运营级以太网的技术类别和部署策略

随着Triple-Play等新业务的出现，基于传统互联网业务建设的城域网面临着严峻的挑战。如何满足各种新业务的应用需求，成为了城域网建设需要解决的迫切问题。
　　在这种情况下，运营商开始寻找更先进的城域网技术来同时生成、传送新的业务和传统业务，并对他们进行计费、管理，力求做到为新业务提供有充分质量保证的网络平台。
　　在这样的背景下，运营级以太网应运而生，其基本特征是：继承了以太网经济性的特点，能够对丰富的业务类型进行大范围部署，并可使运营商网络得到有效的管理和控制；具备电信级可靠性，链路保护倒换时间在50ms以内；具备必要的安全功能，能够和用户网络隔离开来，不受用户网络的影响；具有良好的扩展性，适应多业务承载。

1　运营级以太网的概念

　　城域以太网论坛(MEF)是最早开始研究运营级以太网的产业联盟，运营级以太网的概念也是由MEF提出的。依据MEF的定义，运营级以太网具有以下五大特点：
　　(1)可扩展性
　　·业务可扩展，具备让数百万人使用同一网络服务的能力；
　　·带宽可扩展，可从1 Mbit/s扩展到10 Gbit/s甚至更高，可以按一定的颗粒度逐步增加。
　　(2)电信级可靠性
　　·可提供50 ms的保护倒换；
　　·具备端到端通路保护能力；
　　·支持汇聚链路保护以及节点保护。
　　(3)服务质量
　　·提供有保证的端到端性能；
　　·支持端到端服务质量等级的选择；
　　·适用于商业、移动以及接入汇聚等不同应用。
　　(4)标准化的业务
　　·可以提供以太网专线和虚拟局域网业务；
　　·无缝集成TDM业务；
　　·支持电路仿真业务；
　　·支持现有语音应用。
　　(5)业务管理
　　·快速业务提供；
　　·电信级0AM。
　　·可提供客户网络管理功能。

2　运营级以太网的主要技术类别

　　目前，运营级以太网技术主要包括：虚拟专用局域网业务(VPLS)技术、运营商骨干网桥，运营商骨干传输(PBB/PBT)技术、T-MPLS技术、基于以太网自动保护交换(EAPS)的以太环网技术、基于弹性分组环(RPR)的以太环网技术。
　　2．1 VPLS技术
　　VPLS基于IETF RFC 4664/4665，本质上是一种基于IP/MPLS和以太网技术的二层虚拟专用网(VPN)技术。
　　VPLS技术的核心思想是利用信令协议在运营商边缘路由器(PE：Provider Edge)之间建立及维护伪线(PW：pseudo wire)，并利用PW连接同一个VPLS域中的所有节点，使多个局域网在数据链路层被整合为一个网络，向用户提供模拟的点到点、点到多点、多点到多点的以太网业务。大规模部署时，还可采用层次化的VPLS方案。
　　在VPLS技术构建的电信级城域网络中，不同地理位置的站点通过为用户建立的2层VPN互联。此时VPLS网络就象是一个二层交换机，在每个VPN的各个站点之间建立PW，通过PW将用户二层报文在站点之间透传。对于PE设备，会在转发二层帧的时候同时学习源MAC地址并建立MAC转发表项，完成MAC地址与用户接入线路(AC)和PW的映射关系。对于运营商骨干网设备(P设备)只需要完成依据MPLS标签进行MPLS转发即可，不必关心MPLS报文内部封装的二层用户帧。
　　VPLS技术可通过SDH/SONET的OAM或监测信号丢失(LOS)、双向转发检测(BFD)、以太网的LOS、远程接口调试(RDE)等机制来及时发现链路故障。
　　VPLS技术通过快速重路由(MPLS FRR)/备份路径来保证支持MPLS技术设备之间的故障链路切换，并可通过以太环网现在环范围内的二层设备之间的链路保护。后一种情况下不仅能够避免在二层设备之间使用STP协议，而且能够在实现组播业务时提高带宽利用率。
　　通过上述网络保护技术，VPLS技术能在网络中端点之间实现小于50ms的故障切换时间。
　　基于以太网的VPLS技术支持任意拓扑结构的组网，不仅支持传统的组网结构，而且也可进行环形组网，以保证不支持VPLS技术设备链路间的可靠性。这样不仅可以避免使用STP，同时使用环路进行更好的故障保护，而且可以提高组播的带宽利用率。
　　2．2 PBB/PBT技术
　　PBB/PBT技术是IEEE对城域以太网的重要贡献之一。PBB技术是在IEEE802.1h标准中提出的。IEEE802.1ah标准在运营商网络的边界点将用户以太网帧之外再封装运营商的以太网帧头，从体系架构上将传统以太网革新为层次化的结构，从而避免了传统以太网的平面结构带来的MAC地址学习与泛滥、STP协议相互影响等安全隐患。
　　PBB技术主要具有如下优点：
　　(1)安全
　　由于在客户和网络提供商网络之间有一个清晰的分界点，从而显著增强了网络、服务和应用的安全性。终端用户的以太网帧封装在运营商用户网络接口(UNI)处的以太网帧中。所有用户的MAC地址都存储在以太网UNl中，而核心骨干网络将不会知道用户的MAC地址，它只会依据以太网UNl的MAC地址来转发以太网流量。
　　(2)稳定
　　PBB技术实现运营商和用户网络间二层信息(MAC地址、VLAN或STP协议等)的完全隔离。服务提供商的网络现在更加稳定，它不仅与广播风暴分隔开来，还与可能在最终客户网络中创建的转发环路隔离开。
　　(3)运营成本的降低
　　PBB采用二层以太网技术，没有复杂的信令机制，设备成本和运维成本均与普通以太网交换机相类似，同时，对用户端设备和核心设备具备天然的互通性(只需支持标准以太网封装即可)。
　　PBT是PBB/IEEE802.1ah标准规范的最新演进特性之一，其设计初衷和最大的价值体现是深入挖掘传统以太网技术以及相关设备，通过在相关设备上“屏蔽”以太网的一些“非运营级弊端”(如MAC学习、广播机制、STP等)，结合新一代以太网技术标准[PBB、以太网0AM(IEEE802.1ag、ITU Y.1731)方面]，将以太网由无连接的技术变为一种面向连接的隧道技术。
　　PBT可为以太网提供面向连接的转发模式，使运营商能够依据业务需要规划运营级以太网链路，实现有保证的确定性转发以支持用户SLA。
　　PBT技术的关键优势主要包括：
　　(1)运营级冗余保护
　　基于以太网OAM机制[IEEE802.1ag连接校验CCM(Continuity Check Message)]，两条PBT主、备用中继之间可以实现快速故障切换(小于50 ms)。
　　(2)网络利用率与流量工程
　　能够完全管理流量路径，这就使服务提供商能够最大限度地扩大网络的传输流量，进而最大程度地降低每比特传输成本。
　　(2)多业务支持能力
　　作为一项运营级网络技术，PBT支持多业务承载的特性，包括以太网业务(PBB over PBT)、MPLS业务(如伪线PW over PBT)乃至传统TDM业务。
　　(3)与运营商现有基础设施的良好互通
　　与PBB类似，PBT的状态仅在网络边缘维护，核心设备可以是传统以太网交换机、MPLS基础结构，PBT均可以无缝地与之互通并得到证明。PBT与MPLS广域骨干互通，并解决了跨城域业务的需求。
　　2．3 T-MPLS技术
　　为了适应分组交换和传送的需求，ITU-T对MPLS/PW技术进行了简化修改，并跟传送平面相关联(比如SDH、MSTP或其它任何传送设备)，发展出T-MPLS技术。T-MPLS去掉了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0AM功能。总体来看，T-MPLS是ITU—T SGl5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种技术。
　　T-MPLS与它的客户信号和控制网络(如MCN、SCN)是完全独立的，其不限定要使用某种特定的控制协议或管理方式。T-MPLS承载的客户信号可以是IP/MPLS，也可以是以太网。T-MPLS的连接具有较长的稳定性，这使它可具有传送网络所必备的保护倒换和0AM等功能特性。以太网业务通过T-MPLS传送，会用到MPLS—Ethemet互通机制，也就是PWE3技术。
　　T-MPLS数据转发面是MPLS的一个子集，其数据是基于T-MPLS标签进行转发的。T-MPLS是面向连接的技术，其是MPLS在传送网的应用，其对MPLS数据转发的某些复杂功能进行了简化，并增加了传送风格的面向连接的0AM和保护恢复的功能，将ASON/GMPLS作为其控制平面。
　　T-MPLS的OAM功能由G．8113和G．8114定义，其中规定了告警管理、性能管理和其他一些管理工具。
　　T-MPLS保护方式主要有线性保护倒换(G.8131)和共享保护环(G.8132)两种方式。
　　T-MPLS作为分组传送技术，可以承载以太网业务，也可以承载IP/MPLS业务，作为IP/MPLS路由器的核心承载网。同时T-MPLS可以承载在TDM网络(SDH/OTH)、光网络(波长)和以太网物理层上，应用较为灵活、广泛。
　　2．4　基于EAPS的以太环网技术
　　基于EAPS的以太环网技术是对传统以太网技术的增强，它能够以相对较低的成本提高网络的可靠性(最优可达到50ms以内的保护倒换)。
　　该技术采用独立的环状组网方式，对环上的节点数量没有限制，但节点数量的多少可能影响故障时候的收敛时间。在环上，有且只有一个主节点，其它节点均为从节点。在主节点连入环上的两个端口中，有一个是主端口，另一个是从端口。在正常情况下，主节点会阻塞其从端口，阻止同EAPS域中非以太网控制帧通过。数据流量将沿着以太环上的唯一可用环路转发。当主节点发现环路上出现故障时，主节点将打开从端口，允许数据帧从这端口转发。在整个EAPS域中，有个特殊的“控制VLAN”随时保持畅通，包括主节点的从端口。
　　故障检测的时间会直接影响流量恢复的时间。EAPS采用轮询和告警两种机制来保证环路的连通性和故障的快速发现。
　　当环路上EAPS域中的从节点发现它的任意端口出现故障，从节点立刻向主节点发送link down的控制帧。主节点在收到link down帧后，将进入环路故障状态，同时打开它的从端口；主节点还要刷新它的桥接表，并向环路上所有节点发送让它们刷新各自桥接表的控制报文，然后各个节点学习新的拓扑。
　　主节点将定时通过控制VLAN发送health-check帧，如果环路正常，主节点将在从端口收到这个帧，并将重置故障周期计数器。当故障周期计数器时间之内没收到health-check帧，主节点将进入环路故障状态，同时打开它的从端口；主节点还要刷新它的桥接表，并向环路上所有节点发送让它们刷新各自桥接表的控制报文，然后各个节点学习新的拓扑。
　　在故障状态下，主节点的主端口仍然继续发送health-check帧。当故障恢复后，主节点的从端口将收到health-check，主节点将把数据流量切回主端口；逻辑上阻塞从端口的非控制帧传送；刷新自己的桥接表；并向环路上所有节点发送让它们各自刷新桥接表重学习拓扑的控制报文。
　　EAPS技术是在RFC3619中规定的。近年来删增强了对运营级以太网的研究和标准制定。在EAPS技术方面，ITU-T提出了G．8032(Ethemet ring protection switching)标准，定义了以太环网保护的标准，这将有利于各个类似技术相关设备的兼容与互通。同时，在这一技术基础上的0AM研究也正在进行中。
　　2．5　基于RPR的以太环网技术
　　RPR是IEEE规范的一种MAC层协议(IEEE 802.17)，它采用环形组网，在环形连接上的各节点通过该协议实现信息的传输。节点设备的操作十分简单，包括信息的插入、转发和剥离。在收发两个方向上可以同时传输信息，使带宽获得最大限度的利用。在有关链路信号降级或发生光纤故障时，RPR节点会自动、快速(小于50ms)实现环回。RPR既提供了自愈保护、实现了高可靠性，同时也解决了网络的灵活性和效率等问题。RPR的技术优势，主要表现在以下几个方面：
　　(1)带宽效率
　　传统的SONET网络需要环带宽的50％作为冗余，RPR则不然，它仍然保持类似于SONET中自动保护倒换(APS)的保护机制，利用两个反向旋转的环来控制数据业务量。RPR允许数据业务流在源节点和目的节点之间的环上传输，以此来实现空间的重新利用。目的节点从环中剥离数据分组，当一个分组从环中被剥离出来的时候，它就不再占用环的带宽，而是释放下游段供其它分组使用。
　　(2)保护机制
　　RPR的目的是提供50ms的业务保护，这就与SONET的ASP相类似。目前正在研究采用业务环回或者绕开的方法来避免发生的故障。采用“环回”时，和故障邻近的节点会把一个环上的业务环回到另一个环上(比如把内环上的业务环回到外环上)，这种方法使数据流在经过很长一段路径到达目的节点时，都会保持连通性。“绕开”这种方法实际上是让数据流掉转方向，通过一段路径后到达目的节点。当故障发生在节点旁边时，可以将这两种方法联合起来使用，先“环回”，方便的时候再“绕开”。只有当充分利用了两根反向旋转的光纤时，这个保护特性才能发挥作用。业务流的优先级机制确保了优先级高的业务流能够得到适当的处理。
　　(3)简单的业务提供
　　RPR的目标之一是分布式接入。分布式接入、快速保护和业务的自动重建为节点的快速插入和删除提供了即插即用机制。RPR也是一项在环内使用共享带宽的分组交换技术，每一个节点都知道环的可用容量。在传统的电路交换模式下，全网格型连接需要0(n2)个点到点连接，而RPR只需要一个与环的业务连接，这样就大大简化了工作。

3　运营级以太网的应用

　　目前，运营级以太网作为城域数据承载网所能提供的业务主要有三类：点到点业务、点到多点业务和多点到多点业务。点到点业务包括以太网专线和虚拟以太网专线，也就是说，业务可以专用或复用网络边缘接点的以太网端口；多点到多点业务包括LAN业务和虚拟LAN业务，在提供多点到多点业务时，城域网就像一个大的网桥，可以实现单播、组播和广播的转发；点到多点业务可以主要用于以太网接入汇聚，也可看作是多个点到点业务的结合。各种业务都可以通过裸光纤、WDM和TDM方式传输。

4　结语

　　运营级以太网技术非常适合于运营商使用，能够以其更高的效率和灵活性，部署高质量、高可靠性的数据网络，为NGN和3G等新业务提供完善的承载平台，并能够结合原有网络，不断为运营商开展创造收入的新业务，同时大大减少投资和运营开支。但是，由于运营级以太网技术也在发展完善之中，因此运营商不宜操之过急，宜采用试验与建设并行的策略。此外，对于不同的城域网建设情况，运营级以太网的部署策略也应有所区别。对于需要新建网络的地区，由于以太网的投资较少，因此在满足未来业务发展需求的前提下，可以考虑直接部署运营级以太网。而对于已经建设了城域网的地区，为保护现有投资，运营商可以考虑分步骤地引入运营级以太网，可以首先对网络的接入层或汇聚层进行改造，部署运营级以太网，然后随着运营级以太网技术的完善，逐步地进行网络改造，在核心网络中引入运营级以太网。

来源：泰尔网