L1VPN的現(xiàn)狀與未來發(fā)展

摘要：智能光網(wǎng)絡(luò)以及自動交換光網(wǎng)絡(luò)/通用多協(xié)議標(biāo)記交換(ASON/GMPLS)的快速發(fā)展為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)帶來了許多新的增值業(yè)務(wù)，其中包括新的層一的虛擬專用網(wǎng)(L1VPN)業(yè)務(wù)。L1VPN應(yīng)用模式有多種，國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)部門(ITU-T)的標(biāo)準(zhǔn)中定義了4種應(yīng)用場景，分別是多業(yè)務(wù)骨干網(wǎng)、運(yùn)營商的運(yùn)營商(Carrier’s carrier)、層一的資源交易以及跨服務(wù)提供商(SP)的L1VPN。L1VPN的業(yè)務(wù)模型主要關(guān)注L1VPN業(yè)務(wù)的配置和管理等問題。因特網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)定義了兩類L1VPN業(yè)務(wù)模型：基于管理平面的L1VPN業(yè)務(wù)模型和基于控制平面的業(yè)務(wù)模型。L1VPN的成功實現(xiàn)和應(yīng)用，原因在于除了L1VPN能為用戶提供新的增值業(yè)務(wù)外，安全、高效、靈活、可管理的特性能為運(yùn)營商和用戶帶來雙贏的局面。

層一的虛擬專用網(wǎng)(L1VPN)業(yè)務(wù)即通常所說的光虛擬專用網(wǎng)(OVPN)。作為虛擬專用網(wǎng)(VPN)的一種實現(xiàn)方式，L1VPN能為其用戶提供低成本的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，并在此基礎(chǔ)設(shè)施上為其用戶提供安全的、具有服務(wù)質(zhì)量(QoS)保障的層一業(yè)務(wù)。

所謂層一業(yè)務(wù)是指處于開放系統(tǒng)互連(OSI)第1層的光或時分復(fù)用(TDM)業(yè)務(wù)。

根據(jù)業(yè)務(wù)連接特征以及業(yè)務(wù)控制能力特征，國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)部門(ITU-T)將第1層業(yè)務(wù)分為以下兩種類型[1]：

(1)類型1

類型1為單連接業(yè)務(wù)，即一個客戶，2個網(wǎng)元客戶邊緣設(shè)備(CE)間的連接業(yè)務(wù)。根據(jù)業(yè)務(wù)連接類型，又可細(xì)分為靜態(tài)業(yè)務(wù)和動態(tài)業(yè)務(wù)兩種。

(2)類型2

類型2為多連接業(yè)務(wù)，即一個客戶，3個或3個網(wǎng)元CE以上之間的連接業(yè)務(wù)。根據(jù)業(yè)務(wù)連接類型，也可細(xì)分為靜態(tài)業(yè)務(wù)和動態(tài)業(yè)務(wù)兩種。

ITU-T將L1VPN定義為類型2第1層業(yè)務(wù)中的動態(tài)連接業(yè)務(wù)，目前它實現(xiàn)的是一種點(diǎn)到點(diǎn)的連接。提供L1VPN業(yè)務(wù)的運(yùn)營商是可以開展帶寬租用、帶寬批發(fā)等批發(fā)業(yè)務(wù)的運(yùn)營商，其用戶包括業(yè)務(wù)提供商(SP)、企業(yè)用戶等等。圖1所示為L1VPN的參考模型。

智能光網(wǎng)絡(luò)能為用戶提供靈活、快速的業(yè)務(wù)帶寬分配和連接建立，因此基于智能光網(wǎng)絡(luò)的L1VPN也豐富了其實現(xiàn)方式。ITU-T定義了實現(xiàn)L1VPN應(yīng)滿足的需求，包括L1VPN所提供的業(yè)務(wù)特征需求，連接的動態(tài)控制需求，安全、計費(fèi)、用戶地址、連接受限、策略、生存性需求等，其中在動態(tài)連接控制方面，ITU-T要求L1VPN的連接由軟永久連接(SPC)和交換連接(SC)來完成。雖然為支持這種需求目前ITU-T在智能光網(wǎng)絡(luò)方面的標(biāo)準(zhǔn)仍有待進(jìn)一步完善，但能看出這種需求實際上適應(yīng)了智能光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢。

1 L1VPN的功能模型及應(yīng)用

1.1 功能模型

L1VPN參考模型定義了CE、客戶設(shè)備(C)、網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備(PE)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(P)等等節(jié)點(diǎn)，從應(yīng)用的角度看，L1VPN業(yè)務(wù)對C節(jié)點(diǎn)設(shè)備來說與一條客戶網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的鏈路并沒有什么不同；同樣，P節(jié)點(diǎn)設(shè)備并不維護(hù)與L1VPN相關(guān)的狀態(tài)信息，也不參與任何與L1VPN相關(guān)的處理過程，因此在L1VPN模型中只有CE和PE節(jié)點(diǎn)是重要的，相應(yīng)的L1VPN功能也是僅與CE節(jié)點(diǎn)和PE節(jié)點(diǎn)相關(guān)的。

基于這種考慮，ITU-T分別針對PE節(jié)點(diǎn)和CE節(jié)點(diǎn)在L1VPN模型中定義了各自的功能集，并對其中主要的功能特性及其實現(xiàn)方式了進(jìn)行歸納整理。

1.2 L1VPN的應(yīng)用

L1VPN應(yīng)用模式有多種，ITU-T的標(biāo)準(zhǔn)中定義了4種應(yīng)用場景，分別是多業(yè)務(wù)骨干網(wǎng)、運(yùn)營商的運(yùn)營商(Carrier’s carrier)、L1資源交易以及跨服務(wù)提供商(SP)的L1VPN。在具體實現(xiàn)模式上也有多種劃分方法，根據(jù)客戶網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系可分為重疊應(yīng)用模式和對等應(yīng)用模式，根據(jù)資源占有方式可分為資源分割模式和域服務(wù)模式[2]。

在具體的L1VPN所承載的業(yè)務(wù)方面，那些對光網(wǎng)絡(luò)傳送帶寬需求較大，同時對QoS和安全也有嚴(yán)格要求的業(yè)務(wù)，將會成為L1VPN所承載的主要業(yè)務(wù)。這些業(yè)務(wù)包括銀行業(yè)務(wù)、存儲網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和網(wǎng)格計算業(yè)務(wù)等，其應(yīng)用場景如圖2所示。

圖2(a)為銀行業(yè)務(wù)應(yīng)用L1VPN的場景圖。銀行是電信運(yùn)營商的主要客戶之一，銀行的總行、各個分行、數(shù)據(jù)中心等功能部門通過電信運(yùn)營商提供的L1VPN業(yè)務(wù)來完成在線數(shù)據(jù)的交換、管理和備份，同時L1VPN也能確保這些數(shù)據(jù)的完整性和安全性。

存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)是L1VPN應(yīng)用的另外一個主要場景。SAN通過存儲協(xié)議可在各個數(shù)據(jù)中心之間進(jìn)行多點(diǎn)到多點(diǎn)(Any to any)的連接，而具體的連接可以通過基于控制平面技術(shù)的L1VPN的方式來實現(xiàn)，這同樣能保障數(shù)據(jù)的完整性和安全性。圖2(b)為SAN業(yè)務(wù)應(yīng)用L1VPN的場景。

圖2(c)為網(wǎng)格計算應(yīng)用L1VPN的實例。有效的網(wǎng)格計算對承載網(wǎng)格計算業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、時延、抖動等特性要求很高，此外網(wǎng)格計算的動態(tài)呼叫特性也要求承載網(wǎng)絡(luò)具有動態(tài)連接和資源分配的能力。何時何地進(jìn)行端倒端連接的建立、刪除以及帶寬分配是網(wǎng)格計算工作流程的組成部分。

2 業(yè)務(wù)模型

L1VPN的業(yè)務(wù)模型主要關(guān)注L1VPN業(yè)務(wù)的配置和管理等問題，不同的配置和管理策略產(chǎn)生了不同的L1VPN業(yè)務(wù)模型。

ITU-T明確定義了L1VPN應(yīng)采用SPC或SC的方式來實現(xiàn)。

因特網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)從具體的客戶接口類型的角度定義了兩類L1VPN業(yè)務(wù)模型[3]：基于管理平面的L1VPN業(yè)務(wù)模型和基于控制平面的業(yè)務(wù)模型。

基于控制平面的業(yè)務(wù)模型又可根據(jù)信息交換的類型分為基于信令的L1VPN和增強(qiáng)型的L1VPN，而增強(qiáng)型L1VPN又可根據(jù)路由信息交換類型進(jìn)一步細(xì)分為虛擬節(jié)點(diǎn)的L1VPN、虛擬鏈路的L1VPN和每虛擬專用網(wǎng)對等的L1VPN。L1VPN業(yè)務(wù)模型如圖3所示。

2.1 基于管理平面的L1VPN

在基于管理平面的L1VPN業(yè)務(wù)模型下，客戶與業(yè)務(wù)提供商之間的交互僅通過管理平面來完成，即客戶端的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(NMS)向業(yè)務(wù)提供商的NMS發(fā)送請求建立L1VPN連接的請求。業(yè)務(wù)提供商的NMS處理此請求，并向客戶端NMS發(fā)送響應(yīng)結(jié)果，包括：連接建立成功與否、連接建立失敗情況下的原因、檢測到的傳送平面的故障、采用的恢復(fù)措施、QoS參數(shù)與SLA中的匹配情況等。

這種業(yè)務(wù)模型下L1VPN業(yè)務(wù)連接的建立是通過網(wǎng)管系統(tǒng)觸發(fā)建立的，因此業(yè)務(wù)連接建立通過SPC的方式實現(xiàn)。基于管理平面的L1VPN業(yè)務(wù)模型如圖4所示。

這種模式對ASON的框架沒有影響，而且CE和PE不需要各自控制平面之間的互通，因此目前的ASON網(wǎng)絡(luò)框架能夠完全支持這種模式。

此種模型的好處是能避免在入口CE處的錯誤配置，而且不需要PE-CE間的信任關(guān)系；缺點(diǎn)是客戶對流量工程(TE)可達(dá)性信息不可知，而且要求配置CE-CE間的路由鄰接關(guān)系，這可能會帶來N 平方問題

2.2 基于信令的L1VPN

基于信令的L1VPN也稱為L1VPN基本模式。此種模型下，CE-PE控制平面之間的交互僅限于信令消息的交互，CE使用用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)動態(tài)地請求、修改和刪除L1VPN連接，即L1VPN的業(yè)務(wù)連接建立是通過SC的方式實現(xiàn)的。

基于信令的L1VPN業(yè)務(wù)模型如圖5所示。

根據(jù)CE-PE間的控制平面交互方式以及CE-PE和PE-PE間數(shù)據(jù)鏈路之間的關(guān)系，CE-PE間的信令可分為嵌套方式、接合方式和混合方式3種[4]。在嵌套方式中，CE-PE間控制平面和數(shù)據(jù)通道都采用嵌套的方式來實現(xiàn)；在接合方式中，嵌套關(guān)系只存在于CE-PE間的控制平面，數(shù)據(jù)通道之間不存在嵌套關(guān)系；在混合方式中，CE-PE間的控制平面和數(shù)據(jù)通道之間都不存在嵌套關(guān)系。

在L1VPN成員發(fā)現(xiàn)及配置方面，這種模式可采用邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議(BGP)或內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(IGP)進(jìn)行L1VPN客戶可達(dá)性信息以及成員信息的動態(tài)維護(hù)，也可以通過網(wǎng)管系統(tǒng)對這些信息進(jìn)行靜態(tài)配置。在采用IGP協(xié)議時需要進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展，即定義新的鏈路狀態(tài)通告(LSA)。

如果支持這種模式，目前ASON框架下的信令和路由協(xié)議(即采用IGP進(jìn)行L1VPN信息維護(hù)的情況)都需要進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展。

2.3 增強(qiáng)型L1VPN

在增強(qiáng)型L1VPN模型中，在CE-PE間的UNI接口處進(jìn)行交換的控制平面信息除了信令消息以外，還包括與L1VPN相關(guān)的TE可達(dá)性信息的交互。這種模型中，PE通過UNI接口向L1VPN中其他CE和PE發(fā)布新的成員注冊/注銷以及連接建立/刪除信息，因而有助于CE學(xué)習(xí)其所屬的L1VPN中其他遠(yuǎn)端CE及CE-PE間鏈路的信息。

業(yè)務(wù)連接建立是由客戶設(shè)備CE觸發(fā)，業(yè)務(wù)連接為SC方式。增強(qiáng)型L1VPN業(yè)務(wù)模型如圖6所示。

這種模型根據(jù)CE-PE間的路由信息交互類型，又可分為虛擬節(jié)點(diǎn)模式、虛擬鏈路模式和每VPN對等模式3種，如圖7所示。其中(a)為虛擬節(jié)點(diǎn)模式，(b)為虛擬鏈路模式，(c)為每VPN對等(Per-VPN peer)模式。

虛擬節(jié)點(diǎn)模式是將運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)作是一個節(jié)點(diǎn)來處理，L1VPN中的每一個CE成員都被看作是連接到此虛擬的節(jié)點(diǎn)上，CE通過CE-PE間的路由協(xié)議接收CE-PE間的鏈路信息和同一L1VPN中遠(yuǎn)端CE的信息。

虛擬鏈路模式是將PE節(jié)點(diǎn)間的物理連接當(dāng)作一條虛擬的鏈路來處理，CE通過CE-PE間的路由協(xié)議接收CE-PE間的鏈路信息、同一L1VPN中遠(yuǎn)端CE的信息以及虛擬鏈路的信息。

每VPN對等模式可看作是虛擬節(jié)點(diǎn)模式和虛擬鏈路模式的一個超集，運(yùn)營商根據(jù)VPN來劃分TE鏈路，并且將每VPN的TE鏈路信息發(fā)送給相應(yīng)的CE。在全部或部分網(wǎng)絡(luò)資源由L1VPN專用時，這種模型比較有用。CE通過CE-PE間的路由協(xié)議接收CE-PE間的鏈路信息、同一L1VPN中遠(yuǎn)端CE的信息以及此L1VPN專用的資源信息。

增強(qiáng)型L1VPN主要解決在CE-CE路由鄰接的N 平方問題，要實現(xiàn)這種模型，目前的ASON框架需要做較大的擴(kuò)展。

3 L1VPN的現(xiàn)狀

ITU-T定義的L1VPN其連接方式為SPC和SC，因此需要采用控制平面來實現(xiàn)L1VPN的業(yè)務(wù)連接，這要求運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的控制平面應(yīng)具備帶寬調(diào)整功能、L1VPN拓?fù)涓�新功能、L1VPN成員組管理功能、安全功能、業(yè)務(wù)的快速提供功能以及業(yè)務(wù)調(diào)度功能等這些L1VPN所要求的基本功能。

實現(xiàn)控制平面的技術(shù)目前不外乎IETF的通用多協(xié)議標(biāo)記交換(GMPLS)協(xié)議以及ITU-T的ASON框架這兩種技術(shù)。

IETF是采用GMPLS協(xié)議來實現(xiàn)L1VPN的，這方面的工作主要由L1VPN工作組來完成，目前已經(jīng)定義了框架、業(yè)務(wù)模式等[3-4]，但仍有待完善，尚未發(fā)布有正式的RFC。

ASON方面，ITU-T的G.8080已經(jīng)包含了進(jìn)行處理L1VPN的基本框架，但并不能完全支持L1VPN。為了支持L1VPN功能，ASON框架中的信令、路由、發(fā)現(xiàn)協(xié)議等需要進(jìn)行相應(yīng)擴(kuò)展。

目前G.8080尚未開展這方面的工作，但如果要支持L1VPN，這方面的工作必須進(jìn)行。實際上，L1VPN對ASON框架的影響可能是全方面的，包括參考點(diǎn)、呼叫控制、信令、路由、自動發(fā)現(xiàn)等等ASON組件。

(1)參考點(diǎn)

L1VPN的PE-CE之間沒有路由信息。從網(wǎng)絡(luò)分離的觀點(diǎn)來看，這樣的限制是很有好處的，但對L1VPN卻未必如此。從前面的L1VPN業(yè)務(wù)模型也可以看到，在CE之間動態(tài)地進(jìn)行路由信息的交換對VPN的操作很有好處。

ASON是一種重疊模型，不允許在UNI處進(jìn)行路由信息的處理。為了支持L1VPN，UNI處應(yīng)考慮能支持這樣的信息。特別是，當(dāng)子網(wǎng)連接點(diǎn)池(SNPP)鏈路被分配給L1VPN時，L1VPN的拓?fù)鋺?yīng)提供給L1VPN的用戶CE；此外，為支持L1VPN，ASON也應(yīng)支持將L1VPN的地址可達(dá)性信息發(fā)送給L1VPN的用戶，這同樣需要對ASON框架進(jìn)行擴(kuò)展。

(2)地址

ASON為UNI分配了全網(wǎng)唯一的傳送資源地址(TRA)，即光互聯(lián)論壇(OIF)定義的傳送網(wǎng)分配地址(TNA)，為支持L1VPN，ASON框架也應(yīng)支持對分配給L1VPN的私有SNPP鏈路地址進(jìn)行定義。

(3)呼叫控制

L1VPN的連接是通過SPC和SC來實現(xiàn)的，ASON的呼叫連接控制應(yīng)能區(qū)分普通的SPC、SC連接請求和L1VPN連接請求。

支持這樣的需求要求網(wǎng)絡(luò)呼叫控制器(NCC)能夠進(jìn)行L1VPN私有地址與TRA地址之間的解析。同樣，NCC所處理的連接接入策略也需要結(jié)合L1VPN的策略來協(xié)同處理業(yè)務(wù)連接請求，L1VPN的策略包括VPN的成員信息和連接限制等等。

(4)連接控制

ASON架構(gòu)中的連接控制組件完成L1VPN連接請求與其他正常的連接請求，相應(yīng)的信令機(jī)制需要進(jìn)行相應(yīng)擴(kuò)展。

目前UNI接收到的UNI控制消息無法區(qū)分L1VPN業(yè)務(wù)與其他應(yīng)用。在CE-PE之間連接有多個VPN的時候，相應(yīng)的控制消息也無法區(qū)分，這都需要進(jìn)行擴(kuò)展。

(5)路由控制

ASON應(yīng)能對每一L1VPN維護(hù)不同的拓?fù)浜偷刂沸畔ⅲ�路由控制組件(RC)應(yīng)能根據(jù)分配給L1VPN的SNPP信息完成相應(yīng)的路由計算功能。

(6)自動發(fā)現(xiàn)

在自動發(fā)現(xiàn)方面，為支持L1VPN功能，ASON也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展，包括支持SNPP與L1VPN自動關(guān)聯(lián)的功能；此外，LRM功能組件應(yīng)能驗證此關(guān)聯(lián)的正確性。

從上面可以看出，為支持動態(tài)的L1VPN業(yè)務(wù)，ASON框架仍有許多待完善的地方。基于這種原因，目前各個廠商所實現(xiàn)的L1VPN基本上都是通過管理平面來實現(xiàn)，其業(yè)務(wù)連接以及L1VPN成員信息和鏈路信息也是通過網(wǎng)管靜態(tài)配置。

4 未來發(fā)展

L1VPN的成功實現(xiàn)和應(yīng)用在很大程度上要取決于智能光網(wǎng)絡(luò)的控制平面技術(shù)在L1VPN方面標(biāo)準(zhǔn)化的成熟度，特別是在多廠商設(shè)備、垮域組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，標(biāo)準(zhǔn)的成熟度就顯得更加重要。

雖然IETF在支持L1VPN的GMPLS協(xié)議方面尚未有正式的RFC發(fā)布以及ITU-T的ASON在L1VPN方面也有待于進(jìn)一步完善，但這方面的工作一直在進(jìn)行，而且有越來越多的廠商和運(yùn)營商都參與到這方面的標(biāo)準(zhǔn)制訂中來，這加快了L1VPN在控制平面技術(shù)方面的標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程。目前定義的L1VPN業(yè)務(wù)連接都是P2P的連接，這在L1VPN規(guī)模較大時將會造成網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)。未來的L1VPN勢必會支持P2MP的業(yè)務(wù)連接，這也是L1VPN對光網(wǎng)絡(luò)控制平面的需求之一。

在應(yīng)用方面，L1VPN如何與L2/L3VPN協(xié)調(diào)，即多層VPN問題，也是未來需要解決的問題之一。目前L1VPN與L2VPN和L3VPN都是獨(dú)立進(jìn)行規(guī)范的，但在實際運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)中它們很可能會共存，比如在ITU-T定義的運(yùn)營商的運(yùn)營商應(yīng)用模式中，運(yùn)營商可以在L1VPN的基礎(chǔ)上為客戶提供L2/L3VPN的業(yè)務(wù)。合理地解決多層VPN這樣的問題將能有效地提高全網(wǎng)資源的利用率，實現(xiàn)全網(wǎng)VPN的優(yōu)化配置。

作為光網(wǎng)絡(luò)最有潛力的增值業(yè)務(wù)之一，L1VPN幾乎是隨著智能光網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)而同時出現(xiàn)的。運(yùn)營商特別是服務(wù)提供商對L1VPN的興趣隨著智能光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的加快也在逐步增加，其原因在于除了L1VPN能為用戶提供新的增值業(yè)務(wù)外，其安全、高效、靈活、可管理的特性能為運(yùn)營商和用戶帶來雙贏的局面。

5 參考文獻(xiàn)

[1] ITU-T Y.1312. Layer 1 virtual private network generic requirements and architecture elements [S]. 2003.

[2] XUE Y, DUNBER L. Viable virtual private optical network (VPON) service models for IP over optical [C]// Proceedings of National Fiber Engineers Conference: Vol 1, Jul 8-12,2001, Baltimore, MD,USA. 2001:212-220.

[3] Draft-ietf-l1vpn-applicability-01.txt. Applicability analysis of generalized multi-protocol label switching (GMPLS) protocols to layer 1: virtual private networks [S]. 200l.

[4] Draft-fedyk-l1vpn-basic-mode-01.txt. Layer 1 VPN basic mode [S]. 2006.