VC虚级联、GFP和LCAS简介

VC虚级联、GFP和LCAS简介在SDH网络上传送以太网业务主要涉及到3个新标准：VC虚级联（VCVirtualconcatenation）、通用封装过程GFP（Genericframingprocedure）和连接容量调整安排LCAS（Linkcapacityadjustmentscheme）。VC虚级联用于在SDH上配置带宽灵活的容器承载各种新业务，LCAS用于在VC虚级联时提供带宽的无损动态调整以及在参与虚级联的部分VC失效时提供保护，GFP则是目前最流行的SDH网络和光传送网络上的链路层封装协议。VC虚级联的技术细节在新版ITU_TG.707上（G.707/Y.132210/2000）描述，GFP的技术细节在ITU_TG.7041/Y.1303(12/2001)上描述，LCAS的技术细节在G.7042/Y.1305（11/2001）上描述。VC虚级联：VC虚级联的基本思想是将多个VC级联起来实现一个带宽可灵活设置的容器（VCG）用于承载新业务，在源端将业务分散到各个参加级联的VC中，参加级联的多个VC在网络中独立传输，在宿端再通过时延补偿将各个VC承载的业务汇合成完整的业务流。与VC实级联相比，因VC虚级联只需要对源端和宿端的设备进行升级，而不需要改动传输路径经过的中间设备，能很方便地在现有SDH网络上实现各种新业务的传送，所以该技术对在SDH网络上传送各种新的宽带业务非常重要。ITU-TG.707定义了2种VC虚级联：高阶VC虚级联，即VC-3/4虚级联（VC-3/4-Xv）和低阶VC虚级联，即VC-2/1虚级联（VC-2-Xv/VC-12-Xv/VC-11-Xv）。因同一VCG的不同VC在中间传输过程中单独传输，到宿端时不同的VC引入的时延不同，需要在宿端进行时延差补偿。为在宿端能补偿较长的时延差，对VCG中每个VC新加一个专门的开销MFI（复帧指示）。另外为区分一个VCG中的不同的VC，对VCG中每个VC再新加一个专门的开销SQ（序列指示）。通过MFI和SQ可保证宿端经过处理后恢复出与源端顺序完全相同的字节流。（注意VCG中的每个VC都有各自的开销）对VC-3/4-Xv，MFI和SQ开销安排在H4字节中，见11-1/G.707/Y.1322。通过H4字节定义了1个2级的复帧，第一级复帧MFI1为4BIT，共16帧（16×125μS=2mS），第二级复帧MFI2为8BIT，共256个第1级复帧（256×2mS=512mS），通过定义2级复帧，可实现最大256mS的时延识别和补偿。MFI是一个计数器，在源端，每发1帧，MFI1值加1，每发1个第一级复帧，MFI2值加1。对同一帧，同一VCG中的所有VC值发送的MFI相同。每个VC的SQ值是固定的，用于指示该VC是VCG中第几个VC，在VC-3/4-Xv中，第1个VC-3/4的SQ值为0，第2个VC-3/4的SQ值为1，第X个VC-3/4的SQ值为X-1。SQ为8BIT，所以组成1个高阶VCG的最大VC数为256个。对VC-2/1-Xv，MFI和SQ开销安排在K4的第2BIT中。如对VC-12-Xv，在原VC-12复帧的基础上，定义了1个有32个复帧组成的“超”复帧，帧长为16ms。该“超”复帧通过K4的第1BIT定帧。注意只有当V5字节中的信号标签（BIT5～BIT7）为“101”（表示扩展信号标签）时，K4的第1BIT才用于定义复帧。K4的第1BIT用于表示扩展的信号标签，格式如图9-10/G.707/Y.1322所示，用11BIT的MFAS（"01111111110"）界定复帧。K4第2BIT构成的复帧结构如图11-9/G.707所示，BIT1~5为MFI，共5个BIT可区分32个“超”复帧（32×16mS=512mS），可实现最大256mS的时延识别和补偿。同样，MFI是一个计数器，在源端，每发1个“超”复帧，MFI值加1。对同1“超”复帧，同一VCG中的所有VC值发送的MFI相同。BIT6~BIT11为SQ，共6个BIT，所以组成1个低阶VCG的最大VC数限制为64个。每个VC的SQ值是固定的，用于指示该VC是VCG中第几个VC，在VC-2/1-Xv中，第1个VC-2/1的SQ值为0，第2个VC-2/1的SQ值为1，第X个VC-2/1的SQ值为X-1。GFP:GFP是1个上层客户层业务和传送通道之间的通用适配协议，其与客户层和传送层的关系如图1/G.7041/Y.1303所示。GFP内部可细分为通用子层和客户相关子层。Figure2/G.7041/Y.1303-GFPRelationshiptoClientSignalsandTransportPathsGFP包含帧映射GFP（GFP-F），即客户层数据是基于协议数据单元（PDU）的，如PPP/HDLC和以太网MAC帧等，和透明GFP（GFP-T），即客户层数据是基于块编码的，如FibreChannel、ESCON/SBCON等。对于SDH上传送以太网业务，我们主要关心客户层数据是以太网MAC帧的GFP-F协议细节。b)FieldsconstitutingaGFPclientframeFigure6-1/G.7041/Y.1303-FrameFormatforGFPClientFramesGFP客户帧结构如图6-1/G.7041/Y.1303所示，包含4字节的核心帧头和净荷。✧核心帧头：包含2字节的协议数据单元长度指示域（PLI）和2字节的核心头差错控制（cHEC）。PLI表示净荷的长度（字节数），取值范围为4～65535，PLI值0～3保留给GFP控制帧使用，目前定义的控制帧仅有空闲帧（IDLEframes），PLI=0。空闲帧只有PLI和cHEC，PLI和cHEC值全为0。cHEC是PLI域的CRC-16差错控制码（生成多项式为G(x)=x16x12x51），可校正单BIT差错并检测多BIT差错。核心帧头用于GFP定帧和指示该帧中净荷的长度。核心帧头需要扰码，扰码采用与16进制数B6AB31E0异或的方式。✧净荷：Figure6-3/G.7041/Y.1303-GFPPayloadAreaFormat净荷部分的结构如图6-3/G.7041/Y.1303所示，包含净荷头、净荷信息域和可选的帧校验序列（FCS）。是否存在FCS由类型域中的PFI指示，FCS是GFP帧净荷域的CRC-32校验，4字节，生成多项式为G(x)=x32x26 x26x23x22x16x12x11x10x8x7x5x4x2x11。✧净荷头：Figure6-4/G.7041/Y.1303-GFPPayloadHeaderFormat净荷头结构如图6-4/G.7041/Y.1303所示，长度可在4字节到64字节之间。包含类型域（TYPE）和类型域的头差错控制（tHEC），和可能的扩展头和扩展头差错控制（eHEC）。✧GFP类型域GFP类型域共2字节，tHEC是TYPE域的CRC-16差错控制码。TYPE域的具体结构如图6-5/G.7041/Y.1303所示。Figure6-5/G.7041/Y.1303-GFPTypeFieldFormat其中PTI（PayloadTypeIdentifier）为净荷类型指示，目前定义了2种客户帧：客户数据帧（PTI=“000”）和客户管理帧（PTI=“100”）。客户管理帧用于GFP客户相关处理层源端向客户相关处理层宿端传送控制信息。目前定义了2种客户管理帧，用于源端告知宿端客户信号失效（CSF）：客户信号失效－信号丢失（UPI=1）和客户信号失效－字符同步丢失（UPI=2）。PFI（PayloadFCSIndicator）为净荷FCS指示，指示该帧是否存在净荷帧校验序列（FCS），PFI＝1表示存在FCS，PFI=0表示不存在FCS。EXI（ExtensionHeaderIdentifier）为扩展头指示，表示扩展头类型。目前定义了3种扩展头类型，EXI=0表示无扩展头；EXI＝1表示线性扩展头；EXI=2表示环扩展头。UPI（UserPayloadIdentifier）为用户净荷指示，与PTI相关，对客户管理帧，UPI定义如上所述。对客户数据帧，UPI表示客户数据的种类，具体定义如表6-3/G.7041/Y.1303所示。Table6-3/G.7041/Y.1303-UserPayloadIdentifiersforGFPClientFramesPTI=000UserPayloadIdentifier(binary)TYPEBits<7:0>GFPFramePayloadArea0000000011111111Reservedandnotavailable00000001Frame-MappedEthernet00000010Frame-MappedPPP00000011TransparentFiberChannel00000100TransparentFICON00000101TransparentESCON00000110TransparentGbEthernet00000111Reservedforfuture00001000Frame-MappedMultipleAccessProtocoloverSDH(MAPOS)00001001through11101111Reservedforfuturestandardization11110000through11111110Reservedforproprietaryuse✧扩展头线性GFP帧和环形GFP帧含有扩展头，G.7041/Y.1303(12/2001)只明确了线性GFP帧的扩展头结构，尚未定义环形GFP帧的扩展头结构。线性GFP帧的目的是在单个传送通道上复用多个独立的GFP客户信号连接（这些客户信号同源同宿）。线性GFP扩展头结构如图6-7/G.7041/Y.1303所示（其中包含了类型域）。线性GFP扩展头包含1个字节的通道ID域（CID）、1个字节的空余域（Spare）和扩展头差错控制域（eHEC），eHEC是CID和Spare的CRC-16校验。CID用于区分同一传送通道上的不同客户信号连接，最大可在同一传送通道上复用256个不同的客户信号连接。Figure6-7/G.7041/Y.1303-PayloadHeaderforaLinear(Point-to-Point)FrameincludingtheExtensionHeader✧净荷信息域GFP封装以太网MAC帧时净荷信息域内容如图7-1/G.7041/Y.1303所示。Figure7-1/G.7041/Y.1303-EthernetandGFPFrameRelationships✧净荷扰码为避免用户恶意破坏GFP定帧（用户的信息复制GFP核心帧头扰码字），需要对GFP净荷进行扰码，扰码采用1x43自同步扰码，扰码处理从GFP帧净荷的第一个字节开始使能，到GFP帧净荷的最后一个字节关闭。✧GFP中的告警Figure6-13/G.7041/Y.1303-DefectSignalPropagationinGFPGFP中主要定义了3个告警：TSF、SSF、CSF。TSF：TrailSignalFail，传送层信号失效，是指在传送网（SDH网络或OTN网络）中检测到的信号失效；SSF：ServerSignalFail，服务层信号失效，是指GFP帧定位丢失以及TSF下插引入的SSF；CSF：ClientSignalFail，含输入侧CSF和输出侧CSF。输入侧CSF在客户信号大的输入侧检测，通过GFP客户管理帧传送到远端。输出侧CSF在客户信号的输出侧检测，如净荷错等。✧GFP中的错误性能处理GFP中的错误性能主要通过cHEC、tHEC、eHEC和pFCS，接收端统计因cHEC、tHEC、eHEC和pFCS错引起的丢包数。LCAS:在VC虚级联时，LCAS提供了一种控制手段，使得VCG的源和宿之间能同步地变化传送容量，从而实现无损调整端到端连接带宽和暂时去除VCG中失效的VC以提供保护的目的。⏹控制包LCAS通过VCG源（So）和宿（Sk）之间的控制包通信达到So和Sk之间同步连接带宽变化的目的。So和Sk之间的控制包如图3/G.7042所示。LCAS通常是单向操作的，即双向端到端联接包含分别控制的2个单向连接，2个单向连接之间没必要同步。Figure4/G.7042-Allocationofinformationinacontrolpacket每个控制包反映发下一个控制包时的连接状态，所以控制包是提前发的。LCAS的控制包通过G.707/Y.1322定义的VCG开销复帧（包含MFI和SQ的复帧）传送，组成VCG的每个VC有各自的控制包。1个LCAS控制包包含以下域：前向（Forwarddirection,SotoSk）：MultiFrameIndicatorfield(MFI)，复帧指示域，定义同G.707/Y.1322VC虚级联；SequenceIndicatorfield(SQ)，序列号指示域，定义同G.707/Y.1322VC虚级联；Controlfield(CTRL)，控制域，So到Sk的控制命令通过该域发送；GroupIdentificationbit (GID)，VCG指示位，每个控制包1个BIT，用于给接收侧提供1种方法验证所有VC是属于同一VCG的。发送侧在该BIT上填充215－1伪随机码，同一VCG中所有VC在同一MFI时发送相同的值。后向（Returndirection,SktoSo）：Memberstatusfield(MST)，成员状态域；Re-SequenceAcknowledgebit(RS-Ack)，重编号响应位。双向（Bothdirections）:CRCfield，CRC校验域，整个LCAS控制包的CRC校验；Unusedbitsarereservedandshallbesetto“0”.✧控制域(CTRL)目前定义的控制域传送命令如表1/G.7042所示Table1/G.7042–LCASCTRLwordsValueMsb…lsbCommandRemarks0000FIXED表示VCG连接固定带宽(non-LCASmode)0001ADD该VC将要被增加到VCG中0010NORM该VC属于VCG的正常成员0011EOS该VC属于VCG的正常成员，但是最后一个（SQ最大的VC成员）0101IDLE该VC不是VCG的成员，或将要被去除1111DNU通知接收端不使用该VC的净荷（因接收端该VC连接失效－TSF）✧成员状态域，Memberstatusfield(MST)Sk发送给So的VCG内所有成员的连接状态。由于LCAS控制包中MST域空间有限，通常每个VC的Sk端LCAS控制包只将对于So端发送的SQ的VC的连接状态传送到So端。（注意1个双向连接的VC，其A-Z向发送的SQ和Z-A向发送的SQ值可以不相同，因2个方向SQ独立调整。）MST＝1表示连接失效（FAIL），MST=0表示连接正常（OK）。✧重编号相应位，(RS-Ack)Sk端在检测到VCG的任何SQ编号变化，通过翻转RS_Ack位通知So端。所以Sk端只有在评估了VCG中所有成员的状态后，才判断是否翻转RS_Ack位。RS_Ack位翻转指示下一复帧发送的MST有效。So端可将RS_Ack位翻转作为Sk端已确认So端发送的变化请求，并接收Sk端发送来的新MST消息（在下一复帧中）。⏹LCAS协商过程：目前定义了3个LCAS协商过程：增加成员、临时性去除成员净荷、和去除成员。✧增加成员增加成员的过程如I-1/G.7042所示，(Example:Addtwomembersafterlastoneinthegroupofn)FigureI-1/G.7042:ADDmultiplemembersNoteMembernmembera(new)Membera1(new)CTRLSQMSTCTRLSQMSTCTRLSQMST1InitialConditionEOSn-1OKIDLE>n-1FAILIDLE>n-1FAIL2NMSissuesAddCmndtoLCASCEOSn-1OKIDLE>n-1FAILIDLE>n-1FAIL3So(a)sendsCTRL=ADDand SQ=n;            So(a1)sendsCTRL=ADDandSQ=n1EOSn-1OKADDNFAILADDn1FAIL4Sk(a)sendsMS=OKtoSoEOSn-1OKADDNOKADDn1FAIL5So(n-1)sendsCTRL=NORM;               So(a)sendsCTRL=EOSandSQ=nNORMn-1OKEOSNOKADDn1FAIL6Sk(a1)sendsMST=OKtoSoNORMn-1OKEOSNOKADDn1OK7So(a)sendsCTRL=NORM;                 So(a1)sendsCTRL=EOSNORMn-1OKNORMNOKEOSn1OK注意对1个双向的连接，A->Z方向和Z->A方向分别处理。另外，网管的路由配置不包含在LCAS过程中，完成1个方向VCG中增加成员的总过程如下：1）由配置部分先将增加新增的VC-12业务连接配置；2）初始状态下，VCG中现有成员So端发送的LCAS控制包中，SQ域从0～n-1依次编号，成员1～n-1的CTRL域置为NORM，成员n-1的CTRL域置为EOS；非VCG成员So端发送的LCAS控制包中，SQ域可置为任何大于n-1的置，CTRL域置为IDLE；3）网管向LCAS的So端发送增加成员命令，可一次增加多个成员；此时各成员发送的LCAS控制包内容与初始状态相同；4）So端接收到增加成员命令后，通过LCAS控制包通知Sk端，对新增成员a，LCAS控制包中的SQ域置为n（假设原VCG连接中的成员数为n），CTRL域置为ADD；对新增成员a＋1，LCAS控制包中的SQ域置为n＋1，CTRL域置为ADD；此时新增成员的净荷尚未用于传送业务信息；5）Sk端接收到2个新增VC的LCAS控制包后，通过检测相应VC的业务连接状态，填充相应的MST域和SQ域，发送给So端。假设先检测到成员a的业务连接状态OK，则成员a的LCAS控制包中SQ域置为n，MST域置为OK；检测到成员a1的业务连接状态为FAIL，设置成员a1的LCAS控制包中SQ域置为n＋1，MST域置为FAIL；6）So端接收到Sk端返回的LCAS控制包后，假设有新增成员Sk端报告MST为OK，则开始调整各成员LCAS控制包的SQ域和CTRL域，并发送LCAS包给Sk端，在发送完该LCAS控制包的下一个复帧开始，在新增成员的净荷中填充业务信息。如成员a的LCAS控制包的SQ域置为n，CTRL域置为EOS（新增成员变为最后一个成员），成员n的LCAS控制包的SQ域仍为n-1，CTRL域改为NORM（从原最后一个成员改为非最后一个成员），并在承载该LCAS控制包的复帧发送完后下一个复帧开始发送时，开始将业务信号填充到第1～n1个成员。7）Sk端收到So端发送的成员a已加入VCG的通知后，从下一个复帧开始从成员1～n＋1中提取业务信号。同时检测到成员a1的连接状态也为OK，对成员a1的LCAS控制包的MST域置为OK，发送给So端；8）Sk端接收到Sk端返回的LCAS控制包，发现新增成员a1的MST为OK，再次调整各成员的LCAS控制包中的SQ域和CTRL域，即将成员a1的LCAS控制包的SQ域置为n1，CTRL域置为EOS，将成员a的LCAS控制包的CTRL域改为NORM，发送给Sk端，并在发完承载该LCAS控制包的下一个复帧开始将业务信号填充到第1~n2个成员；9）So端检测到Sk端发送的成员a1已加入到VCG的通知后，从下一个复帧开始从成员1～n＋2中提取业务信号。通过上述过程完成了在VCG中增加2个新成员并调整VCG带宽的工作，通过LCAS控制包可做到带宽的调整是无瞬间业务影响的。✧临时性去除成员净荷临时性去除成员净荷用于在VCG中某些成员连接失效时，在So和Sk端同时取消使用这些成员的净荷，只利用连接状态完好的成员承载业务信号，以使业务连接仍能保持（只是降低带宽）。该过程为VCG连接提供一种保护功能。临时性去除成员净荷的过程如图I-4/G.7042所示：FIGUREI-4/G.7042:Decreaseduetonetworkfault,single(last)memberNotemembern-1membern(EOS)CTRLSQMSTCTRLSQMST1InitialConditionNORMn-2OKEOSn-1OK2Sk(fault_mem)sendsMST=FAILtoSoNORMn-2OKEOSn-1FAIL3So(fault_mem)sendsDNU;So(fault_mem-1)sendsEOSEOSn-2OKDNUn-1FAIL4LCASCsendsFailstatustoNMSEOSn-2OKDNUn-1FAIL1）初始状态下，VCG中现有成员So端发送的LCAS控制包中，SQ域从0～n-1依次编号，成员1～n-1的CTRL域置为NORM，成员n-1的CTRL域置为EOS；2）如Sk端检测到最后一个成员（成员n）的连接状态为FAIL时，发送LCAS控制包通知So端，即成员n的LCAS控制包中MST域置为FAIL；3）So端收到Sk端发送的第n个成员连接状态失效通知后，只将业务信号填充到第1～n-1个成员中，并将成员n－1的LCAS控制包CTRL域改为EOS，将成员n的LCAS控制包CTRL域改为DNU，发送给Sk端；4）同时So端发送第n个成员失效的告警给网管。5）当Sk端检测到第n个成员失效清除时，发送该成员连接状态OK的消息给So端，即该成员的LCAS控制包中MST置为OK，发送给So。6）So端收到失效清除通知后，将第n-1个成员的LCAS控制包中CTRL域置为NORM，将第n个成员的LCAS控制包中的CTRL域置为EOS，发送给Sk端，并在承载该控制包的复帧发送完毕，下一个LCAS复帧开始发送时，重新将业务信号填充到第1～n个成员的净荷区内。So端同时发送成员失效告警清除给网管。7）Sk端收到So端发送的重新使用第n个成员的通知后，在该LCAS控制包复帧结束后下一个复帧开始时开始从第1～n个成员的净荷中提取业务信息。失效时临时性去除成员净荷的过程肯定无法做到不影响业务，但通过LCAS控制帧可做到失效清除时带宽的恢复过程时对业务无瞬间影响的。✧去除成员在VCG中去除部分成员的过程如图I-2/G.7042。FigureI-2/G.7042:Plannedremovalofmembers4and5outof6Notemember4member5Member6CTRLSQMSTCTRLSQMSTCTRLSQMST1InitialConditionNORM3OKNORM4OKEOS5OK2NMSissuesDecCmndtoLCASCNORM3OKNORM4OKEOS5OK3So(3)sendsCTRL=IDLE,SQ=4So(4)sendsCTRL=IDLE,SQ=5So(5)sendsSQ=3IDLE4OKIDLE5OKEOS3OK4Sk(un-wanted)sendsMST=FAILtoSo,andRS-AckbitinvertedIDLE4FAILIDLE5OKEOS3OK5Sk(un-wanted)sendsMST=FAILtoSo,andRS-AckbitinvertedIDLE4FAILIDLE5FAILEOS3OK去除成员的过程如下：1）初始状态下，VCG中现有成员So端发送的LCAS控制包中，SQ域从0～n-1依次编号，成员1～n-1的CTRL域置为NORM，成员n-1的CTRL域置为EOS；2）网管向LCAS的So端发送去除成员命令，可一次去除多个成员；此时各成员发送的LCAS控制包内容与初始状态相同；3）去除成员时，So端需要对各成员重新编号，如成员3、4将被去除时，将成员5改为成员3，将成员3改为成员4，将成员4改为成员5，将被去除的成员发送的LCAS帧中CTRL域置为IDLE，剩余的成员中SQ最高的成员CTRL置为EOS，然后发送LCAS控制包给Sk。并在发送完承载该LCAS控制包的复帧后，立即停止使用被去除成员的净荷。4）Sk端接收到So端发送的去除成员4的消息，通过将LCAS控制包MST域从OK改为FAIL发给So端作为相应信息。5）Sk端接收到So端发送的去除成员5的消息，通过将LCAS控制包MST域从OK改为FAIL发给So端作为相应信息。通过LCAS消息的互通，可实现去除VCG中部分成员的过程对业务无瞬间中断。