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曹畅:浅谈分组传送技术-------技术分类  

2010-12-08 18:32:22|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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                                                                                                                                             独家供稿:移动Labs
2.3 分组传送的技术分类

分组传送的技术分类一般有两种方法,一种是基于以太网技术的PBB-TE(Provider Backbone Bridge - Traffic Engineering),主要由IEEE开发;另一种是基于MPLS技术的T-MPLS/MPLS-TP,由ITU-T和IETF联合开发。MPLS技术基于成熟的化简了的标签交换协议和伪线仿真(MPLS/PW)的多业务支撑技术,具有较成熟的流量工程和保护机制,可以加以扩展成为“传送MPLS”技术。而以太网技术成本低,具有多播的支持能力与良好的IP承载能力,可以在现有基础上进行改进,通过添加标签或帧头,增加OAM功能来满足可扩展、可管理、高服务质量和可靠性的分组传送需求,从而衍生出“电信级以太网”技术。


2.3.1传送MPLS技术

T-MPLS最早由ITU-T提出,旨在用MPLS技术实现分组传送。T-MPLS与MPLS采用了相同的转发机制,但T-MPLS简化了原来MPLS技术中与传送无关的三层技术,增强了OAM(Operation, Administration and Maintenance)和保护机制。T-MPLS实现数据平面与控制平面分离,支持静态配置,在没有控制平面的情况下要能够正常运行;控制平面采用GMPLS(Generalized MPLS),为可选。虽然IETF也定义了MPLS Ping、BFD(Bidirectional Forwarding Detection)和FRR(Fast Reroute)等机制,但这些OAM和保护机制,或者与IP绑定,或者功能有限,不足以支持传送网络的需求。2007年,IETF成立MEAD(MPLS Interoperability Design Team)工作组,专门研究T-MPLS与现有MPLS技术的不同之处;ITU-T成立T-MPLS特别工作组(T-MPLS Adhoc Group),专门负责T-MPLS标准的制定。这两个隶属不同标准组织的工作组合在一起,形成联合工作组JWT(Joint Working Team),一起开发T-MPLS/MPLS-TP标准。随后,T-MPLS也更名为MPLS-TP。

在传送网络中, 将客户信号映射进MPLS 帧并利用MPLS 机制( 例如标签交换、标签堆栈) 进行转发, 同时它增加了传送层的基本功能, 例如连接和性能监测、生存性( 保护恢复) 、管理和控制面(ASON/GMPLS) 。总体上说, T-MPLS 选择了MPLS体系中有利于数据业务传送的一些特征, 抛弃了IETF 为MPLS 定义的复杂的控制协议族, 简化了数据平面, 去掉了不必要的转发处理。


       不使用PHP( penultimate hop popping, 倒数第二跳弹出) 选项: PHP 的目的是简化对出口节点的处理要求, 但是它要求出口节点支持IP 路由功能; 使到出口节点的数据没有了MPLS 标签, 对端到端的OAM造成困难。
不使用LSP 聚合选项: LSP 聚合是指所有经过相同路由到同一目的节点的数据包可以使用相同的MPLS 标签。虽然这样可以提高网络的扩展性, 但是由于丢失了数据源的信息, 从而使得OAM和性能监测变得很困难。
不使用ECMP( equal cost multi-path, 相同代价多路径) 选项: ECMP 允许同一LSP 的数据流经过网络中的多条不同路径, 不仅增加了节点设备对IP/MPLS包头的处理要求, 而且由于性能监测数据流可能经过不同的路径, 从而使得OAM变得很困难。

T-MPLS 从面向连接的分组传送角度扩展出发, 通过上述一些机制使其达到电信级运营要求, 包括在电信级保护、可管理性、扩展性方面的完善, 如提供低于50 ms 的恢复时间; 分级、分段的电路级管理, 类似SDH 的OAM; 基于MPLS 的帧及转发机制, 对包括POS 等接口的支持较好。但总体看来此技术的相应产业支持还不够成熟, 预计2009 年左右芯片才能完善。在应用场景上适合以TDM业务为主向IP 化演进的运营环境。

T-MPLS的标准化工作由ITU-T完成,其基本思想是采用基于电信网络的体系架构。因此,可以认为T-MPLS是成熟的TDM传送网运营机制和可靠的分组网技术(MPLS)的有机结合。另外,T-MPLS对MPLS的主要改进,如双向LSP、端到端LSP保护和强大的OAM机制等,将实现对传送网资源的有效控制和使用,从而实现网络运营成本的降低。ITU-T于2005年5月最先开始开发T-MPLS技术标准,到2007年底已发布和制定了如下的一些标准,可以归类为如图2-6所示的几个方面:

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                                   图2-6 T-MPLS技术协议构架模型
 

T-MPLS框架G.8110.1:描述了T-MPLS层网络架构,包括T-MPLS层网络的拓扑元件、传送实体、传送处理流程、参考点、层网络划分、子网的处理,还包括网络控制、可生存性技术、对QoS的支持、网络的管理。

T-MPLS网络接口G.8112:描述了T-MPLS传送网结构、复用/映射、物理层接口。

T-MPLS设备功能G.8121:G.8121描述了设备的业务处理流程和适配,以及连续性、连同性、维护信号、缺陷、性能的监视和处理。

以及T-MPLS线性保护G.8131和环网保护G.8132、T-MPLS OAM G.8114等系列标准。

2008年2月,ITU-T同意和IETF成立联合工作组(JWT)来共同讨论T-MPLS和MPLS标准的融合问题。在2008年2~4月期间,JWT相关专家深入研讨了T-MPLS和MPLS技术在数据转发、OAM、网络保护、网络管理和控制平面五个方面的差异,并于2008年4月18日得出正式结论:推荐T-MPLS和MPLS技术进行融合,IETF将吸收T-MPLS中的OAM、保护和管理等传送技术,扩展现有MPLS技术为MPLS-TP(Transport Profile for MPLS),以增强其对ITU-T传送需求的支持。今后由IETF和ITU-T的JWT共同开发MPLS-TP标准,并保证T-MPLS标准与MPLS-TP一致。ITU-T将根据IETF制定的关于MPLS-TP的RFC来修改原有T-MPLS标准,并保持协调一致,计划在2009年10月全会通过T-MPLS所有相关标准。2008年7月,在IETF 73次会议上,第一批关于MPLS-TP的草案发布,共10篇,主要涉及需求和框架。2008年11月,IETF74次会议后,有4篇MPLS-TP草案成为工作组草案。2008年12月,ITU-T SG15全会审阅了这4篇MPLS-TP 工作组草案。2009年2月,第一篇MPLS-TP RFC(R FC5317)发布。预计到2009年第二季度,关于MPLS-TP需求和框架的工作组草案将完成最后投票。2009年5月,ITU-T SG15与T-MPLS相关的工作组都会启动修订已有的T-MPLS标准。目前已经提出的文稿包括MPLS-TP需求,MPLS-TP OAM分析,MPLS传送网OAM需求,通用连接通道头标签的分配(GAL),MPLS传送网的体系结构,MPLS通用连接通道,MPLS-TP网络管理需求,MPLS-TP生存性架构等。之后,ITU-T将根据这些RFC来修改原有T-MPLS标准,并保持协调一致,计划在2009年10月全会通过T-MPLS所有相关标准。同时,IETF也就分组网络(如IP/MPLS)中如何提供以太网业务,进行了积极的研究,相关的工作组主要包括PWE3,L2VPN等。到目前为止,第一篇关于MPLS-TP的IETF RFC:RFC5317已经公布,它基于2008年4月推出的关于MPLS如何用于传送网络的JWT报告;形成4篇IETF工作组草案,主要涉及MPLS-TP需求和架构;提交多篇个人文稿,涉及OAM、保护、控制平面、管理平面、互通等。从目前MPLS-TP标准开发的进度上看,需求和架构文稿进展相对较快,但OAM、保护及配套的实现机制才刚起步。

PWE3工作组目前正在制订业务封装和业务模拟的标准。PWE3协议侧重于特定业务的端到端模拟和维护,而不是规范隧道的创建和放置。PWE3封装使用的隧道技术包括IP、L2TP或MPLS,并对这些PSN使用相同的技术规范。PWE3对于运营商的重要意义在于能够在统一的IP/MPLS网上承载PPP/HDLC、FR、ATM和以太网等各种业务;突破了传统以太网4096个VLAN数量的限制;可以实现与其它封装方法的共存,实现不同业务的互连互通。

L2VPN工作组负责制订运营商的L2VPN实施方案。该工作组已经制定完成的RFC标准包括:L2VPN的框架结构(RFC4664)及业务需求(RFC4665),基于LDP的VPLS(RFC4762)和基于BGP的VPLS(RFC4761)。目前该工作组的工作重点是制定与VPLS组播相关的标准以及L2VPNOAM方面的技术标准。


2.3.2PBT技术

以太网由于其简单易用和低成本,已经成为宽带接入的重要手段,并且逐渐从最初的局域网LAN向城域网和广域网扩展,随之而来,以太网页根据需求的变化需要引入电信级的特征,来满足大规模和高可靠性组网的要求,所以电信级以太网的概念在2005年由城域以太网论坛(MEF,Metro Ethernet Forum)最早提出,旨在把以太网变成能让电信运营商使用的技术,提供与传统电信网在业务的QoS保证、安全、可运营可管理方面具有相同保证能力的以太网。电信级保障的以太网,是通过提升交换容量、增加设备级保护、环网络保护、L2汇聚、标签隔离、QoS分级、轻载、PWE3等新功能发展之后,新一代的RPR,PBT等城域以太网技术,这些技术可以实现端到端的电信级业务性能,故障监控和管理,形成新一代的城域以太网传送模式。面向连接的具有电信网络特征的以太网技术PBT 最初在2005 年10 月提出,PBB-TE原名为PBT(Provider Backbone Transport),是一种面向连接的以太网架构,最初由BT、Nortel提出,希望将它用于作为BT 21CN网络解决方案的主要技术。在IEEE标准组织2006年11月Dallas会议上,Nortel提出PBT立项申请并得到支持。考虑到PBT的商标问题,标准项目名称改为PBB-TE。该技术主要具有以下技术特征。

基于MAC-in-MAC 但并不等同于MAC-in-MAC, MAC-in-MAC 封装由IEEE802.1ah 进行定义和规范, 采用运营商MAC 封装用户MAC, 从体系架构上将传统以太网改造为层次化的结构。其核心是: 通过网络管理和网络控制进行配置, 使得电信级以太网中的以太网业务具有事实上的连接性, 以便实现保护倒换、OAM、QoS、流量工程等电信传送网络的功能。

使用运营商MAC 加上VLAN ID 进行业务的转发,从而使得电信级以太网受到运营商的控制, 与用户网络隔离开来。

基于VLAN 关掉MAC 自学习功能, 避免广播包的泛滥, 重用转发表而丢弃一切在PBT 转发表中查不到的数据包。

由于采用了两层MAC 技术, 业务通过DA( 目的地址) + VLAN ID 的方式进行识别, VLAN ID 不再是全局有效, 不同的DA 可重用相同的VLAN ID, VLANID 的相同不会造成以太网交换机在数据帧转发中的冲突。PBT 技术可以与传统以太网桥的硬件兼容,DA+VLAN ID 经过网络中间节点时不需要变化, 数据包不需要修改, 转发效率高, 可支持面向连接的网络中具有的带宽管理功能和连接允许控制(connectionadmission control , CAC) 功能以提供对网络资源的管理, 通过网管配置或网络控制器(network controller ,NC) 建立连接, 可以很方便地实现灵活的路由和流量工程。但此技术标准还不成熟, 由于增加了MAC 地址开销, 势必增加硬件成本。

PBT 希望基于现有城域以太网体系架构达到电信级运营要求, 在电信级保护、可管理性、扩展性方面均有发展, 也能提供低于50 ms 的恢复时间、以太网连接由网管系统进行配置等功能; 同时运营商MAC 对用户不可见,骨干网不需处理用户MAC, 业务更安全; 此外I-SID( I-TAG) 突破VLAN ID 的限制, 可支持224 个业务实例( ID 长度为24 bit) 。但由于多了一层MAC 封装, 硬件代价必然升高, 且对POS 支持的效率低, 在初期应该是一个值得考虑的问题。在标准方面不成熟, 产业支持少也是一个影响其应用的关键因素。从行业情况来看, 个别厂家的路由器/交换机已支持PBT, 在国外网络中已有应用。这种技术适合于已有大规模城域以太网, 以以太网为业务主体的运营环境。

PBB-TE/PBT技术的标准化工作由IEEE实现,采用隧道方式转发和规划流量,为电信级以太网的流量控制、接入控制和业务控制、快速倒换以及端到端的QoS保障提供了可能。

IEEE的802.1Qay任务组负责开发PBB-TE技术,在IEEE802.1ah规范的PBB(运营商骨干桥接,即MACinMAC技术)基础上发展而来,增加了业务的流量工程和1:1的50ms快速保护等面向连接的传送特性。2007年3月IEEE802.1正式成立了IEEE 802.1Qay PBB-TE任务组,2008年1月D1.1版本通过了工作组投票(Task Force ballot),2008年7月正式推出了D3.5版本。IEEE 802.1ah(PBB)的D4.2版本已于2008年6月正式通过了IEEE批准,IEEE 802.1Qay任务组的目标是在2009年第2季度进行IEEE 802赞助者投票,预计在2009年第4季度成为IEEE标准。PBB-TE标准802.1Qay在2007年5月立项申请正式批准通过。自立项以来,标准进展很快,目前802.1Qay D5.1已经进入最后投票阶段,主要涉及的技术点已经基本稳定,预计2009年内可以发布。PBT技术的标准化进程如图2-7所示:

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                                图2-7 PBT技术协议构架模型

MEF是专注于解决城域以太网技术问题的行业论坛,目的是要将以太网技术作为交换技术和传输技术广泛应用于城域网建设。MEF主要从业务需求的角度出发,提出了运营级以太网的概念。MEF目前下设四个技术委员会,分别从体系结构、以太网服务、协议与传输、管理以及测试等方面对城域以太网业务进行规范。目前,MEF已经制定完成了17个规范,其中涵盖以上的四个技术领域,其中的业务定义、OAM机制等规范内容已经为ITU-T、IEEE等标准组织采纳,另外,MEF制定的与测试认证相关的标准也有助于为运营商选择不同厂商的设备提供测试评估依据。虽然MEF并不是一个标准化组织,但在推进以太网标准制定及认证方面所作出的重要贡献也是不容忽视的。


2.3.3两种技术的标准化对比

总体来看,T-MPLS着眼于解决IP/MPLS的复杂性,在电信级承载方面具备较大的优势;PBT着眼于解决以太网的缺点,在设备数据业务承载上成本相对较低。标准方面,T-MPLS走在前列;PBT即将开展标准化工作还在进行中。芯片支持程度上,目前支持Martini格式MPLS的芯片可以用来支持T-MPLS,成熟度和可商用度更高。

从标准方面来看,MPLS-TP正在如火如荼地进行,受到众多运营商与设备商的关注,到2009年二季度,相应的需求架构标准将会发布;相对而言,PBB-TE的标准进展要平静得多,受到的关注较少,相关标准预计2009年内可以发布。下图给出了至今为止这两种技术在标准化情况方面的对比。

                                                      表2-1 T-MPLS与PBT两种技术方案协议对比

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      N 可以看作二层数据技术集合的简化版与OAM增强版的结合体。在实现的技术上, 两大主流技术PBT 和T-MPLS 都将是SDH 的替代品而非IP/MPLS 的竞争者, 其网络原理相似, 都是基于端到端、双向点对点的连接, 并提供中心管理, 在50 ms 内实现保护倒换的能力; 两者都可以用来实现SONET/SDH 向分组交换的转变, 在保护已有的传输资源方面, 都可以类似SDH 网络功能, 在已有网络上实现向分组交换网络转变, 而不改变原有的工作习惯和组织方法。但目前均不支持多点传输, 不过多点传输的代表业务IPTV 还未规模商用, 其应用的影响还未凸现。两种技术还为路由器的部署提供了选择机会, 实际上, 只有当PBT 或T-MPLS 路径要在路由器间建立安全传输时, 路由器的部署才是必要的。

      该注意到的是,现有的分组传送网的演进与建设方案必须要与运营商已有的SDH/SONET技术相兼容,从SDH/SONET技术完善的、面向传送的操作、管理和维护功能(OAM&P)中吸取经验。所以,就不同的PTN技术而言,在现实中的应用以及其对成本和收入的影响将会是判断它们是否成功的最终条件, 现在判断谁会胜出还为时尚早。 

曹畅发表在移动Labs的原文链接:http://labs.chinamobile.com/mblog/97298_73159

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