在SONET_SDH架构上实现以太网透明传输的方案.pdf

半导体技术第2 7 卷第3 期二 O O二年 三月641 引言本文介绍了安捷伦科技与中国武汉邮电科学院共同开发最新推出的在 S O N E T/S D H 架构上提供 I P业务的 I C解决方案：多协议芯片系列中的 E o S 芯片。此款在 S O N E T/S D H架构上实现该以太网在S O N E T/S D H 上运行透明传输的方案较之现有的其他方案，具有高带宽利用率、低成本、易实现等优 势。2 城域网中I P 业务传输的技术及市场分析技术与经济领域永远是充满理性的战场。在过去的几年中，D W D M，1 0 G S O N E T/S D H等技术上的突破驱使通信市场的竞争主要专注于长途干线领域，高速、宽带成了唯一的要素。喧嚣过去，人们开始思考更多更现实的问题，这使得城域网成为新的竞争焦点。关注的焦点首先是带宽问题，城域网成为全网高带宽传输的瓶颈。在城域网范围内，业务的多样性和汇聚效应非常明显。我们注意到数据业务近年来呈指数增长，预计到2 0 0 3 年，将超过1 5 0 0 万太字节(T e r a B y t e s)。对于 I P 业务在城域范围内的传输，现在主要有如下几种解决方案：I P o v e r O p t i c a l，I P o v e rS D H，I P o v e r A T M o v e r S D H，I P o v e r F R o v e rS D H 等。I P o v e r O p t i c a l 方案以其简单、高效和相对低成本的特点为部分新兴运营商采用。虽然，基于D W D M的高速长距离光以太网在城域骨干网上取代 S O N E T/S D H是一种趋势。但同时，目前这种方案由于既无 ATM 的流量控制功能，又无S O N E T/S D H 的快速保护与恢复机制功能，服务质量（Q o S）难保证；兼之 V o i c e o v e r I P技术仍然不成熟；适配层没有标准，多厂家互联有很大困难，这些都严重阻碍了运营商在目前情况下采用纯粹的光以太网方案。诚然，既有 S O N E T/S D H架构并不适宜传输I P业务，固定的速率等级，难以扩展，具有不适宜 I P环境的开销等，但是，随着新技术的发展，提高了 S D H带宽利用率，G F P/L A P S等链路层协议有利于高速I P 业务的传送。基于下一代S O N E T/S D H技术的多业务平台（M S P P）将取代功能单一的 A D M和 D C S，使 I P o v e r S O N E T/S D H方案更为可行。同时，网络中存在大量的 S O N E T/S D H网络，仅美国投入运营的就至少有十万个 S O N E T环，世界其余地区的总和是美国的两倍。在中国，S D H设备在未来三年里仍将以 4 0%5 0%的速度高速增长，预计到2 0 0 4 年市场将会达到5 5 亿美元。因此成本、经济的因素也会使得运营商不会完全放弃大量既存的成熟可靠的 S O N E T/S D H 技术，而去发展还不能立即带来效益的新技术。在在 S O N E T/S D H 架构上实现以太网透明传输的方案高悦广，闫华（安捷伦科技有限公司，上海 2 0 0 0 2 0）摘要：介绍了在 S O N E T/S D H架构上实现以太网透明传输方案及其应用，具有高带宽利用率，低成本、易实现等优势。关键词：S O N E T/S D H；L A P S；G F P；E o S中图分类号：T P 3 9 3.0 2 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 3-3 5 3 X(2 0 0 2)0 3-0 0 6 4-0 3通信与网络Semiconductor Technology Vol.27 No.3March 200265城域接入端，以太网作为企事业用户及社区宽带入户的主要手段，其低廉的成本、简单的网络结构以及良好的扩展性、灵活性无以匹敌。因此将S O N E T/S D H 与以太网各自的优点相结合的新一代面向城域接入的多业务平台越来越受到广泛的关注。在此背景下，安捷伦科技最新推出了在现有S O N E T/S D H 架构上提供二层透明传输以太网帧的E o S芯片解决方案。3 E t h e r n e t o v e r S O N E T/S D H 技术及其芯片3.1 E t h e r n e t o v e r S O N E T/S D H 所采用的协议L A P S、G F P目前，主要有两种协议可用来映射封装以太网信号：由武邮代表中国向I T U-T 提出的 L A P S 和由L u c e n t 和N o r t e l 提出的G F P。前者已是正式的国际标准；后者目前仍是 A N S I的草案，估计在明年年初会被正式批准。它们都是面向无连接的数据链路层协议。下面就简要介绍 L A P S/G F P的帧格式以及如何来封装以太网信号。3.1.1 L A P SL A P S 协议是 H D L C类协议的一种，可用来承载 I P、P P P及以太网数据包，其帧格式见图 1。3.1.2 G F PG F P 协议提供了一种通用的将高层信号映射到同步物理传输网络的方法，定义了两种映射方式：T r a n s p a r e n t 和F r a m e m a p p e d。前者有固定的帧长度，可及时处理而不用等待整个帧都收到，更适合处理实时业务如视频信号(D V B)和块状编码的信号；而后者没有固定的帧长，是接收到一完整的帧后再进行处理，可以用来封装 I P/P P P或以太网 M A C 帧。G F P 基本的帧格式如图 2。3.2 基于 L A P S/G F P协议的安捷伦 E o S 芯片安捷伦科技基于 I T U-T X.8 6 的 L A P S 标准和A N S I T 1 X 1.5 的 G F P草案与中国武汉邮电科学院共同合作开发出了 E o S多协议芯片。目前，第一款 H D M P-3 0 0 1 已经问世，主要针对快速以太网到S T M-1/O C-3的低端应用，第二款 H D M P-3 0 0 2(千兆以太网到S T M-1 6/O C-4 8)可应用于高速城域骨干网，将在今年底推出样片。这两款分别采用0.2 5 m 和0.1 8 m C M O S 工艺的通用芯片除了完成以太网数据包到 S O N E T/S D H帧的映射外，还有许多共同特点：单芯片集成了 L A P S/G F P处理器、符合 I T U-T 与 A N S I 标准的完整的 S O N E T/S D H成帧器；在第二层完成所有处理，对第三层协议完全透明；提供标准的以太网M I I/G M I I 接口可方便地的与其他的以太网物理层芯片连接，S O N E T/S D H端是标准的 S T M-1、4、1 6/O C-3、1 2、4 8通信与网络半导体技术第2 7 卷第3 期二 O O二年 三月66串行或并行数据接口；提供丰富的外部接口，如J T A G、G P I O、以太网 M D I O管理端口、微处理器接口、S O N E T/S D H开销的插入提取等。另外，第二款H D M P-3 0 0 2芯片内部集成了多速率的S O N E T/S D H 串/并转换和数据时钟恢复电路，可直接与外部的1 5 5 M/6 2 2 M/2.5 G 光收发模块连接。针对S O N E T/S D H承载数据包的效率较低、带宽浪费的问题，H D M P-3 0 0 2 芯片还增加了以下新的功能：（1）采用 S O N E T/S D H的虚级联来封装以太网信号S O N E T/S D H 有其严格的速率等级，其虚容器V C-1 1/1 2/3/4 有固定大小。当用来封装长度可变的以太网或 I P数据包时，效率低、带宽浪费。不能充分发挥 S O N E T/S D H的传输能力，而采用基于高阶V C-3/4 或低阶V C-1 1/1 2 的虚级联可大大提高封包效率，与连续级联相比提高了带宽利用率，同时在传输过程中并不需要中间设备的支持。考虑到产品在北美、欧洲及中国的市场的通用性，H D M P-3 0 0 2采用 V C-3/4的颗粒度来封装千兆以太网帧，在芯片设计中考虑了虚级联的 V C时延，在芯片内部提供了一定的缓存。（2）以太网业务汇聚、超额定购和带宽按需分配功能H D M P-3 0 0 2 在系统端最多可提供 4个 G M I I/M I I通道，可接收来自不同用户的数据流，在经过 L A P S/G F P映射及 S O N E T/S D H虚级联处理后汇聚成一个 2.5 G/6 2 2 M/1 5 5 M 链路进入城域骨干网。对于每一个千兆以太网通道，按照用户实际流量需求，可分配 0 7个 V C-4(或 0 2 1个 V C-3)来传 输。4 应用针对不同类型的设备制造商，E o S芯片在设备中具体有三种不同的应用，对于传统的 S O N E T/S D H电信设备商来说，A D M设备或多业务平台M S P P 中的 E o S线卡可提供低成本的支持二层透明的以太网数据接口；对于数据通信设备商来说，可将芯片设计在多业务以太网交换机中，提供与S O N E T/S D H 的上行链路接口。这样的设备既可放在用户的中心机房，也可作为运营商的接入设备；第三种应用是独立的 D S U/C S U设备，这种设计最为简单，只需将 E o S芯片加上 S T M-1/O C-3 光模块及串并转换电路和 1 0 0 M 以太网物理层芯片即可。它可应用在小区宽带接入，能在既有的S O N E T/S D H 设备上提供数据业务，从而最大限度地利用已有资源。基于E o S 芯片技术可提供的主要业务是透明的局域网数据传输 T L S。例如，公司在各地的局域网可以通过一个带E o S 功能的二层交换机方便地实现互联；而城域网中间的 S O N E T/S D H网对局域网用户来说是不可见的。这样，地域上分开的局域网在逻辑上合为一体，与传统的租用 T D M专线加路由器方案相比，显然降低了成本又简化了网络的维护管理。E o S与 P O S相比，虽分别是在二层和三层完成处理，但 P O S只能处理 I P数据包，而 E o S对三层协议透明。应用的领域也不同：前者主要是远端局域网互联，面向二层设备而 P O S主要用于边缘/核心路由器之间透过 S O N E T/S D H网络的高速互联。P O S 芯片提供的是 P O S-P H Y L e v e l-3 接口，而E o S 的G M I I/M I I 可直接与以太网物理层芯片连接。可见，在处理以太网帧到城域 S O N E T/S D H帧网的映射时，E o S比 P O S的成本更低，效率更高。目前，采用E o S 系列芯片的设备已经通过了信息产业部认证委员会及质检中心的认证和鉴定以及北京电信的测试。在北美，多家大型的通信设备制造商都对此表示出了浓厚的兴趣，一些新兴的厂商已经开始完成基于E o S芯片的系统设备的设计。5 总结安捷伦科技推出的E t h e r n e t o v e r S D H 通用芯片 H D M P-3 0 0 1 和 H D M P-3 0 0 2，以对第三层协议透明的方式，完成以太网数据包到 S O N E T/S D H 帧的映射。此系列芯片集成了 L A P S/G F P处理器、S O N E T/S D H成帧器；提供基于 I E E E 8 0 2.3 x的流量控制；接口为标准的以太网M I I/G M I I 接口和标准的 O C-3/1 2/4 8串行（H D M P-3 0 0 2集成了多速率的 S O N E T/S D H串/并转换和数据时钟恢复电路）或并行数据接口；同时还提供了如 J T A G、G P I O、以太网 M D I O管理端口、微处理器接口、S O N E T/S D H开销的插入提取等丰富的外部接口。通信与网络