MPLS-TP的OAM機(jī)制基于FPGA的實(shí)現(xiàn)

左 越，吳學(xué)軍

(烽火通信科技股份有限公司微電子部，湖北 武漢 430073)

0 引言

MPLS-TP是ITU-T標(biāo)準(zhǔn)化的一種PTN傳送技術(shù)，其解決傳統(tǒng)SDH在以分組交換為主的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中暴露出效率低下的缺點(diǎn)。MPLS-TP 是吸收了三層IP、二層PWE3 和一層TDM/OTN技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)的通用分組傳送技術(shù)。MPLS-TP吸收了T-MPLS技術(shù)的OAM,保護(hù)和管理機(jī)制，并T-MPLS的OAM實(shí)現(xiàn)方式做了部分改動(dòng)。

傳統(tǒng)的MPLS網(wǎng)絡(luò)的OAM包都是采用基于IP的識(shí)別和處理機(jī)制，其OAM包都采用IP封裝，通過TTL終結(jié)或者是指定一定范圍內(nèi)的IP地址的方式來識(shí)別OAM包并處理OAM所攜帶的相關(guān)控制信息。但是在MPLS-TP傳輸網(wǎng)絡(luò)中，基于IP的解復(fù)用方式無(wú)法被使用，于是定義了G-ACH/GAL的結(jié)構(gòu)用來識(shí)別標(biāo)簽交換路徑（LSP）層/偽線（PW）層的OAM信息[1]。

1 MPLS-TP OAM的網(wǎng)絡(luò)模型及功能

1.1 網(wǎng)絡(luò)模型

圖1中描述了T-MPLS網(wǎng)絡(luò)和MPLS-TP網(wǎng)絡(luò)中OAM幀結(jié)構(gòu)的對(duì)比[2]。與在MPLS網(wǎng)絡(luò)中ACH僅僅是限制在偽線中使用用來傳送帶內(nèi)的OAM信息不同，MPLS-TP網(wǎng)絡(luò)中的ACH被擴(kuò)展到了段層及LSP層，被稱之為通用ACH（G-ACH），各個(gè)字段的具體內(nèi)容如下[5-6]：

前四比特：設(shè)置為0001，標(biāo)識(shí)G-ACH結(jié)構(gòu)，提供偽線，LSP或者段層使用的關(guān)聯(lián)控制信道，用于傳送帶內(nèi)的 OAM信息。

Version：4個(gè)比特，設(shè)置為0。

Reserved：占用8個(gè)比特作為預(yù)留字段，目前必須設(shè)置為0，接收時(shí)被忽略。

Channel Type：指出在控制信道中傳送的信息類型。當(dāng)支持IP解復(fù)用的情況下，指示該信息是Ipv4或者是Ipv6，如在MPLS實(shí)現(xiàn)中，ACH僅僅是在偽線中使用，Channel Type取值為0x001表示Ipv4，取值0x0057表示Ipv6；當(dāng)不支持IP解復(fù)用的情況下，表示相應(yīng)的OAM類型。

圖1 T-MPLS與MPLS-TP OAM單元幀格式

G-ACH允許偽線，LSP以及段層的OAM信息復(fù)用，并且可以通過 Channel Type字段指示出當(dāng)前使用 OAM具體功能[4]。而各層的OAM包都被封裝為與該層的數(shù)據(jù)包相同的格式在當(dāng)前路徑傳遞，所以需要這樣一種機(jī)制去區(qū)分OAM包與正常的數(shù)據(jù)包。對(duì)于偽線層，其數(shù)據(jù)使用 PW MCW（PW MPL Control Word）作為頭部，而對(duì)應(yīng)的OAM使用PW ACH結(jié)構(gòu)作為頭部，因而無(wú)需定義新的結(jié)構(gòu)來區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)包和OAM包。對(duì)于 LSP和段層則需要定義 GAL結(jié)構(gòu)來區(qū)分控制包和數(shù)據(jù)包。GAL的功能有2個(gè)，一是用來區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)包和特定的功能包（如OAM），二是用來指示在標(biāo)簽堆棧的后面就是G-ACH結(jié)構(gòu)。

在MPLS-TP網(wǎng)絡(luò)中，GAL結(jié)構(gòu)必須是放置于標(biāo)簽堆棧的底部用于指示特定的功能包（如OAM）。定義GAL的標(biāo)簽值為13。

互操作性分析：傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)MPLS網(wǎng)絡(luò)中，IP路由與轉(zhuǎn)發(fā)是固有屬性，因而其OAM功能必須依賴IP路由與轉(zhuǎn)發(fā)。而在MPLS-TP傳送網(wǎng)絡(luò)不是必須支持IP路由與轉(zhuǎn)發(fā)，因此OAM功能和操作就不能依賴與IP路由與轉(zhuǎn)發(fā)[3]。

1.2 功能介紹

CC:該OAM功能用于檢測(cè)偽線、LSP或者段層的連接丟失以及錯(cuò)連的問題。

CV：用于驗(yàn)證偽線、LSP或段層中對(duì)等實(shí)體間的連通性。

Diagnostic：用于偽線、LSP或者段層的診斷測(cè)試（如驗(yàn)證帶寬）。

Adjacency：用于偽線、LSP或者段層的MEP可以請(qǐng)求并且接收到沿路徑某些節(jié)點(diǎn)回應(yīng)的特定信息，如節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)，以hop數(shù)計(jì)算的距離等。

RT:用于跟蹤偽線、LSP或者段層的路徑信息，應(yīng)該包括路徑上節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)符，還可能包括相應(yīng)的接口標(biāo)識(shí)符。

Lock(LCK)：用于鎖定偽線、LSP或者段層，目的是阻止用戶數(shù)據(jù)經(jīng)過相應(yīng)的偽線、LSP或者段層的傳遞。

Alarm Notification：執(zhí)行告警抑制，服務(wù)層MEP向會(huì)收到影響的業(yè)務(wù)子層MEP通告缺陷狀態(tài)或者強(qiáng)制鎖定，這樣可以抑制子層由于服務(wù)層缺陷或者強(qiáng)制鎖定可能產(chǎn)生的相關(guān)告警。

CFI：用于客戶層 OAM并不提供告警通告或者傳遞機(jī)制的情況下在MPLS-TP網(wǎng)絡(luò)中傳遞客戶缺陷信息。

RDI：用于MEP在檢測(cè)到相互之間的偽線、LSP或者段層缺陷或者異常時(shí)通告其對(duì)端MEP。

有關(guān)丟包率和時(shí)延測(cè)量與T-MPLS定義的功能大體一致，就不再進(jìn)行介紹。

在MPLS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，隧道層存在著LSP-Ping，BFD等OAM機(jī)制，偽線層使用VCCV等OAM機(jī)制，MPLS-TP的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)雖然還在制定的過程中，但以上這些數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的功能很有可能會(huì)要求MPLS-TP的控制平面予以支持。

2 OAM功能硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案

2.1 整體系統(tǒng)架構(gòu)

圖2為整體系統(tǒng)架構(gòu)框。

圖2 整體系統(tǒng)架構(gòu)

該設(shè)計(jì)方案適用的MPLS-TP硬件系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖2所示，客戶業(yè)務(wù)側(cè)承載PDH,SDH以及以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，通過偽線標(biāo)簽和 MPLS標(biāo)簽的處理，進(jìn)入到分組交換模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口有SDH和GE/10GE接口，通過交換的數(shù)據(jù)針對(duì)其不同的業(yè)務(wù)類型進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)簽或者開銷處理，送到相應(yīng)的接口側(cè)輸出。圖中可以看出控制管理單元獨(dú)立于數(shù)據(jù)傳送，其進(jìn)入分組交換的數(shù)據(jù)流中檢測(cè)到OAM包，并對(duì)其不同類型進(jìn)行相應(yīng)的處理。控制管理單元同樣可以發(fā)起檢測(cè)功能和相關(guān)控制命令，向數(shù)據(jù)流中插入相應(yīng)的OAM包。

2.2 OAM處理模塊總體功能描述

圖3為OAM功能模塊框。

圖3 OAM功能模塊框

OAM報(bào)文的接收過程：從業(yè)務(wù)信道上過來的數(shù)據(jù)幀經(jīng)數(shù)據(jù)緩存后進(jìn)行隧道標(biāo)簽（Tunnel Lable）值的提取并判斷標(biāo)簽值是否正確，如果標(biāo)簽值不為13，則將該包丟棄，反之，則將 Tunnel Lable值送到二分樹查找引擎模塊。二分樹查找模塊根據(jù)Tunnel Lable值查找出相應(yīng)LSP的相關(guān)OAM功能配置信息送給OAM包邏輯處理模塊處理。

OAM報(bào)文的發(fā)送過程：根據(jù)發(fā)送包的LSP對(duì)應(yīng)的OAM發(fā)送相關(guān)控制信息對(duì)OAM幀進(jìn)行重組，然后送給數(shù)據(jù)緩存，最終與正常的業(yè)務(wù)包一同在信道中進(jìn)行傳送。

2.3 二分樹查找引擎

二分樹查表引擎中存在一個(gè)歸類查找入口表，條目的個(gè)數(shù)取決于整體設(shè)計(jì)支持LSP的個(gè)數(shù)，該設(shè)計(jì)支持512個(gè)LSP的輸入流。此入口表由“在用歸類入口表“和“shadow 歸類入口表“ 組成，以方便配置的無(wú)縫切換，當(dāng)使用者需要更改流歸類的配置時(shí)，首先是將“shadow 歸類入口表”進(jìn)行配置，當(dāng)“shadow 歸類入口表”配置完全后，輸出切換指令，則“shadow 歸類入口表”變?yōu)椤霸谟脷w類入口表”。這樣配置的改變將不會(huì)影響業(yè)務(wù)流的正常傳輸。一個(gè)完整的歸類表的內(nèi)容如下，為三個(gè)部分：①輸入標(biāo)識(shí):20比特的LSP的Tunnel Lable值；②標(biāo)識(shí)匹配類型（決定查找行為）：全匹配，大于型匹配，小于型匹配，大于小于型匹配；③輸出結(jié)果：LSP對(duì)應(yīng)的索引號(hào)，此索引號(hào)作為各個(gè)OAM相關(guān)控制信息的RAM入口地址。

2.4 邏輯處理模塊

該設(shè)計(jì)方案中，OAM報(bào)文發(fā)送過程只需要通過讀取LSP OAM發(fā)送相關(guān)控制信息的RAM即可進(jìn)行組幀并發(fā)送到線路中去，并不進(jìn)行邏輯處理，因此邏輯處理模塊僅對(duì)接收OAM幀進(jìn)行處理。處理模塊的框圖如圖4。

選擇功能模塊判斷維護(hù)實(shí)體組等級(jí)（MEL）值和 OAM幀類型，凡是MEL值不為0的OAM幀全部透?jìng)鳎贿M(jìn)行任何邏輯處理。對(duì)于MEL為0的OAM幀，根據(jù)Function Type值判定該OAM幀是何種功能，并通過二分樹查找結(jié)果讀取相應(yīng)的控制寄存器，如果該功能配置為使能，則輸出該功能邏輯處理的指示給后續(xù)模塊。經(jīng)過邏輯處理后，會(huì)輸出相應(yīng)的告警及指示信號(hào)。

2.5 OAM幀發(fā)送模塊

該模塊完成的主要功能為根據(jù)寄存器配置的OAM相關(guān)功能的使能信號(hào)，通過LSP的索引號(hào)查到發(fā)送幀的格式，內(nèi)容等信息，進(jìn)行相應(yīng)的組幀并將重組的幀寫入發(fā)送緩存中去。在成幀后，通過CRC校驗(yàn)函數(shù)，計(jì)算出4個(gè)字節(jié)的CRC校驗(yàn)值，填充到數(shù)據(jù)緩存的最后4個(gè)字節(jié)中；以CV幀的發(fā)送為例，每個(gè)LSP通道都存在一個(gè)定時(shí)器進(jìn)行時(shí)間計(jì)數(shù)，當(dāng)定時(shí)器累加后的時(shí)間超過了時(shí)間周期參數(shù)設(shè)定的時(shí)間，開始申請(qǐng)OAM管理幀的發(fā)送。此OAM幀成功發(fā)送后清零定時(shí)器，重新開始計(jì)數(shù)。當(dāng)申請(qǐng)發(fā)送后在所設(shè)定的時(shí)間內(nèi)不能完成OAM發(fā)送的上報(bào)超時(shí)錯(cuò)誤，此時(shí)清零定時(shí)器，清除發(fā)送申請(qǐng)，重新開始計(jì)數(shù)。

圖4 邏輯處理模塊框

發(fā)送模塊中定義了各種類型幀發(fā)送的優(yōu)先級(jí)配置寄存器，根據(jù)此寄存器的配置對(duì)申請(qǐng)發(fā)送的OAM管理幀進(jìn)行仲裁，優(yōu)先發(fā)送優(yōu)先級(jí)高的管理幀。

3 結(jié)語(yǔ)

提出了MPLS-TP OAM功能的硬件實(shí)現(xiàn)方案，采用硬件電路實(shí)現(xiàn)二叉樹對(duì) TUNNEL標(biāo)簽進(jìn)行查找的方法，大幅度縮短了查找時(shí)間，對(duì)未來傳送網(wǎng)的發(fā)展具有積極的參考價(jià)值和實(shí)用價(jià)值，該設(shè)計(jì)還需要進(jìn)一步的進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的驗(yàn)證，在今后的研究中會(huì)逐步完成。

[1] 田波.LSP的保護(hù)與恢復(fù)技術(shù)[J].通信技術(shù),2007,42(05):51-53.

[2] ITU-T Recommendation G.8110.1.1-2006.Architecture of Transport MPLS(T-MPLS) layer network[S].

[3] 毛謙.傳送 MPLS（T-MPLS）體系的接口[J].武漢：光通信研究,2006(03):1-5.

[4] ITU-T Recommendation G.8121-2007.Characteristics of Transport MPLS equipment functional blocks[S].

[5] ITU-T Recommendation G.8114-2008.Operation & maintenance mechanism for T-MPLS layer networks[S].

[6] 郭祥本，羅瑩.以太 OAM原理與實(shí)現(xiàn)[J].通信技術(shù),2009, 42(12):134-136.