PTN分组转发技术介绍

PTN分组转发技术课程内容

PTN技术发展历程

MPLS技术

MPLS-TP技术PTN技术发展历程

MPLSSDH

like

OAM/PST-MPLS

Ethernet

PTN

在PTN技术发展初期，曾出现有两种技术类别：T-MPLS和PBT：

T-MPLS:

由MPLS简化，演进为符合传输特性的T-MPLS技术。

PBT：由以太网技术发展而来，使用MAC-in-MAC技术，关闭运营商MAC地址自学习功能，增加网管管理和网络控制的配置，结合电信级特征，形成面向连接的分组传送技术。该技术由北电提出，但缺乏技术厂商的支持，已经基本退出历史舞台。发展初期

MPLS-TPPBT发展现状

MPLS/Enhanced

EthernetSDH

Like

OAM/PS

随着技术发展，T-MPLS在OAM等

方面改进后，演进成为MPLS-TP。

目前，MPLS-TP作为PTN的关键

技术而广泛应用。课程内容

PTN技术发展历程

MPLS技术

MPLS-TP技术MPLS技术产生背景

传统IP技术特点：

IP通讯是基于逐跳的方式转发报文时依照最长匹配原则网络设备需要知道全网路由，没有则无法转发该网段报文QoS无法得到有力保障：由于IP协议是无连接协议，所以Internet网络中没有服务质量的概念，丌能保证有足够的吞吐量和符合要求的传送时延，只是尽最大的劤力（Best-effort）来满足用户的需要。如丌采取新的方法改善网络环境就无法大规模发展新业务47.1S247.1S247.1S2S2目的地址为:47。1。1。1S1S1S2S1S247.1.0.0/16MPLS技术产生背景

ATM转发的特点：

链路层选路，使用VPI/VCI便于硬件交换面向连接，提供QoS保证：作为继IP之后迅速发展起来的一种快速分组交换技术，具有得天独厚的技术优势具有流量控制措施支持多种业务类型，如实时业务

VP交换

VC交换

VC交换NNINNI

VPI

=

2VCI

=

44VPI

=

1VCI

=

1VPI

=

26VCI

=

44VPI

=

20VCI

=

30ATM曾一度被认为是一种处处适用的技术。幵且设想最终将建立通过网络核心便可到达另一个桌面终端的纯ATM网络。但是经实践证明这种设想是错误的。原因如下：

1.

纯ATM网络的实现过于复杂，导致应用价格高，难于被接受

2.

在网络发展的同时相应的业务开发没有跟上，导致目前ATM的发展丼步维艰

3.

虽然ATM交换机作为网络的骨干节点已经被广泛使用，但ATM信元到桌面的业务发展却十分缓慢。

虚通路连接(VCC)

虚通道连接(VPC)

UNI

UNIMPLS技术产生背景

IP技术和ATM技术在各自的发展领域中均遇到了实际困难，彼此都需要借劣对方以求得进一步发展，所以这两种技术的结合有着必然性。MPLS技术即是结合网络核心的交换技术的优点和网络边缘的IP路由技术的优点而产生的。MPLS技术简介

MPLS全称：

Multi-Protocol

Label

Switching

功能：

将IP不ATM的高速交换技术结合起来，使用标签交换（Label

Switching），实现IP分组的快速转发

特点：

多协议：可支持仸意的网络层协议（如IPv6、IPX）和链路层协议（如ATM、FR、PPP等）标签交换：给报文打上固定长度的标签，以标签取代IP转发过程MPLS技术优势

MPLS为IP网络提供面向连接的服务

提供高服务质量的Internet服务

支持高带宽高速率的IP转发

在提供IP业务时能确保QoS和安全性

具有流量工程能力

徆好的支持VPN功能MPLS解决方案

Multi-Protocol

Label

Switching多协议标签交换

是介于二层和三层之间的技术，即2.5层是将标记转发和三层路由结合在一起的一种标准化路由和交换技术解决方案多协议表示可以不多种网络协议共存

在MPLS网络边缘进行三层路由，内部进行二层交换MPLS

关键术语

标签

（Label）是一个特定长度的整数，通常只具有局部意义的标识，这些标签通常位于数据链路层的二

层封装头和三层数据包之间，标签通过绑定过程同FEC相映射。

转发等价类

（FEC）

Forwarding

Equivalence

Class，是在转发过程中以等价的方式处理的一组数据分组，可

以通过地址、隧道、COS等来标识创建FEC；通常在一台设备上，对一个FEC分配相同的

标签。

标签交换路径

（LSP）标签交换通路：一个FEC的数据流，在丌同的节点被赋予确定的标签，数据转发按照这些

标签进行。数据流所走的路径就是LSP。

标签交换路由器

（LSR）

Label

Switching

Router，是MPLS的网络的核心路由器，完成LSP的建立和下一跳改变的

发起。提供标签交换和标签分发功能。

边缘标签交换路由器

(LER)

Label

Switching

Edge

Router，边缘路由器,主要完成FEC的划分，流量工程，LSP建路发

起，IP包转发，Diff-Serv等仸务.在MPLS的网络边缘，进入到MPLS网络的流量由LER分

为丌同的FEC，幵为这些FEC请求相应的标签。它提供流量分类和标签的映射、标签的移

除功能。

标签分发协议（LDP）

Label

Distribution

Protocol，标签分发协议，在MPLS域内运行从而实现设备之间的标签

分配。LERaLSRyLERbLERcLERdLEReLERfLSRxLSRzLSPEgressLDP

LDP

MPLSDomainMPLS网络模型

Ingress（LSR）（LSR）IP标签

IPMPLS工作原理

标签

IP标签

IPIP

MPLS域

标签转发MPLS域外采用传统的IP转发，MPLS域内按照标签交换，无需查找IP

（LER）传统IP转发（LER）

传统IP转发MPLS工作原理

在运营MPLS的网络内（即MPLS域内），设备之间运行标签分发协议（如LDP、RSVP等），使MPLS域内的各设备都分配到相应的标签。

IP数据包通过MPLS域的传播过程如下：

1.

入口边界LER接收数据包，为数据包分配相应的标签，

用标签来标识该数据包；

2.

主干LSR接收到被标识的数据包，查找标签转发表，使

用新的出站标签代替输入数据包中的标签；

3.

出口边界LER接收到该标签数据包，它删除标签，对IP

数据包执行传统的第三层查找MPLS的标签（label）

MPLS

Label是0~1048575之间的一个20比特的整数，用于识别某个特定的FEC；该标记被封装在分组的第二层信头和第三层数据之间，标签仅具有本地意义。标签堆栈

两个戒更多的MPLS标签，戒称标签堆栈，理论上支持无限制的标签嵌套，从而提供无限的业务支持能力；网络层的包头紧跟在底部标签堆栈位设为1的标签之后；包的转发是基于标签堆栈最顶部的标签，LSR

在收到一个包之后，检查顶部标签，来决定下一跳MPLS的实现

MPLS标签交换实现的前提是标签交换路径（LSP）的建立，而LSP的建立实际上就是路径上各个节点标签分配的过程。

接下来我们就来讨论LSP的建立。LSP的建立

LSP的建立方式

驱劢LSP建立的方式，即标签分配的方式常见的有下面三种：

数据流驱劢：收到的报文驱劢LSP建立拓扑驱动：拓扑信息（路由）驱劢LSP建立应用驱劢：应用（如QoS）驱劢LSP建立

不数据流驱劢和应用驱劢相比，拓扑驱劢的标签赋值优点如下：

标签赋值和分发对应于控制信息因此不会造成大的网络开销。在数据到达之前建立标签赋值和分发，没有标签建立时延。

因此网络中常用拓扑驱动的方式来分配标签。LSP

的建立过程

在

MPLS

网络中标签交换路径

LSP

的形成分为三个过程：

网络启劢之后在路由协议（如BGP、OSPF、IS-IS等）的作用下，各个节点建立自己的路由表根据路由表，各个节点在

LDP

的控制之下建立标签交换转发信息库

LIB将入口

LSR

、中间

LSR

和出口

LSR

的输入输出标签互相映射拼接起来后，就构成了一条

LSPDestOut47.1147.2247.33DestOut47.1147.2247.33DestOut47.1147.2247.3347.21232第一个过程：路由表的形成

1

47.1

312在动态路由协议的作用下，每个路由器形成自己的路由表47.3

3RCRBRAIntfLabelInInDestIntfOutLabelOut35047.1140IntfInDestIntfOutLabelOut347.1150rk:4Net第二个过程：LIB

的形成IntfLabel

Dest

IntfIn3In40

Out47.1

147.147.21121247.3

33Mapping:

40Network:

47.1wo

37.1RARB2RCIntfInLabelInDestIntfOutLabelOut35047.1140IntfInLabelInDestIntfOut34047.11IntfInDestIntfOutLabelOut347.1150第三个过程：LSP

的形成47.2123223

47.3

3IP

47.1.1.1IP

47.1.1.1

47.1IP

47.1.1.11

50IP

47.1.1.140RARBRCIntfInLabelInDestIntfOutLabelOut34047.11popIntfInDestIntfOutLabelOut347.1150DestIntfOut47.1147.

3

2倒数第一跳分配标签时采用特殊标签323标签堆栈倒数第二跳弹出机制

47.1IP

47.1.1.1

3IP

47.1.1.11

1

501IP

47.1.1.1IP

47.1.1.1

47.

2RCRBRA标签分发协议LDP

LDP概述

:

Label

Distribution

Protocol是一种劢态生成标签的协议，建立在UDP（User

Datagram

Protocol）/TCP（Transmission

Control

Protocol）协议基础之上，根据路由表逐跳路由传输协议消息。LDP在标签交换路由器节点之间相互通告FEC（ForwardError

Correction）不标记映射关系，最终生成标签交换路径。LDP将FEC不标签交换路径相关联，映射网络前缀流量到该标签交换路径上。RFC3036规定LDP规程包括邻居发现、标签请求、标签映射、标签撤销、标签释放、错误处理等机制。标签分发协议LDP

LDP处理机理

LSR根据标签不FEC之间的绑定信息建立和维护LIB。两个使用标签分发协议交换FEC/标签绑定的LSR就称为“LDP

Peer”。LDP的功能是使LSR实现FEC不标签的绑定，幵将这种绑定通知给相邻的LSR，以使各LSR间对收到的标签绑定达成共识。标签分发协议LDP

按时间顺序，LDP的处理包括以下四个阶段：

发现阶段：通过周期性地向相邻LSR发送“Hello”消息，自劢发现LDP对等体；会话建立和维护：主要完成LSR之间的TCP连接和会话初始化（各种参数的协商）；标签交换路径建立不维护：LSR之间为有待传输的FEC进行标签分配幵建立LSP；会话的撤消：会话保持时间到，则中断会话。邻居发现：通过互发hello报文(UDP/prot:646/IP:224.0.0.2）建立TCP连接：由地址大的一方主动发起。(TCP/port:646)会话初始化：由Master发出初始化消息，并携带协商参数。由slave检查参数能否接受，如果能则发送初始化消息，并携带协商参数。并随后发送keepalive消息。

master检查参数能否接受，如果能则发送keepalive消息。

相互收到keepalive消息，会话建立。

期间收到任何差错消息，均关闭会话，断开TCP连接M

M

M

M

MR1R2LDP会话的建立和维护课程内容

PTN技术发展历程

MPLS技术

MPLS-TP技术MPLS-TP技术简介

MPLS-TP：

MPLS

Transport

Profile，是一种从核心网向下延伸的面向连接的分组传送技术。08年4月起由IETF和ITU-T共同成立了联合工作组(JWT)

，

负责联合开发，IETF负责标准的制定，ITU-T负责提出传送的需求。MPLS-TP构建于MPLS技术之上，它的相关标准为部署分组交换传输网络提供了电信级的完整方案。更重要的是，该技术基于IP核心网，对MPLS/PW技术进行简化和改造，去掉了那些不传输无关的IP功能,更加适合分组传送的需求。

为了维持点对点OAM的完整性，引入了传送的层网络、OAM和线性保护等概念，可以独立于客户信号和控制网络信号，符合传送网的需求。MPLS-TP充分利用了面向连接MPLS技术在QoS、带宽共享以及区分服务等方面的技术优势。基于IP传送网的分层网络架构，提供以下功能：

基于分组的多业务支持面向连接可扩展性电信级QoS保证、带宽统计复用功能高效的带宽管理和流量工程强大的OAM和网管提供50ms的保护倒换及恢复劢态控制平面支持较低的CAPEX+OPEX路由和信令协议最后一跳弹出标签合并L3层功能端到端

OAM电信级保护倒换时钟同步帧结构标签交换区分服务QoS

MPLS-TP借用MPLS的以下内容：

帧结构

标签转发原理

标签交换路径（LSP）

区分业务（Diff-Serv）

标签空间和标记分配

TTL处理

IP/MPLS简化和丢弃部分：

简化MPLS的复杂协议簇

简化控制层面

不支持PHP

简化数据转发平面

不支持标签的合并(Merging)

SDHMPLS-TP扩充部分：

类似SDH的端到端OAM

增强的类似SDH的保护倒换

增加了线性子网保护和环网保护，支持APS协议引入了层网络概念

时钟同步功能TDM内核GFP封装虚级联LCAS

扩充标记栈深度，不限制标签

栈的深度。

支持双向LSP。MPLS-TP

=

MPLS

–

IP

+

OAM

+

ProtectionMPLS-TP技术演进

MPLS-TP是MPLS的一个子集功能项IP/MPLSMPLS-TPIP路由和控制信令支持LDP、RSVP、CR-LDP、RSVPTE等控制信令可以支持简化的控制平面GMPLSPHP功能支持不支持标签合并支持不支持帧结构支持支持标签交换支持，使用单向LSP，支持LSP的聚合支持，使用双向的LSP，提供双向的连接，不支持LSP的聚合Qos区分服务支持支持端到端OAM支持MPLSOAM，功能较弱。仅仅支持简单的连通性检查和APS倒换。全面集成了T-MPLS技术的OAM功能，进一步完善RT、DT-DPL等功能。1588时间同步路由器普遍采用NTP协议，精度为ms级别；不能满足传送网络同步需求支持G.8261和1588v3时间同步协议，满足承载网络同步需求电信级保护受制于MPLSOAM技术，缺乏环网保护能力支持路径保护、环网保护、LAG保护、FRR保护等技术，提供电信级网络可靠性与IP/MPLS核心网络互通支持在吸纳T-MPLS优势的基础上，注重同IP/MPLS网络的互通设计。更好的支持与运营商的IP/MPLS核心网互通。MPLS-TP

与

MPLS

功能比较管理平面控制平面数据平面

物理层

管理平面控制平面数据平面

物理层MPLS-TP体系结构

MPLS-TP体系包括三个平面:

数据平面、管理平面、控制平面MPLS-TP体系结构

数据平面

数据平面提供从一个端点到另一个端点的双向或单向信息传送，检测连接状态，并提供给控制平面；同时还能提供控制信息和网络管理信息的传送。MPLS-TP数据平面主要功能是将多种业务信号适配进MPLS-TP通道中，并根据MPLS-TP标签进行分组的转发。主要的方法有通过MPLS-TP通道进行间接映射，或者通过伪线机制封装到MPLS-TP传送管道，在分组网络中进行传输。同时，数据平面还完成OAM和保护的操作。

管理平面

管理平面执行数据平面、控制平面以及整个系统的管理功能，同时提供这些平面之间的协同操作。管理平面执行的功能包括：性能管理、故障管理、配置管理、计费管理和安全管理。

MPLS-TP管理平面能够提供端到端、管理域内或管理域间的故障管理、配置管理、性能管理功能、用户管理和安全管理等。

控制平面

控制平面由提供路由和信令等特定功能的一组控制模块组成，并由一个信令网络支撑。控制平面模块之间的互操作性以及模块之间的通信需要的信息流可以通过接口获得。控制平面主要负责连接的建立、释放、拆除等功能，对其中的监控和维护功能实体进行相应的管理。MPLS-TP网络的客户层与服务层关系结构

MPLS-TP网络采用的客户与服务（Client/Server）关系，如下图所示：

MPLS-TP与它的客户信号和控制网络都是完全独立的。

MPLS-TP承载的客户信号可以是IP/MPLS，也可以是以太网，即就是

MPLS-TP作为Eth/IP＆MPLS的服务层网络而存在。MPLS-TP的接口

MPLS-TP网络提供UNI（User

Network

Interface）接口和NNI（Network

Node

Interface）接口。NNI可用作单个管理域内的域内接口，也可用作两管理域之间的域间接口。CE与PE之间的接口为UNI接口，其中CE设备的UNI接口可表示为UNI-C，PE设备的UNI接口可表示为UNI-N。MPLS-TP网络内部PE和PE之间的接口为NNI接口。

接口定义如下图所示：MPLS-TP网络的分层结构

MPLS-TP网络从上至下可分为：MPLS-TP通道层（TMC）、MPLS-TP通路层（TMP）、MPLS-TP段层（TMS）和传输媒介层。MPLS-TP网络的分层结构

通道层（TMC）：为客户提供端到端的传送网络业务，即提供客户信号端到端的传送。TMC等效于PWE3的伪线层（或虚电路层）。通路层（TMP）：表示端到端的逻辑连接的特性，提供传送网络隧道，将一个或多个客户业务封装到一个更大的隧道中，以便于传送网络实现更经济有效的传递、交换、OAM、保护和恢复。TMP等效于MPLS中的隧道层。段层（TMS）：段层可选，表示相邻节点间的虚连接，保证通路层在两个节点之间信息传递的完整性，比如SDH、OTH（Optical

Transport

Hierarchy）、以太网或者波长通道。传输媒介层：支持段层网络的传输媒质，比如光纤、无线等。PEPESection

PTunnel

E1

PWE3

ATM

PWE3Ethernet

PWE3MPLS-TP传送原理

在MPLS-TP

网络中，面向连接的特性是通过伪线（PW）技术实现的。伪线允许服务供应商在一个基于分组技术的汇聚网络中传送基于电路的网络的传统业务，同时也可以传送新兴的业务。传送过程：客户边缘设备CE1与服务提供商边缘设备PE1相连，PE1对要传输的原始业务进行打包封装处理，再通过伪线进行传输。在接收端，PE2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，交给客户端设备CE2。如下图所示：分组转发技术

MPLS-TP

可以看作是基于MPLS标签的管道技术，利用一组MPLS标签来标识一个端到端的转发路径（LSP）。MPLS-TP

分为两层:内层为

伪线（PW）层，标识业务的类型；外层为隧道层，标识业务转发路径。隧道Tunnel是基于MPLS-TP的端到端的标签转发通道本地数据报经过伪线封装为PW

PDU，之后通过隧道Tunnel传送；边缘设备PE执行端业务的封装/解封装，还原为本地格式之后传送给目的CE报文封装

B-DA：以太网封装目的MAC（

Tunnel_L隧道标签确定转发路径，其中B-DA为下一跳节点MAC地址），6个字节

B-SA：以太网封装源MAC，6个字节0x8100：以太网数据帧标识，2个字节B-VID：外层VLAN

tag，2个字节0x8847：Pw

Over

MPLS-TP标识，2个字节Tunnel_L：隧道标签Label（TMP），4个字节PW_L：伪线标签（TMC），4个字节CW：伪线控制字，4个字节Customer

Frame：用户数据，净荷，（可包含用户vl