基于M-MPLS的综合业务平台原理及应用研究

    经国内外专家的反复论证和试验，认为建立电信级的IP网络可以经济可行地解决未来网络的“三网”融合问题。根据NGN的体系架构，“三网”融合实际上是要解决传送层的融合，即采用一个综合性的多业务平台来解决话音（实时性业务）、数据（非实时性业务）、图像（大容量突发性业务量）等业务的传送问题。由于ATM技术已经证明不能作为下一代网络的综合业务传送平台，因此，全球几乎所有著名的通信制造商都将研究重点转移到MPLS（多协议标签交换）上，并取得可喜的进展。专家们认为，MPLS技术将在未来IP电信级网络中发挥重要的作用，因为其结合了交换和路由技术，有一系列优点，可以较好地解决原有技术（包括ATM、IPv4技术）所存在的缺点。为此，本文将简要地介绍目前已经广泛使用MPLS的特点，然后重点介绍基于Martini&MalisMPLS的综合业务平台的原理及应用。该平台无论在IP城域网、IP骨干网以及未来3G软交换传送网中都将发挥重要的作用。

    一、M－MPLS（Martini&Malis MPLS）的综合业务平台特点

    1．M-MPLS可以认为是1.5层的技术，因为它介于物理层与链路层之间。两者层次结构图1比较如下：

    因此，对于传统MPLS，由于它不是面向用户/终端层面，它无法提供TDM、ATM、FRAMERELAY业务。以下业务提供只能由不同的业务平台实现。如：

    IP— IP/ATM/SONET OR IP/POS；

    FRAMERELAY— FR/ATM/SONET；

    ATM—ATM/SONET；

    TDM—TDM/SONET OR TDM/ATM/SONET。

    对于M-MPLS而言，它可以提供第二层业务，因此，其实现方式为：

    IP— IP/MPLS/POS；

    FRAMERELAY— FR/MPLS/POS；

    ATM—ATM/MPLS/POS；

    TDM—TDM/MPLS/POS。

    即通过一个M-MPLS综合业务平台，就可提供第二层的多种业务。

    2．M-MPLS综合业务平台不仅提供第二层的业务能力，而且它仍是路由器，提供三层路由器功能。运行OSPF、IS-IS、BGP-4等路由器所必需的路由协议。

    3．M-MPLS继承了传统MPLS的所有功能。

    4．M-MPLS具有更好的扩展性能。由于它采用了层次化的标签堆栈技术，使得它理论上可以无限制地扩展。

    5．M-MPLS通过预先建立的LSP，使得其拥有ATM/FR一样的安全性能。

    6．M-MPLS标签头中的EXP字段用于QoS，同时采用于诸如PFQ等技术保证服务质量的保证。

    7．M-MPLS具有LSP第二路由迂回能力，提供安全保障。

    8．M-MPLS支持TDM业务。

    9．M-MPLS平台能与传统MPLS平台互通。

    10．M-MPLS易于向GMPLS光网络过渡。

    11．M-MPLS由于采用综合业务平台，具有更低的网络建设成本，同时易于管理，降低运营成本。

    12．M-MPLS可以满足下一代网络传送网的要求，具有良好的“未来保险”性能。

    13．M-MPLS综合业务平台支持信道化端口，并且每个信道化端口可以运行不同的协议。

    14．M-MPLS可以支持IPv6。

    二、M-MPLS的综合业务平台原理

    1．M-MPLS采用了与传统MPLS“单标记”不同的“双标记”结构。

    2．TunnelLSP建立过程：TunnelLSP负责将第二层信息由入端传送到出口端。LSP建立可以采用静态配置或通过信令来建立。如LDP、CR-LDP、RSVP-TE。

    3．VC建立过程：VC通过TunnelLSP绑定端到端的第二层电路。它所采用的信令是LDP。VC标签的绑定采用“顺向主动式”（downstreamunsolicited）。

    4．协议封装。

    （1）帧中继包的M-MPLS隧道及封装格式

    对于帧中继业务，只有帧中继实际载荷（payload）需要在M-MPLS网络中传送，帧中继头（DLCI等字段）及校验和（FCS）（图2中蓝色部分）不需要在M-MPLS网络中传送。但为了确定按正确顺序传送帧中继数据，控制字（controlword）是必需的。如下图2所示。

    控制字（controlword）中B/F/D/C比特的作用如下：

    B：映射帧中继头部的后向显式拥塞指示（BECN）

    F：映射帧中继头部的前向显式拥塞指示（FECN）

    D：映射帧中继头部的丢去帧标志位（DE）

    C：映射帧中继头部命令/响应帧（C/R）

    （2）ATMAAL5VCC的M-MPLS隧道及封装格式

    如图3所示。

    控制字（controlword）中T/E/L/C比特的作用如下：

    T：标识传送类型ATMCELL或AAL5 CPCS-PDU

    E：映射AAL5CPCS-PDU尾部显式前向拥塞指示(EFCI)

    L：映射ATMCELL中的包丢失优先级(CLP)

    C：映射AAL5CPCS-PDU尾部C/R比特

    （3）ATMCELL的M-MPLS隧道及封装格式

    从图4看出,ATM包头中的HEC不需在M-MPLS网中传送，此外，控制字亦是可选项。

    （4）VLAN/ETHERNET的M-MPLS隧道及封装格式

    从图5可以看出，对以太网帧，前导序列及校验和不需在M-MPLS网中传送。

    （5）HDLC的M-MPLS隧道及封装格式

    从图6可以看出，HDLC帧头标志及校验和不需在M-MPLS网中传送。

    （6）PPP的M-MPLS隧道及封装格式

    从图7可以看出，帧信息如地址字段、控制字段和校验和不需在M-MPLS网中传送。

    （7）TDM的的M-MPLS隧道及封装格式

    如图8所示。

    M-MPLS承载SONET/SDH业务的电路仿真业务时不需要控制字（controlword），改用4字节的CEM头，如下所示：

   

    其中：

    D：标识动态带宽分配模式。Rsvd(3bits): 预留未来使用

    Sequencenumber(10bits):标识分组顺序

    StructurePointer(10bits):标识CEM载荷J1字节的偏移量

    N/P：指示正负指针调整

    ECC-6：错误校验码，用于纠错1bit或检错2bits.

    综上所述，M-MPLS综合业务平台具有的二层功能有：

    FRAMERELAY；

    ATMAAL5；

    ATMCELL；

    ATMSPVC；

    VLAN/Ethernet；

    HDLC；

    PPP；

    TDM。

    三、M-MPLS综合业务平台的路由器功能

    1.支持的路由协议

    静态路由；

    OSPF、OSPF-TE；

    IS-IS、IS-IS—TE；

    PNNI；

    BGP；

    MPLSBGP扩展；

    IPv6。

    2.信号传输协议

    LDP、RSVP—TE、PNNI、UNI。

    3.支持的物理接口

    10/100-Base-T；

    GE以太网；

    10GE以太网；

    STM-1；

    STM-4；

    STM-16；

    E3。

    4.VPN功能

    Layer2VPNs；

    VPLS；

    IPVPNs。

    5.IP

    专线IP；

    高速Internet接入。

    四、M-MPLS的综合业务平台在IP城域网中的应用

    1.IP城域网产生的背景

    随着因特网的飞速发展，应用内容日益丰富，业务种类越来越多。原始的PSTN拨号方式由于接入速度太慢，掉线率高，远远满足不了人们高速上网的需求。于是，运营商将局域网技术配以光电转换器等延伸设备推广到城域网应用成为一种为用户提供高速接入的一种解决方案。同时，对企业用户/单位用户/集团用户提供IP专线接入亦解决了这些大客户的高速上网需求，IP城域网应运而生。此外，近两三年来，xDSL技术以极佳的性格比赢得广大用户的睛睐，用户增长速度连年翻番，由于不少DSLAM设备采用IP上行组网，也极大地促进了城域网的发展。从用户角度来看，目前的上网用户可以分成以下几类：

    从表1可以看出，不同的用户由于需求不同，接入方式也不同，对服务质量保证ＱoS的要求也是不同的。遗憾的是，目前的IP网难以解决端到端的ＱoS问题，只能提供尽力而为的服务。亦即是说，目前的IP城域网还不能很好地满足用户实际需求。如果用户要求ＱoS，只能通过DDN／FR／ATM网来解决。

    2.目前IP城域网的三种典型组网方案

    方案一：城域网骨干分为两个层面——核心层和汇接层。核心层采用高性能交换路由器设备组成半网状结构，业务量大的节点之间可采用POS连接，其它核心点之间采用GE连接，核心层部分路由器同时作为城域网出口路由器与省网连接；汇接层采用三层交换机就近上联到核心层路由器上。网络具有自己独立的自治域。

    方案二：城域网骨干分为两个层面——核心层和汇接层。核心层采用高性能二/三层交换机构成网状或半网状结构，以GE链路连接，同时在核心节点设置与省网连接的城域边界路由器，边界路由器与各核心节点以GE链路连接。汇接层采用高性能二/三层交换机，以GE链路双星型就近连接到2个核心节点，在光纤资源缺乏的节点，也可采用POS链路。本方案适用于中等规模城市。

    方案三：采用二／三层交换机直接与省网骨干POP点的交换机连接作为其延伸节点。该方案使用于中小规模城市。

    3.目前IP城域网存在的主要问题

    无法实现端到端的QoS控制，无法满足高端用户的需要。

    网络的可管理性差。由于二层／三层交换机属局域网设备，当应用在广域网上时，其管理性能无法满足电信级的设备管理要求。

    网络结构主要采用星形为主，安全性差。另外，用户的隔离主要采用划分在不同的VLAN，网络扩容调整极为不便，亦给用户安全带来隐患。

    用户接入手段不丰富，不灵活。

    无法实施流量工程，导致部分链路利用率不高，出现故障后链路收敛速度慢。

    用户认证方式主要采用PPPoE，宽带接入服务器性能好坏直接影响到用户了上网速率。由于宽带接入服务器不能穿越第三层信息，其必须下挂在路由器／三层交换机和二层交换机之间，随着网络容量的增加，宽带接入服务器数量亦得大量增加，增加了成本。

    网络可扩展性能差。每一期扩容工程都要对网络进行较大的优化、调整。

    VPN一般采用PPTP、IPsec等技术实现，运营商收不到相应的费用。用户的安全性亦远不如ATM／FR／DDN。

    4.IP城域网优化方案

    采用上述方案一组建城域网是长远之计。对城域网骨干层和汇接层的设备要求是建议采用M-MPLS多业务传送平台。

    网络结构：骨干层采用网状网或部分网状网组网，与163骨干网互连必须保证有两条链路。

    采用MPLSVPN为用户提供安全性能等同于ATM／FR／DDN的解决方案。

    必要时实施MPLSTE（流量工程），均衡各条关键链路的流量，缩短故障修复时间，尽量不中断业务。

    对有QoS要求的大客户，提供QoS保障。

    对小区或大楼或企业用户，除可以采用FTTx外，亦可利用现有的TM／FR／DDN网络延伸。

    可以尝试采用DHCP＋WEB认证方式，简化城域网络结构，省去宽带接入服务器。

    由于M-MPLS多业务传送平台支持DSLAMATM上行方式，因此，也可以为ADSL个人用户提供SLA服务。

    对于接入层的技术，可以选用的有：MSTP／SDH／RPR／MSR／LMDS／MMDS等。

    必要时采用M-MPLS／IPv6，为NGN及3G综合传送平台打下坚实的基础。

    实际上，下一代网络（NGN）所追求的传送层采用统一的业务平台。由于篇幅关系，本文未对M-MPLS综合性多业务平台在较交换和3G应用作进一步介绍。可以预见的是，世界是多样性的，人们的需求是个性化的，基于M－MPLS的综合业务平台必定会在下一代网络中发挥重要的作用。