《G传输组网技术》PPT课件.ppt

3G传输技术 喻松中国青岛2009年6月27日 3G传输网络组网技术 四种可选技术 SDH ATM MSTP PTN MSTP组网技术 SDH组网技术 ATM组网技术 PTN组网技术 1 2 3 4 Contents Herecomesyourfooter Page4 3G传输网络组网技术 传统SDH 采用传统的SDH组网 3G业务信号通过TDM方式传输 以NodeB至RNC之间的接入传输网络为例 当采用传统SDH技术时 若NodeB与RNC之间通过E1或N E1接口连接时 可在SDH设备中通过映射到VC12虚容器中进行传输 如果NodeB提供STM 1接口时 则在SDH设备中通过映射到VC4虚容器中进行传输 传统SDH技术组建3G传输网的优点 3G业务在SDH网络中透明传输 其ATM特性和处理全部在3G业务节点进行处理 业务网和传输网完全独立 网络层次清晰 在初期3G业务量不大的情况下 可以直接利用现有的SDH网承载3G业务 而不用对SDH网络进行升级改造 传统SDH技术组建3G传输网的劣势 传统SDH采用TDM方式静态配置带宽 带宽利用率低 对RNC的成本和设备压力带来严重影响 3G业务的发展和传统SDH的低效率传送将造成传输网资源的快速消耗和投资浪费 3G传输网络组网技术 传统SDH 3G传输网络组网技术 传统SDH SDH环网需要为其分配3个VC 4的静态带宽 而实际流量只有18个E1 RNC必须通过3个STM 1接口才能完成与NodeB的业务互联 带宽浪费严重 RNC设备压力和成本极高 MSTP组网技术 SDH组网技术 ATM组网技术 PTN组网技术 1 2 3 4 Contents 3G传输网络组网技术 ATM 由于WCDMAR99 R4采用ATM协议体系 因此ATM交换机可以作为组建3G传输网的可选技术之一 3G传输网络组网技术 ATM ATM交换机组建3G传输网的优点 符合WCDMAR99 R4的ATM传输特性 并可通过信元交换完成带宽统计复用功能 提高传输效率 如果已建ATM网络能够满足初期3G业务需要 可以直接利用现有资源 作为3G传输网络的初期可选方案 ATM交换机组建3G传输网的劣势 由于ATM协议的复杂性 导致ATM交换机成本较高 而且增加了管理复杂度 目前ATM交换机在高速率传送下的性能表现不佳 无法满足日后3G业务增长的传送需求 ATM技术在组网灵活性和网络保护方面仍然不能与SDH技术匹敌 导致在某些网络规划和安全性设计受限 采用ATM技术组建传输网无法满足3G网络的全IP化演进趋势 基于以上原因 对于3G传输网络的构建 目前一般不推荐采用ATM技术 MSTP组网技术 SDH组网技术 ATM组网技术 PTN组网技术 1 2 3 4 Contents 3G传输网络组网技术 MSTP MSTP Multi ServiceTransportPlatform基于SDH的多业务传送节点 MSTP 是指 基于SDH平台同时实现TDM ATM 以太网等业务的接入 处理和传送 提供统一网管的多业务节点 基于SDH的多业务传送节点除应具有标准SDH传送节点所具有的功能外 还具有以下主要功能特征 a 具有TDM业务 ATM业务或以太网业务的接入功能 b 具有TDM业务 ATM业务或以太网业务的传送功能 包括点到点的透明传送功能 c 具有ATM业务或以太网业务的带宽统计复用功能 d 具有ATM业务或以太网业务映射到SDH虚容器的指配功能 广义定义在城域网建设中 能够满足多业务 主要是数据业务和电路交换业务 传送要求的所有技术或解决方案均称为城域网多业务传送平台实现技术 简称广义MSTP MSTP技术 狭义定义在城域网建设中 能够满足多业务 主要是数据业务和电路交换业务 传送要求的 基于SDH技术的多业务传送技术称为基于SDH的多业务传送平台实现技术 简称狭义MSTP技术 MSTP技术 定位 对于城域传送网络来讲 主要涉及物理层和数据链路层 对于MSTP来讲 主要是在数据链路层进行研究 采取措施来支持高层的业务的透明传送 广义MSTP协议栈模型如下 MSTP技术 定位 狭义MSTP协议栈模型 MSTP技术 以太网业务支持 IP PPP HDLC SDH方式 MSTP关键技术 18 IPoverSDH IP ATM SDHIP PPP HDLC SDHIP FR SDHIP LAPS SDHIP SDL SDH 19 IPoverSDH IP SDH LAPS SDH PPP HDLC SDH Motivationsforanewscheme light weight low cost high speed rationalizefunctions includeQoSmechanisms TCP Applications PPPoverSDH RFC1619 LAPS X ipos PossibleIPoverSDH Application Transport IP BER OHfunc Maint Octettiming Bittiming Media Errordet correction Framing AsyncSync bit byte QoS SDH ATM SDH FR NetworkLayer 20 IPoverSDH的协议 PPP PPP协议提供多协议封装和差错控制及链路初始化控制等功能HDLC帧格式负责同步传输链路上的PPP封装的IP数据帧的定界 PPP协议 即IETFFRC1661 ThePoint to PointProtocol和RFC2153 PPPvendorExtension 是一个简单的OSI第二层网络协议 其标头只有两个字节 没有地址信息 只是按点到点顺序 面向无连接 PPP协议可将IP数据包切成PPP帧 符合RFC1662 PPPinHDLC LinkFaming 以满足映射到SDH Sonet帧结构 符合RFC1619 PPoverSDH 上的要求 PPP是个协议簇 它有三个主要组成部分 1 提供在串行链路上封装数据报文的方法 以HDLC协议为基础来封装数据报 2 链路控制协议LCP LinkControlProtocol 这是PPP中一个用于建立一条链路的子协议 3 网络控制协议NCP NetworkControlProtocols 簇 该子协议簇能为多种网络层协议 如IP IPX AppleTalk OSI等 建立和配置逻辑连接 PPP 点到点协议介绍 22 IP PPP HDLC SDH HDLC帧按ITU TG 707建议以字节对齐方式映射进SDH的高阶或低价容器 在映射之前可以扰码或不扰码 如扰码则采用 X43 1 扰码器 在虚容器 VC4和VC3 的通道开销POH中设置了一个C2字节 称为信号标签字节 用以指示所载的信息类型 对于一般的HDLC帧 C2 00010110 即16H 对于PPP HDLC 则C2为11001111 即16进制CF 在低阶虚容器VC12中也有类似的字节V5 但ITU T目前尚未规范其如何对应PPP HDLC信息 23 PPP的优缺点 PPP方式的优点是成熟已大量使用互操作性 可支持多种网络协议高效的组帧技术 除需插入LCP和NCP控制帧外 仅在HDLC帧中增加一个协议字段 两字节 开销少链路质量监视报告功能 以快速和用户可定义的方式提供一种检测专用线路故障的功能缺点 因为它当初不是完全针对IP而设计的 因此有些功能在纯IP协议环境下没有起作用 24 IP LAPS SDH LAPS 用于SDH的链路接入协议 也是HDLC格式中的一种 通过LAPS建立的也是面向字节同步的点对点链路 与IP FR SDH类似 LAPS利用HDLC帧中的地址字段来传送业务接入点识别符 SAPI 通过置SAPI为不同值来实现对信息字段中分组的协议识别 例如SAPI 00000100 为IPV4业务 00001100 为IPV6业务 11111111 为全站地址 除011111110与01111101外 其余值还可用作其它SAPI地址 从而可省去PPP HDLC中特设的1 2个字节的协议指示字段 为了保证SDH信号有足够的定时信息 即避免在SDH信号流中有过长的连 O 或连 1 LAPS帧在映射进SDH之前 使用 X43 1 的自同步扰码 为了指示映射进SDH高阶虚容器VC4内的信息为LAPS C2设为 00011000 即18H 对于低阶虚容器V5 在ITU中已有提议用 101 指示装载了LAPS信息 2020 2 7 25 简化的数据链路协议 SDL 在IP PPP HDLC SDH中 使用的基于HDLC的帧定界协议存在一些问题 主要表现在 用户使用HDLC帧时 网管需要对每一个输入 输出字节都进行监视 当用户数据字节的编码与标志字节相同时 网管需要进行填充 去填充操作 为此 Lucent提出了简化数据链路协议SDL SDL用户对同步或异步传送的可变长的IP数据包进行高速定界 可适用于OC 48 STM 16以上速率的IPoverSDH 26 IP SDL SDH SDL 简化的数据链路协议 用于取代PPP HDLCSDL工作原理 类似于ATM信元 仅长度是可变的 SDL方式特点 简单 比HDLC容易应用于高速链路 有可能提供链路层的QOS和复用 长度指示QOS指示CRC校验用户数据字段 27 虚容器级联的必要性 实际应用时 IP包所需的带宽和SDHVC带宽并不都是匹配的 例如IP包可能需要高于VC12带宽但又低于VC2 或VC3 的带宽 需要对每个VC12分别建立PPP 或LAPS等 链路 即以E1为单位建立多个PPP链路 这种方法配置复杂 难于负载平衡 且每个VC12作为一个独立传送单位 在网内可能经受不同的时延 带来管理上的困难 另一种是用级联的办法将 个VC12捆绑在一起组成VC12 X 在它所支持的净荷区C12 X中建立单个PPP 或LAPS等 链路 这种方式容易配置 不要求负载平衡 没有时延差的问题 便于管理 适于支持高速IP包传送 28 IP STM N VC12 VC12 VC12 PPP PPP PPP E1 E1 E1 Multi linkPPPChannelizedE1 配置复杂不同时延速率受限 10M 难于负载平衡 虚容器级联的必要性 SDH设备增加支持VC级联功能 以较为匹配的带宽承载IP TunableSDHBandwidth IP STM N VCn MPLS PPP VCn VCn VC4 PPP SinglePPPConnectionSDHVCConcatenation 容易配置较短时延线速GigabitEthernet无需负载平衡 29 连续级联与虚级联 级联方式又分为连续级联与虚级联两种 当被级联的各个VCn在SPE中是连续排列的 在传送时它们被捆绑成为一个整体来考虑 这种级联称为连续级联 级联后的VC记为VCn Xc 其中X表示有 个VCn级联在一起 通常以VCn Xc中第一个VCn的通道开销POH作为级联后的VCn Xc的POH 当被级联的VCn在SPE中并不连续时 这种级联称为虚级联 级联后的VC记为VCn Xv 其中X也表示被级联VCn的数目 虚级联在运用上更为灵活 但组成虚级联的各个VCn可能独立传送 因此各VCn都需要使用各自的POH来实现通道监视与管理等功能 收端对组成VCn Xv的各VCn在传送中引入的时延差必须给予补偿 使各VCn在接收侧相位对齐 ITU T目前仅规范了基于高阶容器VC4的连续级联与虚级联 30 连续级联与虚级联 当被级联的各VC在帧中序号连续时上图从虚级联变为连续级联 MSTP技术 技术特征 1 继承了SDH技术的诸多优点 2 支持多种协议 3 支持WDM扩展 4 提供集成的数字交叉连接交换 5 支持动态带宽分配 6 链路的高效建立能力 7 提供综合网络管理功能 8 支持多种以太网业务类型 9 是一种城于网建设技术可以应用到骨干层 汇聚层和接入层 MSTP技术框架和标准化 近年来 有关MSTP和相关以太网技术的国内行业标准的讨论和制定工作主要集中在基于SDH的MSTP技术规范 测试方法及网络管理等方面 从2001年以来 先后确立了13个与MSTP技术相关的行业标准项目 其中与MSTP节点设备相关的标准6个 与MSTP网络管理相关的标准7个 MSTP技术 标准化 节点设备行业标准 YD T1238 2002 基于SDH的多业务传送节点技术要求 YD T1276 2003 基于SDH的多业务传送节点测试方法 YD T1345 2005 基于SDH的多业务传送节点技术要求 内嵌RPR功能部分 YD T1346 2005 基于SDH的多业务传送节点测试方法一内嵌RPR功能部分 YD T1474 2006 基于SDH多业务传送节点技术要求 内嵌MPLS功能部分 YD T1474 2006 基于SDH的多业务传送节点测试方法 内嵌MPLS功能部分 MSTP技术 标准化 网络管理相关行业标准 基于SDH的MSTP网络管理技术要求一基本原则 基于SDH的MSTP网络管理技术要求 网元管理系统 EMS 功能 基于SDH的MSTP网络管理技术要求 网络管理系统 NMS 功能 基于SDH的MSTP网络管理技术要求 EMS NMS接口功能 基于SDH的MSTP网络管理技术要求 EMS NMS接口通用信息模型 基于SDH的MSTP网络管理技术要求 基于IDL IIOP技术的EMS NMS接口信息模型 基于SDH的MSTP网络管理技术要求 基于GDMO CMIP技术的EMS NMS接口信息模型 MSTP技术演进 四个阶段 第一阶段的MSTP技术 第一阶段的MSTP是在原有SDH设备基础上 增加了以太网和ATM接口 采用PPP封装协议 实现了以太网业务的点到点透明传输功能 具有较好的用户带宽保证和安全隔离效果 解决了数据业务在SDH中传输问题 但数据带宽共享能力差 不能灵活调整带宽 带宽利用率低 由于采用了PPP协议 多厂商设备互通性差 不支持以太网汇聚功能 端口利用率低 机理是将以太帧直接映射到SDH的容器 C 中 由于SDH的不同容器的净荷装载单元大小是固定的 无论是10 100MBase T还是GE 千兆以太网 都很难理想的装载到SDH的容器中 而且作为端到端的透传机制 也无法实现流量控制 以太业务QoS 不同以太业务流的统计复用等功能 所以商用价值小 第二阶段的MSTP的主要特点是采用了VC虚级连 LCAS LinkCapacityAdjustmentScheme 和GFP GenericFramingProcedure 等技术 实现了以太网二层交换和ATM交换功能 GFP提高了数据封装的效率 便于实现不同厂家社别的互通 VC虚级连更好地解决了与传统SDH网的互连问题 同时提高了带宽的利用率 LCAS大大提高了以太网业务传送的可靠性和带宽调整的灵活性 以太网二层交换可以支持以太网业务的带宽共享 实现汇聚型以太网业务 LCAS配合MAC层的流量控制功能 在网络正常状态下 人工增减虚容器组中的成员个数 不会使网络造成IP业务丢包 借助SDH本身所具有的保护倒换能力 系统也能在50ms内实现保护倒换 利用LCAS动态带宽调整机制和流量控制仅会造成少量丢包 不会影响业务正常进行 这是以太网络所不具备的 这个阶段的MSTP设备目前在网络中的应用最为广泛 第二阶段的MSTP 第三阶段的MSTP技术 第三阶段的MSTP引入了RPR和MPLS处理功能 RPR支持空间复用和统计复用以及带宽公平算法 提高了带宽利用率 实现了对数据业务50ms的保护 能够提供不同服务等级的业务 MPLS可以提供端到端的业务管理 保护恢复和QoS能力 提供基于MPLS的业务和用户隔离 扩展VLAN范围 通过与RPR结合 提供多环组网能力 提供EVPL和VPLS等新的业务类型 这一类型的MSTP设备还处于试验和试点应用阶段 第三阶段的MSTP技术 RPR的引入和MPLS的引入 RPR技术的引入 在带宽管理方面 它采用带宽动态分配和统计复用原则 每个节点维护通过自身的数据负载量 并把相应数据发送给环上相临节点 这样其他节点根据这些信息就可以获得在源节点上有多少可利用带宽 MPLS是一种结合三层路由 二层交换的数据传送技术 基于标签交换分组的机制 把路由选择和数据转发分开 由标签来规定一个分组通过网络的路径实现了由面向无连接的IP业务到面向连接的标签交换的转变 其技术特点主要体现在以下几个部分 流量工程 负载均衡 故障恢复 路径优先级等 第四阶段的MSTP技术 第四阶段的MSTP将在新的硬件平台上 引入ASON控制平面 实现由静态网络向智能网络的演进 采用ASON技术 可以实现网络拓扑自动发现 带宽动态申请和释放 支持网状网组网结构 通过MSTP与ASON技术的结合 提供信的业务类型 如BoD和OVPN等 由于ASON技术还不成熟 因此这个阶段的MSTP设备还处于研究中 MSTP的业务承载 1 对TDM业务的支持 2 以太业务在MSTP中实现 3 利用SDH传送数据业务 4 在MSTP中实现ATM业务 5 在MSTP中实现帧中继 MSTP系统构件 MSTP组网技术 SDH组网技术 ATM组网技术 PTN组网技术 1 2 3 4 Contents 43 Backbone 面向AllIP业务的传送网 Metro 随着Internet和基于IP的下一代网络的迅速发展 IP网络已经成为多业务宽带信息通信网络基础设施 包括话音 视频在内的各种通信应用都以IP数据包的方式在网络中传递 通信网已经从以话音业务为主转为以数据业务为主 用户对于接入带宽的需求正日益快速地增加 骨干网 1 1PTN的产生背景 光互联网最初设想的是IPoverWDM方案 是IP分组通过简单的封装适配直接架构在智能的光层之上 然后由统一的控制平面在所有层面上 分组 电路 波长 波带 光纤等 实现最高效率的光纤带宽资源调度 传统的IPoverWDM的网络组织架构无法构筑一个面向数据业务的 可靠的 具有端到端动态业务调度功能的传送网络 无法满足IP承载网的传送需求和提供电信级以太网业务的要求 45 传统的光互联网 通信网络正在进入新的时代 业务种类不断丰富 业务流量不断增加 带宽需求的迅猛增长为运营商带来了巨大的传送成本压力 新型业务不断涌现 不但有WLAN 3G WiMAX等无线业务 还有HDTV TriplePlay VOD 以太网商业用户和存储类业务等 这些业务都是天然的IP业务 不断增长的数据业务需求进一步驱动传送网技术与数通技术的融合 要求新的融合的传送网络能够继承类似SDH的电信级特征和IP网络的优势 例如快速保护倒换 可管理性 易用性 高效带宽统计复用 多业务接口 网络可扩展性 可测量的端到端QoS以及低成本以TDM为基础的传统传送网络由于具有较低的传送效率而难以适应这一趋势 同时现有的多协议标签交换 MPLS 以太网技术也不能很好地满足传送的需求 46 从传统传送网到分组传送网 1 因此 传送网的IP化转型已成为共识 IP化的传送网 即分组传送网 PTN 成为业内关注的焦点 有时也称为电信级的分组传送网 PTN是一种能够很好处理IP和以太网等分组信号的新型传送网 继承了SDH系统的许多优点 例如强大的OAM 保护和网管功能 另外也吸取了数据网络的优点 重要的一点就是差异化的处理和统计复用功能 对于用户种类繁多的业务 必须具备差异化的处理能力 PTN是一种新概念 作为一种传送设备 同时具有二层 2 5层业务交换功能 即指将业务交换节点与传送节点相结合 例如PBT 既支持标准的二层交换 作为二层交换机使用 也可以完成传送网特有的功能 也就是业务交换节点的外延扩大 即原来的二层 2 5层交换设备 传送网OAM功能 而MSTP主要还是端到端传送功能 以太网 MPLS交换是通过单独的二层以太网交换机或其他设备来完成 47 从传统传送网到分组传送网 2 Add DropcircuitsNosupportforpacketservices DistributedDXCMappingofPacketservicestocircuitsLimitedStatisticalmultiplexing OptimizedforpacketmultiplexingMappingofcircuitsoverpacketsTraditionalsynchronization 分组传输技术演化 SONETPHY TDMFabric MSTP STS 1VT1 5 PacketServices TDMTDM PacketPTN PTN的定义 在上海贝尔阿尔卡特及工业和信息化部电信研究院共同牵头起草的 基于分组的传送网技术研究报告 中提出 49 PTN传送网络架构 电路层 通道层 段层 物理层 传输媒质层 铁路 火车 集装箱 货物 50 PTN是在传统传送网的IP业务和底层光传输媒质之间设置了一个层面 它针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计 以分组业务为核心并支持多业务提供 运营商对分组传送网的需求 高扩展性 能够满足网络长期发展的需求 成本优势 只有成本上的优势才可以实现广泛的部署 透明性 可以透明传送各种业务信号 安全性 包括网络本身的安全性和对用户数据的安全保障 高可靠性 满足传送网设备99 999 的可用率 具有快速保护和恢复机制 QOS保障 具有可预测和可控的网络与业务性能 多业务支持能力 支持对多业务的承载 从而降低网络整体成本 易于维护和管理 减少人工现场操作的需求 降低对维护和管理人员的要求 互通性好 便于实现多厂商和多运营商的互联互通 继承性 需要能够与现有SDH传送网进行有机的结合 并能够提供对TDM业务的有效传送 51 移动通信业务与分组传送网 1 移动基站传输接口正从2G的E1 3G初期的ATMIMAE1转为以以太网接口为主 2G无线接入网的IP化也在进行中 在IP化的大方向下 传统的TDM业务保持平稳增长 仍是运营商重要的收入来源 以上两特点要求移动运营商更加细致的用户区分和管理 以及更加高效可靠的业务流量和传送 构建适应业务特点的无线接入传输网将成为移动运营商能否持续发展的关键因素之一 52 注 IMAE1采用ATM的反向复用技术 将几个E1在逻辑上组成一组 实现负荷分担 使传输资源的利用率大大提高 并且更安全更可靠 是目前NodeB的首选接口 2G网络中的E1业务都是通过SDH MSTP接入的 少量数据业务可通过MSTP的数据板卡或从其他途径接入 随着数据业务所占比例的提高 MSTP固有的TDM内核将不再满足大容量的数据吞吐需求 运营商需要一个能够适应业务IP化的趋势的平台 该平台应该具有完全分组化的内核并有效地支持从TDM交换到PTN的过渡 光传输网将主要负责IP 以太网流量的传送 为分组的流量特征而优化 向着智能的 融合的 宽带的 综合的分组传送网 PTN 方向发展 53 移动通信业务与分组传送网 2 54 4 2PTN的特征 1 高质量的网络同步 电信业务的正常运行离不开网络时钟同步 即要求全网设备之间的频率和相位差异保持在合理的范围之内 网络同步包括频率同步和相位同步 对于移动传送网来说 同步对于保证网络性能和用户在不同基站间的切换十分关键 目前的无线技术存在多种制式 不同制式对时钟同步有不同的要求 55 2 端到端的QoS保障 传统的IP技术只能采用 尽力而为 BestEffort 的方式进行报文的转发 所有的报文均采用先入先出 FIFO 的策略进行处理 这种尽力而为的方式对业务的吞吐量 延迟 抖动和丢包率没有任何保障 并且对语音 视频 数据等业务质量具有不同要求的业务缺乏差异化服务的机制 56 为了支持具有不同服务需求的移动语音 视频以及数据等业务 传送网络必须能够区分出不同的业务类型 进而为之提供相应等级的服务 PTN应具备完善的业务类型识别手段和端到端的QoS保障机制 通过管道化的带宽管理 使运营商可为用户提供具有不同服务质量等级的服务保证 实现同时承载数据 语音和视频等业务的网络需求 传统IP技术 PTN 3 统一的多业务传送及管理平台 PTN利用PWE3技术实现多业务 TDM ATM Ethernet等 的仿真和统一承载 PWE3 PseudoWireEmulationEdgetoEdge 是一种端到端的二层业务承载技术 属于点到点方式的L2VPN 在分组网络的两台PE ProviderEdge 中 利用LDP信令实现对PW PseudoWire 标签的自动分发 利用RSVP TE实现LSP标签的自动分发 通过隧道模拟CE CustomerEdge 端的各种二层业务 如数据报文 比特流等 使CE端的二层数据在PTN网络中透明传递 PTN同时提供包括SDHVC颗粒 WDM波长以及子波长 以太网报文的业务转发能力 通过GMPLS统一的控制平面实现对不同业务转发的统一控制 构建统一多业务传送和统一网络管理的平台 实现运营商传送网全网的业务调度及全网的统一管理 57 PTN的主要形态 目前分组传送标准主要有TMPLS PBT RPR三个标准 TMPLS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 是分组交换传输网络技术的首次尝试 TMPLS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 主要改进包括了通过消除IP控制层简化MPLS 以及增加传输网络需要的OAM和管理功能 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 TMPLS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 RPR是一种采用双环结构的环形网技术 它把物理层点到点连接的节点链转换为真正的共享链路 有效地统计复用突发型数据业务 由IEEE802 17进行标准化 标准化程度更高一些 58 面向连接的两大PTN技术 MPLS技术体系在MPLS技术上结合传送网特性发展起来的一种分组传送技术 主要有T MPLS和MPLS TP 去除MPLS无连接特性 如PHP LSPMerge ECMP等 增加了SDHlikeOAM和保护 以太网技术体系在以太网技术上结合传送网特性发展起来的一种分组传送技术 主要有PBT 去除以太网的无连接特性 如洪泛 Mac地址学习等 利用Mac In Mac技术隔离客户信息 提升了网络的可扩展性 增强了以太网的OAM和保护功能 MPLS体系与以太网体系的比较 总体来看 T MPLS着眼于解决IP MPLS的复杂性 增加了传送网的保护倒换和OAM特性 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 在标准方面 T MPLS走在前列 但随着ITU T和IETF共同开发MPLS TP的相关标准 两个标准组织的协同带来了标准化进程的放缓 PBT标准化工作开展较晚 从设备支持情况来看 国内设备制造商如华为 中兴 烽火等大多选择了两种技术均支持的策略 由不同的业务部门进行开发 目前大多在不同的平台上实现 国外设备制造商对于技术有比较明确的倾向 如阿朗支持T MPLS 北电支持PBT 60 61 标记交换 62 标记 Label 是一种短的 等长的 易于处理的 不包含拓扑信息 只具有局部意义的信息内容 63 MPLS Multi ProtocolLabelSwitching 是一种标准化的路由与交换技术平台 可以支持各种高层协议与业务 MPLS利用标记进行数据转发的 当分组进入网络时 要为其分配固定长度的短的标记 并将标记与分组封装在一起 在整个转发过程中 交换节点仅根据标记进行转发 MPLS具有 多协议 特性 对上兼容IPv4 IPv6等多种主流网络层协议 对下支持ATM FR PPP等链路层多种协议 从而使得多种网络的互连互通成为可能 通常处于二层和三层之间 俗称2 5层 什么是MPLS 64 标记 Label 它是一个短的 具有固定长度 仅在相邻LSR之间有意义 用来标识和区分转发等价类FEC的标志 转发等价类FEC ForwardingEquivalenceClass MPLS作为一种分类转发技术 将具有相同转发处理方式的分组归为一类 称为转发等价类FEC ForwardingEquivalenceClass 相同转发等价类的分组在MPLS网络中将获得完全相同的处理 FEC的划分通常依据网络层的目的地址前缀或是主机地址 标记映射将标记分配给FEC MPLS相关基本概念 1 65 MPLS相关基本概念 2 标记交换路由器LSR LabelSwitchingRouter 边缘路由器LER LabelEdgeRouter 核心路由器LSR标记交换路径LSP LabelSwitchingPath MPLS网络为具有一些共同特性的分组通过网络而选定的一条通路 由入口的边缘交换路由器 一系列核心路由器和出口的边缘交换路由器以及它们之间由标记所标识的逻辑信道组成 标记分发协议LDP LabelDistributionProtocol MPLS的控制协议 用于LSR之间交换信息 完成LSP的建立 维护和拆除等功能 66 MPLS体系结构 LER 边缘路由器 LSR 标记交换路由器 LDP和传统路由协议 如OSPF ISIS等 一起 在各个LSR中为有业务需求的FEC建立路由表和标签映射表 入口LER接收分组 完成第三层功能 判定分组所属的FEC 并给分组加上标签 形成MPLS标签分组 接下来 在LSR构成的网络中 LSR根据分组上的标签以及标签转发表进行转发 不对标签分组进行任何第三层处理 最后 在MPLS出口LER去掉分组中的标签 继续进行后面的转发 67 MPLS基本交换原理 建立连接对于MPLS来说 建立连接就是形成标记交换路径LSP的过程 数据传输数据传输就是数据分组沿LSP进行转发的过程 拆除连接拆除连接就是通信结束或发生故障异常时释放LSP的过程 MPLS交换采用面向连接的工作方式 信息传送要经过以下三个阶段 68 MPLS的数据传输 入口路由器的处理过程数据分组到LSP的映射 将数据分组封装成标记分组 将标记分组从相应端口转发出去核心路由器的处理过程依据标记进行转发出口路由器的处理过程弹出标记 用网络层地址查找路由表确定下一跳 69 20Bit用作标签 Label 用于转发的指针 3个Bit的EXP 保留 用于试验 1个Bit的S MPLS支持标签的分层结构 即多重标签 值为1时表明为最底层标签 8个Bit的TTL 作用类似于IP中的TTL TimeToLive MPLS包头结构 70 T MPLS的产生背景 1 对传统TDM传送网 SDH 来说 其最大优点是可以提供小于50ms的保护 同时可以提供大带宽 带宽保证 强大的OAM和多业务支持 然而当数据业务成为网络的绝对主导业务类型后 这种解决方案显示出其不足 首先 SDH的开销处理复杂 传输效率低 用SDH固定帧长和时隙来支持突发性数据业务的带宽效率较低 其次 SDH网络基于同步时钟工作 抖动要求严 第三 传统SDH网的带宽指配是通过集中网管系统来实现的 无法适应高容量IP业务动态和不可预测的特性 难以灵活地生成新业务 第四 SDH在本质上只有一层MAC地址转发 没有层次化的地址结构和用户地址隔离 其网络和业务扩展性受限 71 MPLS技术可以很好地弥补SDH网络的缺点 但传统的互联网协议 多协议标签交换 IP MPLS 由于过多地考虑了三层功能 IP功能 很难建立面向连接的传送技术 这就需要统一的控制技术来实现资源管理与控制 为了适应分组交换和传送的需求 必须对MPLS技术进行简化修改 并跟传送平面相关联 比如SDH MSTP或其它任何传送设备 即发展成为T MPLS技术 ITU TSG15在2006年2月的全会上采纳了T MPLS的概念 并通过了关于T MPLS的三个标准 即G 8010 1 T MPLS体系结构 G 8112 T MPLS的NNI接口 G 8121 T MPLS设备功能模块特性 T MPLS抛弃了IETF为MPLS定义的繁复的控制协议族 简化了数据平面 去掉了不必要的转发处理 并增加了ITU T传送风格的保护倒换和OAM功能 总体来看 T MPLS是ITU TSG15定义的基于MPLS技术的一个面向连接的包传送技术 是MPLS的一个子集 是将数据通信技术同电信网络有效结合的一个技术 72 T MPLS的产生背景 2 T MPLS与MPLS的区别 1 IP MPLS路由器是用于IP网络的 因此所有的节点都同时支持在IP层和MPLS层转发数据 而T MPLS只工作在L2 因此不需要IP层的转发功能 由于T MPLS是利用MPLS的一个功能子集来提供面向连接的分组传送 并且要使用传送网的OAM机制 因此T MPLS取消了MPLS中一些与IP和无连接业务相关的功能特性 在IP MPLS网络中存在大量的短生存周期业务流 而在传送MPLS网络中 业务流的数量相对较少 持续时间相对更长一些 国际电信联盟 ITU T SG15定义的T MPLS 它被看作是MPLS从核心网络向城域网和接入网的自然延伸 可以看作是T MPLS MPLS L3的复杂性 OAM 73 T MPLS与MPLS的区别 2 T MPLS使用双向LSP MPLSLSP都是单向的 而传送网通常使用的都是双向连接 因此T MPLS将两条路由相同但方向相反的单向LSP组合成一条双向LSP T MPLS不使用PHP 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 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 T MPLS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 74 T MPLS不使用ECMP 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 T MPLS支持端到端的OAM机制 T MPLS支持端到端的保护倒换机制 MPLS支持本地保护技术FRR T MPLS根据RFC3443中的定义的管道模型和短管道模型处理TTL 支持RFC3270中的E LSP和L LSP 支持管道模型和短管道模型中的EXP处理方式 支持全局唯一和接口唯一两种标签空间 75 T MPLS与MPLS的区别 3 76 T MPLS的网络体系 T MPLS是一种基于MPLS的面向连接的分组交换 CO PS 传送技术 在整个分组传送网络体系中 T MPLS将逐步融合和取代传统TDM SDH 网络 实现面向连接的分组交换传送技术 77 T MPLS的体系结构 T MPLS所支持的客户层可以使任何二层 L2 技术 采用IETF为端到端伪线模拟 PWE3 伪线模型定义的映射技术 电路子层对应虚电路 VC LSP连接 完成将客户层的业务适配到T MPLS数据转发域 适配过程还包括对用于VCLSP管理的OAM信息的适配 隧道子层对应隧道LSP连接 支持T MPLSVCLSP的集合 可以是嵌套式或与VCLSP复用 也对包括管理隧道LSPOAM信息的适配 78 T MPLS网络从上至下可分为电路层 channel TMC 通路层 path TMP 或者隧道层 和段层 section TMS T MPLS层网络模型 TMC T MPLSChannel 提供T MPLS传送网业务通路 一个TMC连接传送一个客户业务实体 包括一个单个的客户业务或一组客户业务 TMP T MPLSPath 提供传送网连接通道 一个TMP连接在TMP域的边界之间传送一个或多个TMC信号 TMS T MPLSSection 提供两个相邻T MPLS节点之间的OAM监视 由于TMS实例与服务层路径之间是一对一的 所以 它不需要标签 79 图中标签 为T MPLS适配和特征信息插入点 具体参照ITU TG 8110 1建议 T MPLS功能框架结构 T MPLS功能框架结构继承和借鉴自动交换光网络 ASON 三个平面的概念及其基本功能 由控制面 管理面和传送面构成 但在每个平面上 无论从体系组织还是具体功能构建上 都与基于电路交换的ASON有较大区别 80 T MPLS控制面 T MPLS控制面的主要功能包括业务接纳控制 信令控制路由控制 保护恢复等 由于TMPLS控制面的引入 使得分组传输网生存性不强的问题得到较好的解决 通过控制面可以引入更多更有效的保护恢复方案 如共享保护 预配置通道保护以及利用复用段保护环对组播业务进行保护等 81 T MPLS控制平面的标准工作主要由ITU T IETF OIF完成 ITU T的重点是需求 体系结构 功能 IETF的重点是控制协议的设计和扩展 例如 信令 路由 LMP协议 以及与控制平面有关的专门问题的澄清和解决上 光互联论坛 OIF 的重点是用户网络接口 UNI 外部网络节点接口 E NNI 控制平面结构框图 1 连接控制模块 该模块主要有三大功能 即连接的管理 连接策略的维护和连接 业务 的恢复 2 信令模块基于CR LDP或扩展的RSVP实现 信令模块接受连接控制模块的调用 将连接控制模块的连接命令转换为相应的信令协议消息 在各个控制节点之间进行具体的控制信令的传递及信令状态的维护 3 路由及控制模块基于OSPF TE实现 其主要功能有两个 一是路由信息的分发 一是受限路由的计算 4 资源管理及自动发现模块基于LRM草案实现 此模块维护控制信道的连通性 检验数据链路的物理连通性 进行链路属性信息的关联 支持下游向上游告警的传递并能进行故障定位以满足保护恢复的需求 同时 还增加了控制通道发现功能 控制平面各模块简介 连接控制模块 本模块对外有四大接口 分别是与路由模块的接口 与链路资源管理器的接口 与信令协议模块的接口以及与网管及用户代理的接口 该模块中还实现与恢复相关的一些操作 包括恢复预计算处理 恢复连接的预先建立 连接故障分析和指示以及回溯和重路由 信令模块 信令模块于其他模块之间的联系 资源管理控制模块 资源管理模块为控制平面提供本地传送资源和资源故障的管理 与传送平面通信 处理模块 与网管的通信 存储传送平面信息 向下传送标签转发表 上报传送平面的故障 与连接控制模块通信 路由控制模块 路由模块结构图 网络管理完成基本功能 网管建路 拆路 业务查询功能控制平面参数配置与控制平面状态查询物理拓扑显示与自动更新全网阻塞率 流量统计告警上报显示 T MPLS传送面功能 T MPLS传送面负责将客户数据 信令数据 OAM数据进行适配和转发 对于不同的客户层信号 T MPLS应采取不同的适配和转发方法 对分组数据 如以太网 帧中继 信元数据 如ATM 和时分数据 如PDH SDH 由于其长度 格式 复用方式等方面的差别 在对其进行适配传输过程中牵涉到的汇聚 分段 封装 排序 定时 复用 解复用处理也将不同 T MPLS的传送面对客户层和服务层透明 对客户层透明是指任何客户层信号都可以承载到T MPLS网络上进行基于分组的传送 对服务层透明是指TMPLS可以使用任何底层技术传输 TMPLS可以使用带内信令 亦可采用带外信令 可供T MPLS使用的信令协议有LDP 标签分发协议 和RSVPTE 资源预留协议 89 T MPLS数据转发技术 1 90 T MPLS采用双标签传送模式 T MPLS在为客户层提供分组式数据传输时 会对客户数据分配两类标签 分别是虚信道 伪线 Channel PW 标签和传输交换通道 隧道 Path Tunnel 标签 隧道标签用于客户数据在T MPLS分组数据通道中的交换以及转发 伪线在MPLS网络中构建起一条条T MPLS隧道来传输上层业务 就好像真实存在的连接一样 在T MPLS隧道上层的业务看来 T MPLS隧道给它们提供面向连接的传输服务 透明双标签的分组传输控制示意图 T MPLS数据转发技术 2 T MPLS的转发路径分为两层 内层为伪线层 T MPLSPW 标识业务的类型 外层为T MPLS隧道层 标识业务转发的路径 91 T MPLS隧道结构示意图 将MPLS与伪线技术相结合 T MPLS就实现了 面向连接的分组传送 的特点 T MPLS数据转发技术 3 伪线通过与客户边缘设备 CE 相连的伪线服务提供边缘设备 PE 对要传输的原始业务进行包封等处理 再通过伪线进行传输 在接收端 宿PE再对接收到的业务进行帧校验 重新排序等处理还原成原始业务 交给宿端CE 其传输过程如下图所示 92 伪线传输过程框图 CE CustomEdge T MPLS业务建立 93 图T MPLS业务建立 T MPLS业务建立 T MPLS的生存性 94 T MPLS连接同SDH连接一样具有较长的时间稳定性 因此可以实施类似SDH中的保护倒换和OAM机制 G 8131定义了T MPLS线性保护倒换 同样能够根据自动保护倒换 APS 条件启动1 1子网连接 SNC 路径保护 倒换行为可以在段 通路和电路各个层面上进行 T MPLS的生存性技术 T MPLS的主要特性之一就是其完善的生存性技术 T MPLS网络生存性是保障T MPLS网络性能的一个重要方面 主要包括基于传送平面的保护倒换和基于控制平面的恢复 基于传送平面的保护倒换主要有 线性保护倒换 共享保护环 基于控制平面的恢复是指故障发生后 在控制平面的协调下 为业务重新计算工作路径 或者预计算保护路径 目前为止 在T MPLS的生存性方面只有线性保护倒换被标准化 T MPLS共享环保护已有草案 现正在审核中 95 T MPLS的OAM 1 对电信运营级OAM的需求是TMPLS分组传送技术发展的主要动力之一 T MPLS的OAM机制包括三大部分 故障管理 性能管理和其他功能 小圆内为MPLS的OAM功能 而小圆外侧的扇形为T MPLS这3个部分所包含的OAM功能 96 T MPLSOAM对MPLS的OAM进行了扩展 大量增加了OAM协议数据单元 PDU 种类 每种PDU完成一个功能 这些功能突出实现了T MPLSOAM支持差错管理和性能管理 尽量最小化服务中断 恢复时间及操作资源等特点 T MPLSOAM的这些功能基本与传统传送网OAM功能相当 这就使得T MPLS技术的OAM具有了提供电信运营级业务的能力 T MPLS的OAM 2 97 TMPLS是分组传送技术 与传统的TDM传送网 SDH 有所差别 这要求它必须有其独特的OAM机制 传统传送网中使用块状帧结构 OAM信息随数据信息一起传输 而T MPLS网络则分别采用OAM分组和数据分组对这两类信息分开传输 G 8114定义了T MPLS详尽而功能强大的OAM机制 使得网络中每一个层面的传送实体 不管属于用户 业务提供商还是运营商 都能执行故障检测