MPLS-TP的OAM机制基于FPGA的实现

左 越，吴学军

(烽火通信科技股份有限公司微电子部，湖北 武汉 430073)

0 引言

MPLS-TP是ITU-T标准化的一种PTN传送技术，其解决传统SDH在以分组交换为主的网络环境中暴露出效率低下的缺点。MPLS-TP 是吸收了三层IP、二层PWE3 和一层TDM/OTN技术的优点的通用分组传送技术。MPLS-TP吸收了T-MPLS技术的OAM,保护和管理机制，并T-MPLS的OAM实现方式做了部分改动。

传统的MPLS网络的OAM包都是采用基于IP的识别和处理机制，其OAM包都采用IP封装，通过TTL终结或者是指定一定范围内的IP地址的方式来识别OAM包并处理OAM所携带的相关控制信息。但是在MPLS-TP传输网络中，基于IP的解复用方式无法被使用，于是定义了G-ACH/GAL的结构用来识别标签交换路径（LSP）层/伪线（PW）层的OAM信息[1]。

1 MPLS-TP OAM的网络模型及功能

1.1 网络模型

图1中描述了T-MPLS网络和MPLS-TP网络中OAM帧结构的对比[2]。与在MPLS网络中ACH仅仅是限制在伪线中使用用来传送带内的OAM信息不同，MPLS-TP网络中的ACH被扩展到了段层及LSP层，被称之为通用ACH（G-ACH），各个字段的具体内容如下[5-6]：

前四比特：设置为0001，标识G-ACH结构，提供伪线，LSP或者段层使用的关联控制信道，用于传送带内的 OAM信息。

Version：4个比特，设置为0。

Reserved：占用8个比特作为预留字段，目前必须设置为0，接收时被忽略。

Channel Type：指出在控制信道中传送的信息类型。当支持IP解复用的情况下，指示该信息是Ipv4或者是Ipv6，如在MPLS实现中，ACH仅仅是在伪线中使用，Channel Type取值为0x001表示Ipv4，取值0x0057表示Ipv6；当不支持IP解复用的情况下，表示相应的OAM类型。

图1 T-MPLS与MPLS-TP OAM单元帧格式

G-ACH允许伪线，LSP以及段层的OAM信息复用，并且可以通过 Channel Type字段指示出当前使用 OAM具体功能[4]。而各层的OAM包都被封装为与该层的数据包相同的格式在当前路径传递，所以需要这样一种机制去区分OAM包与正常的数据包。对于伪线层，其数据使用 PW MCW（PW MPL Control Word）作为头部，而对应的OAM使用PW ACH结构作为头部，因而无需定义新的结构来区分数据包和OAM包。对于 LSP和段层则需要定义 GAL结构来区分控制包和数据包。GAL的功能有2个，一是用来区分数据包和特定的功能包（如OAM），二是用来指示在标签堆栈的后面就是G-ACH结构。

在MPLS-TP网络中，GAL结构必须是放置于标签堆栈的底部用于指示特定的功能包（如OAM）。定义GAL的标签值为13。

互操作性分析：传统的数据MPLS网络中，IP路由与转发是固有属性，因而其OAM功能必须依赖IP路由与转发。而在MPLS-TP传送网络不是必须支持IP路由与转发，因此OAM功能和操作就不能依赖与IP路由与转发[3]。

1.2 功能介绍

CC:该OAM功能用于检测伪线、LSP或者段层的连接丢失以及错连的问题。

CV：用于验证伪线、LSP或段层中对等实体间的连通性。

Diagnostic：用于伪线、LSP或者段层的诊断测试（如验证带宽）。

Adjacency：用于伪线、LSP或者段层的MEP可以请求并且接收到沿路径某些节点回应的特定信息，如节点标识，以hop数计算的距离等。

RT:用于跟踪伪线、LSP或者段层的路径信息，应该包括路径上节点的标识符，还可能包括相应的接口标识符。

Lock(LCK)：用于锁定伪线、LSP或者段层，目的是阻止用户数据经过相应的伪线、LSP或者段层的传递。

Alarm Notification：执行告警抑制，服务层MEP向会收到影响的业务子层MEP通告缺陷状态或者强制锁定，这样可以抑制子层由于服务层缺陷或者强制锁定可能产生的相关告警。

CFI：用于客户层 OAM并不提供告警通告或者传递机制的情况下在MPLS-TP网络中传递客户缺陷信息。

RDI：用于MEP在检测到相互之间的伪线、LSP或者段层缺陷或者异常时通告其对端MEP。

有关丢包率和时延测量与T-MPLS定义的功能大体一致，就不再进行介绍。

在MPLS数据网络中，隧道层存在着LSP-Ping，BFD等OAM机制，伪线层使用VCCV等OAM机制，MPLS-TP的相关标准虽然还在制定的过程中，但以上这些数据网络中的功能很有可能会要求MPLS-TP的控制平面予以支持。

2 OAM功能硬件设计实现方案

2.1 整体系统架构

图2为整体系统架构框。

图2 整体系统架构

该设计方案适用的MPLS-TP硬件系统的整体架构如图2所示，客户业务侧承载PDH,SDH以及以太网业务，通过伪线标签和 MPLS标签的处理，进入到分组交换模块进行数据交换；网络侧接口有SDH和GE/10GE接口，通过交换的数据针对其不同的业务类型进行相应的标签或者开销处理，送到相应的接口侧输出。图中可以看出控制管理单元独立于数据传送，其进入分组交换的数据流中检测到OAM包，并对其不同类型进行相应的处理。控制管理单元同样可以发起检测功能和相关控制命令，向数据流中插入相应的OAM包。

2.2 OAM处理模块总体功能描述

图3为OAM功能模块框。

图3 OAM功能模块框

OAM报文的接收过程：从业务信道上过来的数据帧经数据缓存后进行隧道标签（Tunnel Lable）值的提取并判断标签值是否正确，如果标签值不为13，则将该包丢弃，反之，则将 Tunnel Lable值送到二分树查找引擎模块。二分树查找模块根据Tunnel Lable值查找出相应LSP的相关OAM功能配置信息送给OAM包逻辑处理模块处理。

OAM报文的发送过程：根据发送包的LSP对应的OAM发送相关控制信息对OAM帧进行重组，然后送给数据缓存，最终与正常的业务包一同在信道中进行传送。

2.3 二分树查找引擎

二分树查表引擎中存在一个归类查找入口表，条目的个数取决于整体设计支持LSP的个数，该设计支持512个LSP的输入流。此入口表由“在用归类入口表“和“shadow 归类入口表“ 组成，以方便配置的无缝切换，当使用者需要更改流归类的配置时，首先是将“shadow 归类入口表”进行配置，当“shadow 归类入口表”配置完全后，输出切换指令，则“shadow 归类入口表”变为“在用归类入口表”。这样配置的改变将不会影响业务流的正常传输。一个完整的归类表的内容如下，为三个部分：①输入标识:20比特的LSP的Tunnel Lable值；②标识匹配类型（决定查找行为）：全匹配，大于型匹配，小于型匹配，大于小于型匹配；③输出结果：LSP对应的索引号，此索引号作为各个OAM相关控制信息的RAM入口地址。

2.4 逻辑处理模块

该设计方案中，OAM报文发送过程只需要通过读取LSP OAM发送相关控制信息的RAM即可进行组帧并发送到线路中去，并不进行逻辑处理，因此逻辑处理模块仅对接收OAM帧进行处理。处理模块的框图如图4。

选择功能模块判断维护实体组等级（MEL）值和 OAM帧类型，凡是MEL值不为0的OAM帧全部透传，不进行任何逻辑处理。对于MEL为0的OAM帧，根据Function Type值判定该OAM帧是何种功能，并通过二分树查找结果读取相应的控制寄存器，如果该功能配置为使能，则输出该功能逻辑处理的指示给后续模块。经过逻辑处理后，会输出相应的告警及指示信号。

2.5 OAM帧发送模块

该模块完成的主要功能为根据寄存器配置的OAM相关功能的使能信号，通过LSP的索引号查到发送帧的格式，内容等信息，进行相应的组帧并将重组的帧写入发送缓存中去。在成帧后，通过CRC校验函数，计算出4个字节的CRC校验值，填充到数据缓存的最后4个字节中；以CV帧的发送为例，每个LSP通道都存在一个定时器进行时间计数，当定时器累加后的时间超过了时间周期参数设定的时间，开始申请OAM管理帧的发送。此OAM帧成功发送后清零定时器，重新开始计数。当申请发送后在所设定的时间内不能完成OAM发送的上报超时错误，此时清零定时器，清除发送申请，重新开始计数。

图4 逻辑处理模块框

发送模块中定义了各种类型帧发送的优先级配置寄存器，根据此寄存器的配置对申请发送的OAM管理帧进行仲裁，优先发送优先级高的管理帧。

3 结语

提出了MPLS-TP OAM功能的硬件实现方案，采用硬件电路实现二叉树对 TUNNEL标签进行查找的方法，大幅度缩短了查找时间，对未来传送网的发展具有积极的参考价值和实用价值，该设计还需要进一步的进行系统级的验证，在今后的研究中会逐步完成。

[1] 田波.LSP的保护与恢复技术[J].通信技术,2007,42(05):51-53.

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

[3] 毛谦.传送 MPLS（T-MPLS）体系的接口[J].武汉：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，罗莹.以太 OAM原理与实现[J].通信技术,2009, 42(12):134-136.