分組傳送網(wǎng)技術(shù)中問(wèn)題

　　分組傳送網(wǎng)(PTN)目前還沒(méi)有一個(gè)標準的定義。從廣義的角度講，只要是基于分組交換技術(shù)，并能夠滿(mǎn)足傳送網(wǎng)對于運行維護管理(OAM)、保護和網(wǎng)管等方面的要求，就可以稱(chēng)為PTN。具體的分組交換技術(shù)可以是多協(xié)議標記交換(MPLS)、傳送多協(xié)議標記交換(T-MPLS/MPLS-TP)、以太網(wǎng)、運營(yíng)商骨干橋接-流量工程(PBB-TE)、彈性分組環(huán)(RPR)等。前兩年通信業(yè)界一般理解的PTN技術(shù)主要包括T-MPLS和PBB-TE。近期由于支持PBB-TE的廠(chǎng)商和運營(yíng)商越來(lái)越少，中國已經(jīng)基本上將PTN和T-MPLS/MPLS-TP劃上了等號。本文中提到的PTN均指基于T- MPLS/MPLS-TP的PTN設備。

　　從T-MPLS到MPLS-TP，國際電信聯(lián)盟電信標準部門(mén)(ITU-T)和因特網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)經(jīng)過(guò)了多年的競爭和協(xié)商達成了共識，體現了傳送領(lǐng)域和數據領(lǐng)域之間從競爭到融合的發(fā)展歷程?？梢哉f(shuō)MPLS-TP是傳送領(lǐng)域和數據領(lǐng)域的利益競爭和平衡協(xié)調的產(chǎn)物。目前，IETF已獲得了 MPLS-TP標準開(kāi)發(fā)的主導權，ITU-T SG15在MPLS-TP標準中的開(kāi)發(fā)話(huà)語(yǔ)權已逐漸被IETF剝奪，轉為以企業(yè)和個(gè)人專(zhuān)家方式參與[1-6]。

　　本文將對PTN/MPLS-TP技術(shù)和標準發(fā)展過(guò)程中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行探討，內容包括端到端的服務(wù)質(zhì)量(QoS)實(shí)現機制、網(wǎng)絡(luò )分層結構、三層(L3)功能的引入和數據平面環(huán)回功能等，并基于PTN網(wǎng)絡(luò )建設維護和開(kāi)展業(yè)務(wù)的需求提出了個(gè)人觀(guān)點(diǎn)。

　　1 PTN網(wǎng)絡(luò )中的QoS技術(shù)

　　QoS是指網(wǎng)絡(luò )通信過(guò)程中，允許用戶(hù)業(yè)務(wù)在丟包率、延遲、抖動(dòng)和帶寬等方面獲得可預期的服務(wù)水平。 PTN設備的QoS功能包括流分類(lèi)、標記、速率限制、帶寬保證、流量整形、調度策略等。PTN網(wǎng)絡(luò )中業(yè)務(wù)的QoS主要由基于MPLS的流量工程(TE)和區分服務(wù)(DiffServ)兩種機制來(lái)實(shí)現，目標是實(shí)現面向業(yè)務(wù)的端到端的QoS保障能力[7-11]。

　　1.1流量工程

　　IETF對MPLS-TP的定義要求必須支持流量工程(TE)且TE可以實(shí)現對網(wǎng)絡(luò )資源的可控性。 TE的目標是有效而可靠地運行網(wǎng)絡(luò )，同時(shí)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )資源的使用。約束路由(CBR)則是TE中最重要的組成部分。IP/MPLS網(wǎng)絡(luò )中的流量工程一般是通過(guò) MPLS的TE擴展即多協(xié)議標記交換-流量工程(MPLS-TE)來(lái)實(shí)現的。

　　TE在PTN網(wǎng)絡(luò )中的作用主要體現在2個(gè)方面：

　　(1)業(yè)務(wù)路由可控——進(jìn)入PTN的業(yè)務(wù)通過(guò)偽線(xiàn)(PW)封裝后再復用到標記交換路徑(LSP)。LSP的建立可以通過(guò)網(wǎng)管或控制平面實(shí)現，兩種建立方式的LSP路由都是可控的。

　　(2)業(yè)務(wù)帶寬可控——目前PTN承載的業(yè)務(wù)主要包括E1仿真和以太網(wǎng)業(yè)務(wù)。E1仿真業(yè)務(wù)的帶寬一般是固定可控的，并且要求高優(yōu)先級，不允許丟包，時(shí)延低。以太網(wǎng)業(yè)務(wù)可以分為2大類(lèi)：恒定速率業(yè)務(wù)和可變速率業(yè)務(wù)。恒定速率業(yè)務(wù)的要求和可控性與E1仿真業(yè)務(wù)基本相同?？勺兯俾蕵I(yè)務(wù)則是通過(guò)承諾速率 (CIR)和額外速率(EIR)來(lái)實(shí)現對業(yè)務(wù)帶寬的控制，即運營(yíng)商只對用戶(hù)保障小于等于CIR的帶寬，在網(wǎng)絡(luò )擁塞時(shí)可以對EIR部分的流量進(jìn)行丟棄處理，從而實(shí)現網(wǎng)絡(luò )帶寬資源的可控性。

　　具體來(lái)說(shuō)，運營(yíng)商通過(guò)配置PW(即業(yè)務(wù))和LSP的CIR，并滿(mǎn)足連接允許控制的條件：一條LSP中的所有PW的CIR之和必須小于等于該 LSP的CIR，一條鏈路中的所有LSP的CIR之和必須小于等于該鏈路的CIR，運營(yíng)商就可以在網(wǎng)絡(luò )正常運行的情況下，滿(mǎn)足所有業(yè)務(wù)的CIR帶寬需求。由于存在可變速率業(yè)務(wù)的突發(fā)業(yè)務(wù)(即EIR部分)，因此即使使用了TE，網(wǎng)絡(luò )中仍然可能會(huì )發(fā)生擁塞，此時(shí)如何保障所有業(yè)務(wù)都能得到其CIR帶寬就需要使用區分服務(wù)。

　　1.2 區分服務(wù)

　　區分服務(wù)起源于集成服務(wù)(IntServ)。區分服務(wù)的目的是在因特網(wǎng)上為流量提供有區別的業(yè)務(wù)級別。與集成服務(wù)相比，區分服務(wù)定義的是一個(gè)相對簡(jiǎn)單而粒度粗一些的控制系統。另外，區分服務(wù)針對的是流聚合后的每一類(lèi)QoS控制，而不是像集成服務(wù)那樣針對每個(gè)流。因此，區分服務(wù)具有可擴展性，能夠在大型網(wǎng)絡(luò )上提供QoS服務(wù)。

　　區分服務(wù)在其域的邊緣對進(jìn)入的IP流進(jìn)行分類(lèi)，并為每一類(lèi)型指定一個(gè)類(lèi)型標志區分服務(wù)代碼點(diǎn)(DSCP)。域內的核心路由器查看DSCP值，并根據每一類(lèi)的特定逐跳行為(PHB)調度包的轉發(fā)。IETF目前定義了兩種PHB：加速轉發(fā)(EF)和保證轉發(fā)(AF)。

　　(1)加速轉發(fā)

　　EF PHB的流量不受其他PHB流量的影響，確保包以最快速率得到轉發(fā)。與傳統的租用線(xiàn)類(lèi)似，EF PHB能夠提供低丟包率、低延遲、低抖動(dòng)和有保證的帶寬服務(wù)。使用EF的業(yè)務(wù)帶寬參數只有CIR，EIR總等于0，超過(guò)CIR的流量將被丟棄。EF可用于 E1仿真業(yè)務(wù)或恒定速率的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)。EF必須遵循RFC3246的規定。
(2)保證轉發(fā)

　　AF為數據包提供4個(gè)級別的轉發(fā)特征，每個(gè)級別有3種丟棄優(yōu)先級。PTN設備通過(guò)配置各級別的轉發(fā)資源(如緩沖區和帶寬)和丟棄優(yōu)先級來(lái)決定業(yè)務(wù)的級別。當業(yè)務(wù)不發(fā)生擁塞時(shí)，AF的各級別業(yè)務(wù)性能值相同；當業(yè)務(wù)發(fā)生擁塞時(shí)，所有AF級別的業(yè)務(wù)都會(huì )發(fā)生丟包，丟包的多少和業(yè)務(wù)級別相關(guān)。AF必須遵循RFC2597的規定。

　　1.3 MPLS支持的區分服務(wù)

　　由于PTN是基于MPLS-TP實(shí)現的，因此PTN設備中的區分服務(wù)需要采用RFC3270定義的基于MPLS的區分服務(wù)機制來(lái)實(shí)現。

　　IP包經(jīng)過(guò)MPLS封裝后，核心路由器將看不到DSCP。為此，IETF提出了一種MPLS支持區分服務(wù)的方法。MPLS支持的區分服務(wù)能夠把區分服務(wù)的多個(gè)行為集合(BA)映射到MPLS的一條LSP上，根據BA的PHB來(lái)轉發(fā)LSP上的流量。LSP與BA的映射有兩種方式：實(shí)驗推斷的 LSP(E-LSP)和標記編碼推斷的LSP(L-LSP)。

　　(1)E-LSP

　　E-LSP用MPLS標簽的實(shí)驗(EXP)字段把多個(gè)BA指派到一條LSP上，使用MPLS標簽的EXP字段表示一個(gè)包的PHB。最多可以把8個(gè)BA映射到EXP字段中，即一條E-LSP最多可以支持8個(gè)業(yè)務(wù)等級。

　　(2)L-LSP

　　L-LSP把一條LSP指派給一個(gè)BA，并采用EXP表示包丟棄優(yōu)先級。一條L-LSP只能支持一個(gè)業(yè)務(wù)等級。由于MPLS網(wǎng)絡(luò )設備會(huì )在每一跳中都交換標簽值，而管理標簽與PHB的映射比較困難。E-LSP要比L-LSP更容易控制，因為E-LSP事先就可以確定整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中每個(gè)包的EXP字段和PHB之間的映射關(guān)系。目前PTN設備采用的主要是E-LSP。

　　1.4 PTN端到端QoS的實(shí)現

　　通過(guò)上述流量工程和MPLS支持區分服務(wù)的機制，就可以實(shí)現PTN所倡導的面向業(yè)務(wù)的端到端的 QoS保障能力。首先通過(guò)MPLS流量工程實(shí)現對業(yè)務(wù)路由和帶寬的控制，以避免負載不均衡出現的擁塞問(wèn)題；其次，當突發(fā)業(yè)務(wù)或網(wǎng)絡(luò )保護引起網(wǎng)絡(luò )擁塞時(shí)再通過(guò)MPLS支持的區分服務(wù)機制實(shí)現對業(yè)務(wù)承諾帶寬(CIR)的保障。

　　對于E-LSP，表1給出了一種業(yè)務(wù)等級的分類(lèi)方法示例。其中的峰值速率(PIR)，等于CIR加EIR。在這種實(shí)現方法中數據幀的PW和LSP的EXP值相同。

　　對于E1仿真業(yè)務(wù)和恒定速率的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)(如語(yǔ)音和視頻)，均采用EF PHB，并設置CIR等于PIR。對于突發(fā)型業(yè)務(wù)(如虛擬專(zhuān)用網(wǎng)和以太網(wǎng)專(zhuān)線(xiàn))采用AF PHB。為了保障突發(fā)業(yè)務(wù)的CIR帶寬，需要在網(wǎng)絡(luò )入口依據帶寬參數對業(yè)務(wù)流進(jìn)行計量、整形和標記，并應支持RFC2698定義的雙速率三色標記法。同時(shí)基于映射關(guān)系設置數據幀的EXP值，以便LSP經(jīng)過(guò)的后續節點(diǎn)根據該值選擇合適的PHB。

　　對于普通數據業(yè)務(wù)，設置CIR等于0，并設置最高速率PIR，采用缺省的轉發(fā)行為(DF)。

　　當網(wǎng)絡(luò )中發(fā)生擁塞時(shí)，對于采用EF PHB和AF PHB的流量部分的業(yè)務(wù)帶寬將始終得到保障。對于普通數據業(yè)務(wù)可以首先進(jìn)行丟棄，或是與AF PHB的流量部分進(jìn)行加權處理，以便即使在擁塞時(shí)普通數據業(yè)務(wù)也能得到一定的帶寬。

　　2 PTN網(wǎng)絡(luò )分層結構

　　IETF RFC5654將MPLS-TP分為傳送業(yè)務(wù)層、傳送通道層和段層。其中傳送業(yè)務(wù)層可以是PW或業(yè)務(wù)LSP，類(lèi)似于同步數字體系(SDH)網(wǎng)絡(luò )中的VC- 12。PW用于提供時(shí)分復用(TDM)、以太網(wǎng)和異步傳輸模式(ATM)等仿真業(yè)務(wù)；業(yè)務(wù)LSP用于提供IP和MPLS等網(wǎng)絡(luò )層業(yè)務(wù)。傳送通道層是指 LSP層，類(lèi)似于SDH網(wǎng)絡(luò )中的VC-4。段層用于在兩個(gè)相鄰MPLS-TP節點(diǎn)之間匯聚傳送業(yè)務(wù)層或傳送通道層的信息。段層可以是采用MPLS-TP技術(shù)實(shí)現，也可以采用其他技術(shù)來(lái)實(shí)現，如采用同步數字體系/以太網(wǎng)/光傳送網(wǎng)(SDH/ETH/OTN)。PTN通過(guò)采用多層網(wǎng)絡(luò )的架構，可以實(shí)現與同步數字體系/光傳送網(wǎng)類(lèi)似的可擴展性。

　　除了MPLS-TP關(guān)注的3層網(wǎng)絡(luò )之外，PTN設備還需要支持業(yè)務(wù)層和段層技術(shù)的相關(guān)功能。如以太網(wǎng)業(yè)務(wù)層的OAM(屬于IEEE802.1ag和Y.1731)、以太網(wǎng)鏈路層OAM(屬于IEEE 802.3ah)、SDH業(yè)務(wù)和鏈路的開(kāi)銷(xiāo)處理和保護功能等。

　　目前的PTN設備是通過(guò)PW支持各種仿真業(yè)務(wù)，還不支持通過(guò)業(yè)務(wù)LSP支持IP/MPLS業(yè)務(wù)。對于IP/MPLS業(yè)務(wù)，采用以太網(wǎng)PW仿真實(shí)現，優(yōu)點(diǎn)是業(yè)務(wù)的透明性好，缺點(diǎn)是傳送效率較低(需要傳送以太網(wǎng)幀頭)，對于較短的數據包尤其明顯。如果采用TDM PW仿真實(shí)現，將對網(wǎng)絡(luò )性能提出較高要求，并可能增加設備的成本。如果采用業(yè)務(wù)LSP實(shí)現，則可以避免上述問(wèn)題，但是業(yè)務(wù)透明性較差，可能需要處理部分 L3協(xié)議。具體方式的選擇需要綜合考慮業(yè)務(wù)的透明性、傳送效率和成本等因素。
目前的PTN設備只支持單段偽線(xiàn)(SS-PW)，即PW和LSP的源宿點(diǎn)重合。SS-PW無(wú)法實(shí)現多個(gè)LSP所承載的PW的匯聚，從而對PTN 設備的LSP容量提出了很高的要求。另外只能采用端到端的LSP保護，無(wú)法應對多點(diǎn)故障。而通過(guò)引入多段偽線(xiàn)(MS-PW)，則可以克服SS-PW存在的上述問(wèn)題，提高PTN網(wǎng)絡(luò )的可擴展性。IETF已經(jīng)將MS-PW列為MPLS-TP的可選項。

　　3 PTN對L3功能和業(yè)務(wù)的支持

　　目前的PTN主要定位于提供二層(L2)的業(yè)務(wù)，包括E1/ATM仿真業(yè)務(wù)、E-Line/E- LAN/E-Tree以太網(wǎng)業(yè)務(wù)等。PTN的主要應用場(chǎng)景是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的回傳，包括目前的3G網(wǎng)絡(luò )，以及未來(lái)的長(cháng)期演進(jìn)(LTE)。PTN可以很好地滿(mǎn)足現有3G網(wǎng)絡(luò )回傳的承載需求，但是否能夠滿(mǎn)足LTE的需求人們還心存疑慮。

　　由于LTE階段出現了基站之間的互聯(lián)需求(X2接口)，以及基站到服務(wù)網(wǎng)關(guān)(SGW)的多歸屬需求，因此與3G對承載網(wǎng)的需求將有所不同。針對上述需求，目前有兩種主要的解決方案。一種是建議采用端到端的路由器組網(wǎng)方案；一種是采用L3+L2的組網(wǎng)方案，即核心層采用L3技術(shù)組網(wǎng)，接入匯聚層采用L2技術(shù)組網(wǎng)。由于端到端的路由器方案在網(wǎng)絡(luò )擴展性、可管理性和可控性方面存在問(wèn)題，因此L3+L2的組網(wǎng)方案得到更多的認可和支持。該方案中的核心層可以采用路由器組網(wǎng)，也可以通過(guò)在PTN中引入L3功能來(lái)實(shí)現。下面主要對后一種方式進(jìn)行討論。

　　L3功能主要包括IP路由和轉發(fā)功能，以及L3 MPLS VPN和L3組播功能。由于IP流量和組播存在流量帶寬和路由的不確定性，因此很難提供嚴格的QoS保障能力。如果在PTN中引入這兩種業(yè)務(wù)，為了避免對原有L2業(yè)務(wù)的影響，只能將這兩種業(yè)務(wù)設置為最低等級的業(yè)務(wù)。而L3 MPLS虛擬專(zhuān)用網(wǎng)(VPN)由于是基于MPLS實(shí)現，因此可以采用前面提到的基于MPLS的流量工程和區分服務(wù)機制來(lái)保障業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。同時(shí)還可以在 MPLS VPN中支持L3組播，同樣可以保證服務(wù)質(zhì)量。

　　綜上所述，對于需要提供有質(zhì)量保證的L3業(yè)務(wù)，建議在PTN中以L(fǎng)3 MPLS VPN的方式提供。而對服務(wù)質(zhì)量沒(méi)有要求的L3業(yè)務(wù)，可以直接采用IP路由和轉發(fā)功能來(lái)實(shí)現。

　　4 數據平面環(huán)回功能

　　現有的PTN設備只支持OAM的環(huán)回功能(LB)。通過(guò)OAM LB可以驗證源、宿維護端點(diǎn)間的雙向連通性，以檢測節點(diǎn)間及節點(diǎn)內部故障，但是并不能對故障進(jìn)行準確的定位。如圖1所示，如果PE2-PE3之間的鏈路發(fā)生故障，通過(guò)OAM LB并不能確定是PE3出現故障還是PE2-PE3之間的鏈路發(fā)生故障。而如果支持類(lèi)似SDH設備的數據平面環(huán)回，即業(yè)務(wù)環(huán)回，則可以通過(guò)對不同的點(diǎn)進(jìn)行環(huán)回，實(shí)現對故障的準確定位。

　　與SDH類(lèi)似，目前提出的PTN的數據平面環(huán)回包括遠端環(huán)回(入口環(huán)回)、近端環(huán)回(出口環(huán)回)和光纖環(huán)回(客戶(hù)環(huán)回)3種方式。除了進(jìn)行故障定位，光纖環(huán)回還可以進(jìn)行單端業(yè)務(wù)性能測試，如雙向時(shí)延、丟包率和吞吐量測試，以方便進(jìn)行現網(wǎng)測試。

　　由于分組傳送網(wǎng)已經(jīng)支持OAM的遠端和近端環(huán)回，可以實(shí)現與數據平面的遠端和近端環(huán)回類(lèi)似的功能。因此本文認為應首先實(shí)現光纖環(huán)回功能，以便能夠實(shí)現準確的故障定位和單端測試。是否需要支持數據平面的遠端和近端環(huán)回功能還需要進(jìn)一步研究。目前IETF和ITU-T正在對數據平面環(huán)回功能的標準化進(jìn)行討論。

　　5 結束語(yǔ)

　　PTN是運營(yíng)商從現有2G移動(dòng)回傳的多業(yè)務(wù)傳送節點(diǎn)(MSTP)網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)的最佳方案，定位于滿(mǎn)足 3G移動(dòng)回傳、企事業(yè)專(zhuān)線(xiàn)/專(zhuān)網(wǎng)等高品質(zhì)業(yè)務(wù)需求。2008—2009年，中國三大運營(yíng)商紛紛針對PTN承載3G移動(dòng)回傳進(jìn)行了全面的實(shí)驗室測試和現網(wǎng)試點(diǎn)應用，大力推進(jìn)了設備商PTN產(chǎn)品成熟和商用化進(jìn)展。中國移動(dòng)已于2009年10—12月開(kāi)始大規模集采基于MPLS-TP的PTN設備，標志著(zhù)PTN 進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵期。2010年，MPLS-TP的國際標準化進(jìn)展問(wèn)題是業(yè)內最關(guān)心的熱點(diǎn)問(wèn)題，并且MPLS-TP的國際標準何時(shí)穩定將直接影響PTN何時(shí)能從新技術(shù)引入發(fā)展到大規模應用階段。本文對PTN技術(shù)發(fā)展中幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了探討，希望可以對PTN技術(shù)的發(fā)展和完善有所貢獻。