PTN、MSTP网络承载以太网专线的性能对比分析

（中国移动通信集团广东有限公司，广州 510623）

PTN、MSTP网络承载以太网专线的性能对比分析

黄河，郑吉妮，朱绍柯

（中国移动通信集团广东有限公司，广州 510623）

随着通信网络IP化趋势发展，PTN、MSTP技术在以太网业务的传输承载上得到了广泛应用。通过理论及现网测试两个方面对PTN、MSTP技术承载以太网专线业务的效率进行分析，总结得出PTN承载以太网业务时网络吞吐率的配置建议。

PTN；MSTP；以太网专线；吞吐率；RFC2544

1 引言

随着通信网络IP化进程的持续推进及发展，传输网也已经由早期的MSTP（Multi-Service Transfer Platform）技术向PTN（Packet Transport Network）技术转型，目前PTN网络主要承载了2G、3G以及LTE基站回传业务、集客业务和WLAN业务，并具备带宽统计复用等多方面优势。在集客业务拓展领域，运营商在向客户推介PTN网络承载专线方案时，PTN网络承载以太网集客专线吞吐率效能也成为新技术推广应用的关键。

PTN技术是在IP业务和底层光传输媒质之间设置了一个层面，针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计，以分组业务为核心并支持多业务提供，具有更低的总体使用成本，同时秉承光传输的传统优势，包括高可用性和可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、便捷的OAM和网管、可扩展、较高的安全性等[1]。

为了保证以太网业务的运营质量，有必要在建网、开通、运维等过程中通过相关性能测试来进行验证[2]。RFC2544协议就是一种由RFC组织提出的用于评测以太网及相关设备性能的国际标准。主要是对RFC1242中定义的性能评测参数的具体测试方法、结果的提交形式作了较详细的规定。RFC2544中规定了许多测试不同网络设备的参数，其中吞吐率是指被测设备在不分组丢失的情况下，所能转发的最大数据流量。通常使用每秒钟通过的最大的数据分组数或者字节数来衡量[3，4]。

2 测试组网方案及承载性能分析

2.1 测试组网结构

测试环境：本次测试在现网中开通了两条广州——中山跨市以太网专线，用户侧带宽为10 Mbit/s，分别采用MSTP和PTN两种组网承载，并通过以太网分析仪测试该专线在两种场景下RFC2544各项性能并做详细对比分析。在具体路由的组成上，本地网采用PTN（或MSTP）路由，二干固定采用MSTP组网。两种场景中二干路由一致，本地网经过的设备数量相同，路由相似，最大程度确保了结果的可比性，如图1所示。

图1 集团客户业务通过PTN/MSTP网络承载的测试示意图

2.2 吞吐率性能理论分析及现网测试

业务端路由器发送过来的数据并非是标准的MAC客户数据格式，而是经过了以太网封装后的MAC帧，包含有前同步码和帧首定字符等字节（8 byte），再加上帧间隙（Interframe Gap：＞12 byte），假设MAC客户数据格式帧的字节大小为N byte，则通过上述结构可看到以太网传输效率为：N/(N+8+12) [N的取值为64～1 518]，则以太网的传输效率介于76.2%～98.7%之间。在封装到PTN网络的过程中，将以太网MAC客户数据格式（N+20 byte，N取值为64～1 518）封装到PTN的净荷中，而PTN的帧结构如表1所示（不含VLAN的情况）。

表1 PTN帧结构示意图

PTN传输网络封装效率为： N/(N+20+6+6+2+4+ 4+4)= N/(N+46)，则对于PTN网络配置传输带宽为H的通道，其可提供业务端路由器端口带宽为：H×PTN传输网络封装效率/以太网封装效率=H× [N/(N+46)]/ [N/(N+20)]=H×(N+20)/(N+46)，介于76.36%～98.33%之间。同时，PTN网络还需预留OAM带宽。按照目前网络常用配置，及采用FFD检测，检测周期3.3 ms，同时考虑到一个FFD OAM报文长度为44 byte，按常用的ETH链路MPLS封装来计算，则一个FFD OAM以太链路MPLS 报文封装长度是94 byte，如图2所示。

则一条OAM的报文带宽为：94×8×1 000/3.3= 0.226 Mbit/s，由于一条端到端的集客业务需要配置正反两条Tunnel，配置保护的话也需要配置正反两条保护Tunnel，即PTN承载网络中承载的每条集团客户以太网专线业务并配置了LSP APS 1：1保护，工作Tunnel和保护Tunnel总共需要配置4条tunnel，即对应4条OAM报文，考虑到所有业务的oam报文存在并发的几率，此处建议OAM的预留带宽为：5×0.226=1.2 Mbit/s。

对于MSTP网络，其接收到业务端设备发过来的以太网帧后，需经过如下处理过程，封装到SDH帧结构中的VC容器中。如图3所示。

图2 FFD OAM报文以太链路MPLS封装格式示意图

图3 MSTP网络对太网帧的承载封装示意图

以太网报文在通过传输网络的端口进入传输设备时会剥离前导码和帧间隙变成MAC数据格式帧；MAC帧在接下来处理过程中可能会添加（或不添加）MPLS标签、CRC开销等，以及添加GFP/LAPS/HDLC的封装。因此以太网报文在传输网中传输会被额外的增加各种可能的封装开销，因此在计算传输效率时要考虑这些额外开销。假设MAC客户数据帧的字节大小为N byte，那么VC容器封装以太网MAC帧的效率是N/ (N+MPLSOH+GFPOH+CRC)=N/(N+4+8+4)[N的取值为64～1 518]，则VC容器封装MAC客户数据帧的效率为：80.00%～98.957%。假设MSTP网络配置传输带宽为H[H通常情况下是由VC12、VC3或VC4的净荷通道组合]那么可传输MAC数据带宽为：H×VC容器封装MAC客户数据效率，而对应业务路由器端口的可提供带宽为：MAC数据带宽/以太网封装效率，则对于MSTP网络配置传输带宽为H的通道，其可提供业务端路由器端口带宽为：H×VC容器封装MAC客户数据效率/以太网封装效率=H×[N/ (N+16)]/[N/(N+20)]=H×(N+20)/(N+16)参考ITU-T G.707中VC4经由AUG-1映射AU4，可以看出一个VC4 Frame的实际最大净荷是260×9 byte，一个VC4通道的净荷速率最大为260×9×8 k×8=149 760 kbit/s同样的，一个VC3通道的实际最大净荷速率84×9×8 k×8= 48 384 kbit/s；一 个VC12通道的最大净荷速率是34×8 k× 8=2 174 kbit/s。

本次测试绑定5×VC12，对于MSTP网络，则提供的客户侧带宽(也即吞吐率)为：5×VC12×(N+20)/(N+16)，各字节场景下均大于10 Mbit/s，可满足客户需求；而对于PTN网络而言，网络侧配置的10 Mbit/s（隧道限速）带宽，可提供的客户侧带宽仅为：10×(N+20)/(N+46)，介于7.64～9.83 Mbit/s之间，且考虑OAM占用带宽情况，初步预计不能满足客户需求，但是可以通过增加网络侧配置带宽的方法来满足，设定该带宽为H，则需满足H×(N+20)/(N+46)不小于(10 Mbit/s+1.2 Mbit/s），则H的取值为11.37～14.29 Mbit/s，考虑到实际网管配置，我们取14 Mbit/s，故在本次测试中，共计有MSTP 10 Mbit/s、PTN 10 Mbit/s和PTN 14 Mbit/s这3个场景。相应测试结果如图4、5、6所示。

图4 MSTP 10 Mbit/s吞吐率仪表RFC2544测试结果

图5 PTN 10 Mbit/s吞吐率仪表RFC2544测试结果

3 结论

对于承载以太网专线业务的PTN和MSTP网络而言，其RFC2544测试结果显示：吞吐率 MSTP(10 Mbit/s)和PTN(14 Mbit/s)性能相当，均能满足RFC2544性能要求，优于PTN（10 Mbit/s）。

同时根据上述理论分析和实测结果的验证，我们可以给出结合客户带宽需求给出相应的配置建议：对于PTN网络配置传输带宽为H的通道，其可提供业务端路由器端口带宽为：H×PTN传输网络封装效率/以太网封装效率=H×[N/(N+46)]/ [N/(N+20)]=H×(N+20)/ (N+46)。

即：H=业务端路由器端口需求带宽×（N+46）/(N+20)。网络侧需配置带宽=业务端路由器端口需 求 带 宽×（N+46）/ (N+20)+OAM预留带宽=业务端路由器端口需求带宽×（N+46）/(N+20)+5×单条OAM带宽。以业务端需 求10 Mbit/s为 例， 其所需PTN网络侧配置的带宽 11.37～ 14.29 Mbit/ s。同样的，当MSTP网络上配置了10 Mbit/s（绑定5个VC12）带宽时，其所提供的用户业务端带宽为：5×2.174×(N+20)/(N+16)，为10.90 Mbit/s～12.01 Mbit/s。

鉴于此，表2对常见的几种专线带宽类型做了归纳对照。

图6 PTN 14 Mbit/s吞吐率仪表RFC2544测试结果

表2 PTN、MSTP承载业务带宽的对比及配置建议示意图

经过本次测试，建议如采用PTN网络承载集团客户以太网专线，在带宽配置时隧道限速应按照网络侧配置带宽最大值来规划和部署，方能确保在任何字节的情况下满足客户专线的带宽需求。即：网络侧配置最大带宽（N=64）=业务端路由器端口需求带×（N+46）/ (N+20)+5×单条OAM带宽=业务端路由器端口需求带宽×1.309+1.2（取整数值），从而切实为集团客户提供最佳实现方案，保障网络质量和服务品质。

[1] 胡卫， 张届新， 马钰璐． PTN在3G传送网中的应用研究[J]． 电信科学．2009(3)．

[2] 张强， 张治中． 基于RFC 2544的以太网性能测试软件设计[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， 寿国础， 胡怡红． 基于RFC2544测试的网络测试仪的设计与实现[J]． 计算机工程． 2008(13)．

News

SPTN SDN全球首商用 华为解读成功秘诀

继与北京电信合作实现首个数据中心网络SDN商用部署，与四川联通联合实现SDN IPRAN全球首商用后，短短几个月内，华为再次宣布，已携手中国移动研究院和中国移动广东公司合作完成了全球首个SPTN SDN商用部署，并首次将SDN技术成功应用于政企专线网络。

至此，华为率先成功实现了与国内三大运营商在数据中心、IPRAN和PTN三大场景的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