新型承载网络架构和技术NEW.doc

浅谈以太环网在塘沽承载网中的应用作者： Ang Yang(昂阳) Li Lin(李林) Wang Li-li（王莉莉）作者单位：中国联合网络通信有限公司天津市塘沽区分公司 ，天津市 塘沽区 300450摘要：以太环网作为一种新型网络在塘沽城域网中进行试商用，主要对以太环网如何应用，网络构架需要进行如何规划等方面展开分析讨论，同时对于前期已经投入使用的RPR环网进行简单介绍。关键词：以太环网，RPR，以太网，城域网作者简介：昂阳 （1979），男，汉，天津，学士，中国联合网络通信有限公司天津市塘沽区分公司，网络维护工程师，李林（1980），男，汉，四川，学士，中国联合网络通信有限公司天津市塘沽区分公司，网络维护工程师王莉莉（1975）女，汉，四川，学士，中国联合网络通信有限公司天津市塘沽区分公司，网络维护工程师 正文：一、以太环网产生背景随着互联网蓬勃的发展，互联网技术也在迅速更新，互联网业务种类也在不断地增加，用户量也变的越来越庞大了，这些对互联网运营商组建的承载网要求越来越高。骨干网层面多业务承载的讨论尘埃落定,各大运营商采用了单独建网或者单/多业务网承载方案解决了多业务在骨干网层面的承载问题。城域网作为骨干网络的延伸,是业务的接入和汇聚的平台,是下一代网络落地的关键点,是运营商业务收入的主要来源,因此城域网的多业务承载将成为下一阶段各运营商网络优化和改造工作的重点。当前城域网按照组网的设备可分为以高速路由器为主的路由型城域网和以高速三层交换机为主的交换型城域网两类。现网中普遍存在问题有以下四点: (1)二层交换网络大,网络结构复杂,层次过多,QOS支持能力较弱,网络故障恢复慢,不能满足将来的业务在QoS和可靠性方面的要求。 (2)带宽的增长永远无法满足用户需求和业务的要求。 (3)旁挂式BRAs带来的网络可靠性低、效率低、端口浪费、制约带宽等种种问题。 (4)树型结构的网络拓扑使网络整体缺乏链路保护，致使网络安全性不高。为了解决现在城域网的问题,必须对现有城域网络进行合理的规划和优化,制定合适多业务承载能力的下一代IP城域网，电信级以太环网。下面我们将结合塘沽的10G以太环网的试商用进行以太环网在电信运营商网络中的构架以及应用方面的分析与讨论。二、以太环网的构架1、 以太环网技术的提出 电信级以太网又称运营商级以太网（CE，CarrierEthernet），最早由城域以太网论坛（MEF）在2005年年初提出 。其具备以下两方面的特征：（1）、电信级以太网主要以网络能够支持的以太网业务类型和业务所能够达到的性能为衡量标准，并不专指某种网络技术 （2）、电信级以太网要求具体的技术满足五大属性，这些属性本身即具有鲜明的面向业务的特征，如能够提供标准化的业务、在业务带宽和业务规模上均具有可扩展性，提供业务的可靠性、QoS保证和电信级的网络管理。 2、 不同厂家之间的以太环网构架区别根据以太环的特点和技术要求,各个厂家都开发出了自己的解决方案.a) 华为华为3COM的推出的以太环网技术是RRPP（RapidRigProtectioProtocol ，快速环网保护协议）。RRPP技术是一种专门应用于以太网环的链路层协议，它在以太网环中能够防止数据环路引起的广播风暴，当以太网环上链路或设备故障时，能迅速切换到备份链路，保证业务快速恢复。与STP 协议相比，RRPP协议具有算法简单、拓扑收敛速度快和收敛时间与环网上节点数无关等显著优势,基于RRPP的以太环网解决方案可对数据，语音，视频等业务做出快速的保护倒换，协同高中低端交换机推出整体的环网解决方案，为不同的应用场景提供不同的解决方案。b) 中兴中兴公司则推出了电信级以太网解决方案中兴智能以太网技术ZESR（ZTE Ethernet Smart Ring ）。ZESR技术允许网络管理员创建以太网环，其方式类似于光纤分布式数据接口（FDDI）或SONET/SDH环。ZESR可以在不到50毫秒时间内，从任何链路或节点故障中恢复过来。ZESR协议在实现上借鉴了802.1w的一些基本思想，如MAC地址学习与更新的功能。ZESR具有链路无关性，只要是以太网链路，就可以轻松部署ZESR环网。中兴ZXR10高端交换机上支持ZESR功能，其主要特点为:保护倒换时间50MS,成本较低,扩展性好,能保持上层业务的完整性,支持原有以太网QOS平滑过渡,带宽利用率较高,能与VRRP、OSPF、BGP等多种三层协议共存，也可与STP、RSTP等二层协议共存。ZESR可通过任何支持802.1Q的设备隧道传送协议帧数据。ZESR也可以通过第二层多协议标记交换(MPLS)隧道传送协议帧数据，从而实现与MPLS的共存。c) 北电北电则提供了基于高速以太环网的用户接入和汇聚解决方案OESS。OESS采用环形拓扑结构，对组播业务(如BTV等)的支持具有许多优势，包括组播数据流复制有效性、链路保护倒换特性等等。OESS还可以为组播应用保护与预留专用的网络带宽。在环形结构下区别利用环内正反向带宽，从而可以在最有效地保证组播应用的同时最大限度地实现环路带宽的高效利用。d) 烽火烽火网络提出的MSR(多业务环)是一个双向对称二纤环，至少由两个节点组成。每个节点可以上下一个或多个独立的支路(如以太网、千兆以太网、DVB、POS/或ATM端口)，也能够发送和接收3层(IPv4/IPv6)转发数据包(类似路由器)、控制信令分组和网络管理分组。它既可支持以太网、千兆以太网、数字视频广播(DVB)、ATM、POS(PacketoverSONET/SDH)等业务支路，也可以像路由器一样支持数据包的转发。MSR集传输和数据交换于一体，并且支持业务的点到点、组播和广播应用，原理上相当于一个多业务分插复用设备组成的环。MSR架构在RPRMAC层之上，继承了RPR诸如空间复用、分布式带宽管理与拥塞控制功能、COS级的业务质量，多业务支持，电信级的保护倒换以及自动拓扑发现等等诸多的优秀特性。各厂家的实现技术细节虽然不同，但最终都统一在以太环网的几大基本属性下，同时部分厂家也加入了一些自身的创新因素。3、 电信运营商对电信城域网络优化建设的要求与实现（1）、可靠性方面要求原有城域网优化改造的指导思想，BRAS以下为二层汇聚网络，目前组网方式很多，主要是以SDH为基础的多业务传输平台(MSTP)和星型以太网两种方式为主。星型以太网：网络响应时间、保护机制以及对组播应用的支持方面还存在很大不足，难以支持包括IPTV等业务在内的多业务承载。网络故障恢复速度慢。SDH以太网：虽然解决了50毫秒的故障切换问题，但大容量端口成本高，其结构特性决定其只能作为以语音为主，数据为辅的网络应用。以太环网作为一种城域以太网技术，解决了传统数据网保护能力弱、故障恢复时间长等问题，理论上可以提供50ms的快速保护特性，同时兼容传统的以太网协议，是城域宽带接入网优化改造的一种重要的技术选择和解决方案。（2）、服务质量方面要求 早期的以太网在局域网内主要承载数据业务，数据业务的特点是对时延不敏感，TCP的重传机制又可以容忍以太网上少量数据包的丢失，因此不需要差异化的服务质量保证。但对于电信级以太网技术，由于其需要承载综合业务，这种不区分流量类型的Besteffort服务难以保证业务的质量。运营级以太网交换机通过Diff-Serv（区分业务体系结构）实现QoS，其具体实现过程包括流分类、映射、拥塞控制和队列调度。（3）、安全性方面要求传统以太网的安全问题已经通过VLAN技术划分虚拟网段得到解决。但随着互联网的发展，近年来网络经常遭受蠕虫等网络病毒以及黑客的攻击，全网瘫痪的案例时有发生，合法用户的有效带宽、用户的信息安全难以得到保证。因此在建设电信级以太网时，必须考虑如何保证网络的安全性。比较常见的以太网安全解决方案是通过ACL（访问控制列表）或者过滤数据库来过滤非法数据；端口镜像技术可以将任一端口的输入输出流量复制到指定端口输出，帮助网络管理者监控网络的数据内容；一些高端的网络设备具有强大的应用感知和网络级自动免疫能力，能够一定程度地自动感知并过滤不安全的数据流。4、 以太环网技术的演变随着MPLS VPN、NGN、IPTV等新业务的不断成熟和规模商用，城域网也由单一的宽带Internet访问业务向能够接入并可靠承载数据、分组语音/视频和流媒体等的多业务综合IP城域网发展。新的IP城域网的设计规划需要综合考虑宽带用户接入、各类多媒体业务承载对网络的严格要求，综合使用QinQ、MPLS、组播、TE等新技术保障多业务的综合承载和传输。三层到边缘是目前以太城域网的一种常见形式。业务节点分布式布署，MPLS推进到ME网络边缘，业务的布署尽量靠近用户，网络保护通过IGP/LDP快速收敛以及TE FRR等技术实现，这种方式可以骨干网和城域网采用统一的IP/MPLS技术实现，并且通过可管理的L3转发（各种路由协议以及可靠性机制）防止了二层网络不可控制的缺点，网络技术都为标准技术，互通性/扩展性好，而且管理简单，布署方便。什么是三层到边缘呢?城域网由一个或多个ME区域组成，每个ME区域包括NPE，BRAS,一个或多个UPE环网或者多个UPE组成的树型网。城域网CORE作为整个城域网的核心设备，往上连接国家骨干网或者省干设备，往下连接ME区域的NPE设备，CORE之间可以采用Full Mesh或者半网状相连，接口至少是10G POS/GE互连。NPE是ME区域的核心设备，上连城域网的CORE，下连ME区域的UPE环或树，旁挂ME区域的BRAS。UPE作为单个ME区域中的PE设备，负责接入DSLAM、以太网交换机、MSAN以及VPN CE设备；多个UPE设备和NPE组成一个UPE环；和NPE相连接口是2.5G/10G接口，下行和DSLAM是GE接口。BRAS作为某个或者多个ME区域的家庭用户PPPOE业务认证设备；BRAS下行和NPE以10G端口相连,上行以10G端口直接连接CORE设备。方案采用三层到边缘的策略，VoD业务通过DHCP获取IP地址，UPE通过DHCP relay终结DHCP用户，VoIP和HSI业务采用PPPoE的方式接入，这两种业务透传到已有的BRAS上。三、RPR环网架构RPR（弹性分组环）技术是在双环结构上的二层MAC层协议，对分组数据业务及IP数据业务提供业务接入和透明传输。它通过两种方式存在，即基于SDH的嵌入式RPR和纯粹的RPR。RPR技术具有下列特点：1、 物理层无关性和支持大环网（逻辑环）：RPR可在一系列物理层上工作，如SDH/SONET、GE/10GE、DWDM，理论上支持环上存在多达250个网元节点；2、与SDH相当的50ms快速保护倒换：具有二层RPR保护；3、与以太网同样优秀的广播业务支持；4、空间复用技术：RPR在目的地址上将包从环路上剥离，实现包Add/Drop；5、具有统计复用和流量管理能力：RPR传输以数据业务为主时，带宽利用率可提高2-8倍。6、具有MAC流量控制的三个QoS级别；7、拓扑自动发现；8、支持接入控制与全环公平机制。9、在RPR环上可以利用源节点发送数据包的速率来控制上游节点和下游节点速率。带宽策略允许在无拥塞的情况下，把环上任意两个节点之间所有的带宽分配给这两个节点。10、RPR在业务处理速度、扩展性、QoS、保护倒换时间、带宽利用率、端口保护措施、抑制广播风暴、拓扑自动发现等多方面都具有较强优势。11、 RPR的重要缺陷在于它不支持TDM业务，为了实现TDM业务和数据业务同网传输，引入了基于SDH的RPR技术，如将SDH网中的N个VC-4级联，组成一个RPR，从而融合SDH和RPR的优点。四、塘沽以太环网构架1、 塘沽网络构架的发展演变 塘沽早期的网络建设主要为根据不同业务类型的接入设备上联至相应的汇聚设备。主要问题在于接入设备上联路由缺乏保护，上联通路带宽利用率较低，汇聚设备端口占用数量大，端口资源紧张。早期的网络构成如图1：本地核心路由器本地IP城域网汇聚路由器本地BRAS本地IP承载网汇聚交换机光纤宽带接入交换机EPOM设备AD设备AG设备NGN本地网图1如图可以看到,早期的网络接入设备均直接连接至汇聚交换机或路由器,随着网络规模的不断扩大,需要大量的中继光缆和汇聚设备端口资源，对于逐步大规模发展的EPON/GPON/AG等多业务综合接入设备，更是需要大量的光缆和端口资源，而设备端口带宽利用率明显偏低。对于较远接入的接入设备，由于局间中继为纯物理光缆，在多跳接光路上缺乏保护机制，光路故障点也不易判断。随后我们引入了华为CX系列的Gbit RPR环，由于带宽限制，仅作为EPON/AG综合业务接入的汇聚。RPR环的引入极大的提升了小区和大客户综合业务接入的便利和安全性。有效提高了BAS端口的使用效率和网络带宽占用率。其组网方式如下图2：本地核心路由器本地IP城域网汇聚路由器本地BRAS本地IP承载网汇聚交换机光纤宽带接入交换机EPOM设备AD设备AG设备NGN本地网图2骨干路由器Gbit RPR环EPON/AG等综合接入设备，可以就近接入RPR环，通过RPR环连接至宽带和语音汇聚设备。通过详细的VLAN规划配合QOS确保不同业务的服务质量。而且由于综合接入设备的就近接入,在通过RPR环接入汇聚设备的路径上可以实现业务的环保护,降低缆线故障影响业务的几率。对于汇聚设备端口也可以根据RPR环的带宽能力和下挂业务规模来按需规划RPR环上联链路数量和带宽，有效减少了占用汇聚设备端口数量，提高了网络的使用效率。在RPR环的应用中我们充分感受到了环网保护的一些优势，但Gbit环网的带宽限制使得本批RPR环还无法实现真正的全业务综合接入，对于大量10、100M光纤接入用户还难以承载。随后我们又引入了华为和中兴的10G以太环。对网络结构进行了进一步的调整。通过大二层汇聚交换机对汇聚局本地及附近IP DSLAM进行汇聚，利用以太环网对外围局站进行全业务汇聚接入。并逐步让EPON/.GPON技术替代现有的光纤宽带接入交换机+光猫的大客户宽带接入方式,让用宽带业务开通更为便捷和安全。如图3所示本地核心路由器本地IP城域网汇聚路由器本地BRAS本地IP承载网汇聚交换机光纤宽带接入交换机IP DSLAMEPON/GPONAG设备NGN本地网图3骨干路由器Gbit RPR环10Gbit 以太环网大二层汇聚交换机对比分析新旧网络构造,我们可以看到新的网络结构相对以前本地核心，汇聚，接入的三层结构，增加了一个二层汇聚传输层。主要依赖于RPR、以太环网以及QINQ的技术，满足了全业务的就近局站接入，并在汇聚路径上由于环网的自动倒换保护而具备了较高的安全性。汇聚设备的端口资源也能更为有效的利用。2、 塘沽以太环网构架 在此，以较为典型的以太环网来描述下目前网络运行现状。图4R1BAS1语音汇聚1R2BAS2语音汇聚2ABDCD1D2AG1PON以太网1主环以太网1副环如图4可以看到，由ABCD四个点组成一个10G的以太环网主环，其中处于汇接局的A,B两点本地上联IP城域网汇聚路由器R1,R2,BBAS BAS1,BAS2,以及语音的汇聚交换机语音呢汇聚1，语音汇聚2。而节点D下挂了D1,D2组成了一个Gbit的副环，作为环网覆盖范围的延伸。综合接入设备AG1和EPON就近接入了D2和C局，通过VLAN规划将多种业务数据分别送至对应的汇聚设备。对于业务汇聚点的选择初期由两种规划，一种是区分区域，例如A,D节点的所有业务均由A进入汇聚设备，由B节点上联进行备份；B，C节点的业务则均通过B接入汇聚设备，由A节点上联进行备份。另一种则是区分业务，即所有的宽带业务通过A节点接入BAS和汇聚路由器，B做备份，所有的窄带业务通过B节点接入语音汇聚设备，A做