分組傳送網(wǎng)技術發(fā)展中的若干問題

摘要:文章對分組傳送網(wǎng)(PTN)/傳送多協(xié)議標記交換(MPLS-TP)技術和標準發(fā)展過程中的關鍵問題，包括端到端的服務質(zhì)量(QoS)實現(xiàn)機制、網(wǎng)絡分層結構、三層(L3)功能的引入和數(shù)據(jù)平面環(huán)回功能等進行了探討，并基于PTN網(wǎng)絡建設維護和開展業(yè)務的需求提出了自己的觀點。通過對PTN網(wǎng)絡中的基于MPLS的流量工程和區(qū)分服務兩種機制的分析，文章提出了一種面向業(yè)務的端到端的QoS保障機制�；�于已有的MPLS-TP標準和草案明確的PTN的分層結構，文章提出了在PTN中引入L3功能的方式。文章還提出了數(shù)據(jù)平面環(huán)回功能的需求。

關鍵字:分組傳送網(wǎng)；服務質(zhì)量；分層結構；三層功能；數(shù)據(jù)平面環(huán)回

英文摘要:This paper discusses several key issues concerning the development of Packet Transport Network (PTN) and Multi-Protocol Label Switching (MPLS-TP) technologies. Such issues include the end to end Quality of Service (QoS) implementation mechanism, the layer network structure, the introduction of L3 function, and data-plane loop-back functions. Several viewpoints on PTN maintenance and operational requirements are then put forward. A service-oriented end to end QoS guarantee mechanism is proposed in light of an analysis of MPLS traffic engineering and Differentiated Service (DiffServ) mechanisms. After clarifying the network hierarchical structure of PTN layer (on the basis of existing MPLS-TP standards and drafts), it is finally proposed that the L3 function be introduced within PTN and the data-plane loop-back function.

英文關鍵字:PTN; QoS; layer network; L3 function; data-plane loopback

基金項目：國家高技術研究發(fā)展計劃資助(“863”計劃)課題(2007AA01Z2A4)

分組傳送網(wǎng)(PTN)目前還沒有一個標準的定義。從廣義的角度講，只要是基于分組交換技術，并能夠滿足傳送網(wǎng)對于運行維護管理(OAM)、保護和網(wǎng)管等方面的要求，就可以稱為PTN。具體的分組交換技術可以是多協(xié)議標記交換(MPLS)、傳送多協(xié)議標記交換(T-MPLS/MPLS-TP)、以太網(wǎng)、運營商骨干橋接-流量工程(PBB-TE)、彈性分組環(huán)(RPR)等。前兩年通信業(yè)界一般理解的PTN技術主要包括T-MPLS和PBB-TE。近期由于支持PBB-TE的廠商和運營商越來越少，中國已經(jīng)基本上將PTN和T-MPLS/MPLS-TP劃上了等號。本文中提到的PTN均指基于T-MPLS/MPLS-TP的PTN設備。

從T-MPLS到MPLS-TP，國際電信聯(lián)盟電信標準部門(ITU-T)和因特網(wǎng)工程任務組(IETF)經(jīng)過了多年的競爭和協(xié)商達成了共識，體現(xiàn)了傳送領域和數(shù)據(jù)領域之間從競爭到融合的發(fā)展歷程�？梢哉fMPLS-TP是傳送領域和數(shù)據(jù)領域的利益競爭和平衡協(xié)調(diào)的產(chǎn)物。目前，IETF已獲得了MPLS-TP標準開發(fā)的主導權，ITU-T SG15在MPLS-TP標準中的開發(fā)話語權已逐漸被IETF剝奪，轉為以企業(yè)和個人專家方式參與[1-6]。

本文將對PTN/MPLS-TP技術和標準發(fā)展過程中的幾個關鍵問題進行探討，內(nèi)容包括端到端的服務質(zhì)量(QoS)實現(xiàn)機制、網(wǎng)絡分層結構、三層(L3)功能的引入和數(shù)據(jù)平面環(huán)回功能等，并基于PTN網(wǎng)絡建設維護和開展業(yè)務的需求提出了個人觀點。

1 PTN網(wǎng)絡中的QoS技術

QoS是指網(wǎng)絡通信過程中，允許用戶業(yè)務在丟包率、延遲、抖動和帶寬等方面獲得可預期的服務水平。PTN設備的QoS功能包括流分類、標記、速率限制、帶寬保證、流量整形、調(diào)度策略等。PTN網(wǎng)絡中業(yè)務的QoS主要由基于MPLS的流量工程(TE)和區(qū)分服務(DiffServ)兩種機制來實現(xiàn)，目標是實現(xiàn)面向業(yè)務的端到端的QoS保障能力[7-11]。

1.1流量工程

IETF對MPLS-TP的定義要求必須支持流量工程(TE)且TE可以實現(xiàn)對網(wǎng)絡資源的可控性。TE的目標是有效而可靠地運行網(wǎng)絡，同時優(yōu)化網(wǎng)絡資源的使用。約束路由(CBR)則是TE中最重要的組成部分。IP/MPLS網(wǎng)絡中的流量工程一般是通過MPLS的TE擴展即多協(xié)議標記交換-流量工程(MPLS-TE)來實現(xiàn)的。

TE在PTN網(wǎng)絡中的作用主要體現(xiàn)在2個方面：

(1)業(yè)務路由可控

進入PTN的業(yè)務通過偽線(PW)封裝后再復用到標記交換路徑(LSP)。LSP的建立可以通過網(wǎng)管或控制平面實現(xiàn)，兩種建立方式的LSP路由都是可控的。

(2)業(yè)務帶寬可控

目前PTN承載的業(yè)務主要包括E1仿真和以太網(wǎng)業(yè)務。E1仿真業(yè)務的帶寬一般是固定可控的，并且要求高優(yōu)先級，不允許丟包，時延低。以太網(wǎng)業(yè)務可以分為2大類：恒定速率業(yè)務和可變速率業(yè)務。恒定速率業(yè)務的要求和可控性與E1仿真業(yè)務基本相同。可變速率業(yè)務則是通過承諾速率(CIR)和額外速率(EIR)來實現(xiàn)對業(yè)務帶寬的控制，即運營商只對用戶保障小于等于CIR的帶寬，在網(wǎng)絡擁塞時可以對EIR部分的流量進行丟棄處理，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡帶寬資源的可控性。

具體來說，運營商通過配置PW(即業(yè)務)和LSP的CIR，并滿足連接允許控制的條件：一條LSP中的所有PW的CIR之和必須小于等于該LSP的CIR，一條鏈路中的所有LSP的CIR之和必須小于等于該鏈路的CIR，運營商就可以在網(wǎng)絡正常運行的情況下，滿足所有業(yè)務的CIR帶寬需求。由于存在可變速率業(yè)務的突發(fā)業(yè)務(即EIR部分)，因此即使使用了TE，網(wǎng)絡中仍然可能會發(fā)生擁塞，此時如何保障所有業(yè)務都能得到其CIR帶寬就需要使用區(qū)分服務。

1.2 區(qū)分服務

區(qū)分服務起源于集成服務(IntServ)。區(qū)分服務的目的是在因特網(wǎng)上為流量提供有區(qū)別的業(yè)務級別。與集成服務相比，區(qū)分服務定義的是一個相對簡單而粒度粗一些的控制系統(tǒng)。另外，區(qū)分服務針對的是流聚合后的每一類QoS控制，而不是像集成服務那樣針對每個流。因此，區(qū)分服務具有可擴展性，能夠在大型網(wǎng)絡上提供QoS服務。

區(qū)分服務在其域的邊緣對進入的IP流進行分類，并為每一類型指定一個類型標志區(qū)分服務代碼點(DSCP)。域內(nèi)的核心路由器查看DSCP值，并根據(jù)每一類的特定逐跳行為(PHB)調(diào)度包的轉發(fā)。IETF目前定義了兩種PHB：加速轉發(fā)(EF)和保證轉發(fā)(AF)。

(1)加速轉發(fā)

EF PHB的流量不受其他PHB流量的影響，確保包以最快速率得到轉發(fā)。與傳統(tǒng)的租用線類似，EF PHB能夠提供低丟包率、低延遲、低抖動和有保證的帶寬服務。使用EF的業(yè)務帶寬參數(shù)只有CIR，EIR總等于0，超過CIR的流量將被丟棄。EF可用于E1仿真業(yè)務或恒定速率的以太網(wǎng)業(yè)務。EF必須遵循RFC3246的規(guī)定。

(2)保證轉發(fā)

AF為數(shù)據(jù)包提供4個級別的轉發(fā)特征，每個級別有3種丟棄優(yōu)先級。PTN設備通過配置各級別的轉發(fā)資源(如緩沖區(qū)和帶寬)和丟棄優(yōu)先級來決定業(yè)務的級別。當業(yè)務不發(fā)生擁塞時，AF的各級別業(yè)務性能值相同；當業(yè)務發(fā)生擁塞時，所有AF級別的業(yè)務都會發(fā)生丟包，丟包的多少和業(yè)務級別相關。AF必須遵循RFC2597的規(guī)定。

1.3 MPLS支持的區(qū)分服務

由于PTN是基于MPLS-TP實現(xiàn)的，因此PTN設備中的區(qū)分服務需要采用RFC3270定義的基于MPLS的區(qū)分服務機制來實現(xiàn)。

IP包經(jīng)過MPLS封裝后，核心路由器將看不到DSCP。為此，IETF提出了一種MPLS支持區(qū)分服務的方法。MPLS支持的區(qū)分服務能夠把區(qū)分服務的多個行為集合(BA)映射到MPLS的一條LSP上，根據(jù)BA的PHB來轉發(fā)LSP上的流量。LSP與BA的映射有兩種方式：實驗推斷的LSP(E-LSP)和標記編碼推斷的LSP(L-LSP)。

(1)E-LSP

E-LSP用MPLS標簽的實驗(EXP)字段把多個BA指派到一條LSP上，使用MPLS標簽的EXP字段表示一個包的PHB。最多可以把8個BA映射到EXP字段中，即一條E-LSP最多可以支持8個業(yè)務等級。

(2)L-LSP

L-LSP把一條LSP指派給一個BA，并采用EXP表示包丟棄優(yōu)先級。一條L-LSP只能支持一個業(yè)務等級。
由于MPLS網(wǎng)絡設備會在每一跳中都交換標簽值，而管理標簽與PHB的映射比較困難。E-LSP要比L-LSP更容易控制，因為E-LSP事先就可以確定整個網(wǎng)絡中每個包的EXP字段和PHB之間的映射關系。目前PTN設備采用的主要是E-LSP。