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PTN技术原理介绍 烽火通信科技股份有限公司技术服务一部2011年7月 烽火通信科技股份有限公司 1 1 从MSTP到PTN 内容摘要 3 安全的保护倒换和丰富的业务模型 2 移动通信技术的发展 3 宽带业务需求驱动 无线回传3G和远端无线接入WiFi接入传送下一代数据业务高清照片无线视频游戏数字手机电视 商业用户间千兆连接设备冗余恢复多个百兆速率接入互连网的保证视频会议和广播商务电话数据中心合并 IPTV的业务超过100个电视频道视频记录 回访交互视频应用高速互联网接入远程教育游戏 移动业务 集团业务 家庭业务 业务的驱动对接口 容量 网络架构 技术实现等方面均提出了要求 4 业务IP化 传送分组化 业务IP化 光网络承载主体分组化 光网络的数据流量增长迅猛 并占据主导 光网络面临全面转型 5 MSTP的发展与对分组传送的不足 MSTP经历了三个阶段的较长期发展 分组传送的主要不足静态配置业务 效率 灵活性较差GFP封装时 以太网承载效率在80 90 左右主要支持单一等级业务 不能支持区分QoS的多等级业务 6 PTN的网络定位 IP数据网现状 核心层一般采用L3IP MPLS组网汇聚 接入层主要采用普通L2 L3交换机组网通常采用星型 树型拓扑 传送网现状 省际 省干 10G 40GDWDM OTN本地网骨干层 10G 2 5GDWDM OTN 10GMSTP本地网汇聚层10G 2 5GMSTP本地网接入层155M 622MMSTP IP数据网 PTN的应用范围 PTN定位 融合数据和传送能力 一体化的承载传送网 ROADM OTH PTN定位 7 MSTP承载IP向PTN承载IP转型 8 PTN与MSTP网络架构对比 没有本质区别 核心的差别在交换方式和颗粒上 MSTP向分组化继续演进的必要性 业务IP化 网络设备以太网接口越来越普及EoS的代价总是存在MSTP与PTN有明确的定位 效率和成本 MSTP定位以TDM业务为主PTN在分组业务占主导时才体现其优势 9 MSTP功能架构 TDM接口盘 数据板卡 SDH接口盘 数据板卡 以VC4 VC12为颗粒的时隙交叉 EOS处理 EOS处理 10 PTN功能架构 TDM接口盘 数据板卡 SDH接口盘 数据板卡 以数据包为颗粒的包交换 仿真处理 仿真处理 11 什么是电路仿真 随着网络技术演进和网络融合 在下一代网络中 以数据包为基本单元进行网络数据传输和交换的方式渐渐占据统治地位 但现存的服务于PSTN公共语音通信业务的PDH SDH网络还将会长期存在 网络上大量存在的用户TDM设备还将继续使用 为了保护用户在TDM设备上已有的投资 有必要在包交换网络中提供TDM业务接入和TDM数据透传的能力 分组网电路仿真是在包交换网络上承载传统TDM数据的技术 它采用电路仿真的方式 在包交换网络上为PDH和SDH数据流提供端到端的传输 12 电路仿真的基本原理 其基本原理就是将TDM数据不做任何翻译和解释 封装为以太网数据包 然后通过基于分组交换的以太网传送到目的端 目的端需要将收到的数据包打开并恢复出原始的TDM数据流 对于用户而言 不需要考虑中间的传输媒介 相当于为用户提供了一条透明的TDM通道 IP Ethernet伪线 13 TDM电路仿真封装协议 非结构化仿真协议SAToP RFC4553 提供针对E1 T1 E3 T3等较低速率的PDH电路业务的仿真功能 SAToP是用来解决非结构化 也就是非帧模式的E1 T1 E3 T3业务传送 它将TDM业务都作为串行的数据码流进行切分 然后封装为PW报文在伪线上进行传输 结构化仿真协议CESoPSN RFC5086 CESoPSN也是针对PDH系列的E1 T1 E3 T3的电路仿真方案 它与SAToP协议的区别在于CESoPSN提供结构化的TDM业务仿真传送功能 CESoPSN协议可以识别TDM业务的帧结构 对于空闲时隙信道可以不传送 只将CE设备有用的时隙从E1业务流中提取出来封装为PW报文进行传送 同时提供对E1业务流中CAS和CCS信令的识别和传送功能 14 TDM业务的仿真 相关标准 RFC4553 RFC5086 Octet1 Octet2 Octet3 Octetn Octet1 Octet2 Octetn 分组头 非结构化仿真RFC4553 TS1 TS2 TS24 TS1 TS2 TS24 TS1 TS2 TS24 分组头 结构化仿真RFC5086 帧头 帧1的时隙 帧2的时隙 分组净负荷 分组净负荷 15 SAToP帧格式 16 SAToP控制字 0000 L R RSV FRG LEN Sequencenumber SAToP控制字共4个字节 其中比较常用的有 L Bit4 Lbit置 1 表示包中的TDMPayload是无效的 对端收到Lbit为1的包 会向相应的TDM接口发送全 1 R Bit5 Rbit置 1 表示远端收包丢失 LEN Bit10 Bit15 SAToP包长 包括SAToP控制字和TDMPayload 当包长大于64字节时 LEN 0 当包长小于64字节时 LEN为实际的值 Sequencenumber Bit16 Bit31 序列号 每发送一个包 序列号循环递增 对端可以用此检测是否丢包及对收到的包重新排序 17 数据封装形式 SDH带宽管理 以太网 PW 分组环 VC4 2 LSP2 LSP3 VC12 VC3 SDH环 VC4 1 LSP1 LSP4 PW PW PW TDM RFC4553 RFC5086 TDM 以太网 EOS处理G 7041 G 707 RFC4448 G 707 18 PTN将是未来主流传输技术 适时地在CBD 城市热点等地区优先规划建设PTN网络来承载3G数据业务 进而向其他业务延伸 在数据业务量不大的地方仍可沿用MSTP网络 整个承载网实现MSTP网络与新建PTN网络混合组网 在无需改造MSTP设备条件下 实现业务互联互通 统一的网络管理 19 PTN设备应用场景一 20 20 PTN设备应用场景二 21 21 内容摘要 2 PTN的技术选择 3 安全的保护倒换和丰富的业务模型 22 PTN内涵 PTN PacketTransportNetwork 分组传送网 可以理解为分组化MSTP 内核分组化 继承MSTP的全部优点 灵活的组网调度链形 星型 环型 Mesh无阻交叉以分组为主的多业务传送具备SLA的分组传送能力 FE GE 10GETDM E1 STM N电信级安全网络保护倒换 小于50ms Mesh恢复 ms级关键部件 1 1冗余电信级的OAM基于通路 Channel 通道 Path 段 Section 的子层监视功能四大管理功能 配置 故障 性能 安全软性指标业务感知 快速开通 降低OPEX端到端业务开通与管理传送单位比特成本低 23 PTN的多业务的承载 客户侧接口 分组交换 网络侧接口 E1 STM 1 STM 4 FE GE 10GE GE 10GE STM 1 STM 4 时钟 开销总线 控制管理单元 管理平面接口 告警 控制输入 输出 控制平面接口 架内背板接口 外部电或光接口 24 PTN的多业务的承载 续 E1 STM N 映射 解映射 PWE3 RFC4553 5086 FE GE 10GE PWE3 RFC4448 客户接口 分组交换 业务处理层 GE 10GE Mpls标签处理 转发层 PWE3 RFC4553 5086 Mpls标签处理 E1 STM N STM N PWE3 RFC4448 EOS 网络接口 UNI侧 NNI侧 25 实现PTN的技术选择 从不同角度演进目标 类同网络功能对分组的 天然 适配面向连接的多业务支持电信级OAM和保护机制 T MPLS PBT是两大候选技术阵营 26 PBT PBT则由北电予以支持 它源自IEEE802 1ah定义的 PBB TE 运营商骨干网桥接传输技术 并希望2007年能够开始技术的标准化 PBT着眼于解决以太网的缺点 T MPLS着眼于解决IP MPLS的复杂性 它们都为从现有的SONET SDH向完全分组交换网络的转变提供了平滑过渡的方法 从标准化的程度上看 T MPLS更成熟 ITU T已经完成了大部分标准化工作 正在修订部分标准并与IETF合作 PBT则处于标准发展的早期 2007年3月在IEEE批准立项 标准化过程需持续2 3年 IETF的GELS工作组预备成立 提交了2个IETFdraft 并且 802 1agCFM本身尚未批准 PBT是在IEEE802 1ahPBB MACinMAC 的基础上进行的扩展 目前正在ITU T和IEEE进行标准化 IEEE称其为PBB TE PBT的主要特征是关闭了MAC地址学习 广播 生成树协议等传统以太网功能 从而避免广播包的泛滥 PBT具有面向连接的特征 通过网络管理系统或控制协议进行连接配置 并可以实现快速保护倒换 OAM QoS 流量工程等电信级传送网络功能 PBT建立在已有的以太网标准之上 具有较好的兼容性 可以基于现有以太网交换机实现 这使得PBT具有以太网所具有的广泛应用和低成本特性 27 相关技术和标准 PBT ProviderBackboneTransport 技术特征采用基于802 1ah的MacinMac 解决扩展性与安全性使用运营商MAC加上VLANID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而隔离用户网络关掉MAC地址学习功能 消除导致MAC泛洪和限制网络规模的广播功能标准 正在标准化 IEEE802 1Qay 28 T MPLS T MPLS经由阿尔卡特朗讯 爱立信 富士通 华为和泰乐等众多支持者提议 于2006年2月由ITU T实现了技术的标准化 是PTN的首次尝试 它基于ITU TG 805传输网络结构 由ITU完成标准化 G 8110 1 G 8112 G 8121 其主要改进包括通过消除IP控制层简化MPLS以及增加传输网络需要的OAM和管理功能 T MPLS是一种基于MPLS 面向连接的分组传送技术 与MPLS不同 T MPLS不支持无连接模式 实现上要比MPLS更简单 更易于运行和管理 T MPLS取消了MPLS中与L3和IP路由相关的功能特性 其设备实现将满足运营商对低成本和大容量的下一代分组网络的需求 T MPLS沿袭了现有基于电路交换传送网的思想 采用与其相同的体系架构 管理和运行模式 29 相关技术和标准 30 T MPLS TransportMPLS 技术特征是面向连接的包传送技术 是MPLS的一个子集去掉了PHP Merging ECMP等不必要处理增加了ITU T传送风格的保护倒换和OAM功能 30 PTN两大技术体系 MPLS TP和PBT从不同角度出发期望达到相同网络功能 纯技术之争意义不大 看产业链成熟度 目前前者更成熟 主流厂家均采用 31 MPLS的标准演进 T MPLS MPLS TP 32 MPLS TPVS MPLS 特征 MPLS TP MPLS IP OAM为了支持面向连接的端到端的OAM模型 排除了MPLS很多无连接的特性 33 MPLS TPVS MPLS 续 不使用PHP PenultimateHopPopping 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 另外由于到出口节点的数据已经没有MPLS标签 将对端到端的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 使得OAM和性能监测变得很困难 不使用ECMP EqualCostMulti 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 它不仅增加了节点设备对IP MPLS包头的处理要求 同时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 34 T MPLS MPLS TP的帧格式 35 T MPLS MPLS TP帧头格式 数据帧结构TMP标签域TMC标签域 36 T MPLS体系构架 T MPLS的垂直分层 T MPLS的三个平面 37 T MPLS体系构架 T MPLS的水平分层 T MPLSNNI 包括MoS MoE MoO MoP和MoR等 38 PTN的分层模型 39 39 T MPLS封装格式 ClientService T MPLSChannel T MPLSPath T MPLSSection PHYMEDIA Payload Payload Label Label OAMPDU Payload Label Label Label OAMPDU Label Label 14 OAMPDU Label Label 14 Label 14 Payload Label Label Label OAMPDU Label Label 14 OAMPDU Label Label 14 PHYtrailer PHYheader PHYheader PHYheader PHYtrailer PHYtrailer Label 14 OAMPDU PHYheader PHYtrailer data TMCOAM TMPOAM TMSOAM Payload Label Label Label OAMPDU Label Label 14 OAMPDU Label Label 14 Label 14 OAMPDU 40 数据在各层的封装 41 以太网业务封装格式 42 E1封装格式 43 43 2020 2 6 44 内容摘要 3 安全的保护倒换和丰富的业务模型 45 T MPLS的保护倒换技术 线性保护倒换 G 8131定义的路径保护 1 1和1 1两种类型 环网保护倒换 G 8132定义的环网保护 Wrapping 环回 46 1 1路径保护倒换 属单向倒换 47 LSP1 1保护 48 LSP1 1保护 49 49 1 1路径保护倒换 属双向倒换 保护倒换过程 A检测到故障A发端 桥接到主备A to Z 发APS请求倒换 收端 选择备Z to AZ比较优先级后 收端选择备A to Z发端桥接到主备Z to A倒换完成 50 LSP1 1保护 51 51 Wrapping保护倒换 类似SDH的G 841保护倒换 在故障处的相邻节点倒换 52 Wrapping保护 53 53 以太网业务框架 EPL EthernetPrivateLine 以太网私有专线 EPL有两个业务接入点 实现对用户以太网MAC帧进行点到点的透明传送 不同用户不需要共享带宽 因此具有严格的带宽保障和用户隔离 不需要采用其它的QoS机制和安全机制 由于是点到点传送 因此不需要MAC地址学习 54 以太网业务框架 B公司 EVPL EthernetVirtualPrivateLine 以太网虚拟私有专线 EVPL与 的主要区别是不同的用户需要共享带宽 因此需要使用VLANID或其它机制来区分不同用户的数据 如果需要对不同用户提供不同的服务质量 则需要采用相应的QoS机制 如果配置足够多的带宽资源 则EVPL可以提供类似EPL的业务 55 以太网业务框架 A公司 A公司 A公司 NE3 NE2 NE1 EPLAN EthernetPrivateLocalAccessNetwork 以太网私有专网 EPLAN至少具有两个业务接入点 不同用户不需要共享带宽 因此具有严格的带宽保障和用户隔离 不需要采用其它的QoS机制和安全机制 由于具有多个节点 因此需要基于MAC地址进行数据转发并进行MAC地址学习 56 以太网业务框架 A公司 B公司 B公司 A公司 NE1 NE3 NE2 A公司 B公司 EVPLAN EthernetVirtualPrivateLocalAccessNetwork 以太网虚拟私有专网 EVPLAN与EPLAN的主要区别是不同的用户需要共享SDH带宽 因此需要使用VLANID或其它机制来区分不同用户的数据 如果需要对不同用户提供不同的服务质量 则需要采用相应的QoS机制 57 业务模型 ELine业务 58 CE3 CE1 CE4 CE2 LSP PW PE1 PE2 P 使用VPWS配置 不同的业务使用不同的PW 不同的PW可以复用一个LSP 58 业务模型 ELAN业务 59 LSP PW PE1 PE2 PE3 VPLSBSite1 VPLSASite2 VPLSASite3 VPLSASite4 VPLSASite5 VPLSASite1 VPLSBSite2 VPLSBSite3 使用VPLS配置 在一个VPLS中 不同方向的业务使用不同的PW 59 业务模型 ETree业务 60 LSP 水平分割 PE1 PE2 PE3 VPLSBroot VPLSALeaf1 VPLSALeaf2 VPLSALeaf4 VPLSALeaf3 VPLSAroot VPLSBLeaf1 VPLSBLeaf2 水平分割 使用VPLS配置 在一个VPLS中 叶节点之间配置水平分割 60 业务模型 CES业务 61 BTS BSC LSP PW NE1 NE3 NE2 使用VPWS配置 不同的E1使用不同的PW 不同的PW可以复用一个LSP STM 1 nxE1 61 内容摘要 4 完善的OAM和QOS 3 安全的保护倒换和丰富的业务模型 62 OAM内容 告警相关CC ContinuityandConnectivityCheck 检测连接是否正常 AIS AlarmIndicationSignal 维护信号 用于将服务层路径失效信号通知到客户层 RDI RemoteDefectIndication 维护信号 用于近端检测到失效之后 向远端回馈一个远端缺陷指示信号 LB Loopback 环回功能 MEP是环回请求分组的发起点 环回的执行点可以是MEP或者MIP Lock 维护信号 用于通知一个MEP 相应的服务层或子层MEP出于管理上的需要 已经将正常业务中断 从而 使得该MEP可以判断业务中断是预知的 还是由于故障引起的 TEST 一个MEP向另一个MEP发送的测试请求信号 CSF ClientSignalFail 用于从T MPLS路径的源端传递客户层的失效信号到T MPLS路径的宿端 性能相关LM FrameLossMeasurement 用于测量从一个MEP到另一个MEP的单向或双向帧丢失率 DM PacketDelayandPacketDelayVariationMeasurements 用于测量从一个MEP到另一个MEP的分组传送时延和时延变化 或者 将分组从MEPA传送到MEPB 然后 MEPB再将该分组传回MEPA的总分组传送时延和时延变化 63 OAM内容 续 其他 APS AutomaticProtectionSwitching 由G 8131 G 8132定义 发送APS帧 MCC ManagementCommunicationChannel 由G tmpls mgmt定义 发送MCC帧 SSM SynchronizationStatusMessage 由G 8261定义 发送SSM帧 EX Experimental 在一个管理域内 出于实验的目的发送的帧 VS VendorSpecific 用于发送设备提供商特定功能的OAM帧 SCC SignalingCommunicationChannel 用于一个MEP向对等MEP发送控制平面信息 64 OAM类型 CC CC ContinuityandConnectivityCheck可用于故障管理 性能监控 保护倒换 检测相同MEG域内任意一对MEP间的信号连续性 传送CC信息的帧是CV帧 其主要参数有 MEGID本身MEPID所有目标MEPID发送周期 3 3ms 10ms 100ms 1s3 5倍发送周期内收不到CV帧 产生LOC告警 lossofcontinuity 65 OAM类型 AIS LB LCK AIS AlarmIndicationSignal在服务层检测到故障时 通知客户层使用FDI帧传送发送周期 1s在3 5倍的接收周期内未再收到AIS消息 清除AIS告警LB LoopBack环回功能 MEP是环回请求分组的发起点 环回的执行点可以是MEP或者MIP用于验证MEP之间或者MEP和MIP之间的连接性在MEP之间进行双向的在线或非在线的诊断 测试带宽吞吐量 比特误码率等LBM和LBRLCK Lock用于通知对端MEP 本端MEP出于管理上的需要 已经将正常业务中断对端MEP可以判断业务中断是预知的 还是由于故障引起的 66 OAM类型 TST CSF LM DM TST Test一个MEP向另一个MEP发送的测试请求信号单方向的在线或非在线的诊断测试与LB的区别CSF ClientSignalFail通告远端 本端出现入口客户信号失效LM FrameLossMeasurement用于测量从一个MEP到另一个MEP的单向或双向丢失率采用CV帧来测试 SD 性能劣化 精度达到千分之一内DM PacketDelayandPacketDelayVariationMeasurement用于测量从一个MEP到另一个MEP的分组传送时延和时延变化单向 收发两端时钟同步 源端发送DM帧 宿端在收到DM帧时计算单向时延 使用1DM帧测试双向 源端发送DM请求帧 宿端在收到DM时回送DM响应帧给源端 源端在收到响应的DM帧后计算双向时延 使用DMM和DMR 67 OAM类型 APS MCC SCC SSM APS AutomaticProtectionSwitching由G 8131 G 8132定义 发送APS帧MCC ManagementCommunicationChannel发送MCC管理通道信息 TMS层SCC SignallingCommunicationChannel用于一个MEP向对等MEP发送控制平面信息SSM SynchronisationStatusMessage由G 8261定义 发送SSM帧 68 69 PTN网络的QoS技术机制 69 流分类与标记 分类原则源MAC地址 目的MAC地址 VLANID 802 1p优先级 IP地址 DSCP等及组合标记每条流具备入口优先级的指配 自动映射 802 1p PHB 出口优先级的指配 自动映射 PHB EXP 70 流量监管和流量整形 流量监管 trafficpolicing 的典型作用是限制进入某一网络的某一连接的流量与突发 在报文满足一定的条件时 如某个连接的报文流量过大 流量监管就可以对该报文采取不同的处理动作 例如丢弃报文 或重新设置报文的优先级等 流量整形 trafficshaping 的典型作用是限制流出某一网络的某一连接的流量与突发 使这类报文以比较均匀的速度向外发送 流量整形通常使用缓冲区和令牌桶来完成 当报文的发送速度过快时 首先在缓冲区进行缓存 在令牌桶的控制下 再均匀地发送这些被缓冲的报文 71 71 72 流量整形与流量监管的区别 流量整形对流量监管中需要丢弃的报文进行缓存 通常是将它们放入缓存区或者队列内流量整形可能会增加时延 而流量监管几乎不引入额外的延迟流量监管一般设置在流量的入口处 而流量整形一般设置在流量的出口处 72 拥塞管理和拥塞避免 拥塞管理 采用队列调度技术 将报文按优先级发送到不同队列中 然后再按一定的调度策略把报文从队列中发送出去 常用的调度算法为 SP WFQ等拥塞避免传统的尾丢包在网络发生拥塞时对报文全部丢弃 并不加以区分 进行拥塞避免 在网络没有发生拥塞以前根据队列状态进行有选择性的丢包 常用算法 WRED 73 SP StrictPriority 严格优先级 保证某种类型数据流得到任其所需的带宽严格按照优先级的高低次序 优先发送较高优先级队列中的分组 但较高优先级队列为空时 再发送较低优先级队列中的分组缺点 低优先级的队列存在 饿死 的可能性 drop 流分类 74 WFQ WeightedFairQueuing WFQ 每个队列可以设置不同的权值 按照一定的比例分配带宽保证了不同优先级的队列都有流量通过 drop 流分类 75 76 烽火PTN层次化QoS解决方案 MPLS TP 每个层面分别提供一定的QoS机制 客户层 实现流分类 接入速率控制 优先级标记 TMC层 客户优先级到TMC优先级映射 带宽管理 TMCEXP优先级调度 TMP层 TMC优先级到TMP优先级映射 带宽管理 TMPEXP优先级调度 此外 TMPLS网管系统一般提供各层面QoS的核查 即CAC 连接接入控制 机制 76 内容摘要 4 完善的OAM和QOS 3 安全的保护倒换和丰富的业务模型 5 精确的同步方案 77 同步的概念 同步包括频率同步和时间同步两个概念频率同步频率同步 就是所谓时钟同步 是指信号之间的频率或相位上保持某种严格的特定关系 其相对应的有效瞬间以同一平均速率出现 以维持通信网络中所有的设备以相同的速率运行 时间同步一般所说的 时间 有两种含义 时刻和时间间隔 前者指连续流逝的时间的某一瞬间 后者是指两个瞬间之间的间隔长 时间同步有两个主要的功能 授时和守时 用通俗的描述 授时就是 对表 通过不定期的对表动作 将本地时刻与标准时刻相位同步 中国的授时中心是陕西蒲城 守时就是前面提到的频率同步 保证在对表的间隙里 本地时刻与标准时刻偏差不要太大 78 78 频率同步和时间同步的区别 79 同步包括频率同步和时间同步两个概念 79 通讯网络对同步的需求 无线IPRAN对同步的需求 GSM WCDMA为代表的欧洲标准采用的是异步基站技术 此时只需要做频率同步 精度要求0 05ppm 或者50ppb 以TD CDMA2000代表的同步基