全IP时代传送网技术的几个关键问题

　　作者: 刘涛 , 　出处:通信世界,　责任编辑: 张宾,　 2008-08-01 00:30

　　由于采用不面向连接的工作方式、简化了信令、克服了节点设备复杂化、与传送网技术的发展相匹配等因素，IP技术将是下一代电信网的核心技术。这已经是电信业的主流观点。

　　1　引言

　　随着信息技术的不断发展与成熟，以及社会的不断进步，特别是互联网的出现和广泛使用，极大地改变了社会生活的每一个方面，使人类生活发生了根本性的变化，正如李开复所讲：“互联网的兴起和发展，不但是我们在信息时代中创造出的最伟大的奇迹之一，也是最近50年来对人们的生活习惯和行为方式影响最大的技术因素。”

　　根据美国在线出版商协会对公众选择媒体方式的最新调查报告显示，互联网已经成为美国第一大“工作时间媒体”和第一大“日间媒体”，在“居家时间媒体”中排名第2，已成为公众生活中不可缺少的一种媒体形式。可以说，信息社会的概念通过互联网而物化。

　　互联网已经成为目前国家信息基础设施的重要组成部分，如果没有互联网技术的迅猛发展，就不会有现在这么普及的社会信息化。而且，目前涌现出的电信新业务已全部实现了IP化。同时，电信网最基础的业务——电话业务也正在IP化，因此电信业务的全 IP趋势已非常明显。这一趋势也确定了电信网将逐步走向全口。由于采用不面向连接的工作方式、简化了信令、克服了节点设备复杂化、与传送网技术的发展相匹配等因素，IP技术将是下一代电信网的核心技术。这已经是电信业的主流观点。

　　比较一致的看法是：互联网的发展使口技术成为未来业务的基础，海量信息的广泛传递和共享需要宽带分组网络的支撑;下一代电信网是基于统计复用分组交换的数字通信技术为核心技术的通信网，更确切地说，是基于IP分组的数字通信技术为核心技术的通信网;另外，对于电信运营商，全IP不仅可以有效地简化网络结构，进而降低维护成本，同时可以加速新业务的推出速度，降低业务引入成本，增强市场竞争力;更重要的是，全IP的网络架构，是一个面向未来、适应新商业模式的架构。

　　2　传送网技术面临的问题

　　这一发展趋势，对传送网技术提出了新的要求，具体体现在以下几个方面：

　　(1)灵活的带宽调整能力：应可以进行小步长传输带宽调整能力和扩展，以满足数据业务的动态性、不确定性和快速增长的需要。

　　(2)丰富的接Vl类型：应具有各种类型和速率的业务接口，直接与IP路由器以太网交换机等数据设备的连接。

　　(3)有效的QoS保证：全IP网要求传送网根据不同的业务类型，采取不同的传送策略。

　　(4)调整传送网网络结构：由于全IP网主要以网状网为主，而传统的传送网网络结构则以环网为主，因此应该调整传送网网络结构，以适应数据网网络结构，提高数据业务的传送效率。

　　(5)对传送带宽的需求将迅猛增加：在全IP网中，传统互联网业务将继续保持较快的增长速度，对传送网的带宽需求将持续增加;另一方面，一些新业务将会出现，如视频业务和其他多媒体业务。这些业务与传统数据业务相比的最大特点是带宽较大，因此业务所需要的带宽将快速增加，这将直接转化为对传送网带宽的需求，使得传送网的带宽压力将明显加大。

　　(6)对传送网络安全性的要求明显提高：在未来的全IP网中，一些传统TDM业务(如PSTN电话)或者一些服务质量、安全、可管、可控要求均较高的数据业务，对可靠性要求较高，因此传送网的可靠性要求也有所提高。

　　为了满足上述这些要求，传送网技术除了继续发展光分插复用设备(ROADM)，40G光传送技术和自动交换光网络技术(ASON)外，最近还发展了分组传送网技术(PTN)等新技术。

　　众所周知，传统的传送网技术，特别是SDH技术是针对窄带TDM业务开发的，缺乏对宽带业务、数据业务的支持，为用户提供多种类带宽存在着瓶颈，带宽利用率低，自身能够对外提供的标准接口种类有限，难以高效地承载速率丰富的各种宽带业务。尽管这些年为了提高SDH技术传送数据业务的能力，提出了VC虚级联、链路容量调整方案(LCAS)、通用成帧规程(GFP)、弹性分组环技术(RPR)和Martini MPLS等技术，形成了多业务传送平台(MSTP)设备，但所改善的只是MSTP设备的接口和传送能力，而对于以太网业务而言，包长是变化的，流量是突发的，但设备的核心结构仍然为时隙交换，存在着诸如业务指配处理复杂、带宽效率低、成本高、网络扩展性差等缺点，不能有效地利用分组技术统计复用的优点。

　　由此可见，传统的传送网技术无法适应全IP网络发展趋势的需求，迫切需要新的基于分组的传送技术。

　　3　分组传送网(PTN)的使用问题

　　为了更好地解决传送IP信号的问题，PTN技术应运而生，它支持多种基于分组交换业务的双向点对点连接通道，具有适合各种粗细颗粒业务和端到端的组网能力，提供了更加适合于IP业务特性的“柔性”传输管道;点对点连接通道的保护切换可以在50ms内完成，可以实现传输级别的业务保护和恢复;继承了 SDH技术的操作、管理和维护机制，具有点对点连接的完整OAM，保证网络具备保护切换、错误检测和通道监控能力;完成了与IP/MPLS多种方式的互联互通，无缝承载核心lP业务;网管系统可以控制连接通道的建立和设置，实现了业务QoS的区分和保证，灵活提供SLA等优点;另外，它还可以利用各种底层传输通道(如SDH/Ethemet/OTN)。总之，它具有完善的 OAM机制，精确的故障定位和严格的业务隔离功能，最大限度地管理和利用光纤资源，保汪了业务的安全性。在结合GMPLS后，可实现资源的自动配置及网状网的高生存性。

　　近期，国内外标准组织和技术论坛都在研究多业务分组传送的相关技术和标准，并提出了T-MPLS， PBT和PVT等多种分组传送技术。

　　(1)T-MPLS(TransportMPLS)

　　MPLS技术可以很好地弥补SDH网络传送分组以太网业务的缺点。但若在传统SDH中完全引入复杂的MPLS技术，则会大大提高设备成本和网络的复杂度。为了适应分组交换和传送的需求，必须对 MPLS/PW技术进行简化修改，并与传送平面相关联(如SDH，MSTP或其它任何传送设备)，即发展成为 T-MPLS技术。

　　T-MPLS经由阿尔卡特、爱立信、富士通、华为、朗讯和泰乐等众多支持者提议，于2006年2月由ITU-T实现了技术的标准化，是分组交换传输网络技术的首次尝试。

　　T.MPLS是ITU-TSGl5定义的基于MPLS技术的一个面向连接的包传送技术，是MPLS的一个子集。它是将数据通信技术同电信网络有效结合的一种技术。 T-MPLS抛弃了IETF为MPLS定义的繁复的控制协议族，简化了数据平面，只保留了交换功能，去掉了路由功能和不必要的转发处理，并增加了ITU-T传送的保护倒换和OAM功能。它不支持PHP(倒数第二跳弹出)，精细的包丢弃算法，标签合并，ECMP(等价多路径)等。ITU-TSGl5在2006年2月的全会上采纳了 T-MPLS的概念，以代替过去的MPLSover传送网的概念，并通过了关于T-MPLS的3个标准，即G.8010.1 “T-MPLS体系结构”，G.8112“T-MPLS的NNl接口”， G.8121“T-MPLS设备功能模块特性”。

　　T-MPLS与它的客户信号和控制网络是完全独立的，其不限定使用某种特定的控制协议或管理方式。 T-MPLS承载的客户信号可以是IP/MPLS，也可以是以太网。T-MPLS的连接具有较长的稳定性，这使它可具有传送网络所必备的保护倒换和OAM等功能特性。它的主要优势是实现了基于真正分组交换内核的传送技术。

　　T-MPLS技术由数据平面、管理平面和控制平面 3个相关平面组成，从标准化程度来看，现在的标准仅规范了T-MPLS的数据平面部分功能，还需要进一步研究T-MPLS的组播，保护，OAM等功能。此外，管理平面和控制平面也需进一步规范，预计T—MPLS的系列标准将在2008年后基本完成。

　　(2)PBT

　　PBT由北电予以支持，它源自IEEE802.1ah定义的“PBB-TE”(运营商骨干网桥接传输技术)。运营商骨干网传输PBT(ProviderBackboneTransport)技术源自 IEEE802.1ah定义的运营商骨干网桥接PBB(Provider BackboneBriage)， 即 MAC-in-MAC 技术。 MAC-in-MAC是一种基于MAC堆栈的技术，用户 MAC被封装在运营商MAC之中作为内层MAC加以隔离，增强了以太网的扩展性和业务的安全性。PBB 在MAC-in-MAC基础上引入了I-TAG。I-TAG更适合用来与其它的技术(如MPLS)进行互通，它不再被用作标识一个虚拟的网络，而是标识一个业务。

　　面向连接的具有电信网络特征的以太网技术 PBT最初在2005年l0月提出。PBT主要具有以下技术特征：

　　●基于MAC.in-MAC但并不等同于MAC-in- MAC，其核心是：通过网络管理和网络控制进行配置，使得电信级以太网中的以太网业务事实上具有连接性，以便实现保护倒换，OAM，QoS，流量工程等电信传送网络的功能;

　　●使用运营商MAC(ProviderMAC)加上VLAN ID进行业务的转发，从而使得电信级以太网受到运营商的控制而隔离用户网络;

　　●基于VLAN关掉MAC自学习功能，避免广播包的泛滥，重用转发表而丢弃一切在PBT转发表中查不到的数据包。

　　由于采用了两层MAC技术，业务通过DA+VID 的方式进行识别，VLANID不再是全局有效，不同的 DA(目的地址)可重用相同的VLANID，VLANID的相同不会造成以太网交换机在数据帧转发中的冲突。 PBT技术可以与传统以太网桥的硬件兼容，DA+VID 在网络中间节点不需要变化，数据包不需要修改，转发效率高，可支持面向连接网络中具有的带宽管理功能和连接允许控制CAC(ConnectionAdmissionCon— trol)功能以提供对网络资源的管理，通过网管配置或通过网络控制器NC(NetworkController)建立连接，可以很方便地实现灵活的路由和流量工程。但此系列标准还不成熟，由于增加了MAC地址开销，也势必增加了硬件成本。

　　PBT技术的显著特点是扩展性好，由于其转发信息由网管/控制平面直接提供，容易实现带宽预留和 50ms的保护倒换时间;具备多业务支持能力，安全性较好;特别是大量使用了交换机，消除了复杂的ICP和信令协议，大幅度降低了组网和运营维护成本。另外，它使用了大量的ITU-T定义的网管功能，故具有类似SDH的电信级网管功能。

　　目前，PBT也存在一些亟待解决的问题，如PBT 仅支持点到点(P2P)以太网业务，不支持点到点(P2P)的非以太网业务和多点到多点(mp2mp)以太网业务;只能环型组网，灵活性受到影响;由于缺乏公平性算法，还不太适合流量大、突发性强的业务;PBT的 OAM和保护目前只是Trunk层，不能实现中间节点的监测;PBT的标签(DA+V1D)太长，增加了MAC地址开销且存在多层映射问题，势必增加硬件成本。此外， 2007年4月IEEE802.1组才确定开始PBB-TE(IEEE 802.1Qay)的数据平面标准制定工作，IETF关于 PBB-TE的控制平面(GELS)工作也处于起步阶段，并且需要和IEEE对数据平面的标准化工作协调，这与 T.MPLS的标准化相比还很不成熟。这两种技术的比较参见表l。

　　PBT着眼于解决以太网的缺点，T-MPLS着眼于解决IP/MPLS的复杂性。它们都为从现有的 SONET/SDH向完全分组交换网络的转变提供了平滑过渡的方法。二者的基本原理相同，只是标签格式和处理机制等方面存在较大差别。相比较而言，PBT与传统以太网技术的兼容性更好一些，但对TDM业务的支持更差一点，而T-MPLS在服务质量和流量工程更具有优势;从标准化的程度上看，T-MPLS更成熟，ITU-T已经完成了大部分标准化工作，正在修订部分标准并与 IETF合作;PBT则处于标准发展的早期，2007年3月在

表1 PTN技术比较

　　IEEE批准立项，标准化过程需持续2～3年，IETF的 GELS工作组预备成立，提交了2个IETF Draft，而且 802.1agCFM本身尚未批准。

　　总体来看，T-MPLS在技术方面有一定的优势，被业界认可程度更高一些。T-MPLS是标准化程度最高的，代表了今后分组传送技术的发展方向。

　　4　向全lP网络过渡的问题

　　全IP网络发展是一个渐进的过程，如何经济合理地解决好TDM信号和IP信号同时传送，实现无缝过渡，也是一个重要问题。采用具有通用传送架构的下一代传送平台是比较合适的策略，这种设备可以根据业务增加分组业务板卡，逐步替代SDH功能(对低速 TDM业务采用电路仿真方式)和把高速TDM业务引入到通用传送平台上，如果和多维可调ROADM结合，还能实现灵活的光层交换。随着全IP网络的实现，全分组传送也将取代产品生命周期即将结束的SDH 网络。

　　5　与数据设备的协调问题

　　对于全IP网络来讲，若提供电信级业务，还需要继续弥补其在安全和QoS方面存在的缺陷。更重要的是要合理地协调解决好与传送网的配合问题。

　　(1)保护和恢复问题

　　IP路由器和传送网都具有保护、恢复功能，问题在于如何使用。如果仅在单一的IP层面进行保护恢复，可以解决流量突发和链路、路由器失效问题。最显著的优点是能够完成各种业务等级的保护，但将导致网络利用率急剧下降，这是因为足够的带宽是保证电信级IP网实现保护恢复的基本前提，为了保证在故障过程中所有业务依然保持原有QoS水平，网络带宽必须有足够的冗余，在现有IP网拓单层保护恢复机制下，全网带宽冗余度最少要达到50%，否则就要损失低等级业务的Qos水平。为了保证网络业务提供的可用率，目前各大运营商网络采用了超额提供网络带宽的方法，造成IP网极度轻载，骨干网链路带宽利用率只有10%～30%，极大地浪费了网络能力。相反，通过传送网为IP网链路保护恢复，则可以提高链路带宽资源利用率，实现IP网与传送网综合建设成本的降低。 IP网节点的可用率要远高于链路，链路故障是影响全网安全性的薄弱环节，因此如果链路具备一定的保护恢复能力，则全网的安全性将会大为改善。据统计，采用传送网的保护恢复，可以使IP网对有保护的高等级业务的可用率由2个9提高到4个9，而对于无保护的低等级业务则由54%提高到98.5%。不仅可以使高等级业务接近满足PSTN 5个9的指标要求，还可以用无保护的低等级业务提供类似中小企业VPN等服务，使网络资源收益最大化。因此，针对网络定位于提供基本的、没有必要保障严格Qos的上网业务，不必考虑故障恢复所需的额外带宽，因此其带宽利用率可以达到很高的水平，可以采用IP网内路由协议为主采取保护恢复机制，同时还必须合理设计和优化其网络物理拓扑，保证网内各路由器间链路的物理路由不相关性，以避免光纤中断等单个物理层故障导致IP网发生多处链路故障，从而引起路由剧烈震荡。对于承载有QoS保证的SLA业务，采用光传送网的保护恢复将会提高线路资源的利用率，进而有效地节省了综合网络建设成本，在目前采用VC-4(155Mbit/s)颗粒的网络情况下，大约可节省40%的综合成本。其主要的缺点是不能保证路由器故障时的业务全修复，随着骨干路由器可用率的不断提高，再加上MPLS本身具有流量分类QoS机制，这个缺点将不会对全网安全性造成显著的影响。

　　总之，从故障恢复的速度来说，光网络的保护和恢复机制优于IP网络，特别是对于一些点到点的、业务量非常大的场合，采用保护方式优点比较明显，可以在很短的时间(<50ms)内应对光纤切断等故障，而且无须高层协议和信令的介入。但是对于诸如传送节点瘫痪等故障，传送层的保护和恢复机制无法处理，必须依靠IP层的保护和恢复机制参与。因此，在一个规模大、节点数量多的网状(Mesh)IP光网络中，采用光网络和IP层联合灰度机制是必要的。按照对故障最先发现最先处理的原则，首先从光网络层进行保护，若在某个确定的计时期间内无法恢复再转由IP层进行恢复是较为可行的一种方法。

　　(2)功能配合问题

　　光传送网和口路由器在功能上有许多地方有重叠，特别是传送网已具有1层和2层的功能。而核心路由器的成本远远高于同等容量的光交叉设备(一般是5 倍)，此外由于IP网络的层叠(多跳)，造成大约有60%的转接业务在昂贵的3层中进行传送。现在，软件和硬件的成本随着网络层次的提高而不断增加，并不是所有的业务都需要在3层进行处理，即使需要，也不一定要在每一个节点对所有的IP包进行。因此，由光传送网的1层或2层进行端到端的数据传送，可以大大节省网络的硬件和运维成本。同时，由于网络层次的减少.将大大减少网络的时延，提高网络的可靠性。

　　6　结束语

　　随着全IP时代已经离我们越来越近，传送网技术必须做到与时俱进，不断发展，才能更好地适应电信运营商的使用需求。