摘要：摘要: Ethernet-over-PDH (EoPDH)是一組技術和標準，用于在已建立的PDH電信網上傳輸本地以太網幀，這項技術可以讓運營商充分利用由傳統PDH和SDH設備所組成的網絡，并提供新的以太網服務。此外，EoPDH也為網絡互通以及運營商向以太網的逐步過渡鋪平了道路。本文將闡述EoPDH所使用的技術，包括G.7041定義的GFP幀封裝、G.7043定義的Ethernet-over-PDH幀映射、鏈路聚合、G.704定義的鏈路容量調整、Y.1731和Y.1730定義的管理消息傳遞、VLAN標簽、QoS優先級以及高層應用等(如DHCP服務器和HTML用戶界面)。

在非以太網上傳輸以太網的技術已存在了很多年。為了實現一個看上去相當簡單的任務，即：將距離為X的網絡節點A和網絡節點B鏈接起來，往往需要開發眾多的技術、協議和設備。到目前為止，已經有越來越多的方法可以實現這一簡單任務。從最早使用300波特率FSK調制解調器的計算機網關到今天先進的Ethernet-over-SONET/SDH系統，這項工作目的基本上并無變化。但近些年各方面的努力已進一步推動了解決此任務有關技術的進步，并使其迎合現今的需求。某些發展的“分支”技術已慘遭失敗，而另外一些則獲得全球范圍內的廣泛應用，如DSL技術。我們如何才能確定新興的分支技術可以持久生存下去？從“后見之明”來看，能夠歷久不衰的技術通常能夠在服務質量、可靠性、可用帶寬、可擴展性、互通性、易用性、設備成本以及運營成本之間達到一種理想的平衡。而在任何一個方面表現欠佳的技術則不會被廣泛采用，最終消失或只在小范圍內應用。我們可以從這些方面著眼，對新興的Ethernet-over-PDH (EoPDH)技術進行評估。

概括而言，EoPDH通過準同步數字體系(PDH)傳輸技術將本地以太網幀在現有的電信銅纜基礎架構上傳輸。EoPDH實際上集合了眾多的技術和新標準，使運營商可以充分利用其傳統PDH和SDH (同步數字體系)設備組成的網絡提供以太網服務。此外，EoPDH標準也為網絡互通以及運營商向以太網的逐步過渡鋪平了道路。EoPDH中使用的標準化技術包括：幀封裝、映射、鏈路聚合、鏈路容量調整及管理消息傳遞等。EoPDH設備的常見操作也包括為分離虛擬網絡業務標記數據、用戶業務數據優先級處理，以及大量的高層應用(如DHCP服務器和HTML用戶界面)。

幀封裝的過程是將以太網幀以載荷的形式放在一個供非以太網傳輸的輔助格式內部。封裝的主要目的是識別幀的起始字節和結束字節。此過程被稱為幀劃分。在實際的以太網絡中，幀分隔符和長度字段起到幀劃分的作用。封裝的另一個作用是將則間歇(“突發”)發生的以太網傳輸變為一種流暢的、連續數據流。在某些技術中，封裝還扮演著錯誤校驗的角色：通過將幀校驗序列(FCS)添加到各幀可實現錯誤校驗。現有的封裝技術甚多，包括高級數據鏈路控制(HDLC)、SDH鏈路訪問規范(LAPS/X.86)以及通用成幀規范(GFP)。雖然理論上任何一個封裝技術都可在EoPDH中應用，但只有GFP最具應用優勢，并已成為一種廣受接納的封裝方式。大部分的EoPDH設備也支持HDLC和X.86封裝，這兩種技術與傳統系統之間的互通性甚佳。

ITU-T G.7041標準所定義的GFP利用信頭差錯控制(HEC)技術來進行幀劃分。對于其它使用起始/停止標記的封裝協議而言(如HDLC)，當用戶數據中存在起始/停止標記時通常會造成帶寬擴展，必須使用更長的轉義序列予以替代。通過利用HEC幀劃分技術，GFP無需在數據流中進行標志置換。這使GFP可以實現穩定且可預測的載荷吞吐量。對于需要向顧客保證吞吐量的運營商而言，這一點相當重要。圖1顯示了映射后GFP幀(GFP-F)的幀格式，以及和HDLC幀的對比。請注意本地以太網的字節數和GFP-F封裝以太網的字節數是一樣的。這個小細節使速率的匹配更為簡單。一旦以太網幀被封裝到一個高層協議(用于進行幀劃分)中，他們隨時可以被映射傳輸。


圖1. HDLC和GFP幀結構對比

映射過程是將封裝后的以太網幀置于一個“容器”內，以在鏈路上傳輸。不同的技術對這些容器有不同的命名。概括而言，容器的主要用途是對齊信息。一些容器也提供管理/信令通路以及鏈路質量監測功能。容器通常有著嚴格的格式定義，在預定位置進行開銷監測和業務管理。SDH容器的例子包括C-11、C-12和C-3。“干路”和“支路”通常也用來指PDH容器。 PDH的例子則包括DS1、E1、DS3和E3成幀架構。在大多數情況下，一個或多個低速率容器可以形成(“映射”)一個更高速率的容器。在SONET/SDH網絡中，人們還定義了虛信道(VC)和支路單元，并提出一些基本容器以實現更大的靈活性。

基本DS1和E1支路的幀格式見圖2。請注意每個幀均為成幀信息預留了位置。成幀位(或字節)的目的是為接收節點提供對齊信息。結構化的幀格式每125ms重復一次。24個DS1幀形成一個擴展超級幀(ESF)。16個E1幀就是一個E1復幀。通過利用這些成幀信息，接收節點可以將接收的比特轉為單個時隙或信道。 在傳統電話技術中，每次時隙(或信道)只能承載單個電話呼叫的量化信息。當傳輸成包數據時，所有的時隙都可作為一個單獨容器使用。


圖2. PDH幀格式范例

當封裝后的以太網幀在PDH上傳輸時，以太網幀之間的時間被一個空號填充。當GFP封裝幀在DS1或E1傳輸時，所傳輸的信息則按字節對齊。對齊方式要比DS3稍為復雜。ITU-T G.8040標準中對DS3鏈路定義了四字節對齊的規則。圖3所示的是一個GFP封裝的DS1以太網范例。請注意封裝后以太網幀的位置獨立于DS1成幀格式位(“F”)，并是按字節對齊的。雖然圖中并沒有承載信息，但在傳輸之前就已對承載信息應用了X43+1置亂算法。類似的映射和置亂技術也被應用于SDH運輸容器中。ITU-T G.707標準中詳細闡述了如何將以太網幀直接映射到SDH中。


圖3. GFP封裝的以太網幀被映射到DS1超級擴展幀(ESF)

鏈路聚合是將兩個或兩個以上的物理鏈接整合成單個的虛鏈接的過程。鏈路聚合實際上是在多信號通道上分配數據的結構化方法，將從不同通道上接收的信息與不同的等待時間對齊，然后將重新編譯數據，移交給高層的協議。 鏈路聚合并不是一門新技術。多鏈路幀中繼(MLFR)、多鏈路PPP (MLPPP)、多鏈路規范(X.25/X.75 MLP) Inverse Multiplexing over ATM (IMA)等均只是鏈路聚合技術。其中，IMA和MLFR的應用范圍最廣。


圖4. 鏈路聚合應用范例

鏈路聚合主要用于增加兩個網絡節點之間的帶寬(如圖4所示)，減緩向高吞吐量PDH或SDH支路的傳輸。某種形式的鏈路聚合，如第一公里以太網(EFM，見IEEE 802.3ah)，將多個DSL鏈路綁在一起，以提高給定距離內的吞吐量，更為重要的是在給定吞吐量的基礎上有效增加服務距離。

現今的SONET/SDH網絡所使用的主要鏈路聚合技術叫做虛級聯(VCAT)，在ITU-T G.707標準中定義。此標準利用現有開銷通道作為VCAT開銷。但是，當將VCAT的理念應用于PDH網絡時，現有的管理通道就不夠用了，需要給VCAT開銷分配一個新的空間。從圖5中可以看出DS1鏈接中VCAT開銷的位置。開銷字節占據了每個已串聯DS1超級擴展幀的第一個時隙。


圖5. DS1的虛級聯(VCAT)開銷

由VCAT開銷字節創建的管理通道將用于傳送有關各個鏈接的信息。對于每個已傳輸的DS1超級擴展幀或E1復幀，每個鏈接將被附上一個VCAT開銷字節。因此， DS1可用帶寬中的1/576將被用于VCAT開銷。

VCAT開銷的定義見圖6所示。圖中所顯示的16字節是一次一個字節地附在連續的16個DS1超級擴展幀上進行傳輸。每過48ms這些字節就會重復一次。

VCAT開銷字節的低字節包括復幀標示符(MFI)，該標示符用于將傳輸延遲時間不同的幀對齊。高字節包含一個唯一的控制符(復幀指示符的16個值都有)。該高字節叫做VLI，包含虛級聯和鏈路容量調整機制(LCAS)信息。


圖6. DS1/E1中的VCAT開銷字節定義

級聯的鏈接亦被稱之為虛級聯組(VCG)。虛級聯組的所有成員都有自己的VCAT開銷通道，如圖7所示。圖7也顯示了虛級聯組成員數據位置。ITU-T G.7043標準中闡述了完整的EoPDH鏈路聚合規范。


圖7. 四成員DS1虛級聯組數據分布

鏈路容量調整通過增加或刪除兩個節點間的邏輯鏈接來調整聚合吞吐量。當添加或刪除虛級聯組的成員時，兩個端節點利用LCAS進行協商。LCAS利用VCAT開銷通道執行協商功能。 在LCAS的幫助下，虛級聯組的帶寬可以在不中斷數據流的情況下得到增加。另外，有故障的鏈路將被自動刪除，以在最大程度上降低對業務的影響。有關LCAS的完整標準請參見ITU-T G.7042/Y.1305。

管理消息傳遞主要用于傳送兩個網絡節點之間的狀態、報告故障并測試連通性。 在運營商的以太網絡中，這些通常被稱之為"運行、管理與維護" (OAM)。OAM的重要性在于，它可以減輕網絡運行負擔、檢驗網絡性能并降低運行成本。 OAM與用戶所得到的服務水平息息相關。OAM會自動檢測網絡的性能下降或故障、在必要時自動執行恢復操作，并記錄故障時長。

所交換的消息即稱為OAM協議數據單元(OAMPDU)。業界已定義了16個不同用途的OAM協議數據單元：監視狀態、檢查連通性、檢測故障、報告故障、定位錯誤、返回數據并防范安全漏電洞。國際電信聯盟(ITU)已定義了管理域的層，使用戶的網絡管理數據可以通過運營商OAM管理的各個點到點鏈路。國際電信聯盟還定義了管理實體間的交互，使多個運營商可以無縫管理端到端的數據流。電氣和電子工程師學會(IEEE)、國際電信聯盟(ITU)和城域以太網論壇(MEF)已共同規定了OAM協議數據單元的格式和用法。適用標準包括IEEE 802.3ah和802.3ag，以及ITU-T Y.1731和Y.1730。

標簽功能使運營商可以在其網絡的任何位置識別出某個顧客的數據業務。 相應的幾個技術包括：VLAN標簽、多協議標簽交換(MPLS)和通用多協議標簽交換(GMPLS)。所有這些技術都會在入口處(業務數據首次進入網絡的位置)在每個以太網幀中插入幾個識別字節，然后在幀離開網絡時移去這些信息。 每種技術也都提供除標簽以外的其它功能。例如，VLAN標簽還包括數據優先級別排列的字段，而MPLS/GMPLS還可用于“切換”數據(如，決定某個幀的目的地，并將其送到網絡中的適用位置)。

優先級功能可用于以太網幀在網絡中的任何位置的緩沖。當幀在緩沖區等待時，優先級最高的業務數據將被首先傳輸。 你可以將其想象為在紅燈亮起時將等待的車輛重新排隊。當某個節點的輸出速率小于輸入速率時，則需要用到緩沖。通常這種情況都是網絡擁塞引起的，不會持續很長時間。 如果某個節點的輸出速率長時間比輸入速率低，則必須采用流量控制以減緩來自數據源的數據。后一種情況在局域網(LAN)業務數據進入廣域網(WAN)鏈接時比較常見(長距離下的帶寬成本較高)。 此節點通常稱之為“入口節點”，在對業務數據進行優先級排序中發揮著重要作用。優先級和流量控制這兩個概念是服務質量(QoS)的基石。 許多人會都會產生這樣的誤解：優先級為高優先級業務數據提供了一個良好的"暢通管路"。實際上，優先級和調度只是允許"更重要"的業務數據在緩沖節點位置處可以更早傳送。良好的服務質量還應考慮到其它的因素。

高層應用由某個網絡節點執行，可以發揮各類使用。 二層(數據鏈路層)和三層(網絡層)應用最為常見。二層應用包括會影響點到點通訊的一些協議，包括地址解析協議(ARP/RARP/SLARP/GARP)、點到點協議(PPP/EAP/SDCP)以及橋接協議(BPDU/VLAN)。 三層應用則包含主機間通訊的協議，包括引導程序協議(BOOTP)、動態主機配置協議(DHCP)、Internet組管理協議(IGMP)和資源預留協議(RSVP)。四層(傳輸層)協議的應用并不常見，但通常只服務于高層的應用。

EoPDH設備用到的七層(應用層)協議也不多。這些協議包括用于提供HTML用戶界面網頁的超級文本傳輸協議(HTTP)，以及通過用戶的網絡管理工具提供自動設備監測的簡單網絡管理協議(SNMP)。

服務質量和可靠性：以太網OAM使服務質量大大高出利用DS1/E1或DS3/E3等技術進行的數據傳輸。在監測之下，鏈路的性能降低以及鏈路故障均可自動報告，并且恢復運行也是自動進行。由于傳輸基礎是PDH網絡，這樣現有的PDH管理工具也可以得到利用。在將來，PDH和以太網管理工具可以合并，帶來更高的透明度并統一管理界面。

帶寬需要和可擴展性：EoPDH鏈路聚合功能可以按1.5Mbps的增幅擴展傳輸所使用的帶寬(從1.5Mbps到360Mbps)。這個帶寬范圍覆蓋了所有的近距離訪問應用，包括像IPTV這樣的高帶寬應用。在入口點使用承諾信息速率(CIR)電路實現了更佳的、服務于最終用戶的帶寬粒度。

互通性和易用性：由于EoPDH技術利用了現有的PDH技術，而PDH已經建立了基于豐富經驗和設備的基礎架構。經培訓的技術人員對PDH的使用及維護已相當熟悉，并且PDH測試設備可比較容易得到。 傳統設備可用于傳輸、切換，并對PDH輔助通道進行監控。當將EoPDH應用于傳統的SONET/SDH網絡時，其實現的互通性帶來了顯著的成本優勢。這些技術的結合稱之為Ethernet-over-PDH-over-SONET/SDH或EoPoS。EoPoS通過允許重新使用傳統的TDM-over-SONET/SDH設備降低成本。與用"下一代"Ethernet-over-SONET/SDH (EoS)設備取代現存的SONET/SDH節點相比，PDH輔助通道可通過傳統ADM到低成本CPE或EoPDH VCAT/LCAS鏈路聚合設備實現。

設備成本和運營成本：由于可以利用現有設備進行網絡傳輸，則只有入口節點需要啟用EoPDH技術。通常情況下，啟用EoPDH只需要增加一個小型的DSU (調制解調器/介質轉換器)。先進的以太網OAM也通過鏈路監控和快速故障定位減少了經營成本。未來的設備可利用基于以太網的協議進行自我配置，大大簡化安裝過程。EoPDH不僅可以節省運營商的成本，用戶的多個(聚合) DS1或E1鏈接的服務費也會比單個高速鏈接(如DS3)的服務費低得多，這樣運營商顧客的成本也得到節省。