基于PBB 的運營商以太網(wǎng)MPLS-TP QoS 優(yōu)化部署策略*

肖 斌

（上海市信息網(wǎng)絡有限公司，上海 200081）

0 引言

網(wǎng)絡的蓬勃發(fā)展帶動了各行業(yè)的進步，從單一實體商務發(fā)展出和互聯(lián)網(wǎng)結合的多樣化業(yè)務模式，如物聯(lián)網(wǎng)、電商、電子金融以及遠程醫(yī)療等。這些業(yè)務都離不開數(shù)據(jù)實時、有效、安全的通信傳輸[1]。因此，無論是互聯(lián)網(wǎng)還是專線、無線網(wǎng)絡，所需承載的數(shù)據(jù)根據(jù)用戶的需求及時轉發(fā)到其目的地是衡量該網(wǎng)絡快速、安全必不可少的一個重要指標。

基于運營商骨干橋接（Provider Backbone Bridge，PBB）技術的 運營商 以太網(wǎng)（Carrier Ethernet，CE）技術在大型城域網(wǎng)絡中有著廣泛應用[2]。當網(wǎng)絡運行過程中需要傳輸某些有特殊需求的數(shù)據(jù)時，特殊情況下出現(xiàn)的異常會致使用戶收到的數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤或丟失，造成用戶實際應用業(yè)務無法正常開展。由于當今網(wǎng)絡應用在電子商務中的重要性，該問題逐漸凸顯，影響了一些對安全性、及時性比較敏感的用戶數(shù)據(jù)，對網(wǎng)絡的安全、可靠傳輸帶來的安全隱患。

1 網(wǎng)絡傳輸中受MPLS-TP QoS 的影響

1.1 網(wǎng)絡傳輸基本特點

在網(wǎng)絡通信中，無論是有線網(wǎng)絡還是移動網(wǎng)絡，由于承載網(wǎng)絡傳輸IP 分組業(yè)務時存在的效率低、配置復雜、靈活性差等問題，導致其已經(jīng)無法滿足全業(yè)務增長的需求，同時增加了運營商的傳輸成本。網(wǎng)絡基于傳輸技術的發(fā)展，無論是CE 融合傳統(tǒng)傳送網(wǎng)還是分組傳送網(wǎng)（Packet Transport Network，PTN），都是通過優(yōu)化多業(yè)務傳送平臺（Multi-Service Transport Platform，MSTP）的有效傳輸，使其更高效地實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

CE 融合傳送網(wǎng)以高速交換為架構，萬兆鏈接至匯聚。虛擬專用局域網(wǎng)（Virtual Private Lan Service，VPLS）點到點布局，通過PBB 技術輔以快速環(huán)網(wǎng)保護協(xié)議（Rapid Ring Protection Protocol，RRPP）再加環(huán)網(wǎng)保護，支持MPLS、VPLS、MPLSTP 等多協(xié)議棧，使得CE 傳送網(wǎng)具備帶寬高、維護性高和服務質量高等特征，同時融合了傳統(tǒng)傳送網(wǎng)的優(yōu)勢。

PTN 分組傳送網(wǎng)是基于分組轉發(fā)的、面向連接的多業(yè)務傳送技術[3]，結合了IP 和多協(xié)議標記交 換（Multi-Protocol Label Switching，MPLS）、以太網(wǎng)承載技術（Provider Backbone Bridge-Traffic Engineering，PBB-TE）、傳送網(wǎng)，優(yōu)化分組業(yè)務流量的突發(fā)性和統(tǒng)計復用傳送的要求，通過采用分組、面向連接的多業(yè)務統(tǒng)一傳送[4]。

1.2 MPLS-TP QoS 對網(wǎng)絡傳輸?shù)挠绊?/h3>

在網(wǎng)絡傳輸中，通常需要由路由器對數(shù)據(jù)做出一個選擇，在其允許通過的數(shù)據(jù)中攜帶有服務優(yōu)先等級的信息。此時，為了處理相關數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡將采用合適的方法將用戶邊緣路由器的數(shù)據(jù)服務優(yōu)先級傳輸?shù)椒丈?，同時網(wǎng)絡設備將根據(jù)客戶的服務優(yōu)先級拆分相應的轉發(fā)服務。PTN 網(wǎng)絡一般采用3 種不同的MPLS 業(yè)務類型（Class of Service，CoS）處理模式。不同模式對優(yōu)先等級產(chǎn)生的影響略有不同。

1.3 MPLS-TP QoS 管道模式

1.3.1 Uniform 模式

如圖1 所示，在使用Uniform 模式時，授信數(shù)據(jù)包會從用戶側攜帶包含DSCP 等級的QoS 服務質量信息，由匯聚層設備將用戶側攜帶報文的CoS 值直接復制到MPLS 外層標簽的EXP 字段中[4]。當核心設備收到由PE 轉發(fā)的數(shù)據(jù)包后，數(shù)據(jù)在進入MPLS 域時會將外層EXP 標簽重新標記，并賦予承載網(wǎng)自身的QoS 優(yōu)先級策略[5]同等值后進行轉發(fā)。在經(jīng)過上述反向傳輸?shù)竭_對端設備時，它仍舊保持其修改后的優(yōu)先級，也就是說已不再保留用戶原先的優(yōu)先級。

1.3.2 Pipe 模式

如圖2 所示，在使用Pipe 模式運行時，設備將忽略用戶攜帶的QoS 值，在匯聚設備上為MPLS 外層標簽的EXP 字段重新賦值。入PE 設備和出PE設備都是按照承載網(wǎng)自身的QoS 優(yōu)先級策略進行報文的轉發(fā)，直到數(shù)據(jù)包到達用戶接收端時，還原成其原來的QoS 值轉發(fā)。

1.3.3 Short-pipe 模式

如圖3 所示，在使用Short-pipe 模式時，相對于Pipe 模式有一些變化和改進。在用戶數(shù)據(jù)包進入核心設備前，運行方式和Pipe 模式相同。在數(shù)據(jù)包出核心進入?yún)R聚設備前，設備已恢復用戶原有數(shù)據(jù)的QoS 值。在到接收端之前，網(wǎng)絡設備按照用戶封裝的DSCP 等級進行優(yōu)先轉發(fā)。這種模式的優(yōu)點在于承載網(wǎng)絡可以根據(jù)自身情況規(guī)劃QoS，不影響和改變用戶自身的QoS。出接口使用用戶的QoS 優(yōu)先級進行轉發(fā)，加強了用戶數(shù)據(jù)轉發(fā)的可控性，能更好地滿足高要求業(yè)務的需要，但削弱了承載網(wǎng)對數(shù)據(jù)的可控性。

圖1 Uniform 模式

圖2 Pipe 模式

2 網(wǎng)絡部署測試分析

為找出驗證此類偶然性異常的問題，以常用網(wǎng)絡為基礎模擬測試環(huán)境，測試在不同設備網(wǎng)絡中或跨設備網(wǎng)絡中傳輸時對此類數(shù)據(jù)的影響情況。測試所用的組網(wǎng)設備類型選取ZTE 的PTN 設備和H3C的CE 設備。

相關測試中，設備發(fā)送帶QoS 的數(shù)據(jù)包，在QoS 數(shù)據(jù)包中設定DSCP 優(yōu)先等級，模擬測試在承載網(wǎng)絡的不同位置發(fā)送數(shù)據(jù)包后，經(jīng)過傳輸在目標位置接收該數(shù)據(jù)包是否會有變化。

圖3 Short-pipe 模式

2.1 單一網(wǎng)絡組網(wǎng)的測試環(huán)境

2.1.1 PTN 設備測試環(huán)境

測試所用的PTN 網(wǎng)絡環(huán)境是以ZTE 6500 設備組建核心層和匯聚層，62 系列、63 系列、61 系列設備組成接入環(huán)，設備之間以PW3（隧道+偽線）的方式互聯(lián)。網(wǎng)絡拓撲結構如圖4 所示。

圖4 PTN 設備測試環(huán)境拓撲結構

該環(huán)境中，測試用戶電路在不同業(yè)務接入方式下所發(fā)送的數(shù)據(jù)包情況。

業(yè)務接入方式有以下3 種：

（1）發(fā)送數(shù)據(jù)設備是在同環(huán)的匯聚設備上接入，接收數(shù)據(jù)端（下文統(tǒng)稱為用戶端）在環(huán)上的某臺接入設備上（圖4 中虛線表示）；

（2）發(fā)送數(shù)據(jù)設備是在其他匯聚設備上接入，用戶端則在不同接入環(huán)上的某臺設備上（圖4 中長短虛線表示）；

（3）發(fā)送數(shù)據(jù)設備和用戶端分別連接在不同的接入環(huán)上的設備（圖4 中實線表示）。

在PTN 網(wǎng)絡環(huán)境測試帶有QoS 等級的DSCP：CS4 數(shù)據(jù)包。測試不同的3 處發(fā)送節(jié)點接收到的數(shù)據(jù)包，發(fā)現(xiàn)內容DSCP 等級均未發(fā)生變化。發(fā)送端數(shù)據(jù)包情況和接收端數(shù)據(jù)包情況，如圖5 和表1所示。

圖5 發(fā)送端和接收端數(shù)據(jù)包情況

表1 PTN 網(wǎng)內測試情況

2.1.2 CE 設備環(huán)境

測試所用的CE 網(wǎng)絡環(huán)境以H3C 9508 雙設備堆疊后組成核心層和匯聚層。互聯(lián)中繼采用PBB 協(xié)議。5800、5560 設備作為接入使用，通過RRPP 協(xié)議組成環(huán)狀結構。網(wǎng)絡拓撲如圖6 所示，以測試用戶在不同的業(yè)務接入方式下所發(fā)送的數(shù)據(jù)包情況。

根據(jù)業(yè)務接入方式的不同，進行如下測試。

（1）發(fā)送數(shù)據(jù)設備連接同環(huán)的匯聚設備，用戶端在環(huán)上的某臺接入設備上（圖6 中虛線表示）測試帶有DSCP：CS5 數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)絡傳輸后接收到的數(shù)據(jù)包，發(fā)現(xiàn)未發(fā)生變化。

（2）發(fā)送數(shù)據(jù)設備是在其他匯聚設備上接入，用戶端則在不同接入環(huán)上的某臺設備上（圖6 中長短虛線表示），同樣測試帶有DSCP：CS5 數(shù)據(jù)包，測試結果發(fā)生變化。

（3）數(shù)據(jù)發(fā)送設備和接收設備分別連接在不同的接入環(huán)上（圖6 中實線表示），以同樣的方式測試，結果同樣發(fā)生了改變，見表2 和圖7。

圖6 CE 設備測試環(huán)境拓撲

表2 CE 網(wǎng)內測試情況

圖7 接入方式（3）的數(shù)據(jù)包情況

2.2 跨網(wǎng)絡組網(wǎng)的測試環(huán)境

將上述兩個網(wǎng)絡采用靜態(tài)聚合端口互聯(lián)方式進行聯(lián)通，將發(fā)送端和接收端分別連接在兩張網(wǎng)的一邊，如圖8 所示，其中左側為數(shù)據(jù)發(fā)送，右側為收到的數(shù)據(jù)情況。測試數(shù)據(jù)包在經(jīng)過不同網(wǎng)絡后是否發(fā)生改變時，同樣發(fā)送DSCP：CS5 數(shù)據(jù)包作為數(shù)據(jù)源，發(fā)現(xiàn)在用戶端收到的包發(fā)生了變化，變成了CS0。為確認數(shù)據(jù)的變化，將接收點前移到95 系列設備端口上查看，結果收到的數(shù)據(jù)包未發(fā)生變化仍然是CS5。跨網(wǎng)絡組網(wǎng)測試結果，如圖9 所示。

圖8 跨網(wǎng)絡組網(wǎng)

圖9 跨網(wǎng)絡組網(wǎng)測試結果

3 對MPLS-TP 的優(yōu)化部署

3.1 優(yōu)化方案的設定原則

根據(jù)上述相關測試和MPLS-TP 運行模式的分析，以CE 網(wǎng)為例的設備組成的大型網(wǎng)絡在轉發(fā)數(shù)據(jù)包時出現(xiàn)的問題優(yōu)化需關注以下方面。

（1）基于PBB 技術的CE 網(wǎng)絡，在建網(wǎng)時核心到匯聚間運行的PBB 協(xié)議，對QoS 轉發(fā)策略是默認的Uniform 模式。在出現(xiàn)有等級不同的數(shù)據(jù)包時，這會更改數(shù)據(jù)的優(yōu)先等級，從而影響傳輸數(shù)據(jù)。

（2）在已投入運營的網(wǎng)絡中，對相關設備的策略轉發(fā)進行修改，需在不影響網(wǎng)絡安全運行且不中斷現(xiàn)有業(yè)務的前提下，優(yōu)化升級在網(wǎng)設備。

以上情況在實際部署中需要優(yōu)先保證，因此對優(yōu)化部署制定了相應的規(guī)范。

（1）在設備負載量低、業(yè)務低谷的時段進行優(yōu)化部署。為了保證網(wǎng)絡安全對相關設備的操作可逆，在部署前對設備原有配置進行備份，以便在影響設備運行和大量用戶業(yè)務時可以及時回退恢復網(wǎng)絡。

（2）先對其中一組匯聚組設備和核心端口進行配置，在監(jiān)控設備及業(yè)務正常后，逐一部署剩余設備端口。

（3）在網(wǎng)絡中的特定端口開通臨時測試線路，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包，觀察部署時業(yè)務的情況，并對設備性能進行24 h 人為監(jiān)控

對于大型傳輸網(wǎng)絡來說，在使用Pipe 模式或Short-Pipe 模式時，會影響網(wǎng)絡的承載。在使用Pipe 模式時，所有用戶的數(shù)據(jù)在傳輸網(wǎng)絡中都是以承載網(wǎng)設置的MPSL-TP QoS 策略來等價傳輸?shù)?，對設備來說可控性相對較高。由于數(shù)據(jù)是等價的，對設備來說處理的負載相對一般。但是，如果使用Short-Pipe 模式，數(shù)據(jù)在出核心設備時就以用戶自己的MPSL-TP QoS 策略替代承載網(wǎng)的策略進行優(yōu)先劣等的傳輸。一方面會使設備的處理量突增，另一方面如果有大量此類優(yōu)先數(shù)據(jù)需要傳輸，會使其他低等級的數(shù)據(jù)滯留，導致等待排隊傳輸或失效后被設備丟棄。在大型傳輸網(wǎng)絡中，這種情況還會降低設備對數(shù)據(jù)的可控性，隨之會導致部分用戶的業(yè)務出現(xiàn)時延大或丟包等現(xiàn)象。因此，此次的優(yōu)化采用Pipe 模式，給予網(wǎng)絡一定的可控性，同時不會影響普通用戶和特殊用戶的數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 部署相關優(yōu)化方案

部署相關優(yōu)化是要在已投入運營的網(wǎng)絡中。因此，在對網(wǎng)絡中的任何操作都有可能會危及到網(wǎng)絡的正常運行，需要修改CE 網(wǎng)絡核心、匯聚局層互聯(lián)采用的PBB 技術中的MPLS-TP QoS 模式。模式更改會對網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)造成一定影響，因此需采用以下處理流程來減少過度時對網(wǎng)絡的影響。

（1）在網(wǎng)絡承載的低谷期當天的24 時至第二天凌晨6 點進行優(yōu)化部署。

（2）對在網(wǎng)設備進行劃組，如表3 所示。同一堆疊的兩臺設備安排在不同的兩組里，分別進行優(yōu)化，將業(yè)務負擔高的多臺設備分開在不同的組里，以減少修改時網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸能力的影響。需逐一在每組設備互聯(lián)中繼接口上配置QoS Pipe 模式命令，其中表3 中的字母組合代表不同的節(jié)點名稱。

表3 分組情況

（3）監(jiān)控修改時設備物理性能的變化和傳輸數(shù)據(jù)是否切換至還未優(yōu)化的設備上，以保障用戶業(yè)務的正常使用。

（4）在部署完成后測試帶有MPLS-TP QoS DSCP 等級的數(shù)據(jù)包，確認修改后全部設備是否還會對此類數(shù)據(jù)包頭進行修改。

通過上述優(yōu)化部署，可排除相關問題，從而更好地支撐用戶高端數(shù)據(jù)業(yè)務傳輸承載。

4 結語

本文中的優(yōu)化部署針對基于PBB 的運營商以太網(wǎng)，在初始狀態(tài)中對一些特定數(shù)據(jù)包在通信過程中受影響的問題，提出了基于傳輸網(wǎng)絡正常運維和設備承載能力等方面整體優(yōu)化的部署方案。一方面，針對網(wǎng)絡傳輸過程中的MPLS-TP QoS 中DSCP 等級被修改的問題，通過不同模擬環(huán)境測試驗證了在特定網(wǎng)絡傳輸中包含指定的數(shù)據(jù)包會受影響的問題。另一方面，結合MPLS VPN 網(wǎng)絡中對MPLS-TP QoS工作模式的分析，提出對CE 網(wǎng)絡核心及匯聚互聯(lián)的優(yōu)化部署方案。通過實際的部署應用，排除了用戶在不同等級QoS 數(shù)據(jù)傳輸中的有效性，保障了網(wǎng)絡的優(yōu)化和安全運行。