分組傳送網(wǎng)技術(shù)（PTN）若干問題分析

分組傳送網(wǎng)(PTN)目前還沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的定義。從廣義的角度講，只要是基于分組交換技術(shù)，并能夠滿足傳送網(wǎng)對(duì)于運(yùn)行維護(hù)管理(OAM)、保護(hù)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(shù)可以是多協(xié)議標(biāo)記交換(MPLS)、傳送多協(xié)議標(biāo)記交換(T-MPLS/MPLS-TP)、以太網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)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(shù)主要包括T-MPLS和PBB-TE。近期由于支持PBB-TE的廠商和運(yùn)營(yíng)商越來越少，中國(guó)已經(jīng)基本上將PTN和T-MPLS/MPLS-TP劃上了等號(hào)。本文中提到的PTN均指基于T- MPLS/MPLS-TP的PTN設(shè)備。

　　從T-MPLS到MPLS-TP，國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)部門(ITU-T)和因特網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)經(jīng)過了多年的競(jìng)爭(zhēng)和協(xié)商達(dá)成了共識(shí)，體現(xiàn)了傳送領(lǐng)域和數(shù)據(jù)領(lǐng)域之間從競(jìng)爭(zhēng)到融合的發(fā)展歷程?？梢哉fMPLS-TP是傳送領(lǐng)域和數(shù)據(jù)領(lǐng)域的利益競(jìng)爭(zhēng)和平衡協(xié)調(diào)的產(chǎn)物。目前，IETF已獲得了 MPLS-TP標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的主導(dǎo)權(quán)，ITU-T SG15在MPLS-TP標(biāo)準(zhǔn)中的開發(fā)話語權(quán)已逐漸被IETF剝奪，轉(zhuǎn)為以企業(yè)和個(gè)人專家方式參與[1-6]。

　　本文將對(duì)PTN/MPLS-TP技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展過程中的幾個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行探討，內(nèi)容包括端到端的服務(wù)質(zhì)量(QoS)實(shí)現(xiàn)機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)、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(luò)建設(shè)維護(hù)和開展業(yè)務(wù)的需求提出了個(gè)人觀點(diǎn)。

　　1 PTN網(wǎng)絡(luò)中的QoS技術(shù)

　　QoS是指網(wǎng)絡(luò)通信過程中，允許用戶業(yè)務(wù)在丟包率、延遲、抖動(dòng)和帶寬等方面獲得可預(yù)期的服務(wù)水平。 PTN設(shè)備的QoS功能包括流分類、標(biāo)記、速率限制、帶寬保證、流量整形、調(diào)度策略等。PTN網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)的QoS主要由基于MPLS的流量工程(TE)和區(qū)分服務(wù)(DiffServ)兩種機(jī)制來實(shí)現(xiàn)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)面向業(yè)務(wù)的端到端的QoS保障能力[7-11]。

　　1.1流量工程

　　IETF對(duì)MPLS-TP的定義要求必須支持流量工程(TE)且TE可以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的可控性。 TE的目標(biāo)是有效而可靠地運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)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(luò)中的流量工程一般是通過 MPLS的TE擴(kuò)展即多協(xié)議標(biāo)記交換-流量工程(MPLS-TE)來實(shí)現(xiàn)的。

　　TE在PTN網(wǎng)絡(luò)中的作用主要體現(xiàn)在2個(gè)方面：

　　(1)業(yè)務(wù)路由可控——進(jìn)入PTN的業(yè)務(wù)通過偽線(PW)封裝后再復(fù)用到標(biāo)記交換路徑(LSP)。LSP的建立可以通過網(wǎng)管或控制平面實(shí)現(xiàn)，兩種建立方式的LSP路由都是可控的。

　　(2)業(yè)務(wù)帶寬可控——目前PTN承載的業(yè)務(wù)主要包括E1仿真和以太網(wǎng)業(yè)務(wù)。E1仿真業(yè)務(wù)的帶寬一般是固定可控的，并且要求高優(yōu)先級(jí)，不允許丟包，時(shí)延低。以太網(wǎng)業(yè)務(wù)可以分為2大類：恒定速率業(yè)務(wù)和可變速率業(yè)務(wù)。恒定速率業(yè)務(wù)的要求和可控性與E1仿真業(yè)務(wù)基本相同?？勺兯俾蕵I(yè)務(wù)則是通過承諾速率 (CIR)和額外速率(EIR)來實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)帶寬的控制，即運(yùn)營(yíng)商只對(duì)用戶保障小于等于CIR的帶寬，在網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)可以對(duì)EIR部分的流量進(jìn)行丟棄處理，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的可控性。

　　具體來說，運(yùn)營(yíng)商通過配置PW(即業(yè)務(wù))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(yùn)營(yíng)商就可以在網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的情況下，滿足所有業(yè)務(wù)的CIR帶寬需求。由于存在可變速率業(yè)務(wù)的突發(fā)業(yè)務(wù)(即EIR部分)，因此即使使用了TE，網(wǎng)絡(luò)中仍然可能會(huì)發(fā)生擁塞，此時(shí)如何保障所有業(yè)務(wù)都能得到其CIR帶寬就需要使用區(qū)分服務(wù)。

　　1.2 區(qū)分服務(wù)

　　區(qū)分服務(wù)起源于集成服務(wù)(IntServ)。區(qū)分服務(wù)的目的是在因特網(wǎng)上為流量提供有區(qū)別的業(yè)務(wù)級(jí)別。與集成服務(wù)相比，區(qū)分服務(wù)定義的是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單而粒度粗一些的控制系統(tǒng)。另外，區(qū)分服務(wù)針對(duì)的是流聚合后的每一類QoS控制，而不是像集成服務(wù)那樣針對(duì)每個(gè)流。因此，區(qū)分服務(wù)具有可擴(kuò)展性，能夠在大型網(wǎng)絡(luò)上提供QoS服務(wù)。

　　區(qū)分服務(wù)在其域的邊緣對(duì)進(jìn)入的IP流進(jìn)行分類，并為每一類型指定一個(gè)類型標(biāo)志區(qū)分服務(wù)代碼點(diǎn)(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(zhuǎn)發(fā)。IETF目前定義了兩種PHB：加速轉(zhuǎn)發(fā)(EF)和保證轉(zhuǎn)發(fā)(AF)。

　　(1)加速轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(dòng)和有保證的帶寬服務(wù)。使用EF的業(yè)務(wù)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(wù)或恒定速率的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)。EF必須遵循RFC3246的規(guī)定。

　　(2)保證轉(zhuǎn)發(fā)

　　AF為數(shù)據(jù)包提供4個(gè)級(jí)別的轉(zhuǎn)發(fā)特征，每個(gè)級(jí)別有3種丟棄優(yōu)先級(jí)。PTN設(shè)備通過配置各級(jí)別的轉(zhuǎn)發(fā)資源(如緩沖區(qū)和帶寬)和丟棄優(yōu)先級(jí)來決定業(yè)務(wù)的級(jí)別。當(dāng)業(yè)務(wù)不發(fā)生擁塞時(shí)，AF的各級(jí)別業(yè)務(wù)性能值相同;當(dāng)業(yè)務(wù)發(fā)生擁塞時(shí)，所有AF級(jí)別的業(yè)務(wù)都會(huì)發(fā)生丟包，丟包的多少和業(yè)務(wù)級(jí)別相關(guān)。AF必須遵循RFC2597的規(guī)定。

　　1.3 MPLS支持的區(qū)分服務(wù)

　　由于PTN是基于MPLS-TP實(shí)現(xiàn)的，因此PTN設(shè)備中的區(qū)分服務(wù)需要采用RFC3270定義的基于MPLS的區(qū)分服務(wù)機(jī)制來實(shí)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(wù)的方法。MPLS支持的區(qū)分服務(wù)能夠把區(qū)分服務(wù)的多個(gè)行為集合(BA)映射到MPLS的一條LSP上，根據(jù)BA的PHB來轉(zhuǎn)發(fā)LSP上的流量。LSP與BA的映射有兩種方式：實(shí)驗(yàn)推斷的 LSP(E-LSP)和標(biāo)記編碼推斷的LSP(L-LSP)。

　　(1)E-LSP

　　E-LSP用MPLS標(biāo)簽的實(shí)驗(yàn)(EXP)字段把多個(gè)BA指派到一條LSP上，使用MPLS標(biāo)簽的EXP字段表示一個(gè)包的PHB。最多可以把8個(gè)BA映射到EXP字段中，即一條E-LSP最多可以支持8個(gè)業(yè)務(wù)等級(jí)。

　　(2)L-LSP

　　L-LSP把一條LSP指派給一個(gè)BA，并采用EXP表示包丟棄優(yōu)先級(jí)。一條L-LSP只能支持一個(gè)業(yè)務(wù)等級(jí)。由于MPLS網(wǎng)絡(luò)設(shè)備會(huì)在每一跳中都交換標(biāo)簽值，而管理標(biāo)簽與PHB的映射比較困難。E-LSP要比L-LSP更容易控制，因?yàn)镋-LSP事先就可以確定整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)包的EXP字段和PHB之間的映射關(guān)系。目前PTN設(shè)備采用的主要是E-LSP。

　　1.4 PTN端到端QoS的實(shí)現(xiàn)

　　通過上述流量工程和MPLS支持區(qū)分服務(wù)的機(jī)制，就可以實(shí)現(xiàn)PTN所倡導(dǎo)的面向業(yè)務(wù)的端到端的 QoS保障能力。首先通過MPLS流量工程實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)路由和帶寬的控制，以避免負(fù)載不均衡出現(xiàn)的擁塞問題;其次，當(dāng)突發(fā)業(yè)務(wù)或網(wǎng)絡(luò)保護(hù)引起網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)再通過MPLS支持的區(qū)分服務(wù)機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)承諾帶寬(CIR)的保障。

　　對(duì)于E-LSP，表1給出了一種業(yè)務(wù)等級(jí)的分類方法示例。其中的峰值速率(PIR)，等于CIR加EIR。在這種實(shí)現(xiàn)方法中數(shù)據(jù)幀的PW和LSP的EXP值相同。

　　對(duì)于E1仿真業(yè)務(wù)和恒定速率的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)(如語音和視頻)，均采用EF PHB，并設(shè)置CIR等于PIR。對(duì)于突發(fā)型業(yè)務(wù)(如虛擬專用網(wǎng)和以太網(wǎng)專線)采用AF PHB。為了保障突發(fā)業(yè)務(wù)的CIR帶寬，需要在網(wǎng)絡(luò)入口依據(jù)帶寬參數(shù)對(duì)業(yè)務(wù)流進(jìn)行計(jì)量、整形和標(biāo)記，并應(yīng)支持RFC2698定義的雙速率三色標(biāo)記法。同時(shí)基于映射關(guān)系設(shè)置數(shù)據(jù)幀的EXP值，以便LSP經(jīng)過的后續(xù)節(jié)點(diǎn)根據(jù)該值選擇合適的PHB。