MPLS-TP的業(yè)務(wù)適配與標簽轉發(fā)機制

摘要:傳送網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)從以時(shí)分復用(TDM)為主向以IP為主轉變，需要一種能夠有效傳送分組業(yè)務(wù)的新技術(shù)。傳送多協(xié)議標記交換(MPLS-TP)作為一種面向連接的分組傳送技術(shù)，具有高效的多業(yè)務(wù)適配能力和靈活的標簽轉發(fā)機制。從MPLS-TP技術(shù)特性入手，文章基于MPLS-TP標準化的最新進(jìn)展，重點(diǎn)討論了與MPLS-TP有關(guān)的數據轉發(fā)平面，以及業(yè)務(wù)適配和標簽轉發(fā)機制等關(guān)鍵技術(shù)，包括信號適配、分組交換與轉發(fā)和雙標簽信令傳送實(shí)現等內容，說(shuō)明了基于雙標簽傳送模式的虛擬專(zhuān)用網(wǎng)的業(yè)務(wù)實(shí)現方法，并總結了MPLS-TP的應用情況。

關(guān)鍵字:業(yè)務(wù)適配；傳輸-交換通道標簽；公共互通指示標簽；標簽轉發(fā)

英文摘要:Telecommunications services have been trending away from Time-division Multiplexing (TDM)-based transport networks towards IP-based ones. In the future, a new technology that can effectively carry packet services will be urgently needed. MPLS Transport Profile (MPLS-TP) is a connection-oriented packet transport technology with efficient service adaptation capabilities and a flexible label forwarding mechanism. This paper analyzes the technical characteristics of MPLS-TP, and introduces the latest standardization process. It discusses some key issues for MPLS-TP (including data forwarding plane, service adaptation, and label forwarding mechanism) and explains the implementation of dual-label transfer mode in Virtual Private Network (VPN). Finally, this paper summarizes the application of MPLS-TP.

英文關(guān)鍵字:service adaptation; T-LSP; CII; label forwarding

基金項目：國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(“863”計劃)課題(2008AA01A328)

目前業(yè)務(wù)網(wǎng)正處在發(fā)展轉型時(shí)期。傳統電信業(yè)務(wù)的相對萎縮以及IP化趨勢的推動(dòng)，使得傳送網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)從以時(shí)分復用(TDM)為主向以IP為主轉變。未來(lái)的市場(chǎng)需要一種能夠有效傳遞分組業(yè)務(wù)，并提供電信級操作、維護、管理(OAM)和保護的分組傳送技術(shù)。要求傳送設備從“多業(yè)務(wù)的接口適應性”向“多業(yè)務(wù)的內核適應性”轉變，即業(yè)務(wù)的IP化對傳送網(wǎng)本身提出了分組化的要求。但同時(shí)，又必須保證傳統業(yè)務(wù)(如語(yǔ)音)的正常運行，即要求分組技術(shù)和傳輸技術(shù)相互融合。在這種業(yè)務(wù)轉型和技術(shù)融合的背景之下，分組傳送網(wǎng)(PTN)應運而生[1]。

就目前的網(wǎng)絡(luò )和技術(shù)條件，PTN實(shí)現方案可以分為以太網(wǎng)增強技術(shù)和傳輸技術(shù)結合多協(xié)議標簽交換(MPLS)兩大類(lèi)，前者以運營(yíng)商骨干橋接-流量工程(PBB-TE，或稱(chēng)PBT)為代表，后者以傳送多協(xié)議標記交換(MPLS-TP，或稱(chēng)T-MPLS)為代表。從目前發(fā)展來(lái)看，相比其他技術(shù)，這兩項技術(shù)更好地滿(mǎn)足了PTN目標網(wǎng)絡(luò )的要求，成為演進(jìn)的主流技術(shù)方案。這兩種技術(shù)都是屬于面向連接的技術(shù)，都提供類(lèi)似同步數字序列(SDH)的性能和可靠性，也都提供標準的面向連接的隧道，區別主要體現在數據轉發(fā)、保護、OAM的實(shí)現方式不同。T-MPLS技術(shù)在標準化進(jìn)程中搶占了先機。整體來(lái)說(shuō)，標準已經(jīng)基本成熟，標準化程度已經(jīng)達到了設備商用的要求，但還不夠完善，仍在進(jìn)一步規范之中。

1 MPLS-TP技術(shù)特征與標準化進(jìn)程

1.1 MPLS-TP標準化進(jìn)程

國際電信聯(lián)盟電信標準部門(mén)(ITU-T)SG15工作組從2005年開(kāi)始，把工作轉向了運用協(xié)議標記交換(MPLS)技術(shù)定義分組傳送層服務(wù)功能結構，即T-MPLS技術(shù)上來(lái)。到2007年，ITU-T發(fā)布了系統架構、接口與設備規范、OAM、保護倒換機制以及業(yè)務(wù)信號適配等幾個(gè)建議文檔，且已與因特網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)達成一致，目前正在分層功能詳細定義、適配客戶(hù)信號增加、業(yè)務(wù)互通和同步等方面進(jìn)行進(jìn)一步的標準化工作。同時(shí)，IETF也正在編寫(xiě)T-MPLS RFC，為T(mén)-MPLS業(yè)務(wù)定義新的標簽。2008年，ITU-T同意和IETF成立聯(lián)合工作組(JWT)來(lái)共同推進(jìn)T-MPLS和MPLS技術(shù)的融合。IETF將擴展現有MPLS技術(shù)為MPLS-TP，以增強其對ITU-T傳送需求的支持。今后由IETF和ITU-T的JWT共同開(kāi)發(fā)MPLS-TP標準，并保證T-MPLS標準與MPLS-TP一致[2]。

1.2 MPLS-TP技術(shù)特征

從標準進(jìn)展情況來(lái)看，MPLS-TP技術(shù)架構清晰，關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現較為完善，對多協(xié)議標簽交換、偽線(xiàn)(MPLS/PW)技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)化和改造，引入了傳送網(wǎng)分層、OAM和線(xiàn)性保護等概念，符合傳送網(wǎng)的需求[3]。作為一種面向連接的分組傳送技術(shù)，MPLS-TP由數據平面、管理平面和控制平面組成，建立了端到端面向連接的分組傳送管道。該管道可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )管理系統或智能的控制面建立，具有良好的操作維護性和保護恢復。在傳送網(wǎng)絡(luò )中，MPLS-TP將客戶(hù)信號映射進(jìn)MPLS幀并利用MPLS機制(例如標簽交換、標簽堆棧)進(jìn)行轉發(fā)，同時(shí)增加了傳送層的基本功能，例如連接和性能監測、生存性(保護恢復)、管理和控制[4-5]。

MPLS-TP采用的是雙標簽傳送模式[6]，即MPLS-TP在為客戶(hù)層提供分組式數據傳輸時(shí)，會(huì )對客戶(hù)數據分配兩類(lèi)標簽，分別是公共互通指示標簽(CII)和傳輸-交換通道標簽(T-LSP)。CII將兩端的客戶(hù)聯(lián)系在一起，用于終端設備區分客戶(hù)數據。T-LSP用于客戶(hù)數據在MPLS-TP分組數據通道中的交換和轉發(fā)。

總體上說(shuō)，MPLS-TP作為MPLS的子集，是MPLS的簡(jiǎn)化。為了支持面向連接的端到端的OAM模型，MPLS-TP排除了很多無(wú)連接的特性，并增加了ITU-T傳送風(fēng)格的保護倒換和OAM功能，這些都有利于電信級業(yè)務(wù)的提供。同時(shí)，MPLS-TP選擇了MPLS體系中有利于數據業(yè)務(wù)傳送的一些特征，拋棄了IETF為MPLS定義的復雜的控制協(xié)議族，簡(jiǎn)化了數據平面，去掉了不必要的轉發(fā)處理，在應用場(chǎng)景上更適合以TDM業(yè)務(wù)為主向IP化演進(jìn)的運營(yíng)環(huán)境。

2 MPLS-TP業(yè)務(wù)適配技術(shù)

單一傳送匯聚平臺的概念是業(yè)務(wù)組網(wǎng)技術(shù)中的一大突破。業(yè)務(wù)供應商不再需要對每個(gè)網(wǎng)絡(luò )層面進(jìn)行投資來(lái)實(shí)現混合業(yè)務(wù)傳送，而是選擇單一的多業(yè)務(wù)平臺傳遞所有的業(yè)務(wù)。在MPLS-TP技術(shù)中，由傳送平面負責將客戶(hù)數據進(jìn)行分組傳輸，對客戶(hù)信號進(jìn)行適配和轉發(fā)。對于不同的客戶(hù)層信號，MPLS-TP采取不同的適配和轉發(fā)方法。對于分組數據(如以太網(wǎng)、幀中繼)、信元數據(如ATM)和時(shí)分數據(如PDH、SDH)，由于其長(cháng)度、格式、復用方式等方面的差別，在對其進(jìn)行適配傳輸過(guò)程中牽涉到的匯聚、分段、封裝、排序、定時(shí)、復用/解復用處理也將不同[7]。

2.1信號適配

客戶(hù)信號可以直接映射到T-LSP，也可以通過(guò)基于CII進(jìn)行間接映射。根據雙標簽的體系結構，所有類(lèi)型業(yè)務(wù)信號(IP信號可選擇直接或間接映射)都可以通過(guò)相同的雙標簽結構進(jìn)行信號的封裝。封裝層為在虛電路上傳送的指定負荷信號提供必要的結構。封裝層包含3個(gè)子層：負荷匯聚、定時(shí)、排序。負荷匯聚子層和指定的負荷類(lèi)型密切相關(guān)?？梢詫⒁唤M負荷類(lèi)型歸入一個(gè)通用類(lèi)，然后對整個(gè)組提供單一的匯聚子層類(lèi)型。定時(shí)層和排序層對負荷匯聚層提供通用的服務(wù)。

(1)負荷匯聚層的主要任務(wù)是將負荷封裝成虛電路協(xié)議數據單元(PDU)類(lèi)型。負荷匯聚層承載在客戶(hù)設備邊界處需要重現本地數據單元所必須的附加信息。而比特流在送往MPLS-TP時(shí)，有一部分在本地業(yè)務(wù)處理模塊被剝離。舉例來(lái)說(shuō)，在結構化的SDH中，段開(kāi)銷(xiāo)和線(xiàn)路開(kāi)銷(xiāo)可能會(huì )被剝離。

(2)排序子層提供了幀定序、重復幀和丟失幀檢測3方面的功能。有些類(lèi)型的業(yè)務(wù)必須按順序傳遞，有些類(lèi)型的業(yè)務(wù)不需要順序傳遞。對于所發(fā)現的幀順序錯誤，以及檢測到的幀重復和丟失的具體處理辦法的選擇，與具體的業(yè)務(wù)類(lèi)型有關(guān)。一些客戶(hù)層信號，比如SDH、幀中繼(FR)等，可能需要MPLS-TP傳輸具有時(shí)序性，即具有定時(shí)功能，包括時(shí)鐘恢復及基于時(shí)間的分組傳遞。

(3)定時(shí)子層提供了時(shí)鐘恢復和定時(shí)傳輸兩方面的功能。時(shí)鐘恢復是從傳輸的比特流中提取時(shí)鐘信息，并通過(guò)鎖相機制恢復時(shí)鐘。定時(shí)傳輸是指要求對接收到的不連續虛電路PDU按固定相位關(guān)系向客戶(hù)設備傳輸。

對IP業(yè)務(wù)，IP業(yè)務(wù)可以直接映射到T-LSP上，也可使用雙標簽方式間接映射。在雙標簽封裝方式中，節點(diǎn)不需要具有三層轉發(fā)能力，因此，在大量節點(diǎn)不具備三層轉發(fā)能力的網(wǎng)絡(luò )中，雙標簽封裝方式具有優(yōu)勢。對于非IP業(yè)務(wù)的適配，基于虛電路進(jìn)行間接映射。由于多個(gè)虛電路復用在一個(gè)標記交換通道(LSP)中進(jìn)行傳送，提供的業(yè)務(wù)顆?？梢孕∮? Mbit/s。由于對業(yè)務(wù)加上CII和采用標簽棧，地址空間的限制被克服。

2.2 業(yè)務(wù)封裝

業(yè)務(wù)的通用封裝格式如圖1所示。凈荷信息可以是IP分組、Ethernet分組、ATM信元、FR信元、SDH凈荷等。凈荷信息包含二層報頭或者一層的開(kāi)銷(xiāo)。數據信息加上控制字信息用于凈荷匯聚，然后壓入CII標簽確定T-LSP中的虛電路類(lèi)型，壓入T-LSP標簽用于確定MPLS-TP LSP?？刂谱中畔⒁话惆擞?、分段、長(cháng)度和順序號信息。在目的端，終端設備終結LSP并彈出外層T-LSP標簽之后，將會(huì )根據內層CII標簽來(lái)確定是屬于哪個(gè)高層業(yè)務(wù)實(shí)例的數據流。

MPLS-TP的傳送面還具有一個(gè)特點(diǎn)，即對客戶(hù)層和服務(wù)層透明。對客戶(hù)層透明是指，任何客戶(hù)層信號都可以承載到MPLS-TP網(wǎng)絡(luò )上進(jìn)行基于分組的傳送，客戶(hù)網(wǎng)絡(luò )可以是IP/Ethernet/ATM/FR/FC/PDH/SDH等。對服務(wù)層透明是指MPLS-TP可以使用任何底層技術(shù)傳輸，在MPLS-TP擴展出自己的數據鏈路層協(xié)議之前，為了做到前向兼容，可以承載在已有的Ethernet/SDH網(wǎng)絡(luò )中傳輸。

3 標簽轉發(fā)機制

借鑒分組網(wǎng)中用三層IP傳輸二層以太網(wǎng)數據的方法，MPLS-TP采用雙標簽傳送模式，即CII和T-LSP標簽。為了支持MPLS-TP層網(wǎng)絡(luò )，T-LSP支持無(wú)限嵌套，所以T-LSP標簽可以有多個(gè)。CII標簽可以具體表現為某一客戶(hù)信號的標簽，例如，在圖2中，將CII標簽表示為虛電路(VC)標簽。復用/解復用模塊通過(guò)虛電路捆綁的方法將多個(gè)VC捆綁成一個(gè)虛電路組(VCG)在同一個(gè)T-LSP上傳送。這樣可以降低網(wǎng)絡(luò )傳輸交換設備的復雜度，同時(shí)減少對帶寬資源的占用。