1. 概述
以太網(wǎng)技術以其良好的經(jīng)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(wǎng)技術和標準的快速發(fā)展，以太網(wǎng)逐步向城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)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(wǎng)和廣域網(wǎng)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(wǎng)絡來協(xié)同工作以提供端到端的客戶業(yè)務。隨著以太網(wǎng)技術在運營網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)元級的管理系統(tǒng)。為了實現(xiàn)與傳統(tǒng)電信級傳送網(wǎng)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(wǎng)逐步為未來傳送網(wǎng)的新選擇。其中以太網(wǎng)OAM就是研究的重點之一。
根據(jù)城域以太網(wǎng)論壇（Metro Ethernet Forum，）將電信級以太網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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�，F(xiàn)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(wǎng)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(wǎng)的OAM網(wǎng)絡模型、管理功能、協(xié)議機制等。
2. 電信級以太網(wǎng)OAM的需求
以太網(wǎng)原來主要用于LAN環(huán)境，OAM能力較弱，且目前只有網(wǎng)元級的管理系統(tǒng)，其管理工具不足以支持公用電信網(wǎng)所必須的網(wǎng)絡管理。另外，光以太網(wǎng)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(wǎng)中發(fā)生的故障更難以診斷和修復。以太網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)OAM的功能。為了在以太網(wǎng)層能確定以太網(wǎng)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(wǎng)層網(wǎng)絡內(nèi)部的故障，并且可以衡量網(wǎng)絡的利用率以及度量網(wǎng)絡的性能，從而能根據(jù)與用戶簽訂的服務等級規(guī)約（SLA）提供業(yè)務，以太網(wǎng)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(wǎng)的獨立發(fā)展是至關重要的。
電信級以太網(wǎng)OAM至少需要滿足以下需求：
·以太層網(wǎng)絡OAM功能不應該依賴任何特定的服務層或客戶層網(wǎng)絡。
·故障管理。如果出現(xiàn)故障，能檢測缺陷、診斷缺陷、定位缺陷，通知網(wǎng)管系統(tǒng)并對該故障采取適當?shù)拇胧?/P>
·自動發(fā)現(xiàn)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(wǎng)絡上。
·性能管理�？梢远攘恳粋�EVC的有效性和網(wǎng)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(xiàn)狀
為了實現(xiàn)與傳統(tǒng)電信級傳送網(wǎng)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�，F(xiàn)在標準制定工作主要關注的是故障管理和性能管理。現(xiàn)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(wǎng)，802.3ah目前已融入802.3-2005中作為其第57章出現(xiàn)，另外還有802.1AB 站點和介質訪問控制連通性和發(fā)現(xiàn)，802.1ap VLAN橋接的MIB。
·ITU-T SG 13 Y.1730 以太網(wǎng)OAM的需求和Y.1731以太網(wǎng)OAM功能和機制；ITU-T SG 15 G.8031以太網(wǎng)保護倒換，G.8032 以太網(wǎng)環(huán)形保護倒換。
·MEF制定了MEF 7 EMS-NMS 信息模型、MEF15網(wǎng)元管理需求、MEF16以太網(wǎng)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(xiàn)規(guī)約。
4. 網(wǎng)絡模型與功能概述
網(wǎng)絡級管理架構
為了兼容多種技術和多個廠家的設備，實現(xiàn)電信級以太網(wǎng)的統(tǒng)一網(wǎng)管，MEF提出了電信級以太網(wǎng)的網(wǎng)絡管理信息模型(如圖l所示)，并從網(wǎng)絡分層、子網(wǎng)劃分、子網(wǎng)拓撲、網(wǎng)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(wǎng)的管理分為兩個層次：對網(wǎng)元設備的管理和對網(wǎng)絡的管理。將電信級以太網(wǎng)絡劃分為多個子網(wǎng)，每個網(wǎng)元管理系統(tǒng)(EMS)負責管理本子網(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)元設備， 網(wǎng)絡管理系統(tǒng)(NMS)不負責管理具體的網(wǎng)元設備。而是通過EMS-NMS接口管理EMS下的子網(wǎng)。由于呈現(xiàn)給NMS的是網(wǎng)絡，因此可將各種網(wǎng)絡資源抽象后，以統(tǒng)一的方式實現(xiàn)多種網(wǎng)絡技術的管理。
圖1 網(wǎng)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(wǎng)管協(xié)議，例如CORBA、SNMP、JAVA或 XML等。對于網(wǎng)元管理需求的第一階段內(nèi)容由MEF15給出。
多域的網(wǎng)絡模型
電信級以太網(wǎng)需要為不同的組織機構提供不同的管理維護范圍和內(nèi)容。通常有三種組織會涉及電信級以太網(wǎng)業(yè)務：用戶（如專網(wǎng)用戶）、業(yè)務提供商和網(wǎng)絡運營商。用戶向業(yè)務提供商購買以太網(wǎng)業(yè)務，業(yè)務提供商可使用他們自己的網(wǎng)絡或通過其它運營商網(wǎng)絡來提供端到端的以太網(wǎng)業(yè)務。IEEE、ITU-T和MEF統(tǒng)一了一個多域的OAM網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)流量是區(qū)別開來的，但是卻和以太網(wǎng)流量共用相同的轉發(fā)流程，由此可以監(jiān)控以太網(wǎng)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(jīng)的以太網(wǎng)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(nèi)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(wǎng)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�，F(xiàn)已定義的OAM故障管理消息包括：
·連續(xù)性檢查消息
以太網(wǎng)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(xiàn)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(wǎng)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(wǎng)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(chǎn)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(shù)據(jù)流量中斷。其中引起中斷的缺陷情況需要報告，而引起數(shù)據(jù)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)設備制造商專用的OAM功能可以由設備制造商在其設備內(nèi)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(nèi)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡中使用。EFM定義的OAM功能包括設備發(fā)現(xiàn)、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(shù)用于差錯性能測量，現(xiàn)在只有ITU-T的Y.1731定義了性能管理的相關內(nèi)容。MEF考慮下一步對于ITU-T和IEEE 802.1g未涉及的內(nèi)容進行補充。Y.1731只定義點到點ETH連接的性能參數(shù)，對于多點ETH連接的性能參數(shù)需要進一步研究。它基于MEF制定的以太網(wǎng)業(yè)務屬性定義了下述性能參數(shù)：
·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(nèi)，丟失的幀數(shù)和總的幀數(shù)的比率。其中丟失的幀數(shù)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(shù)：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(nèi)。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(wǎng)本地管理接口（E-LMI）。E-LMI定位于用戶網(wǎng)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(wǎng)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(xiàn)（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(wǎng)OAM的應用
以太網(wǎng)OAM幀將封裝成以太網(wǎng)幀，通過新定義的以太網(wǎng)類型（EtherType）字段來標識。OAM協(xié)議數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(nèi)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(jù)OAM功能而定，OAM的源地址則必須為單播地址。
現(xiàn)在各標準組織所制定的以太網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)OAM功能的層次架
各OAM協(xié)議之間雖然有些內(nèi)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(wǎng)業(yè)務管理。這樣在發(fā)生故障時才能快速地發(fā)現(xiàn)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(wǎng)虛連接，則含有N×(N-1)/2個UNI對，在如此的數(shù)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(xiàn)等還需要進一步研究。
6. 結束語
以太網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)而言，電信級以太網(wǎng)最大的改進體現(xiàn)在電信級以太網(wǎng)OAM上。而且電信級以太網(wǎng)OAM也是在多種電信級以太網(wǎng)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(wǎng)OAM必將更加完善。
