（中國移動通信集團(tuán)廣東有限公司，廣州 510623）

PTN、MSTP網(wǎng)絡(luò)承載以太網(wǎng)專線的性能對比分析

黃河，鄭吉妮，朱紹柯

（中國移動通信集團(tuán)廣東有限公司，廣州 510623）

隨著通信網(wǎng)絡(luò)IP化趨勢發(fā)展，PTN、MSTP技術(shù)在以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的傳輸承載上得到了廣泛應(yīng)用。通過理論及現(xiàn)網(wǎng)測試兩個方面對PTN、MSTP技術(shù)承載以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)的效率進(jìn)行分析，總結(jié)得出PTN承載以太網(wǎng)業(yè)務(wù)時網(wǎng)絡(luò)吞吐率的配置建議。

PTN；MSTP；以太網(wǎng)專線；吞吐率；RFC2544

1 引言

隨著通信網(wǎng)絡(luò)IP化進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)及發(fā)展，傳輸網(wǎng)也已經(jīng)由早期的MSTP（Multi-Service Transfer Platform）技術(shù)向PTN（Packet Transport Network）技術(shù)轉(zhuǎn)型，目前PTN網(wǎng)絡(luò)主要承載了2G、3G以及LTE基站回傳業(yè)務(wù)、集客業(yè)務(wù)和WLAN業(yè)務(wù)，并具備帶寬統(tǒng)計復(fù)用等多方面優(yōu)勢。在集客業(yè)務(wù)拓展領(lǐng)域，運(yùn)營商在向客戶推介PTN網(wǎng)絡(luò)承載專線方案時，PTN網(wǎng)絡(luò)承載以太網(wǎng)集客專線吞吐率效能也成為新技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。

PTN技術(shù)是在IP業(yè)務(wù)和底層光傳輸媒質(zhì)之間設(shè)置了一個層面，針對分組業(yè)務(wù)流量的突發(fā)性和統(tǒng)計復(fù)用傳送的要求而設(shè)計，以分組業(yè)務(wù)為核心并支持多業(yè)務(wù)提供，具有更低的總體使用成本，同時秉承光傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)優(yōu)勢，包括高可用性和可靠性、高效的帶寬管理機(jī)制和流量工程、便捷的OAM和網(wǎng)管、可擴(kuò)展、較高的安全性等[1]。

為了保證以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的運(yùn)營質(zhì)量，有必要在建網(wǎng)、開通、運(yùn)維等過程中通過相關(guān)性能測試來進(jìn)行驗證[2]。RFC2544協(xié)議就是一種由RFC組織提出的用于評測以太網(wǎng)及相關(guān)設(shè)備性能的國際標(biāo)準(zhǔn)。主要是對RFC1242中定義的性能評測參數(shù)的具體測試方法、結(jié)果的提交形式作了較詳細(xì)的規(guī)定。RFC2544中規(guī)定了許多測試不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的參數(shù)，其中吞吐率是指被測設(shè)備在不分組丟失的情況下，所能轉(zhuǎn)發(fā)的最大數(shù)據(jù)流量。通常使用每秒鐘通過的最大的數(shù)據(jù)分組數(shù)或者字節(jié)數(shù)來衡量[3，4]。

2 測試組網(wǎng)方案及承載性能分析

2.1 測試組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

測試環(huán)境：本次測試在現(xiàn)網(wǎng)中開通了兩條廣州——中山跨市以太網(wǎng)專線，用戶側(cè)帶寬為10 Mbit/s，分別采用MSTP和PTN兩種組網(wǎng)承載，并通過以太網(wǎng)分析儀測試該專線在兩種場景下RFC2544各項性能并做詳細(xì)對比分析。在具體路由的組成上，本地網(wǎng)采用PTN（或MSTP）路由，二干固定采用MSTP組網(wǎng)。兩種場景中二干路由一致，本地網(wǎng)經(jīng)過的設(shè)備數(shù)量相同，路由相似，最大程度確保了結(jié)果的可比性，如圖1所示。

圖1 集團(tuán)客戶業(yè)務(wù)通過PTN/MSTP網(wǎng)絡(luò)承載的測試示意圖

2.2 吞吐率性能理論分析及現(xiàn)網(wǎng)測試

業(yè)務(wù)端路由器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)并非是標(biāo)準(zhǔn)的MAC客戶數(shù)據(jù)格式，而是經(jīng)過了以太網(wǎng)封裝后的MAC幀，包含有前同步碼和幀首定字符等字節(jié)（8 byte），再加上幀間隙（Interframe Gap：＞12 byte），假設(shè)MAC客戶數(shù)據(jù)格式幀的字節(jié)大小為N byte，則通過上述結(jié)構(gòu)可看到以太網(wǎng)傳輸效率為：N/(N+8+12) [N的取值為64～1 518]，則以太網(wǎng)的傳輸效率介于76.2%～98.7%之間。在封裝到PTN網(wǎng)絡(luò)的過程中，將以太網(wǎng)MAC客戶數(shù)據(jù)格式（N+20 byte，N取值為64～1 518）封裝到PTN的凈荷中，而PTN的幀結(jié)構(gòu)如表1所示（不含VLAN的情況）。

表1 PTN幀結(jié)構(gòu)示意圖

PTN傳輸網(wǎng)絡(luò)封裝效率為： N/(N+20+6+6+2+4+ 4+4)= N/(N+46)，則對于PTN網(wǎng)絡(luò)配置傳輸帶寬為H的通道，其可提供業(yè)務(wù)端路由器端口帶寬為：H×PTN傳輸網(wǎng)絡(luò)封裝效率/以太網(wǎng)封裝效率=H× [N/(N+46)]/ [N/(N+20)]=H×(N+20)/(N+46)，介于76.36%～98.33%之間。同時，PTN網(wǎng)絡(luò)還需預(yù)留OAM帶寬。按照目前網(wǎng)絡(luò)常用配置，及采用FFD檢測，檢測周期3.3 ms，同時考慮到一個FFD OAM報文長度為44 byte，按常用的ETH鏈路MPLS封裝來計算，則一個FFD OAM以太鏈路MPLS 報文封裝長度是94 byte，如圖2所示。

則一條OAM的報文帶寬為：94×8×1 000/3.3= 0.226 Mbit/s，由于一條端到端的集客業(yè)務(wù)需要配置正反兩條Tunnel，配置保護(hù)的話也需要配置正反兩條保護(hù)Tunnel，即PTN承載網(wǎng)絡(luò)中承載的每條集團(tuán)客戶以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)并配置了LSP APS 1：1保護(hù)，工作Tunnel和保護(hù)Tunnel總共需要配置4條tunnel，即對應(yīng)4條OAM報文，考慮到所有業(yè)務(wù)的oam報文存在并發(fā)的幾率，此處建議OAM的預(yù)留帶寬為：5×0.226=1.2 Mbit/s。

對于MSTP網(wǎng)絡(luò)，其接收到業(yè)務(wù)端設(shè)備發(fā)過來的以太網(wǎng)幀后，需經(jīng)過如下處理過程，封裝到SDH幀結(jié)構(gòu)中的VC容器中。如圖3所示。

圖2 FFD OAM報文以太鏈路MPLS封裝格式示意圖

圖3 MSTP網(wǎng)絡(luò)對太網(wǎng)幀的承載封裝示意圖

以太網(wǎng)報文在通過傳輸網(wǎng)絡(luò)的端口進(jìn)入傳輸設(shè)備時會剝離前導(dǎo)碼和幀間隙變成MAC數(shù)據(jù)格式幀；MAC幀在接下來處理過程中可能會添加（或不添加）MPLS標(biāo)簽、CRC開銷等，以及添加GFP/LAPS/HDLC的封裝。因此以太網(wǎng)報文在傳輸網(wǎng)中傳輸會被額外的增加各種可能的封裝開銷，因此在計算傳輸效率時要考慮這些額外開銷。假設(shè)MAC客戶數(shù)據(jù)幀的字節(jié)大小為N byte，那么VC容器封裝以太網(wǎng)MAC幀的效率是N/ (N+MPLSOH+GFPOH+CRC)=N/(N+4+8+4)[N的取值為64～1 518]，則VC容器封裝MAC客戶數(shù)據(jù)幀的效率為：80.00%～98.957%。假設(shè)MSTP網(wǎng)絡(luò)配置傳輸帶寬為H[H通常情況下是由VC12、VC3或VC4的凈荷通道組合]那么可傳輸MAC數(shù)據(jù)帶寬為：H×VC容器封裝MAC客戶數(shù)據(jù)效率，而對應(yīng)業(yè)務(wù)路由器端口的可提供帶寬為：MAC數(shù)據(jù)帶寬/以太網(wǎng)封裝效率，則對于MSTP網(wǎng)絡(luò)配置傳輸帶寬為H的通道，其可提供業(yè)務(wù)端路由器端口帶寬為：H×VC容器封裝MAC客戶數(shù)據(jù)效率/以太網(wǎng)封裝效率=H×[N/ (N+16)]/[N/(N+20)]=H×(N+20)/(N+16)參考ITU-T G.707中VC4經(jīng)由AUG-1映射AU4，可以看出一個VC4 Frame的實際最大凈荷是260×9 byte，一個VC4通道的凈荷速率最大為260×9×8 k×8=149 760 kbit/s同樣的，一個VC3通道的實際最大凈荷速率84×9×8 k×8= 48 384 kbit/s；一 個VC12通道的最大凈荷速率是34×8 k× 8=2 174 kbit/s。

本次測試綁定5×VC12，對于MSTP網(wǎng)絡(luò)，則提供的客戶側(cè)帶寬(也即吞吐率)為：5×VC12×(N+20)/(N+16)，各字節(jié)場景下均大于10 Mbit/s，可滿足客戶需求；而對于PTN網(wǎng)絡(luò)而言，網(wǎng)絡(luò)側(cè)配置的10 Mbit/s（隧道限速）帶寬，可提供的客戶側(cè)帶寬僅為：10×(N+20)/(N+46)，介于7.64～9.83 Mbit/s之間，且考慮OAM占用帶寬情況，初步預(yù)計不能滿足客戶需求，但是可以通過增加網(wǎng)絡(luò)側(cè)配置帶寬的方法來滿足，設(shè)定該帶寬為H，則需滿足H×(N+20)/(N+46)不小于(10 Mbit/s+1.2 Mbit/s），則H的取值為11.37～14.29 Mbit/s，考慮到實際網(wǎng)管配置，我們?nèi)?4 Mbit/s，故在本次測試中，共計有MSTP 10 Mbit/s、PTN 10 Mbit/s和PTN 14 Mbit/s這3個場景。相應(yīng)測試結(jié)果如圖4、5、6所示。

圖4 MSTP 10 Mbit/s吞吐率儀表RFC2544測試結(jié)果

圖5 PTN 10 Mbit/s吞吐率儀表RFC2544測試結(jié)果

3 結(jié)論

對于承載以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)的PTN和MSTP網(wǎng)絡(luò)而言，其RFC2544測試結(jié)果顯示：吞吐率 MSTP(10 Mbit/s)和PTN(14 Mbit/s)性能相當(dāng)，均能滿足RFC2544性能要求，優(yōu)于PTN（10 Mbit/s）。

同時根據(jù)上述理論分析和實測結(jié)果的驗證，我們可以給出結(jié)合客戶帶寬需求給出相應(yīng)的配置建議：對于PTN網(wǎng)絡(luò)配置傳輸帶寬為H的通道，其可提供業(yè)務(wù)端路由器端口帶寬為：H×PTN傳輸網(wǎng)絡(luò)封裝效率/以太網(wǎng)封裝效率=H×[N/(N+46)]/ [N/(N+20)]=H×(N+20)/ (N+46)。

即：H=業(yè)務(wù)端路由器端口需求帶寬×（N+46）/(N+20)。網(wǎng)絡(luò)側(cè)需配置帶寬=業(yè)務(wù)端路由器端口需 求 帶 寬×（N+46）/ (N+20)+OAM預(yù)留帶寬=業(yè)務(wù)端路由器端口需求帶寬×（N+46）/(N+20)+5×單條OAM帶寬。以業(yè)務(wù)端需 求10 Mbit/s為 例， 其所需PTN網(wǎng)絡(luò)側(cè)配置的帶寬 11.37～ 14.29 Mbit/ s。同樣的，當(dāng)MSTP網(wǎng)絡(luò)上配置了10 Mbit/s（綁定5個VC12）帶寬時，其所提供的用戶業(yè)務(wù)端帶寬為：5×2.174×(N+20)/(N+16)，為10.90 Mbit/s～12.01 Mbit/s。

鑒于此，表2對常見的幾種專線帶寬類型做了歸納對照。

圖6 PTN 14 Mbit/s吞吐率儀表RFC2544測試結(jié)果

表2 PTN、MSTP承載業(yè)務(wù)帶寬的對比及配置建議示意圖

經(jīng)過本次測試，建議如采用PTN網(wǎng)絡(luò)承載集團(tuán)客戶以太網(wǎng)專線，在帶寬配置時隧道限速應(yīng)按照網(wǎng)絡(luò)側(cè)配置帶寬最大值來規(guī)劃和部署，方能確保在任何字節(jié)的情況下滿足客戶專線的帶寬需求。即：網(wǎng)絡(luò)側(cè)配置最大帶寬（N=64）=業(yè)務(wù)端路由器端口需求帶×（N+46）/ (N+20)+5×單條OAM帶寬=業(yè)務(wù)端路由器端口需求帶寬×1.309+1.2（取整數(shù)值），從而切實為集團(tuán)客戶提供最佳實現(xiàn)方案，保障網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和服務(wù)品質(zhì)。

[1] 胡衛(wèi)， 張屆新， 馬鈺璐． PTN在3G傳送網(wǎng)中的應(yīng)用研究[J]． 電信科學(xué)．2009(3)．

[2] 張強(qiáng)， 張治中． 基于RFC 2544的以太網(wǎng)性能測試軟件設(shè)計[J]．光通信研究．2010(5)．

[3] S Bradner S， McQuaid J． RDC2544 Benchmarking methodology for network interconnect devices[S]． 1999．

[4] 海洋， 壽國礎(chǔ)， 胡怡紅． 基于RFC2544測試的網(wǎng)絡(luò)測試儀的設(shè)計與實現(xiàn)[J]． 計算機(jī)工程． 2008(13)．

News

SPTN SDN全球首商用 華為解讀成功秘訣

繼與北京電信合作實現(xiàn)首個數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)SDN商用部署，與四川聯(lián)通聯(lián)合實現(xiàn)SDN IPRAN全球首商用后，短短幾個月內(nèi)，華為再次宣布，已攜手中國移動研究院和中國移動廣東公司合作完成了全球首個SPTN SDN商用部署，并首次將SDN技術(shù)成功應(yīng)用于政企專線網(wǎng)絡(luò)。

至此，華為率先成功實現(xiàn)了與國內(nèi)三大運(yùn)營商在數(shù)據(jù)中心、IPRAN和PTN三大場景的SDN商用部署。

Performance analysis of PTN and MSTP technology which bearer ethernet private line

HUANG He, ZHENG Ji-ni, ZHU Shao-ke
(China Mobile Group Guangdong Co., Ltd., Guangzhou 510623, China)

Along with the trend of IP-based communications network, PTN and MSTP technology transfer relating with ethernet services have been widely used. This paper compares respectively the performance of PTN and MSTP technology which bearer ethernet private line service in both theoretical and practical aspects, then provides conf guration recommendations of network throughput of ethernet services bearered by PTN.

PTN; MSTP; ethernet private line; throughput; RFC2544

TN929.5

A

1008-5599（2014）11-0001-05

2014-09-20