1. 概述

    以太網技術以其良好的經濟性、互通性和易用性等優(yōu)勢得到了普遍應用。隨著電信級以太網技術和標準的快速發(fā)展，以太網逐步向城域網和廣域網延伸，進而作為電信級傳送技術提供多業(yè)務承載。

    在城域網和廣域網中，存在大量而復雜的用戶，而且通常需要多個不同的運營商網絡來協(xié)同工作以提供端到端的客戶業(yè)務。隨著以太網技術在運營網絡中應用的不斷增加，對其擴展性、可靠性、安全性和可管理性等提出了諸多挑戰(zhàn)。以太網原來主要用于LAN環(huán)境，OAM (Operation, Administration and Management，運行、管理和維護)能力較弱，且只有網元級的管理系統(tǒng)。為了實現與傳統(tǒng)電信級傳送網相同的服務水平，各研究團體和標準組織都在積極進行技術研究和標準制定，使電信級以太網逐步為未來傳送網的新選擇。其中以太網OAM就是研究的重點之一。

    根據城域以太網論壇（Metro Ethernet Forum，）將電信級以太網縱向分成的三層結構,每層都應該具有自身的OAM能力。以太網業(yè)務層的OAM功能應獨立于上層應用如IP層或底層的傳輸技術如SDH，這樣可以采用不同的技術提供以太網業(yè)務。各層的OAM功能可以互相增強，并提供良好的故障和性能管理。現在IEEE 802、ITU-T SG13/15和MEF等標準組織正緊密合作，不斷制定出滿足電信級要求的以太網OAM新標準，目前工作主要關注的是故障管理和性能管理。

    本文將基于相關標準和發(fā)展，闡述和分析電信極以太網的OAM網絡模型、管理功能、協(xié)議機制等。

    2. 電信級以太網OAM的需求

    以太網原來主要用于LAN環(huán)境，OAM能力較弱，且目前只有網元級的管理系統(tǒng)，其管理工具不足以支持公用電信網所必須的網絡管理。另外，光以太網是以點到點方式直接相連的，省掉了傳輸設備，難以提供端到端的業(yè)務管理、故障檢測和性能監(jiān)視，使以太網中發(fā)生的故障更難以診斷和修復。以太網可以在多種不同的服務層上傳送，而且它的客戶層也是多種多樣，非以太網的底層（服務層如SDH）或高層（客戶層如IP）的OAM功能都不能替代以太網OAM的功能。為了在以太網層能確定以太網虛鏈接（EVC，Ethernet Virtual Connection）的連通性，有效地檢測、確認并定位出源于以太網層網絡內部的故障，并且可以衡量網絡的利用率以及度量網絡的性能，從而能根據與用戶簽訂的服務等級規(guī)約（SLA）提供業(yè)務，以太網層需要提供一個完全不依賴于任何客戶層或服務層的OAM機制。這個需求對于電信級以太網的獨立發(fā)展是至關重要的。

    電信級以太網OAM至少需要滿足以下需求：

    ·以太層網絡OAM功能不應該依賴任何特定的服務層或客戶層網絡。

    ·故障管理。如果出現故障，能檢測缺陷、診斷缺陷、定位缺陷，通知網管系統(tǒng)并對該故障采取適當的措施。

    ·自動發(fā)現與配置管理。OAM功能應該簡潔而且易于配置，使得它能直接大范圍應用，甚至應用在大型的網絡上。

    ·性能管理。可以度量一個EVC的有效性和網絡性能，如丟包率、時延、抖動等。

    ·OAM功能應該能可靠地執(zhí)行，甚至在鏈路劣化的條件下也能執(zhí)行。這需要為OAM報文提供比特差錯修正和檢測機制。

    ·支持針對運營商、業(yè)務提供商和用戶提供分域的OAM。

    3. 標準化進程與現狀

    為了實現與傳統(tǒng)電信級傳送網相同的服務水平，各研究團體和標準組織都在積極進行技術研究和標準制定。現在標準制定工作主要關注的是故障管理和性能管理。現已完成或即將完成的包括：

    ·IEEE 802 工作組已制定了IEEE 802.1ag 連通性故障管和IEEE 802.3ah 第一英里的以太網，802.3ah目前已融入802.3-2005中作為其第57章出現，另外還有802.1AB 站點和介質訪問控制連通性和發(fā)現，802.1ap VLAN橋接的MIB。

    ·ITU-T SG 13 Y.1730 以太網OAM的需求和Y.1731以太網OAM功能和機制；ITU-T SG 15 G.8031以太網保護倒換，G.8032 以太網環(huán)形保護倒換。

    ·MEF制定了MEF 7 EMS-NMS 信息模型、MEF15網元管理需求、MEF16以太網本地管理接口和MEF 17 業(yè)務級OAM需求與框架，正在制定業(yè)務OAM性能監(jiān)視的實現規(guī)約。

    4. 網絡模型與功能概述

    網絡級管理架構

    為了兼容多種技術和多個廠家的設備，實現電信級以太網的統(tǒng)一網管，MEF提出了電信級以太網的網絡管理信息模型(如圖l所示)，并從網絡分層、子網劃分、子網拓撲、網絡連接四個方面對EMS-NMS接口進行了規(guī)范。EMS-NMS接口將電信級以太網的管理分為兩個層次：對網元設備的管理和對網絡的管理。將電信級以太網絡劃分為多個子網，每個網元管理系統(tǒng)(EMS)負責管理本子網內的網元設備， 網絡管理系統(tǒng)(NMS)不負責管理具體的網元設備。而是通過EMS-NMS接口管理EMS下的子網。由于呈現給NMS的是網絡，因此可將各種網絡資源抽象后，以統(tǒng)一的方式實現多種網絡技術的管理。

圖1 網絡級管理架構

    在MEF的規(guī)范中，對于EMS-NMS接口的定義相對中性，只是要求可以相對成熟的既有網管協(xié)議，例如CORBA、SNMP、JAVA或 XML等。對于網元管理需求的第一階段內容由MEF15給出。

    多域的網絡模型

    電信級以太網需要為不同的組織機構提供不同的管理維護范圍和內容。通常有三種組織會涉及電信級以太網業(yè)務：用戶（如專網用戶）、業(yè)務提供商和網絡運營商。用戶向業(yè)務提供商購買以太網業(yè)務，業(yè)務提供商可使用他們自己的網絡或通過其它運營商網絡來提供端到端的以太網業(yè)務。IEEE、ITU-T和MEF統(tǒng)一了一個多域的OAM網絡模型（如圖2所示），該模型在考慮商業(yè)模型時十分有用。電信級以太網被分為用戶、提供商和運營商三個維護等級。分別對應不同的管理域。提供商負責端到端的業(yè)務管理，運營商提供業(yè)務傳送。

圖2  OAM多域網絡模型

    圖2中標示了維護邊界點MEP（Maintenance End Point）和維護域中間點MIP（Maintenance Intermediate Point）的位置。其中MEG（Maintenance Entity Group）是指維護實體群，對于點到點以太網連接，一個MEG只包含一個維護實體ME（Maintenance Entity）； MEG端點表示一個MEG的端點，它能發(fā)起并終結用于故障管理和性能監(jiān)控的OAM幀。OAM幀和普通以太網流量是區(qū)別開來的，但是卻和以太網流量共用相同的轉發(fā)流程，由此可以監(jiān)控以太網流量。MEG中間點是MEG的中間節(jié)點，能夠響應某些OAM幀，但不會發(fā)起OAM幀，對途經的以太網流量也不采取任何動作。

    在IEEE802.1ag中所用的維護關聯(lián)MA（Maintenance Association）與MEG的內涵一致，其MA End Point和MA Intermediate Point分別與ITU-T的MEP和MIP對應。

    故障管理

    電信級以太網業(yè)務級的故障管理主要包含連通性檢測功能、環(huán)回功能、鏈路追蹤功能、告警指示、遠端故障告警和測試功能等。IEEE802.1ag CFM和ITU-T的Y.1731定義了主動（Proactive）和按需（On-demand）的故障管理機制。現已定義的OAM故障管理消息包括：

    ·連續(xù)性檢查消息

    以太網連續(xù)性檢查功能是一種主動OAM(Proactive OAM)功能. 它可以用于檢測處于一個MEG中的任一對MEP間的連續(xù)性丟失(LOC)，可用于檢測兩個MEG之間的錯誤連接，也可用于檢測在一個MEG中出現與錯誤MEP相連的情況，以及其他一些缺陷情況。連續(xù)性檢查消息可應用于故障管理、性能監(jiān)測或保護倒換。

    ·環(huán)回消息

    以太網環(huán)回功能用于檢驗一個MEP與一個MIP，或者一個MEP與一個或多個對等MEP間的連通性。該功能類似于PING。它是一種按需OAM功能，通常由管理者命令發(fā)起。IEEE802.1ag CFM只定義了單播消息，而Y.1731定義了單播和多播兩種類型。單播環(huán)回檢測是一種按需OAM功能，可用于檢驗MEP 和MIP 或者對等MEP 間的雙向連通性。同時，也可以在一對對等MEP 間進行雙向診斷測試，比如檢驗帶寬吞吐量，檢測比特錯誤等。多播環(huán)回功能用于檢驗一個MEP與多個對等MEP間的雙向連通性。多播環(huán)回功能是一種按需OAM功能。當在一個MEP上調用多播ETH-LB功能的時候，該MEP向多播環(huán)回的發(fā)起者返回它所檢測到的與其具有雙向連通性的對等MEP的列表。

    ·鏈路追蹤消息

    以太網鏈路跟蹤功能是一種按需OAM功能，可用于以下兩個目的：

    a)鄰接關系檢索——鏈路跟蹤功能可以用于識別一個MEP和一個遠端MEP或MIP之間的鄰接關系檢索。為了建立鄰接關系，需要得到MIP和/或MEP的序列。每個MIP和/或MEP可通過其MAC地址來標識。

    b)故障定位——鏈路跟蹤功能可以用于故障定位。當發(fā)生故障（例如鏈路和/或設備故障）或者產生轉發(fā)平面環(huán)路時，MIP和/或MEP的順序關系很可能與預期的不同。這種不同的順序關系就提供了故障位置信息。

    ·告警指示消息

    當MEP檢測到連接故障后，將以組播方式通告故障。以太網告警指示功能主要用于在檢測到服務（子）層的缺陷情況后向客戶（子）層通告該以太網通道故障，同時抑制客戶（子）層的告警，以免NMS對同一故障收到大量冗余告警。在點到點的EVC情況下，告警指示可以有效確定對端MEP的不可達。但是在多點EVC情況下，難以通過收到的告警指示來判斷哪個對端節(jié)點失去了連接。此外，由于生成樹協(xié)議（STP）提供了獨立的恢復能力，因此告警指示功能不用于STP環(huán)境中。因此IEEE 802.1ag中不支持告警指示功能。

    ·遠端缺陷指示

    MEP使用以太網遠端缺陷指示功能通知它的對等MEP它遇到了一個缺陷情況。例如信號故障和AIS等缺陷情況都能導致帶有遠端缺陷指示信息的幀的發(fā)送。只有當以太網連續(xù)性檢查功能被激活時遠端缺陷指示功能才會被使用。由于在多點EVC情況下，遠端缺陷指示存在與告警指示同樣的難以定位故障的問題，IEEE 802.1ag中不支持遠端缺陷指示功能。

    ·鎖定信號消息

    以太網鎖定信號功能用于MEP向它緊鄰的客戶層的MEP通告它的有計劃的管理或者診斷行為。本功能使得客戶層MEP能夠區(qū)分缺陷情況和服務（子）層MEP進行有計劃的管理/診斷行為時所可能導致的數據流量中斷。其中引起中斷的缺陷情況需要報告，而引起數據流量中斷的有計劃的行為則不需要報告。該功能只有Y.1731支持。

    ·測試信號消息

    以太網測試信號功能用于進行單向按需的中斷業(yè)務(out-of-service)或不中斷業(yè)務(in-service)診斷測試，其中包括對帶寬吞吐量、幀丟失、比特錯誤等的檢驗。當執(zhí)行這樣的測試的時候，MEP插入具有特定的吞吐量、幀尺寸和發(fā)送模式的帶有測試信號信息的幀。該功能只有Y.1731支持。

    ·維護通信通道消息

    以太網維護通信通道功能用于進行遠端維護。維護通信通道功能為一對MEP提供了一條維護通信通道。該功能只有Y.1731支持，但是并未定義具體的應用和協(xié)議。

    ·設備制造商專用和試驗用OAM消息

    Y.1731專門為設備制造商和試驗用OAM預留了兩個操作碼。以太網設備制造商專用的OAM功能可以由設備制造商在其設備內使用，但是不可以跨越不同制造商的設備。實驗用的OAM功能可以在一個管理域內臨時地使用，但是不可以跨越不同的管理域。這兩種消息都包括一個OUI字段來標示特定的制造商或管理域。

    利用802.1ag和Y.1731可以解決端到端業(yè)務管理中的大部分問題，但是有時候除了鏈路和節(jié)點故障外，其它原因（如轉發(fā)表配置錯誤等）也會導致業(yè)務的中斷。所以鏈路級管理對于以太網而言是另一個重要的故障管理部分。在這方面IEEE 802.3ah EFM專門針對點到點的以太網物理鏈路或仿真鏈路定義了監(jiān)視和排錯功能，并且特別推薦其在用戶接入網絡中使用。EFM定義的OAM功能包括設備發(fā)現、鏈路監(jiān)視、遠端故障指示和遠端環(huán)回。

    性能管理

    性能監(jiān)控功能可以測量各種性能參數用于差錯性能測量，現在只有ITU-T的Y.1731定義了性能管理的相關內容。MEF考慮下一步對于ITU-T和IEEE 802.1g未涉及的內容進行補充。Y.1731只定義點到點ETH連接的性能參數，對于多點ETH連接的性能參數需要進一步研究。它基于MEF制定的以太網業(yè)務屬性定義了下述性能參數：

    ·幀丟失率

    幀丟失用于描述在點到點ETH連接中，在時間間隔T內，丟失的幀數和總的幀數的比率。其中丟失的幀數是入口ETH點和收到的報文和出口ETH點收到的報文之差。

    ·幀延時

    幀延時可以用幀的雙向延時表示。雙向延時指從源節(jié)點發(fā)送幀第一個比特的時間到同一個源節(jié)點收到幀的最后一個比特的時間間隔，其中的環(huán)回動作由幀的目的節(jié)點完成。

    ·幀延時抖動

    幀延時抖動用于測量點到點ETH連接中，屬于同一個服務等級的兩個幀之間的延時抖動。

    另外，RFC2544中定義了一個性能相關的參數：吞吐量。吞吐量是指在沒有丟幀情況下的最大速率，通常是在測試條件下得到。此外，可用性定義不在Y.1731的范圍內。不過該標準中相關的機制可以用于可用性測量。

    配置管理

    MEF參考幀中繼的本地管理接口規(guī)范（FR-LMI），定義了以太網本地管理接口（E-LMI）。E-LMI定位于用戶網絡接口（UNI）的OAM協(xié)議，主要工作于用戶邊緣CE（Customer Edge）設備和提供商網絡邊緣（Provider Edge）設備之間。E-LMI使得業(yè)務提供商能夠自動配置CE設備來匹配所購買的服務。通過E-LMI，CE可以自動收到VLAN到EVC的映射信息和相應的帶寬與QoS設置。對CE設備的自動配置功能不僅減少了業(yè)務建立的工作，同時也減少了業(yè)務提供商和企業(yè)用戶間所需的協(xié)調工作。由此，企業(yè)用戶無需了解對于CE設備的配置，由業(yè)務提供商統(tǒng)一配置管理，減少了人為誤操作的風險。此外，E-LMI還為CE 設備提供EVC狀態(tài)信息。因此如果EVC故障一旦被發(fā)現（如由802.1ag），該業(yè)務提供商邊緣設備可以通知CE故障信息，以便快速地倒換接入路由。

    5. 電信級以太網OAM的應用

    以太網OAM幀將封裝成以太網幀，通過新定義的以太網類型（EtherType）字段來標識。OAM協(xié)議數據單元（PDU）的幀格式采用統(tǒng)一的幀頭封裝格式（如圖3所示）。

    其中MEL標識OAM PDU所屬的MEG Level，范圍從0到7。當客戶、提供商和運營商的數據流不能通過ETH層封裝的方法來區(qū)分時，就用8個MEG Level來區(qū)分嵌套于客戶、提供商和運營商角色的OAM幀。客戶，提供商和運營商也可通過相互協(xié)商的方式來修改缺省MEG Level的分配。OAM消息類型通過OpCode來標識。其中0到31由802.1分配，Y.1731采用此范圍內與802.1ag相同的操作碼來標識連續(xù)性檢查、環(huán)回和鏈路跟蹤消息。32到63由ITU SG13來分配，其唯一定義的性能管理消息采用此范圍的操作碼來標識。64到255預留給IEEE 802.1將來使用。各OAM消息的額外信息通過TLV（Type、Length和Value）方式來表示。

    對于OAM幀的處理和過濾基于以太類型和MEG Level來進行。OAM幀的目的地址可以是多播的，也可以是單播的，具體根據OAM功能而定，OAM的源地址則必須為單播地址。

    現在各標準組織所制定的以太網OAM相關標準從功能和范圍上可以分為用于業(yè)務提供商UNI到UNI的業(yè)務層OAM、用于運營商的連接性OAM、用于物理鏈路監(jiān)視的鏈路級OAM，以及以太網本地管理接口。這些協(xié)議標準互為補充，以期提供端到端的業(yè)務運營管理和維護能力。其體系架構如圖4所示。

圖4 電信級以太網OAM功能的層次架

    各OAM協(xié)議之間雖然有些內容是重疊的，但是只有相互配合使用，才能提供真正意義上的端到端以太網業(yè)務管理。這樣在發(fā)生故障時才能快速地發(fā)現故障，確認故障，定位故障，通告故障，并采用相應措施及時恢復業(yè)務。同時提供一系列有效的性能管理機制來判定是否滿足SLA的要求。

    當然，在實際應用中還存在一些問題。以E-LAN業(yè)務為例，對于有N個端點的多點以太網虛連接，則含有N×(N-1)/2個UNI對，在如此的數量級下，性能監(jiān)視會遇到極大的擴展性問題和性能瓶頸，此外MEP和MIP的指配和發(fā)現等還需要進一步研究。

    6. 結束語

    以太網技術不僅是交換技術．而且能作為一種傳輸技術，能提供各種以太網業(yè)務(E-LINE、E-LAN、E-TREE等)，為城域匯聚、骨干節(jié)點之間提供高速鏈路。同時，以太網也面臨諸多挑戰(zhàn)，其中缺少電信級的OAM就是其中一個重要方面。目前在全球各地的應用中，相對于傳統(tǒng)以太網而言，電信級以太網最大的改進體現在電信級以太網OAM上。而且電信級以太網OAM也是在多種電信級以太網技術中，唯一被眾多廠家一致認同并應用的技術。隨著各研究團體和標準組織積極進行技術研究和標準制定，在眾多廠家的配合下，相信以太網OAM必將更加完善。