PTN原理及关键技术

PTN技术发展．PTN技术产生的背景1.1PTN技术背景分析适应业务和网络IP化的趋势，业务IP化和承载网IP化的趋势推动运营商的业务转型和网络的转型，传统的SDH/MSTP和WDM技术存在局限性，传送网需要向分组化方向发展，要求传送网具有灵活、高效和低成本的分组传送能力。满足全业务运营的需求，2008年，我国电信运营商重组和3G牌照的发放，使2009年成为中国电信业全业务运营的元年，三大运营商都在积极尝试。全业务运营要求运营商逐步完成业务融合、网络融合和终端融合，其中网络融合要求实现多业务统一承载。符合传送网络演进的方向，分组传送网（PTN）技术是城域网传送发展的方向，目前存在多种技术选择，迫切需要研究PTN技术的特点、发展趋势和网络应用类型。业务的IP化是网络发展的一个必然趋势，EverythingoverIP就是所有的业务信号都采用IP的格式。但是EverythingoverIP不等于承载网是一张端到端的IP网络，IP信号承载并不等于全程用IP技术来传送。IP承载网并不是IP传送网，传送网的功能包括调度、汇聚和保护等。IP承载的业务信号还是必须经过传送网的传送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。在数据领域中所使用的VLAN、CoS、MPLSEXP和DiffServ等机制，都是在资源受限的情况下给予不同的业务不同的处理。PTN设备应具有多业务处理能力，能够容纳不同业务，并且映射到具有QoS处理的处理单元。1.2现有SDH/MSTP的局限性分析SDH主要缺点在于是为传输TDM信息而设计的。该技术缺少处理基于TDM技术的传统语音信息以外的其他信息所需的功能，不适合于传送TDM以外的ATM和以太网业务。每个MSTP设备的以太网处理板卡需要对每个业务进行MAC地址查询，随着环路上的节点增加，查询MAC地址表速度下降，处理性能明显下降。对数据业务的传输采用PPP或ML-PPP映射的方式，映射效率低，造成较大的带宽浪费，在传输视频业务时这种带宽的浪费尤其严重。不能对基于以太网的用户提供多等级具有质量保障的服务，服务类型属于面向非连接，不能提供端到端的质量保障。二．PTN技术基本概念和特点2.1PTN技术基本概念PTN（分组传送网，PacketTransportNetwork）是指这样一种光传送网络架构和具体技术：在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，具有更低的总体使用成本（TCO），同时秉承光传输的传统优势，包括高可用性和可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、便捷的OAM和网管、可扩展、较高的安全性等。PTN作为传送网满足下一代网络分组传送需求的解决方案，目前主要关注的是TMPLS和PBT技术,T-MPLS选择了MPLS体系中有利于数据业务传送的一些特征，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。PBT技术则是关闭传统以太网的地址学习、地址广播以及STP功能，以太网的转发表完全由管理平面（将来控制平面）进行控制。具有面向连接的特性，使得以太网业务具有连接性，以便实现保护倒换、OAM、QoS、流量工程等传送网络的功能。PBT技术的缺点是标准化工作刚刚开始，标准化的程度较低。未来分组传送网的技术拟在城域的汇聚和接入层开始应用，同时还取决于产品化、实用化的程度和如何适应网络的应用。2.2PTN技术的特点与形态基于分组的交换核心是PTN技术最本质的特点。PTN适合多业务的承载和交换，满足灵活的组网调度和多业务传送。可以提供网络保护倒换功能，并且可对不同优先级业务设置不同保护方式。现在分组传送网技术有两种产品值得关注，分别是PBT与T-MPLS(传送MPLS)。PBT是从二层交换机演化过来的，目前的问题是只支持点到点连接。T-MPLS目前面临的问题更复杂，特别是标准化方面，ITU主导的T-MPLS与现在IETF主导MPLS-TP出现了一些差异。(1)T-MPLS技术，T-MPLS是一种新型的MPLS技术，基于已经广泛应用的IP/MPLS技术和标准，提供了一种简化的面向连接的实现方式。T-MPLS去掉了MPLS中与面向连接应用无关的IP相关功能，同时增加了对于传送网来说非常重要的一些功能，主要的改进有双向LSP、端到端LSP保护和强大的OAM机制等，以实现对传送网资源的有效控制和使用。T-MPLS的目标是成为一种通用的分组传送网，而不涉及IP路由方面的功能，其实现比IP/MPLS简单。T-MPLS与MPLS的主要区别如下：IP/MPLS路由器用于IP网络，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只工作在二层，因此不需要IP层的转发功能；在IP/MPLS网络中存在大量的短生存周期业务流，而在T-MPLS网络中，业务流的数量相对较少，持续时间相对更长一些；T-MPLS使用双向LSP，MPLS和LSP都是单向的，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组合成了一条双向LSP；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标准化。ITU-TSG15从2005年起就开始对T-MPLS进行标准化，采用了G.805和G..809定义的分层网络体系结构，使运营商可以延用其现有的网络建设、运营和管理方式，最大限度地降低向分组传送网演进的成本。现在批准的建议包括：T-MPLS架构(G.8110.1)、T-MPLS网络接口(G.811.2)MPLS设备(G.812.1)、T-MPLS线性保护倒换(G.8l3.1)、T-MPLS环网保护(G.813.2)和T-MPLSOAM。T-MPLS是ITU从传送网的需求入手，结合MPLS技术开发的一系列标准。由于MPLS技术本身是IETF开发的，所以，IETF认为任何对MPLS技术的改动都应该在IETF范嗣内进行。2008年2月ITU-T同意和IETF建立T-MPLS联合工作组，讨论T-MPLS技术的发展。经过工作组近期的讨论已经达成共识，由双方共同促进T-MPLS和MPLS技术的融合。IETF吸收T-MPLS中的传送技术，将现有MPLS技术改进为MPLS-TP（MPLStransportprofile），以增强其对传送需求的支持。这意味着ITU-T失去了一些T-MPLS的标准主导权。虽然在OAM等方面MPLS-TP依然将沿用T-MPLS的做法，但是在MPLS-TP的标准化中，一些确认的T-MPLS的观点受到了挑战，具体如下保护：是采用IETF的FRR保护还是原来T-MPLS保护机制；控制平面：T-MPLS原来定义了类似于ASON的独立控制平面来建立和拆除电路，而IETF倾向于采用与MPLS同样的机制来配置和建立电路。IETF更多地是沿用过去行之有效的MPLS的概念。虽然在OAM上承认ITU方面的合理性，但在许多方面都还采用IP/MPLS方面的成果，更多地强调继承性，从某种意义上，更容易与IP/MPLS网络互通，但缺点是在传送功能上着力不够。T-MPLS设备形态，T—MPLS的设备形态目前还没有形成一致的意见。T-MPLS设备交换矩阵的实现方式有几种，包括通用交换矩阵、Ce11交换和SwitchFabric等。基于通用交换矩阵的典型产品是阿尔卡特公司推出的1850传送业务交换机（通用交换板可以同时支持TDM和分组交换，支持SD-HVC、分组交叉、ODU交叉，其分组交换部分采用T-MPLS技术实现，并可根据业务需求调整TDM业务与分组业务的比例T-MPLS与MPLS如何实现互联互通目前还没有明确的结论。ITU-T提出了两种互通的方式：一种是MPLS设备在与T-MPLS设备互通的链路上只使用T-MPLS所支持的功能选项，即该链路是一条T-MPLS链路；另外一种是由于T-MPLS可以作为一种通用的分组传送网，采用客户层／服务层的概念，所以由T-MPLS作为服务层网络来承载MPLS客户层。（2）PTB技术，新型以太网PBT（providerbackbonetransport）技术目前正在IEEE进行标准化（IEEE称其为PBBTE）。为了将以太网技术用于运营商网络，对以太网技术进行了改进和完善，从而产生了PBT技术。PBT采用可管理和具有保护能力的点到点连接以满足运营商对传送网的需求。采用网管系统而不是STP控制协议进行连接配置，使得网络变得简单而易于管理。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。PBT基于MACinMAC封装方式，根据“B-VID+B-MAC”进行数据转发，V1D用来识别两点之间的特定通道，不具有全局惟一性，可以有效地扩展用户和运营商的地址空间。PBT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的路径保护，PBT使用了全局惟一的地址空间，使得连接和转发动作变得简单，而且不易出错。路径的保护可通过分配两个不同的VID实现，一个代表工作路径，一个代表保护路径。通过使用多个VID，可以实现最短路径路由或者区分不同的出错情况并实现保护功能。路径保护的实现是通过源节点改变VID值，同时将数据流切换到预先配置好的保护路径上实现的，节点保护则由离故障节点最近的分叉点转换VID值。由于保护路径和VID值都已经预先配置好，保护转换可以在很短的时间内完成。另外，使用VID鉴别各种不同路径，可以实现对不同路径的实时监控。OAM包的传送路径和数据平面的包传送路径是一致的，在源和目的之间的工作路径上传送。转发信息依靠网管/控制平面直接提供，提供预先指定的通道，很容易实现带宽预留和小于50his的保护倒换时间，同时可以避免出现转发环路，实现网络的可控、可管。PBT设备实现，从结构上看，IP/MPLS需要在每个设备上终结3层网络（链路层、IP层和MPLS层），而PBT只需终结1层网络（以太网），因此，PBT网络的建设和运营成本要低于IP/MPLS网络。从理论上讲，对现有的以太网交换机进行升级改造就可以实现PBT。三．PTN关键技术1・PWE3（端到端的伪线仿真），一种业务仿真机制，希望以尽量少的功能,按照给定业务的要求仿真线路。如图1所示。PTN网络PE2PTunnel伪线(PW)伪线仿真业务PWE3^块PTN网络PE2PTunnel伪线(PW)伪线仿真业务PWE3^块1PWE3CE2图1伪线表示端到端的连接，通过Tunne1隧道承载;PTN内部网络不可见伪线；本地数据报表现为伪线端业务(PWES)，经封装为PWPDU之后传送；边缘设备PE执行端业务的封装/解封装；客户设备CE感觉不到核心网络的存在，认为处理的业务都是本地业务。2•多业务统一承载，TDMtoPWE3:支持透传模式和净荷提取模式。在透传模式下，不感知TDM业务结构，将TDM业务视作速率恒定的比特流，以字节为单位进行TDM业务的透传；对于净荷提取模式感知TDM业务的帧结构/定帧方式/时隙信息等，将TDM净荷取出后再顺序装入分组报文净荷传送。ATMtoPWE3：支持单/多信元封装，多信元封装会增加网络时延，需要结合网络环境和业务要求综合考虑。EthernettoPWE3:支持无控制字的方式和有控制字的传送方式。图26．全程电信级保护机制，如图3所示。/RNC-BTS/设备级保护功能:UNI侧保护功能:■链路聚合（LAG）■ NNI保护功能：[6．全程电信级保护机制，如图3所示。/RNC-BTS/设备级保护功能:UNI侧保护功能:■链路聚合（LAG）■ NNI保护功能：[*■1+1LSP保护了丿MSC/MGW■iMA保护「斗：1LSP保护单板1+1热备份;::.1+1SNCP保护■提供电源、风扇处理单板基于硬件处理的OAM功能；实现分层的网络故障自动检测，保护倒换，性能监控，故障定位，信号的完整性等功能；业务的端到端管理，和级联监控支持连续和按需的OAM。4．智能感知业务，业务感知有助于根据不同的业务优先级采用合适的调度方式；对于ATM业务，业务感知基于信元VPI/VCI标识映射到不同伪线处理，优先级（含丢弃优先级）可以映射到伪线的EXP字段；对于以太网业务，业务感知可基于外层VLANID或IPDSCP；对时延敏感性较高的TDME1实时业务按固定速率的快速转发处理。5.端到端QoS设计，网络入口：在用户侧通过H-QOS提供精细的差异化服务质量，识别用户业务，进行接入控制；在网络侧将业务的优先级映射到隧道的优先级；转发节点：根据隧道优先级进行调度，采用PQ、PQ+WFQ等方式进行；网络出口：弹出隧道层标签，还原业务自身携带的QOS信息。■提供时钟、交换、控制处理；1+1热备份〔■1〔■1：1SNCP保护■■tps保护一■面向连接的环网保护图3四．PTN网络生存性现有城域网能完全满足公众用户和大客户基本语音以及公众用户宽带上网业务的需隶满足IPTV、视频监控、视频通信的业务需求基本满足大客户专线上网和VPN互联业务需求。目前现有城域网还不能很好地满足业务差异化的需求。从业务发展趋势来看，城域承载网需要进行以下3方面的考虑。语音业务的发展趋势。语音业务可能是由PSTN提供的，也可能是通过互联网、无线网络、有线电视网络甚至电力网提供的。VOIP在未来电信网中将是众多采用IP技术提供应用业务的承载方式之一。数据业务的发展趋势。互联网业务发展的关键是获得用户对业务质量的认同，互联网业务质量与网络质量密切相关，另外，满足业务发展及保障业务质量也是网络优化的出发点。互联网增值业务的大规模开展对于承载网络能力有一定的要求，承载网能否支撑这些要求对业务开展有至关重要的影响。不同的互联网增值业务对网络的要求呈现不同的特点，甚至可能存在较大的差异。例如，某些业务对网络容量及接入带宽有较高要求，而对服务质量指标(包括时延、抖动等)敏感度稍低，有的业务则对网络服务质量有较高的要求。随着IPTV、三重播放、VOIP等业务的兴起，这些以IP为承载协议的业务已经迅速遍及电信业务的各个领域，业务网络的IP化和承载网络的分组化转型已经成为一个不可逆转的潮流。在这种趋势下，运营商的整个网络架构也在发生着转变，业务的融合期待着光层作为基础承载层的融合，使其成为更加适宜于承载IP/MPLS以及电信级以太网业务的PTN。这些新型的电信业务与传统的电信业务相比，具有更高的动态特性和不可预测性，因此需要承载网提供更高的灵活性。基于对城域网业务需求的分析，下一代城域网的基本要求大致可以总结如下承载平台支持多协议多业务，中间层次最少承载网络的拓扑架构和容量具有灵活的扩展性、具有一定透明性，能适应各种现有和将来可能出现的协议和业务；可以跨越多个网络层面，实现快速业务指配集成的、标准的、易用的网管系统低成本；继续可靠、有效地支持以传统语音业务为代表的实时业务能平滑有效地支持从电路交换网向分组网的过渡。当前，城域网多业务平台的解决方案很多，分类方案也很多。从技术的焦点看，多种技术解决方案争论的实质是核心网技术与用户驻地网技术阵营在城域网的竞争。一方面，代表典型核心网技术的SDH和路由器，或者说代表面向连接的TDM和路由MPLS技术在不断改进，增强数据支持能力，向网络边缘拓展，争夺二层交换机市场。另一方面，代表用户驻地网技术的以太网，也在不断改进和创新，增强电信级的性能和功能，向城域网扩展，压缩SDH和路由器的市场。IP网络没有UNI和NNI的区别，在承载层面是相互可见的运营商网络设备、协议甚至拓扑对用户可见，用户侧产生的IP信息既有可能在用户侧终结,也可能在网络中终结，这就使得用户侧有机会与运营商网络交换非法路由信息，也可能攻击运营商网络的路由器和控制设备。另外，位于网络边缘的用户侧网络、业务和应用一般都使用TCP/UDP/IP技术，用户之间在承载层和应用层相互可见。这种在通信过程中才确定信任关系的、不面向连接的工作方式，为用户之间的相互攻击（攻击对方网络、应用和业务）提供了方便。同时，在目前的IP网络上，安全性要求低的一般互联网业务与安全性要求高的电信级业务混杂在一起，没有进行很好的物理或逻辑上的隔离，对业务的安全性产生很大影响。在一个安全的IP网络中，互联网业务和电信级业务的隔离是保证业务安全的重要前提之一°PTN就是在现有的IP网络上将互联网业务和电信级业务作为两大业务区别对待，使其在承载电信级业务时变成一个面向连接的安全的网络通过在边缘设备上实施流分类技术，可以识别出不同的电信级业务流和互联网业务流。通过在接人和边缘设备实施针对业务流的带宽管理机制，隔离和控制不同业务的资源使用，可以有效地防止业务盗用和恶意攻击，从而保证电信业务在IP承载网上的安全。五.PTN发展现状及趋势5.1MPLS-TP技术标准的进展情况200年2月ITU-T同意和IET建立T-MPLS联合工作组（JWT）,讨论T-MPLS技术的发展。经过JWT近期的讨论已经达成共识，由双方共同促进T-MPLS和MPLS技术进行融合。IET和ITU-将基于现有的MPLS技术，吸收T-MPLS中的传送网技术理念和特性，制订MPLS-T系列标准，以增强其对传送需求的支持。在MPLS-TP标准的制定过程中，IETF的倾向是尽可能地重用现有MPLS机制。如OAM方面的LSPPing和BFD,以及对PW和LDP的支持等。而ITU-T则希望能够继承现有的SDH等传送网技术的特点，如通过网管进行业务指配、基于Y.1731的OAM机制、支持基于CMPLS/AS0N的控制平面、不依赖于IP转发等。目前IETF已经完成了以下MPLS-TP标准。RFC5654:MPLS—TP总体需求；RFC5586:MPLS通用关联信道(G—ACh)；RFC5718：MPLS-TP带内DCN。另外MPLS-TP对0AM和网管的需求标准也已经基本完成，目前讨论的热点是MPLS-TP总体框架结构和OAM框架结构。在国内方面，我国三大运营商和设备制造商的PTN设备主要参照ITU—T的标准，例如对于业务主要参考/