Структура кадра GFP

В настоящее время технология GFP использует два типа адаптации клиентского сигнала: кадровый (GFP-F) и прозрачный (GFP-T). Первый метод осуществляет инкапсуляцию одного кадра клиентского сигнала (протокольного блока данных) PDU (Protocol Data Unit) в кадр GFP. Длина кадра GFP в этом случае переменна, а избыточность заголовка минимальна. Кадровый метод адаптируется к скорости передачи клиентского сигнала, которая может быть переменной. Все это позволяет наиболее эффективно использовать ресурсы сети, но, поскольку при этом методе кадры клиента записываются в буфер (а размеры клиентских кадров могут быть большими), может происходить значительная задержка передаваемой информации.

Метод прозрачной адаптации GFP-T ориентирован на сигналы (GbEthernet, протоколы распределенной сети хранения данных SAN – Storage Area Network), в которых используется кодирование 8В10В. Длина кадра GFP-Т постоянна, а задержки минимальны, поскольку в этом методе буферизация кадров не осуществляется. Очевидно, что метод GFP-T наиболее подходит для организации интерактивных связей.

Вне зависимости от метода адаптации клиентских сигналов кадры GFP имеют одну и ту же структуру. Различают кадры клиента GFP, которые подразделяются на кадры данных клиента и управляющие кадры, которые имеют одинаковую структуру, и кадры управления GFP.

Кадр клиента GFP содержит основной заголовок CH (Core Header) и область полезной (клиентской) нагрузки PA (Payload Area). Считывание информации из кадра производится слева направо и сверху вниз. Первые биты являются значащими старшими MSB (Most Significant Bit), а последние – значащими младшими LSB (Least Significant Bit).

Основной заголовок GFP состоит из двухбайтного поля индикатора длины полезной нагрузки PLI (Payload Length Indicator) и двухбайтного поля обнаружения ошибок основного заголовка cHEC (Header Error Check).

Поле PLI содержит двоичное число, представляющее количество байтов в области полезной нагрузки GFP. Абсолютное минимальное число в поле PLI соответствует 4-м байтам полезной нагрузки. Значения PLI, равные 0 − 3, зарезервированы для использования в кадре управления GFP.

Двухбайтное поле обнаружения ошибок основного заголовка содержит проверочное слово кода CRC-16 (Cyclic Redundancy Check-16), с помощью которого в поле индикатора длины обнаруживаются возникшие в нем ошибки, причем однобитовые ошибки исправляются. Кодовое слово сНЕС вычисляется следующим образом.

Два байта поля PLI представляют в виде полинома M(x) 15-й степени, который умножают на х16 и делят по модулю 2 на образующий полином кода G(x) = x16 + x12 + x5 + 1. При этом получается остаток в виде полинома R(x) 15-й или меньшей степени. Соответствующая остатку 16-битовая последовательность представляет собой проверочное слово CRC-16, где бит, передаваемый первым, является коэффициентом при x15, а последний передаваемый бит представляет собой коэффициент при x0 = 1.

На приеме повторяются такие же операции, после чего производится сравнение полученного и принятого остатков. На основании сравнения остатков одиночная ошибка в основном заголовке исправляется, а если ошибок оказывается более одной, кадр GFP с таким заголовком сбрасывается.

Основной заголовок (оба поля) для уменьшения вероятности появления больших пакетов «нулей» и «единиц» суммируется по модулю 2 с шестнадцатеричным числом B6AB31E0[1]. В результате чего обеспечивается достаточное число переходов 0-1 и 1-0, необходимое для устойчивого выделения тактового синхросигнала на приеме.

Область полезной нагрузки РА может включать в себя от 4 до 65535 байтов. Область полезной нагрузки содержит заголовок полезной нагрузки PH (Payload Header) и поле информации полезной нагрузки PI (Payload Information). Кроме того, оно может содержать необязательное (факультативное) поле FCS (Frame Check Sequence) полезной нагрузки, pFCS.

Заголовок полезной нагрузки РН содержит два обязательных поля: «Тип» и tHEC, а также одно или два дополнительных поля. Группа дополнительных полей считается заголовком расширения Ext. Наличие заголовка расширения, его формат и наличие факультативного FCS полезной нагрузки определяется полем «Тип». Поле tHEC защищает поле «Тип» от ошибок.

Поле «Тип» является обязательным двухбайтовым полем заголовка полезной нагрузки, которое указывает на содержимое и формат информации полезной нагрузки PI. В этом поле содержится информация о типах кадров GFP и различных службах в мультисервисной среде. Поле «Тип» состоит из идентификатора типа полезной нагрузки PTI (Payload Type Identifier), индикатора FCS полезной нагрузки PFI (Payload FCS Indicator), идентификатора заголовка расширения EXI (Extension Header Identifier) и идентификатора полезной нагрузки клиента UPI (User Payload Identifier).

Идентификатор типа полезной нагрузки PTI имеет размер три бита и определяет вид кадра клиента. В настоящее время определены два вида кадров клиента: кадры данных (PTI = 000) и кадры управления клиента (PTI = 100). Остальные значения PTI зарезервированы.

Однобитовый индикатор PFI указывает наличие (PFI =1) или отсутствие (PFI = 0) проверочного поля FCS полезной нагрузки.

Идентификатор заголовка расширения EXI содержит четыре бита и указывает на тип заголовка расширения GFP. В настоящее время определены три вида заголовков расширения: заголовок нулевого расширения (Null Extension Header, EXI = 0000), заголовок линейного расширения (Linear Extension Header, EXI = 0001) и заголовок кольцевого расширения (Ring Extension Header, EXI = 0010). Другие значения EXI зарезервированы.

Как уже говорилось, кадры данных и кадры управления клиента имеют одинаковую структуру и отличаются типом полезной нагрузки. Тип полезной нагрузки определяется 8-битовым полем UPI (User Payload Identifier). Значения UPI для кадров данных клиента приведены в табл. 1, а для кадров управления клиента – в табл. 2.

Таблица 1

Кадр данных клиента (PTI = 000)
Биты UPI	Область полезной нагрузки
0000 0000 1111 1111	Зарезервированы и недоступны
0000 0001	Ethernet с кадровым отображением
0000 0010	РРР с кадровым отображением
0000 0011	Прозрачный волоконно-оптический канал
0000 0100	Прозрачное волоконно-оптическое соединение (FICON)
0000 0101	Прозрачное соединение учрежденческих систем (ESCON)
0000 0110	Прозрачный Gb Ethernet
0000 0111	Зарезервирован для будущего использования
0000 1000	Протокол множественного доступа через SDH с кадровым отображением (MAPOS)
0000 1001	Прозрачное асинхронное цифровое телевидение (DVB ASI)
0000 1010	"Эластичное" пакетное кольцо с битовым отображением (IEEE 802.17)
	Волоконно-оптический канал с битовым отображением (FC-BBW)
	Асинхронный прозрачный волоконно-оптический канал
	MPLS с кадровым отображением (одноадресные)
	MPLS с кадровым отображением (многоадресные)
	Транзитная система – транзитная система (IS-IS) с кадровым отображением
0001 0000	Ipv4 с кадровым отображением
0001 0001	Ipv6 с кадровым отображением
0001 0010	DVB-ASI с кадровым отображением
С 0001 0011 по 1110 1111	Зарезервированы для будущей стандартизации
С 1111 0000 по 1111 1110	Зарезервированы для частного использования

 

Таблица 2

Кадр управления клиента (PTI = 100)
Биты UPI	Область полезной нагрузки
0000 0000 1111 1111	Зарезервированы
0000 0001	Повреждение сигнала клиента (Пропадание сигнала клиента)
0000 0010	Повреждение сигнала клиента (Пропадание тактовой синхронизации)
С 0000 0011 по 1101 1111	Зарезервированы для будущей стандартизации
С 1110 0000 по 1111 1110	Зарезервированы для частного использования

 

Двухбайтное поле обнаружения ошибок tHEC в поле «Тип» заголовка полезной нагрузки содержит проверочное слово кода CRC-16, предназначенное для исправления однобитовых и обнаружения многобитовых ошибок. Содержимое поля tHEC генерируется по тем же правилам, что и поле обнаружения ошибок cHEC основного заголовка.

В приемнике GFP производится исправление одиночной ошибки заголовка и сброс кадра, если ошибок в заголовке больше одной.

Заголовок расширения полезной нагрузки занимает поле от 0 до 60 байтов (включая поле eHEC для обнаружения ошибок в самом заголовке расширения), и содержит информацию, специфическую для звена данных передачи дискретной информации. Например, заголовок может содержать идентификаторы виртуального канала, адреса источника/пункта назначения, номера портов, значение категории обслуживания и другие сведения. Как уже указывалось, тип заголовка расширения определяется содержимым битов EXI в поле «Тип» основного заголовка полезной нагрузки, причем пока определены только три типа заголовка расширения: «нулевой», «пункт-пункт» и «кольцо».

«Нулевой» заголовок используется при соединении вида «точка-точка». Он предназначен для случаев, когда транспортный тракт выделен для одного сигнала клиента. Этот заголовок состоит из двухбайтного поля «Тип» и двухбайтного проверочного поля tHEC, то есть не содержит поля расширения.

Заголовок полезной нагрузки с заголовком расширения «логический пункт-пункт» используют, когда требуется объединение нескольких независимых каналов в один тракт. Заголовок расширения для такого кадра (который называют линейным) состоит из двух полей: поля идентификатора канала CID, резервного поля и поля обнаружения ошибок заголовка eHEC. Поле CID содержит двоичное число (от 0 до 255), указывающее на номер данного канала.

Структура заголовка расширения типа «кольцо» в настоящее время находится в стадии изучения.

Двухбайтное поле eHEC обнаружения ошибок заголовка расширения содержит проверочное слово кода CRC-16, контролирующего поля заголовка расширения. Как и в основном заголовке здесь возможно исправление однобитовых ошибок и обнаружение многобитовых. Проверочное слово eHEC генерируется аналогично проверочному слову поля cHEC.

Исправление одиночных ошибок является необязательным для заголовка расширения. Поэтому приемник производит сброс любых кадров GFP, в которых были обнаружены ошибки, если исправление одиночных ошибок не используется.

Поле информации полезной нагрузки PI содержит пакет клиентской нагрузки для GFP с кадровым отображением или, в случае прозрачной GFP, группу знаков сигнала клиента. Сигнал клиента всегда передается в поле информации полезной нагрузки в виде потока выровненных по байтам пакетов. Поле имеет переменную длину и может включать от 0 до 65535-X байтов, где X – размер заголовка полезной нагрузки. Последние четыре байта поля информации могут содержать факультативное поле FCS полезной нагрузки; оно содержит проверочное слово кода CRC-32, контролирующего появление ошибок в кадре. Значение «1» бита PFI внутри поля «Тип» (см. рис.3) указывает на наличие этого поля, а значение «0» – на то, что поле FCS отсутствует (процедура контроля кодом CRC-32 не задействована). Порождающий полином кода CRC-32 имеет вид G(x) = x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x7 + x5 + x4 + x2 + x1 + 1.

Вся область полезной нагрузки скремблируются самосинхронизирующимся скремблером с образующим полиномом 1 + x43.

Как уже отмечалось, кадры управления клиента отличаются от кадров данных клиента лишь содержанием области полезной нагрузки, которая используется для решения многообразных задач технического обслуживания. Заметим только, что в кадрах управления клиента по возможности не следует использовать расширения заголовка и проверочного поля FCS, так как это уменьшает пропускную способность тракта.

Кадры управления GFP принципиально отличаются от кадров управления клиента. Они используются в управлении соединением GFP. В настоящее время определены только кадры управления, которые являются «пустыми» кадрами GFP.

«Пустой» кадр GFP − специальный четырехбайтный кадр управления GFP, содержащий только основной заголовок GFP с полями PLI и cHEC, заполненными нулями, и не содержащий области полезной нагрузки. «Пустой» кадр предназначен для использования в качестве заполняющего кадра для выравнивания скорости потока байтов GFP с любой средой передачи, в которой транспортный канал имеет более высокую пропускную способность, чем требуется для сигнала клиента. «Пустой» кадр перед передачей скремблируется так же, как и основной заголовок кадра клиента GFP, то есть суммируется по модулю 2 с шестнадцатеричным числом B6AB31E0.

Режим GFP-T используется для передачи клиентских сигналов, сформированных посредством технологий, обеспечивающих минимальные задержки, таких, как прозрачный волоконно-оптический канал, Gigabit Ethernet и другие. В этом режиме передача символов сигнала осуществляется по мере их поступления, а не после загрузки законченного блока клиентской информации.

Поступающие клиентские сигналы в указанных технологиях представляют собой сигналы в коде 8В10В. Этот код является алфавитным кодом, в котором каждая группа из восьми последовательных символов заменяется десятисимвольной группой. Поскольку число различных восьмисимвольных комбинаций равно 28=256, а десятисимвольных комбинаций – 210=1024, из последних формируется два алфавита, каждый из 256 комбинаций (кодовых слов), обозначаемых RD+ и RD-. Комбинации, входящие в эти алфавиты, имеют, по крайней мере, по два перехода между «0» и «1», что обеспечивает уверенное определение тактовой частоты принятого сигнала. Для очередной заменяющей группы выбирается группа из того алфавита, которая обеспечит динамический баланс цифровой последовательности, то есть минимальную разность между количеством переданных единичных и нулевых символов. Динамический баланс может быть положительным или отрицательным (передано соответственно на один символ больше «1» или «0») или нейтральным. Очередная комбинация должна или инвертировать динамический баланс, или оставлять его нейтральным. Ошибки по битам при передаче приводят к неправильному значению текущего состояния динамического баланса в принятом кодовом слове 8В10В. В этих случаях фиксируется ошибка динамического баланса. Вне зависимости от этого принятый знак передачи используется для вычисления нового значения динамического баланса, которое считается действующим. Воздействие нескольких ошибок на кодовое слово может сохранять состояние динамического баланса. Это может привести к тому, что в некотором последующем кодовом слове без ошибок будет зафиксировано нарушение динамического баланса. В некоторых протоколах созданы специальные правила, на основании которых каждый пакет данных начинается или заканчивается определенным значением динамического баланса. В этом случае ошибки будут зафиксированы изменением разрешенного значения динамического баланса в начале или конце кадра.

Из 256 возможных восьмисимвольных комбинаций шестнадцать являются запрещенными, двенадцать из которых используются для переноса сигналов управления в потоке клиента, две – для сигналов управления в потоке GFP, а две являются резервными. Приходящий поток в коде 8В10В декодируется, а затем вновь кодируется кодом 64В65В, в котором 64-м битам потока клиента соответствует 65 битов в потоке GFP. Эти операции соответствуют адаптации клиентского потока. На приемном конце поток 64В65В расформировывается, происходит восстановление исходного потока в коде 8В10В, который и направляется клиенту. Поскольку запрещенных комбинаций в коде 8В10В всего шестнадцать, для отображения каждой из них в коде 64В65В достаточно четырех битов. В табл. 3 приведены имена запрещенных комбинаций в коде 8В10В, их значения в двоичной и десятичной форме, соответствующие им комбинации алфавитов RD+ и RD- и четырехбитовое отображение в коде 64В65В.

Ошибки в поступающих сигналах в коде 8В10В, могут приводить к тому, что кодовое слово не удается распознать (например, если нарушен динамический баланс или кодовое слово является запрещенным). В этом случае передается специальный знак управления 10B_RRR. На приеме рекомендуется производить типовое преобразование этого знака в недействительное значение кодового слова 00 1111 0001 (RD-) или 11 0000 1110 (RD+). Хотя при этом фактическое значение нераспознанного кодового слова не сохраняется, обеспечивается регистрация повреждения и его позиция, а также минимизируется вероятность смещения границ между соседними кодовыми словами.

Так как пропускная способность канала должна быть выше скорости поступающей информации, то входной буфер будет регулярно недогружаться. Если в данный момент передается кадр GFP-T, а готовые к передаче знаки клиента отсутствуют, то передается знак заполнения 65B_PAD. Этот знак отображается так же, как и знак управления (см. далее), а на приемном конце удаляется из принимаемого потока.

Таблица 3

Имя	Значение байта	Комбинация 10В	4-битовое отображение в коде 64В65В
десятичное	шестнадцатиричное	RD-	RD+
/K28.0/		1С	001111 0100	110000 1011
/K28.1/		3С	001111 1001	110000 1010
/K28.2/		5С	001111 0101	110000 1100
/K28.3/		7С	001111 0011	110000 1101
/K28.4/		9С	001111 0010	110000 0101
/K28.5/		BC	001111 1010	110000 1001
/K28.6/		DC	001111 0110	110000 0111
/K28.7/		FC	001111 1000	110000 0111
/K23.7/		F7	111010 1000	000101 0111
/K27.7/		FB	110110 1000	001001 0111
/K29.7/		FD	101110 1000	010001 0111
/K30.7/		FE	011110 1000	100001 0111
10B_ERR			Нераспознанный RD-	Нераспознанный RD+
65B_PAD			Нет	Нет
Резерв			Нет	Нет
Резерв			Нет	Нет

 

65-и символьные блоки кода 64В65В, каждый из которых состоит из восьми байтов сигналов клиента (включая сигналы управления) и одного бита начала блока (флага блока), объединяются в суперблоки, величина которых составляет 67 байтов каждого. N суперблоков вводится в поле информации полезной нагрузки PI кадра GFP-T. Число N суперблоков в кадре GFP-T зависит от скорости передачи данных клиента, пропускной способности тракта передачи кадров GFP и состава служебных полей кадра GFP, и может варьироваться от 1 до 978.

Структура суперблока такова. Первые 64 байта являются последовательными байтами декодированного потока 8В10В клиента. Они объединены в группы по 8 байтов, каждой из которых соответствует один бит в 65-м байте. Каждой i-й восьмибайтной группе соответствует Li-й бит, являющийся её флагом. Значение Li = 0 свидетельствует о том, что все восемь байтов группы содержат данные клиента, а значение Li = 1 – что в группе, по крайней мере, один байт несет четырехбитный сигнал управления (см. табл. 3). Байты 66-й и 67-й содержат кодовое слово кода CRC-16 и являются проверочными для всех предыдущих байтов суперблока.

Порождающим полиномом циклического кода CRC-16 является полином 16-й степени: G(x) = х16+х15+х12+х10+х4+х3+х2+х+1. С помощью этого кода фиксируется наличие ошибок в том или ином байте суперблока, о чём тем или иным способом (зависящим от применяемой технологии) извещается клиент на приеме.

Как уже говорилось, сигналы управления занимают четыре бита в байте кода 64В65В. Другие четыре бита распределяются следующим образом. Один бит является флагом окончания сигнала управления, то есть, если его значение «0», последующие байты в 8-и байтовом блоке являются байтами данных. Если же значение флага – «1», то следующий байт также несет сигнал управления. Три бита в байте управления занимает адрес (локатор) сигнала управления, показывающий место положения сигнала управления в декодированном потоке байтов 8В10В. В табл. 5 приведена структура блоков 64В65В с различным количеством сигналов управления.

Первая строка табл. 5 соответствует случаю, когда все восемь октетов блока 64В65В заняты данными клиента (D1…D8), флаг L для этого блока является нулем. Вторая строка соответствует случаю, когда один байт блока является сигнальным (0 ааа С1), а остальные – байтами данных (D1…D7). Здесь в первом байте – «0» есть флаг окончания сигнала управления (далее следуют только байты данных), ааа – адрес (локатор) сигнала управления, а С1 – четырехбитный сигнал управления (в соответствии с табл. 3). В последующих строках табл. 4 показаны структуры блоков с различным числом сигналов управления (от двух до восьми).

Таблица 4

Входные байты клиента	Бит L (Флаг)	8-и байтовые поля
8 – данные		D1	D2	D3	D4	D5	D6	D7	D8
7 – данные 1 – управление		0 aaa C1	D1	D2	D3	D4	D5	D6	D7
6 – данные 2 – управление		1 aaa C1	0 bbb C2	D1	D2	D3	D4	D5	D6
5 – данные 3 – управление		1 aaa C1	1 bbb C2	0 ccc C3	D1	D2	D3	D4	D5
4 – данные 4 – управление		1 aaa C1	1 bbb C2	1 ccc C3	0 ddd C4	D1	D2	D3	D4
3 – данные 5 – управление		1 aaa C1	1 bbb C2	1 ccc C3	1 ddd C4	0 eee C5	D1	D2	D3
2 – данные 6 – управление		1 aaa C1	1 bbb C2	1 ccc C3	1 ddd C4	1 eee C5	0 fff C6	D1	D2
1 – данные 7 – управление		1 aaa C1	1 bbb C2	1 ccc C3	1 ddd C4	1 eee C5	1 fff C6	0 ggg C7	D1
8 – управление		1 aaa C1	1 bbb C2	1 ccc C3	1 ddd C4	1 eee C5	1 fff C6	1 ggg C7	0 hhh C8

 

Кадры данных клиента имеют приоритет по отношению к кадрам управления клиента. Если имеется для передачи кадр управления клиента GFP и входной буфер почти пуст (например, если во время текущего кадра данных клиента был передан знак 65B_PAD), то кадр управления может быть передан после текущего кадра данных. Для снижения задержки рекомендуется между кадрами данных клиента передавать только один кадр управления. Также рекомендуется, чтобы в кадрах управления величина поля информации полезной нагрузки была ограничена значением восемь байтов или менее. Следует отметить, что малая задержка может быть также обеспечена за счет увеличения пропускной способности канала, чтобы сделать возможным вставку более одного кадра управления между кадрами данных.