Ethernet over SDH系统及关键技术

2019-11-03 09:05:19

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供稿：网友

范其蓬　宗玮
烽火网络公司ASIC中心
上海师范大学

　　摘要本文介绍了将以太网数据在SDH系统上传输的基本原理及封装技术，以及基于X.85/X.86国际标准研发的两款EoS芯片和AM1001外置式MSTP设备。

　　关键词 LAPS EoS 以太网 SDH

　　近年来，因特网发展十分迅速，各种基于ip的业务每年呈50%～300%的速率增长，目前国际上IP骨干网带宽要求每6~9个月翻番，是Moore定律的2~3倍，形成巨大容量压力。主要ISP的Internet骨干链路速率从OC-3/STM-1增长到OC-48/STM-16或OC-192/STM-64甚至更高。在国际上已有多家通信营运商的数据业务总量将全面超过传统电话业务量。

　　目前数据业务提供商们有许多途径来提供数据业务。他们可以重新构建一个全新的IP网络。但这样做带来的问题是投资量较大而且网络的可靠性无法与现有的同步光纤网络（SDH/SONET）相比拟。同时一个纯粹的IP网络还达不到公用网级的可靠性要求。事实上，充分利用现有的SDH/SONET网络是唯一明智的做法。在基于SDH/SONET结构的多种解决方案中，Ethernet over SDH/SONET （EoS）在一个网里实现话音电路、ATM信元、IP分组以及不同波长的业务综合方面具有较大的优势，基于SDH/SONET的以太网技术把现有的传输基础设施改造为一个基于包交换的光广域网并成为取代Packet over SDH（PoS）和ATM的一项具有相当吸引力的技术选择。

1 Ethernet over SDH的原理结构

在2001年，武汉邮电科学研究院烽火网络公司提出的提案Ethernet over SDH正式成为ITU-T标准，标准号分别为X.85、X.86。X.85、X.86技术标准是以太网在SDH/SONET光通信系统上传输IP业务的一种新的技术标准。它是在国际电联的X.85、X.86标准及T1 X1.5 GFP标准草案的基础上，将以太网帧映射到SDH/SONET的负荷中。该技术可以有效地将不同局域网通过SDH/SONET的互联转化为一个虚拟的通道，以实现“透明的局域网服务”。

　　Ethernet over SDH系统实现了一个IP数据包多交换光广域网，它本质上采用的是无连接网络机制，内在的全网状连接提供适合于分布式通信的无连接网络机制，为业务提供者节省大量的光带宽。Ethernet over SDH将以太网的二层交换灵活性和资源优化能力与现有的SDH光网络的大容量、高带宽效率和低协议开销相结合，从而得到一种高速、经济的数据接入解决方案。

　　Ethernet over SDH系统的实现是通过在SDH设备（如ADM）上增加以太网接口或采用以太网交换机，由以太网接口或交换机提供帧映射和VC级联等功能。图1中，Ethernet over SDH系统的协议栈分三层：网络层为IPv4或IPv6；链路层由3个元素组合而成：LLC/MAC/LAPS；物理层为SDH传送网。其中LAPS是HDLC协议的一种，它提供数据链路服务及协议规范。

2 Ethernet over SDH系统的关键技术

　　Ethernet over SDH 系统的帧映射过程与IP over SDH系统的帧映射过程相类似，只是Ethernet over SDH系统采用的是LAPS——Link access PRocedure SDH（在SDH上的链路接入规程）协议帧，而不是点到点通信协议（PPP）帧。LAPS协议同PPP一样，是HDLC协议的一种。

　　在PPP帧中，地址域的全局地址为0xff ，对个别地址并没有规定；而LAPS帧则规定了三种地址：全局地址为0xff ，个别地址分别为0x04（IPv4）和0x06（IPv6）。PPP 帧采用协议域进行多协议的封装；LAPS帧采用SAPI（服务接入点指示）进行多协议的封装。在PPP帧的传送过程中，对短的信息域必须进行填充以达到MRU（最大接收单元1500字节）的要求；而LAPS帧不需要进行填充。PPP帧的校验和域为32bit或16bit，依具体情况而定，而LAPS帧的校验和域为32bit。

　　用LAPS协议实现Ethernet over SDH，其帧映射过程分两步：

　　（1）将以太网的MAC帧封装成LAPS协议帧；

　　（2）将LAPS协议帧映射到SDH帧中。

　　MAC帧通过RS（协调子层）和MII（媒质无关接口）封装入LAPS协议帧，在此不需要地址过滤功能。图3中LAPS帧和MAC帧的FCS（校验和）的计算分别遵循ITU-T X.85建议和IEEE 802.3标准。Ethernet over SDH（采用LAPS）系统的功能单元将所有要发送的LAPS帧的信息域发送到对等的链路层，并且可以在传送前对LAPS帧进行缓冲。将LAPS协议帧映射到SDH帧的过程，同于下述将SDL帧映射到SDH帧的过程。

　　以太网在光缆网上运行的EoS技术是原有技术的创新，可用于互联网的核心层、边缘层和接入端。该技术具有实现简单、效率高、速度快等特点，在网络运营维护、技术兼容、设备支持方面具有很大的优势。

3 EoS芯片及相关设备介绍

　　根据ITU-T X.85，X.86标准，烽火网络公司与美国安捷伦公司联合开发了两款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工艺，集成规模超过20万门，内部运行速度最高为20MHz。

　　EoS-1芯片主要特性有：

　　· 在以太网侧，提供1个百兆比特以太网接口；

　　· 在SDH/SONET侧，提供1个155Mbit/s的SDH/SONET接口。

　　以VC-4/VC-3为最小颗粒度，并兼容LAPS协议以及GFP协议，可提供电信级的以太网传输功能。该款芯片目前已经成功研制出来，目前已广泛应用于各个电信网络中。

　　在第一款芯片成功开发后，烽火网络公司与美国安捷伦公司继续合作，开发研制出第二款芯片，EoS-2。该款芯片亦采用低功耗的0.18μm CMOS工艺，集成规模超过1000万门，是第一款EoS-1芯片的50倍，内部运行速度为125MHz，8倍于EoS-1芯片的速度。

　　EoS-2芯片主要特性有：

　　· 在以太网侧，提供4个吉比特和百兆比特以太网接口；

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

　　支持以VC-3/VC-4/VC-4-4c为粒度的虚级联，可根据需要动态分配其带宽。并兼容LAPS协议以及GFP协议。支持吉比特以太网流控，可提供电信级的以太网传输功能。目前，该芯片正处于调测试用阶段，预计不久就会正式投入到商用中。

　　随着EoS（Ethernet over SDH）芯片的相继问世，与之密切相关的系统设备也随之脱颖而出。烽火网络F-engine AM1001设备就是基于EoS技术的新一代以太网接入设备。它符合ITU-T X.85、ITU-T X.86 和SDH/SONET 相关规范，采用了高度集成的EoS-1芯片。其技术关键是实现基于ITU-T X.85、ITU-T X.86协议规范的将以太网帧映射到SDH帧格式的设计。

----《中国数据通信》