的Ethernet-over-SONET/SDH (EoS)映射器通常是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)平臺(tái)互通功能的最佳解決方案。數(shù)據(jù)平臺(tái)用于客戶數(shù)據(jù)的傳輸與標(biāo)記以及流量控制或數(shù)據(jù)整形。

UNI和NID通常具有獨(dú)立的控制平臺(tái)軟件，能夠處理底層配置和狀態(tài)監(jiān)測(cè)。以下是通過(guò)控制平臺(tái)進(jìn)行有效處理的例子：檢測(cè)電纜是否連接、狀態(tài)和性能監(jiān)測(cè)、中斷事件的處理。控制平臺(tái)確保按照管理平臺(tái)的指令提供服務(wù)，控制平臺(tái)通常由運(yùn)行在本地微處理器的軟件實(shí)現(xiàn)，該微處理器對(duì)數(shù)據(jù)平臺(tái)的硬件進(jìn)行配置和控制。在獨(dú)立的分界單元中，UNI和NID的控制平臺(tái)通常運(yùn)行在同一處理器。控制平臺(tái)和數(shù)據(jù)平臺(tái)有時(shí)可以在一個(gè)NPU上實(shí)現(xiàn)，盡管這樣會(huì)引起復(fù)雜的數(shù)據(jù)平臺(tái)和控制平臺(tái)的沖突問(wèn)題。采用數(shù)據(jù)平臺(tái)與控制平臺(tái)相分離的架構(gòu)更容易實(shí)現(xiàn)。

管理平臺(tái)通常由線卡或機(jī)架上的軟件實(shí)現(xiàn)，UNI和NID都具有管理平臺(tái)，用于故障恢復(fù)、SLA性能監(jiān)測(cè)等。管理平臺(tái)的主要作用是處理與網(wǎng)絡(luò)操作相關(guān)的問(wèn)題。MEF在MEF 7 EMS-NMS Information Model中已經(jīng)定義了網(wǎng)絡(luò)操作管理信息的架構(gòu)。另外，除了面向網(wǎng)絡(luò)的管理平臺(tái)，UNI還具有面向用戶的管理平臺(tái)。MEF在MEF 16 Ethernet Local Management Interface(E-LMI) 中定義了面向用戶管理界面的基本架構(gòu)。UNI和NID的管理平臺(tái)能夠互換信息，但這并不是必需的。

UNI管理平臺(tái)還采用了ITU-T和IEEE制定的以太網(wǎng)管理協(xié)議，稱為以太網(wǎng)OAM (運(yùn)行、管理與維護(hù))。IEEE 802.3ah OAM用于監(jiān)測(cè)一條點(diǎn)到點(diǎn)鏈路的運(yùn)行狀態(tài)，改善故障隔離。ITU-T Y.1731 OAM擴(kuò)充了功能范圍，包括先進(jìn)的多鏈路操作，如鏈路跟蹤、連通性檢測(cè)以及自動(dòng)保護(hù)交換。利用OAM，網(wǎng)絡(luò)操作人員能夠執(zhí)行以太網(wǎng)在幾年前難以實(shí)現(xiàn)的管理任務(wù)。

UNI技術(shù)

UNI網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)受限于全雙工10Mbps、100Mbps、1Gbps MEF標(biāo)準(zhǔn)或10Gbps IEEE兼容的電氣或光纖以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。為了有效覆蓋物理層連接的范疇，一些分界單元僅允許插入小型可插拔(SFP)模塊，以便在安裝時(shí)配置UNI的物理接口。利用以太網(wǎng)映射器、NPU或FPGA實(shí)現(xiàn)所要求的其它UNI數(shù)據(jù)平臺(tái)的功能，與物理接口無(wú)關(guān)。另一種替代SFP的方案是采用板上PHY或光纖模塊。這一替代方案以犧牲靈活性為代價(jià)來(lái)獲取較低的設(shè)計(jì)成本。

由網(wǎng)絡(luò)定位驅(qū)動(dòng)的NID技術(shù)

圖2為兩個(gè)常見(jiàn)的分界環(huán)境。場(chǎng)所A (環(huán)上分界)中，用戶所在的建筑可以直接接入光纖網(wǎng)絡(luò)，或距離光纖網(wǎng)絡(luò)很近。這種情況常見(jiàn)于城域網(wǎng)和稱為E-NNI的自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)分界點(diǎn)位于光纖網(wǎng)絡(luò)邊界時(shí)，NID必須與光纖網(wǎng)絡(luò)直接連接或連接到通過(guò)光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入的低速率數(shù)據(jù)分支。針對(duì)光纖網(wǎng)絡(luò)邊界的應(yīng)用，NID 技術(shù)的選擇涉及多個(gè)領(lǐng)域：傳統(tǒng)SONET/SDH、Ethernet-over-PDH-over-SONET/SDH (EoPoS)、運(yùn)營(yíng)商的骨干網(wǎng)橋接(PBB)、傳輸多協(xié)議標(biāo)記交換(T-MPLS)、無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON)、密集波分復(fù)用技術(shù)(DWDM)、彈性分組環(huán)路(RPR)、光纖以太網(wǎng)以及混合光纖同軸電纜(HFC)等。


圖2. 兩種常見(jiàn)的分界場(chǎng)所。場(chǎng)所A常見(jiàn)于城域網(wǎng)，用戶所在的建筑可以直接接入光纖網(wǎng)絡(luò)，或距離光纖網(wǎng)絡(luò)很近。場(chǎng)所B常見(jiàn)于偏遠(yuǎn)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)，需通過(guò)“最后一英里”技術(shù)擴(kuò)展光纖網(wǎng)絡(luò)至用戶所在建筑的連接。

圖2中的場(chǎng)所B (環(huán)下分界)，光纖網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有到達(dá)用戶所在的建筑，必須采用“最后一英里”技術(shù)到達(dá)分界點(diǎn)。這種情況常見(jiàn)于人口密度較低的城市、郊區(qū)和農(nóng)村，對(duì)于分界點(diǎn)遠(yuǎn)離光纖網(wǎng)絡(luò)邊界的情況，NID技術(shù)包括：Ethernet-over-PDH (EoPDH)、數(shù)字用戶鏈路(DSL)、以太網(wǎng)一英里(EFM)以及有線電纜數(shù)據(jù)服務(wù)(DOCSIS)。

對(duì)于特定的NID采用哪種傳輸技術(shù)，具體取決于與提供服務(wù)的運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的接口性價(jià)比。分界平臺(tái)的架構(gòu)最好采用模塊化設(shè)計(jì)，以覆蓋所要求的UNI和NID傳輸技術(shù)。

以太網(wǎng)映射的技術(shù)發(fā)展水平

一般來(lái)說(shuō)，在以太網(wǎng)分界單元中，集成式以太網(wǎng)映射器可實(shí)現(xiàn)UNI-NID互通功能。EoS和EoPDH映射是兩種最常見(jiàn)的映射技術(shù)。EoS映射已經(jīng)應(yīng)用了近十年的時(shí)間，而EoPDH映射的使用還不到兩年。Maxim最近推出的EoPDH以太網(wǎng)映射器DS33X162系列能夠完全滿足當(dāng)前對(duì)分界設(shè)計(jì)的需求，該系列產(chǎn)品包括九款器件，支持一至十六個(gè)PDH鏈路，是業(yè)界唯一的完全支持ITU標(biāo)準(zhǔn)EoPDH映射、采用統(tǒng)一的軟件設(shè)計(jì)/硬件引腳排列的器件。該系列的所有器件都采用嚴(yán)格分離控制平臺(tái)和數(shù)據(jù)平臺(tái)，并可靈活地執(zhí)行高層協(xié)議。

最低需求的擴(kuò)展

目前，MEF僅規(guī)定了UNI功能的最小需求，而設(shè)備制造商有足夠的空間集成增值功能，使其分界單元在保持兼容性的同時(shí)具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。增值功能分為兩大類：一類是有利于將分界單元出售給運(yùn)營(yíng)商的功能，另一類則是有利于運(yùn)營(yíng)商向用戶出售服務(wù)的功能。

安裝成本是運(yùn)營(yíng)商首先關(guān)心的問(wèn)題，具有自動(dòng)預(yù)置和內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)診斷功能的分界單元可大大降低總體成本。利用這些技術(shù)能夠支持中等帶寬的以太網(wǎng)，并可重新利用現(xiàn)存設(shè)備和基礎(chǔ)架構(gòu)，如EoPDH，從而降低運(yùn)營(yíng)商的成本。實(shí)時(shí)SLA監(jiān)測(cè)、與運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(NMS)的無(wú)縫集成也顯著提高了運(yùn)營(yíng)商的增值服務(wù)。

此外，為用戶提供便利、可靠的服務(wù)也是一個(gè)關(guān)鍵的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。例如，基于網(wǎng)站瀏覽器(HTML)的管理接口能夠方便地對(duì)所有用戶的UNI運(yùn)行狀況進(jìn)行觀測(cè)，這是一個(gè)非常便利的功能。這種接口可以由UNI本身提供或集成在局端位置，從所有的用戶UNI收集信息。類似的HTML用戶接口能夠提供每個(gè)UNI在不同時(shí)間的SLA兼容報(bào)告，帶寬利用狀況以及服務(wù)質(zhì)量的配置選項(xiàng)。

用戶也可利用VLAN標(biāo)記針對(duì)不同的VLAN或應(yīng)用提供不同質(zhì)量的服務(wù)。企業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理器需要利用其現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)管理工具(如SNMP)自動(dòng)監(jiān)測(cè)狀態(tài)，或者通過(guò)email接收?qǐng)?bào)警通知。隨著業(yè)務(wù)量的增加，成長(zhǎng)中的企業(yè)希望不斷擴(kuò)展其帶寬。NID技術(shù)采用VCAT/LCAS鏈路集，易于擴(kuò)展帶寬。分界單元可以提供動(dòng)態(tài)預(yù)置，在需求量較高時(shí)增大帶寬，在需求量較少時(shí)降低帶寬。這些僅是少數(shù)實(shí)例，但為將來(lái)的發(fā)展方向提供了一些建議。

目前，MEF已經(jīng)制定了一個(gè)公共的MEF 13平臺(tái)，分界單元架構(gòu)采用共同的基礎(chǔ)架構(gòu)，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建未來(lái)的分界技術(shù)。

類似文章發(fā)表于2008年5月的Lightwave。

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