基于PTN核心交換技術(shù)的研究﹡

楊 賢， 彭亞雄

（貴州大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息學(xué)院 貴州 貴陽 550025）

0 引言

隨著近年來各種新涌現(xiàn)的IP應(yīng)用業(yè)務(wù)推動(dòng)，傳統(tǒng)的 SDH網(wǎng)絡(luò)有了明顯的不足導(dǎo)致分組傳送網(wǎng)的研究成為世界研究的焦點(diǎn)之一。

以ALCATEL為代表的多家知名廠商認(rèn)為可以在ITU-T G.805/G.809體系下構(gòu)建一種面向連接的分組傳送網(wǎng)絡(luò)。這種方案可以最大化的利用已有的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，并且在網(wǎng)絡(luò)維護(hù)以及培訓(xùn)人員方面也無需大量的技術(shù)投入，能夠以最小化的節(jié)省運(yùn)營商的成本。主流技術(shù)就是IP/MPLS技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)。雖然目前傳統(tǒng)的SDH在引入多標(biāo)簽交換（MPLS）技術(shù)可以很好地彌補(bǔ)SDH網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)，但若在傳統(tǒng)SDH網(wǎng)絡(luò)中完全引入復(fù)雜的MPLS技術(shù)則會(huì)大大增加設(shè)備成本和網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度。以太網(wǎng)技術(shù)有自己的優(yōu)勢(shì)但是他還沒有滿足運(yùn)營商面向連接的、可控、可管理的以太網(wǎng)傳送要求。

在2006年ITU-T SG15在2月的會(huì)上提出了全新的概念 T-MPLS。著重從 T-MPLS的原理結(jié)構(gòu)，T-MPLS的三大技術(shù)層面進(jìn)行詳細(xì)的闡述以及T-MPLS在未來網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營中的情況進(jìn)行分析。

1 T-MPLS原理結(jié)構(gòu)

1.1 MPLS面向傳送的簡(jiǎn)化

固定時(shí)隙分配的傳統(tǒng) SDH在以分組交換為主的網(wǎng)絡(luò)中暴露出很多缺點(diǎn)，難以滿足分組以太網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求。如果引入MPLS技術(shù)雖可以很好地彌補(bǔ)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)，，但在引入MPLS之后會(huì)使傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)更加復(fù)雜。所以在ITU-T SG15的會(huì)議上正式提出T-MPLS概念來代替MPLS over傳送網(wǎng)概念，并通過G.8010.1“T-MPLS體系結(jié)構(gòu)”、G..8112“T-MPLS的NNI接口”、G.8121“T-MPLS設(shè)備功能模塊特性”三大標(biāo)準(zhǔn)[1]。

T-MPLS屬于分組傳送層面的技術(shù)，是由IETF的MPLS數(shù)據(jù)面衍生而來的。兩者都有相同的標(biāo)簽幀結(jié)構(gòu)和標(biāo)簽交換和轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。T-MPLS是面向連接的分組傳送體系，它的核心技術(shù)就是通過網(wǎng)管系統(tǒng)或者控制面建立端到端的 LSP，分組數(shù)據(jù)流就在這條LSP上進(jìn)行工作。T-MPLS根據(jù)PTN的要求，對(duì)MPLS省去了PHP、ECMP等功能，從而達(dá)到了簡(jiǎn)化MPLS的任務(wù)[2]。

1.2 T-MPLS的分層與適配

T-MPLS作為面向連接的傳送網(wǎng)技術(shù)，它也必須滿足ITU-T G.805所規(guī)定的分層結(jié)構(gòu)。

T-MPLS網(wǎng)絡(luò)由頂至底分為三個(gè)部分，分別是TMC、TMP和TMS。其中TMC也叫電路層，采用偽線（PW）技術(shù)，它的功能等效于PWE3的偽線層或者叫做虛電路層。TMP也叫通路層，表示端到端的邏輯特性的連接。TMS也叫做段層，主要用于虛層的連接。

T-MPLS是面向連接的分組傳送技術(shù)，它是基于MPLS標(biāo)簽的管道技術(shù)，利用一組MPLS標(biāo)簽來標(biāo)識(shí)端到端的LSP。對(duì)于T-MPLS中的LSP氛圍內(nèi)外兩層，其中，內(nèi)層為偽線層，主要是用來標(biāo)識(shí)業(yè)務(wù)類型的，外層為隧道層，用來轉(zhuǎn)發(fā)路徑的。T-MPLS也具有可擴(kuò)展性和多業(yè)務(wù)承載的能力，TMC和TMP統(tǒng)計(jì)復(fù)用能力使其成為可控性管道，實(shí)現(xiàn)IP業(yè)務(wù)的高利用率。

1.3 T-MPLS鏈接交換原理

T-MPLS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的光傳送網(wǎng)相同，是由運(yùn)營商和運(yùn)營商間的網(wǎng)絡(luò)組成，其分為核心、匯聚和接入三部分組成。圖1將給出T-MPLS網(wǎng)絡(luò)的一條端到端的連接示意圖，并給出了與之相適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)分層模型。

圖1 T-MPLS端到端的連接示意

由圖1所示，組成T-MPLS的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備主要有三種，分別是通道終結(jié)設(shè)備（CTE）、通道交換設(shè)備（CSE）和通路交換設(shè)備（PSE）。

從圖1中能了解到T-MPLS從端到端的完整的連接過程，那么T-MPLS本身是怎樣進(jìn)行對(duì)分組的轉(zhuǎn)發(fā),圖2將詳細(xì)描述網(wǎng)絡(luò)的管理系統(tǒng)或者動(dòng)態(tài)控制平面（ASON/GMPLS）建立從E1到E2的雙層標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)路徑[3]（LSP）。

圖2 T-MPLS的分組交換過程

從圖2可以看到E1經(jīng)過節(jié)點(diǎn)P到E2的雙層標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)路徑（LSP），包括通道層、和通路層，通道層仿真客戶信號(hào)的特征，并指示連接特征，通路層指示分組和轉(zhuǎn)發(fā)的隧道。T-MPLS可以運(yùn)用在以太網(wǎng)中同時(shí)也適用于SDH VCG中，還可以承載DWDM/OTN的波長通道上[4]。來自客戶的分組業(yè)務(wù)在 CTE加上T-MPLS標(biāo)簽，經(jīng)過中間設(shè)備 CSE、PSE傳送到邊緣設(shè)備CTE去掉標(biāo)簽，將分組傳送給客戶端。

2 T-MPLS三大技術(shù)層

分組傳送網(wǎng)中的T-MPLS體系包括三個(gè)平面，另外，T-MPLS的信令通信網(wǎng)是可以選擇的。圖3描述三個(gè)平面的構(gòu)成及其關(guān)系。

圖3 T-MPLS體系結(jié)構(gòu)中的3個(gè)平面

從圖3中可以看到三個(gè)平面主要采用的傳輸網(wǎng)絡(luò)都采用了ASON的體系結(jié)構(gòu)，有利于傳送網(wǎng)間的互聯(lián)互通，簡(jiǎn)化了傳送網(wǎng)的運(yùn)營管理，從而達(dá)到向?qū)矸纸M傳送網(wǎng)絡(luò)的整體平穩(wěn)的過渡。

2.1 T-MPLS數(shù)據(jù)面技術(shù)

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)面提供從一個(gè)端點(diǎn)到另一個(gè)端點(diǎn)的雙向或者單向的信息傳輸，對(duì)客戶的信號(hào)進(jìn)行是配合轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)于不同客戶層信號(hào)，T-MPLS采取對(duì)應(yīng)的且不同的是配和方法。對(duì)分組數(shù)據(jù)（以太網(wǎng)、幀中繼）、ATM和時(shí)分?jǐn)?shù)據(jù)，由于其長度、格式、復(fù)用方式等各方面的差別，在對(duì)其進(jìn)行適配傳輸過程中牽涉到的匯聚、分段、封裝、排序、定時(shí)、復(fù)用或者解復(fù)用也將不同處理。

T-MPLS的傳送面還具有另外一個(gè)特點(diǎn)，就是對(duì)客戶層和服務(wù)層透明。數(shù)據(jù)面要求不支持 PHP；不支持ECMP；不支持聚合；在數(shù)據(jù)面兩個(gè)單向的LSP組成雙向的LSP但支持管道模型和短管道模型處理TTL和 EXP處理；支持全局和端口本地的有意的標(biāo)簽范圍；支持保護(hù)倒換。

2.2 T-MPLS控制面技術(shù)

T-MPLS的控制平面有提供路由和信令等特定功能的一組控制元件組成，并由一個(gè)信令網(wǎng)絡(luò)支撐?？刂破矫嬖g的互操作性以及元件之間的通信需要的信息流可通過接口獲得。由于控制平面的結(jié)構(gòu)不應(yīng)限制連接控制的方式，圖 4所展現(xiàn)的是T-MPLS控制面采用ASON/GMPLS協(xié)議[4]。

圖4 T-MPLS控制面

2.2.1 T-MPLS控制面需求

根據(jù)傳送控制結(jié)構(gòu)體系的相關(guān)要求以及對(duì)傳送控制平面的實(shí)現(xiàn)，T-MPLS控制面有以下幾點(diǎn)需求：

1）T-MPLS的數(shù)據(jù)平面功能應(yīng)當(dāng)獨(dú)立于控制平面或管理平面的選擇。

2）T-MPLS控制平面應(yīng)適用于傳送應(yīng)用。

3）應(yīng)該對(duì)客戶進(jìn)行T-MPLS網(wǎng)絡(luò)地址隱藏。

4）對(duì)于T-MPLS網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)，控制平面應(yīng)當(dāng)可以對(duì)其命名，以便客戶對(duì)其確認(rèn)呼叫請(qǐng)求或連接請(qǐng)求的終端點(diǎn)。

5）T-MPLS的控制平面支持終端點(diǎn)名稱，以及網(wǎng)絡(luò)地址之間的轉(zhuǎn)換。

6）T-MPLS的控制平面支持對(duì)連接預(yù)先設(shè)定的保護(hù)。

2.2.2 T-MPLS的控制面實(shí)現(xiàn)的選擇

T-MPLS控制平面實(shí)現(xiàn)由兩種可供選擇，一種是基于ASON建議G.8080定義的方法。目前這種方法只支持SDH和光網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膽?yīng)用。但是，隨著T-MPLS協(xié)議的不斷完善，T-MPLS可以選擇IETF所定義的關(guān)于RFCs的一個(gè)子集。

2.3 T-MPLS管理面技術(shù)

管理面執(zhí)行數(shù)據(jù)面、控制面以及整個(gè)系統(tǒng)的管理功能，同時(shí)也要平衡這些平面之間的協(xié)同操作[5]。

2.3.1 T-MPLS管理面需求

根據(jù)ITU-T規(guī)定，T-MPLS管理面需要有以下幾點(diǎn)需求：

1）網(wǎng)絡(luò)元件功能部分的管理應(yīng)統(tǒng)一，無論是內(nèi)部元件還是外部元件。

2）網(wǎng)絡(luò)元件只能有T-MPLS網(wǎng)絡(luò)實(shí)體。

3）網(wǎng)絡(luò)元件可以同時(shí)包括網(wǎng)絡(luò)層實(shí)體和客戶層實(shí)體。

4）客戶層實(shí)體在本地邏輯域進(jìn)行管理。

2.3.2 T-MPLS設(shè)備管理功能

T-MPLS要求支持域間或網(wǎng)絡(luò)間通信和 MSN中NEs的單端維護(hù)功能的通信，或者通過網(wǎng)絡(luò)接口在同類NEs之間通信所需要的最小化功能。T-MPLS設(shè)備管理功能模塊 EMF提供了由內(nèi)部或外部管理T-MPLS網(wǎng)絡(luò)元件功能模塊（NEF）的方法。

3 T-MPLS在網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用

以太網(wǎng)業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍了，那么是否能將傳統(tǒng)的以太網(wǎng)進(jìn)行改造成分組網(wǎng)絡(luò)以滿足當(dāng)今越來越復(fù)雜的IP業(yè)務(wù)的需求[6]。

從圖5可以清楚的看出，局域以太網(wǎng)到傳統(tǒng)以太網(wǎng)再到電信級(jí)T-MPLS以太網(wǎng)他的協(xié)議棧逐級(jí)遞增。MPLS最為網(wǎng)絡(luò)融合的唯一技術(shù)已被廣大運(yùn)營商所接受，利用PWE3技術(shù)支持多業(yè)務(wù)傳送，VPLS技術(shù)支持城域網(wǎng)匯聚，這些都很好的成為分組傳送技術(shù)。因此，T-MPLS技術(shù)利用最小的改造就可以將傳送網(wǎng)改造成面向連接的傳送網(wǎng)。

圖5 幾種分組傳送協(xié)議棧對(duì)比

T-MPLS突破了PWE3中只支持單挑的PW限制，使得其可以高效的統(tǒng)計(jì)復(fù)用，并稱為分組交換技術(shù)[7]。圖 6中就展示了其在運(yùn)營級(jí)以太網(wǎng)中的運(yùn)用。利用 T-MPLS技術(shù)，可以支持 E-Lan，E-Line業(yè)務(wù)，還利用ptmp LSP技術(shù)支持rooted多點(diǎn)EVC業(yè)務(wù)及BTV等視頻業(yè)務(wù)[8]。

圖6 T-MPLS運(yùn)營級(jí)以太網(wǎng)

4 結(jié)語

主要介紹分組傳輸網(wǎng)的核心技術(shù)或者叫關(guān)鍵技術(shù)T-MPLS。通過介紹其原理，三大技術(shù)層面。通過對(duì)現(xiàn)階段的以太網(wǎng)的對(duì)比，得出了其強(qiáng)大的功能，以及能夠完全滿足現(xiàn)階段對(duì)IP業(yè)務(wù)的需求。通過對(duì)三大技術(shù)層面以及模擬運(yùn)營的情況來看，完全可以成為未來的替代傳統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)的可能。

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