CN1214569C - 以太网数据包与sdh帧结构之间的映射和解映射方法 - Google Patents

以太网数据包与sdh帧结构之间的映射和解映射方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种千兆以太网数据包与SDH帧之间的映射和解映射方法，它具有带宽利用率高和使用方式灵活的优点。该方法针对多路千兆以太网数据发送端口的数据发送速率不是满带宽的情形，采用一个虚级联形成的级联虚容器来容纳各路千兆以太网数据，因此利用数量或速率较小的SDH帧实现SDH传输，从而充分利用了带宽资源。此外，由于虚级联虚容器中的各个虚容器都是相互独立的，因此在满足速率要求的情况下可以为各路千兆以太网任意分配数量不等的虚容器，从而具有灵活、方便的优点。

Description

以太网数据包与SDH帧结构之间的映射和解映射方法
技术领域
本发明涉及以太网(Ethernet)数据包在基于同步数字系列(SDH)标准的光学介质中的传输方法，特别涉及以太网数据包与SDH帧结构之间的映射和解映射方法。
背景技术
同步数字系列(SDH)作为一种信号传输基本模式，在信道上进行同步信息的传输、复用和交叉连接。SDH信号以同步传输模块(STM)的形式传送，标准速率值为155.520Mbit/s(STM-1)、622.080Mbit/s(STM-4)、2488.320Mbit/s(STM-16)等。SDH采用以字节结构为基础的矩形块状帧结构，它由270×N列、9行、8比特字节组成，其中N＝1、4或16。SDH帧结构由信息净负荷(Payload)、段开销(SOH)和管理指针单元(AU PTR)三个区域组成，其中，信息净负荷区包含待传送的各种信息码块和用于通道性能监视、管理和控制的通道开销字节(POH)；SOH区位于1～9×N列，1～3行、5～9行，包含供网络运行、管理和维护使用的字节；AU PTR是一种指示符，位于帧内1～9×N列，4行，用来指示信息净负荷的第一个字节在帧内的位置。
“虚容器”VCn(n＝11、12、2、3、4)是SDH中的一种信息结构，由信息净负荷和通道开销(POH)组成，VC11、VC12、VC2因为码速较低，称为低阶虚容器，而VC3、VC4因为码速较高，称为高阶虚容器。AU-n是SDH中的另一种信息结构，它由一个高阶虚容器和一个相应的管理单元指针(AU PTR)组成。多个管理单元AU-n结合形成一个管理单元组的过程称为级联，级联后的单元组可放入相应的STM-N帧内。级联分为相邻级联和虚级联两种方式，在相邻级联中，多个AU-n中只有第一个AU-n的管理单元指针指示了其在SDH帧内的实际位置并且POH开销是有效的，其余的指针必须设为1001SS1111111111(称为级联指针)，开销部分则插入固定字节。而在虚级联中，所有AU-n的指针和开销都是独立有效的，按照虚级联协议，在POH开销字节H4中定义了复帧号和序列号等信息，其中复帧号指示虚容器VCn是否同时发出，而序列号指示VCn的间插复用顺序。因此在虚级联协议下，每个VCn的传输都可以独立进行。
以太网是一种非常普及的局域网技术，随着SDH日益广泛的应用，对以太网在SDH中的传输技术(EOS，即Ethernet over SDH)提出了越来越多的需求，其中，如何灵活、高效地将以太网(特别是千兆以太网)数据包映射入SDH帧结构中和从SDH帧结构中解映射以太网数据包是EOS技术发展的焦点。
以下以采用STM-16帧传输两路千兆以太网数据并且级联方式为虚容器VC4相邻级联为级联虚容器VC4-8C为例描述现有EOS技术中千兆以太网数据包与SDH帧结构之间映射和解映射方法。对于映射方法，一般是先将千兆以太网数据包封装入虚容器的过程。由于1个VC4的速率为150.366Mbit/s，因此通过相邻级联形成的级联虚容器VC4-8C(这里的8C表示由8个虚容器相邻级联形成)的速率为150.366Mbit/s×8＝1202.928Mbit/s，这与一路千兆以太网的带宽匹配，所以如图1所示，一路千兆以太网的数据包可被封装入一个VC4-8C的级联虚容器内。以太网数据包的数据字节按照如下顺序放入VC4-8C中各个VC4，即：第1个数据字节放入第1个VC4的第一个字节，第2个数据字节放入第2个VC4的第一个字节，……，第8个数据字节放入第8个VC4的第一个字节，随后，第9个数据字节放入第1个VC4的第二个字节，第10个数据字节放入第2个VC4的第二个字节，……，第16个数据字节放入第8个VC4的第二个字节，依此类推，直至全部数据字节都被放入为止。值得指出的是，由于以太网数据包是不定长并且是间断的，因此在封装入VC4-8C之前，先要对以太网数据包加上标志，用特殊的字节将包与包区分开来，并在间断的地方填上无用字节，使其变成连续的数据流后才可装入VC4-8C。
由于一个STM-16帧的速率为2488.320Mbit/s，所以它可以复用入两个VC4-8C的级联虚容器，即，一个STM-16帧可以传输两路千兆网数据包。这两个VC4-8C都是通过相邻级联方式将8个VC4结合为一个级联虚容器形成的，因此在STM-16帧内，每个VC4-8C中只有第1个VC4管理单元指针和POH开销是有效的，其余7个的指针必须设为固定值，开销部分则插入固定字节。
对于解映射过程，其与映射过程互逆，即，一个STM-16帧被拆分到两个VC4-8C内，每个VC4-8C对应一路千兆以太网数据包，然后再从VC4-8中取出千兆以太网数据包，去除为形成连续数据流而加入的无用字节，从而恢复出原先的以太网数据包。
上述采用相邻级联方式实现千兆以太网数据包与SDH帧之间的映射和解映射的方法具有实现简单、直接的优点，但是存在灵活性差、带宽浪费现象严重的缺点。例如虽然千兆以太网的数据发送和接收带宽最高可达千兆，但在实际应用中并不是每个端口都在最高带宽下收发数据，因此此时级联虚容器VC4-8C中的有些虚容器VC4并没有传输以太网数据，但是由于所有虚容器都是以相邻级联方式形成的，不能独立处理和传输，所以也就无法被其它千兆以太网端口利用，从而导致SDH带宽资源的浪费。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种千兆以太网数据包与SDH帧之间的映射和解映射方法，它具有带宽利用率高、使用方式灵活的优点。
按照本发明的一个方面，提供了一种千兆以太网数据包与同步数字系列SDH帧之间的映射方法，每路千兆以太网数据发送端口上发送的以太网数据包在映射入SDH帧之前先封装为连续的数字信号流，用于实现千兆以太网数据包与SDH帧之间映射过程的装置执行以下步骤：
(1)为每路千兆以太网数据发送端口分配一定数量的虚容器并将所述虚容器按照虚级联协议级联形成一个级联虚容器；
(2)将每路千兆以太网数据发送端口上发送的所述连续数字信号流放入被分配的相应虚容器中；以及
(3)将每个所述虚容器独立地复用入SDH帧内。
按照本发明的另一个方面，提供了一种千兆以太网数据包与同步数字系列SDH帧之间的解映射方法，SDH帧解映射为包含以太网数据包的连续数字信号流后被解封装为不连续的以太网数据包，当接收到属于所述多路千兆以太网数据包的SDH帧时，用于实现千兆以太网数据包与SDH帧之间解映射过程的装置执行以下步骤：
(1)将所述SDH帧内的所有虚容器按照虚级联协议放入一个级联虚容器内；
(2)根据映射时确立的各路千兆以太网与所述虚容器的对应关系和连续数字信号流放入虚容器的方式，从所述虚容器生成送至各路千兆以太网数据接收端口的连续数字信号流；以及
(3)将所述连续数字信号流送至相应的各路千兆以太网数据接收端口以进行解封装处理。
与现有技术相比，按照本发明的千兆以太网数据包与SDH帧之间的映射和解映射方法由于通过虚级联方式形成虚级联虚容器，每个虚容器都可以独立处理和传输，因此可以虚容器而不是级联虚容器为“基本单元”传输千兆以太网数据，避免了出现闲置不用的虚容器，从而可以充分利用带宽资源。此外，在映射过程中，每路千兆以太网与虚容器的对应关系也不象现有技术中那样是固定不变的，因此非常方便和灵活。
附图说明
通过以下结合附图对本发明实施例的描述，可以进一步理解本发明的各种优点、特征和目标，其中：
图1示出了按照现有技术的两路千兆网数据映射入SDH帧结构的示意图；
图2示出了按照本发明的两路千兆网数据映射入SDH帧结构的示意图；
图3示出了以太网数据包的帧结构；
图4示出了利用HDLC协议将以太网数据包封装为连续数字信号流的示意图；以及
图5示出了示出了从SDH帧解映射两路千兆网数据的示意图。
具体实施方式
以下结合附图来描述本发明的实施例。
为简单起见，以下以两路千兆以太网速率之和小于1.2Gbit/s并且级联方式为虚容器VC4虚级联构成虚级联虚容器VC4-8V为例描述本发明的以太网数据包与SDH帧之间的映射和解映射方法。
如图2所示，用于实现千兆以太网数据包与SDH帧之间映射过程的装置首先按照一定的封装协议封装每路以太网数据包。以太网数据包具有如图3所示的固定帧结构，每个数据包的包长在64～1518之间，主要是由于数据长度不等引起的。以太网数据包的不定长特性决定了以太网发送的数据包是不连续的，因此为了使其能复用入SDH帧，必须先利用一定的协议对其进行封装，使其成为连续的数字信号流。图4示出了利用高级链路控制(HDLC)协议将以太网数据包封装为连续数字信号流的示意图。如图4所示，HDLC封装实际上就是先对以太网数据包加上标志，用特殊的字节将包与包区分开并在间断的地方填上一定数量的无用字节使其成为等长的数据帧以构成连续的数字信号流，而HDLC解封装实际上就是去除HDLC帧内的各种附加字节，从而还原出长度不一的以太网数据包。除了HDLC协议以外，还可以采用图2中所示的SDH链路接入处理(LAPS)协议或PPP协议对不定长的以太网数据包进行封装和解封装，虽然封装后的帧结构是不同的，但是封装和解封装原理都是相似的，因此此处不再赘述。
如上所述，1个虚容器VC4的速率为150.366Mbit/s，因此按照虚级联协议级联形成的级联虚容器VC4-8V(这里的8V表示由8个虚容器虚级联形成)的速率为150.366Mbit/s×8＝1202.928Mbit/s，可以满足速率之和小于1.2Gbit/s的两路千兆以太网的数据发送，因此可提供一个级联虚容器VC4-8V来容纳两路经过LAPS协议封装的千兆以太网数据包。
在前述现有技术中，封装后的每路千兆以太网数据包被放入VC4-8C中各个VC4内，而在本发明中，用于实现千兆以太网数据包与SDH帧之间映射过程的装置将封装后的每路千兆以太网数据包放入VC4-8V中的部分VC4内，例如第一路千兆以太网可以分配3个VC4，因此它的数据包被放入这3个VC4内，而第二路千兆以太网数据包可以分配另外5个VC4内，因此它的数据包被放入另外5个VC4内。分配给各路千兆以太网的VC4的数量是任意，一般可根据各路千兆以太网的数据发送速率确定或根据用户的需求进行分配，并且可在以太网数据包每次放入VC4-8V之前重新分配。
以太网数据包可以采用上述方式放入被分配的VC4内。例如，第一路千兆以太网按照下列顺序将其数据放入编号为1～3的3个VC4内，即：第1个数据字节放入第1个VC4的第一个字节，第二个数据字节放入第2个VC4的第一个字节，第3个数据字节放入第3个VC4的第一个字节，随后，第4个数据字节放入第1个VC4的第二个字节，第5个数据字节放入第2个VC4的第二个字节，第6个数据字节放入第3个VC4的第二个字节，……，依此类推，直至全部数据字节都被放入为止。上述放入方式称为字节间插方式。值得指出的是，上述放入方式和顺序并不是唯一的而且也无法穷举，因此这里的描述仅具有示意性质。
之所以按照级联方式将上述8个VC4结合为一个虚级联虚容器VC4-8V是因为，在VC4-8V中，每个VC4相应的管理单元指针和开销都是独立的，按照虚级联协议，POH开销字节H4定义了复帧号和序列号等信息，其中复帧号指示虚容器VC4是否同时发出，而序列号指示VC4的间插复用顺序，因此使得每个VC4都可以看成是互相独立的部分，可以被独立地放入不同的SDH帧内，而在VC4-8C中，每个VC4只能依照顺序放入同一SDH帧内。
当各路以太网数据包全部放入一个VC4-8V的级联虚容器后即可生成SDH帧。根据前述SDH帧结构和速率等级，一个VC4-8V的数据速率刚好对应两个STM-4帧的速率，因此为了充分利用带宽资源，可将该VC4-8V复用入两个STM-4帧。国际电信联盟电信标准化部(ITU-T)制订的G.707标准对SDH帧结构、速率等级、虚容器复用入SDH帧的方式都作了规定，因此比较好的是，用于实现千兆以太网数据包与SDH帧之间映射过程的装置按照G.707标准将VC4-8V复用入SDH帧。
图5示出了从SDH帧解映射出两路千兆网数据的示意图。解映射过程实际上是映射过程的逆过程，因此与映射过程相似之处将不再详述。
当用于实现千兆以太网数据包与SDH帧之间解映射过程的装置接收到两个属于该两路千兆以太网的STM-4帧(即，该两路千兆以太网的数据都包含在这两个STM-4帧的8个虚容器VC4内)时，它按照虚级联协议将所述两个STM-4帧内的8个虚容器VC4放入级联虚容器VC4-8V内。此与上述1个虚容器VC4-8V复用入两个STM-4帧内的过程正好相反，因此不再赘述。
如上所述，在前述映射过程中，每路千兆以太网都被分配了一定数量的虚容器VC4，因此各路千兆以太网与虚容器VC4存在确定的对应关系。例如，假设在映射时第一路千兆以太网的数据被放入VC4-8V中的第1～3个VC4，第二路千兆以太网的数据被放入第4～8个VC4，并且放入方式和顺序与上述字节间插方式和顺序相同。则在解映射时，用于实现千兆以太网数据包与SDH帧之间解映射过程的装置从第1～3个VC4提取字节并且按照放入的顺序排放以形成连续的数字信号流后送至第一路千兆以太网数据接收端口，对于第4～8个VC4也进行同样的操作以形成连续的数字信号流并送至第一路千兆以太网数据接收端口。
送至各以太网数据接收端口的连续数字信号流需要根据与封装时同样的协议解封装为原先不连续的以太网数据包，即，将用于实现千兆以太网数据包与SDH帧之间映射过程的装置为弥补以太网数据不连续的特性而加入的无用字节去掉，根据包标志将以太网数据包恢复出来。
值得指出的是，上述实施例中各路千兆以太网数据端口的带宽数值、虚容器和SDH帧的具体种类不应构成对本发明的限定，实际上，在各种带宽下，可以根据实际需要选择合适种类的虚容器和SDH帧来进行SDH传输，只要这些虚容器是以虚级级联协议级联在一起的，因此每个虚容器都是独立处理和传输的即可。例如同样在多路千兆以太网数据端口的带宽之和小于1.2Gbit/s时，容纳每路数据的虚容器可以是虚容器VC3，当然，由于VC3的速率低于VC4，因此需要更多数量的虚容器级联形成虚级联虚容器。
最后，在上述映射和解映射过程中提及的用于实现千兆以太网数据包与SDH帧之间映射和解映射过程的装置应该作广义上的理解，它们应视为能够实现上述本发明的映射和解映射功能的硬件、软件或者二者的结合。

Claims (9)

1.一种千兆以太网数据包与同步数字系列SDH帧之间的映射方法，每路千兆以太网数据发送端口上发送的以太网数据包在映射入SDH帧之前先封装为连续的数字信号流，其特征在于，用于实现千兆以太网数据包与SDH帧之间映射过程的装置执行以下步骤：
(1)为每路千兆以太网数据发送端口分配一定数量的虚容器并将所述虚容器按照虚级联协议级联形成一个级联虚容器；
(2)将每路千兆以太网数据发送端口上发送的所述连续数字信号流放入被分配的相应虚容器中；以及
(3)将每个所述虚容器独立地复用入SDH帧内。
2.如权利要求1所述的映射方法，其特征在于，在步骤(1)中根据每路千兆以太网数据发送端口上所述连续数字信号流的速率分配一定数量的虚容器。
3.如权利要求1所述的映射方法，其特征在于，在步骤(2)中以字节间插方式将每路千兆以太网数据发送端口上发送的所述连续数字信号流放入被分配的相应虚容器中。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的映射方法，其特征在于，多路千兆以太网数据发送端口的数据发送速率之和小于1.2Gbit/s，所述虚容器为VC4虚容器并且总数为8个以按照虚级联方式形成一个VC4-8V级联虚容器，而且所述8个虚容器VC4中的任意4个划分为一组后复用入一个STM-4帧，而其余4个虚容器VC4划分为另一组后复用入另一STM-4帧。
5.如权利要求1-3中任意一项所述的映射方法，其特征在于，利用SDH链路接入处理协议、高级链路控制协议或PPP协议中的任意一种将每路千兆以太网数据发送端口上发送的以太网数据包封装为连续数字信号流。
6.如权利要求4所述的映射方法，其特征在于，利用SDH链路接入处理协议、高级链路控制协议或PPP协议中的任意一种将每路千兆以太网数据发送端口上发送的以太网数据包封装为连续数字信号流。
7.一种千兆以太网数据包与同步数字系列SDH帧之间的解映射方法，SDH帧解映射为包含以太网数据包的连续数字信号流后被解封装为不连续的以太网数据包，其特征在于，当接收到属于所述多路千兆以太网数据包的SDH帧时，用于实现千兆以太网数据包与SDH帧之间解映射过程的装置执行以下步骤：
(1)将所述SDH帧内的所有虚容器按照虚级联协议放入一个级联虚容器内；
(2)根据映射时确立的各路千兆以太网与所述虚容器的对应关系和连续数字信号流放入虚容器的方式，从所述虚容器生成送至各路千兆以太网数据接收端口的连续数字信号流；以及
(3)将所述连续数字信号流送至相应的各路千兆以太网数据接收端口以进行解封装处理。
8.如权利要求7所述的映射方法，其特征在于，多路千兆以太网数据发送端口的数据接收速率之和小于1.2Gbit/s，所述SDH帧为两个各包含4个虚容器VC4的STM-4帧并且在步骤(1)中将所述虚容器VC4按照虚级联方式形成一个VC4-8V级联虚容器。
9.如权利要求7或8所述的解映射方法，其特征在于，在从SDH帧结构解映射之后，利用SDH链路接入处理协议、高级链路控制协议或PPP协议中的任意一种将每路千兆以太网数据接收端口上接收的连续的数字信号流解封装为不连续的以太网数据包。
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