城域以太网的VPLS技术

随着技术的发展，以太网在网络吞吐量、通信距离等方面都取得了巨大的进步。廉价灵活方便的以太网业务（点到点、点到多点、多点到多点）使以太网技术占据了局域网技术的主导地位。与此同时，电信运营商需要一种便宜、简单灵活、容易互连的技术，来满足日益增长的用户带宽需求，并为即将部署的IPTV提供足够的带宽。城域以太网技术由于其成本低廉、带宽分配灵活、应用的广泛性等优势受到人们的关注。

城域以太网技术主要包括两方面的内涵，城域以太网技术作为一种传输层面的技术首先要解决如何连接分布在较大范围内的用户点，其次是向用户提供以太网业务，特别是点到多点业务、多点到多点业务。

对用户特别是企业用户而言，其分支办公室网络可能分布在几个城市内或者是一个城市中的不同位置。因此，这些用户真正需要的是能够覆盖这些范围的网络接入，并且能够进行任意点之间的通信。

但现有的基于二层、三层交换机构建的城域网络若单纯依靠以太网技术，只能提供点到点连接的服务，仅仅提供用户的不同位置网络间的互连，企业网络或大楼向广域网（WAN）接口的连接等。尽管可以利用虚拟专用网（VPN）技术来为企业用户提供诸如跨区域的分支办公室网络连接，Internet接入等服务。但即使是技术较为成熟应用较早的第三层VPN（L3VPN）技术，也存在着技术较为复杂，对网络、操作人员的要求高等缺陷，而且还不能很好地提供多点到多点业务。与此同时第二层VPN（L2VPN）技术也仅能提供点到点的连接，其应用则被限制于骨干网络之间的互连，当提供点到多点或多点到多点业务时，其所需要的连接数量将随着用户数量的增加呈几何级数增长。

可见，现有技术无法很好地在广域范围内向用户提供以太网业务，尤其是多点到多点业务。

VPLS技术出现的背景及特点

VPLS（VirtualPrivateLANService，虚拟专用LAN业务）是城域以太网技术中的一种，该技术能够有效的连接各个接入点，并在该网络拓扑上实现点到点、点到多点、多点到多点的以太网业务。

从连接方式上来看，VPLS利用IP/MPLS的广域骨干网络为企业用户提供了一种仿真的LAN连接。从业务提供方式上来看，VPLS所仿真的LAN提供方便、灵活的以太网服务，而且这种仿真的LAN连接对横跨广域网的各个用户分支局域网是透明的，各分支局域网就好像是都连接在一台相同的交换机上。

VPLS本质上是L2VPN技术与L3VPN技术相结合的产物，利用IP/MPLS域对网络进行一定程度的分级，将L2服务限制在入口/边缘网络中。根据组网需求，利用VPLS技术组建的城域以太网可以有两种构成方式。

*接入网络提供2层服务，汇聚、核心网络提供3层服务。

*接入、汇聚网络提供2层服务，核心网络提供3层服务。

VPLS技术有效地结合了IP/MPLS，VPN，以太网交换等多种技术各自的特点，实现了最为重要的在广域范围的多点到多点LAN的互连。

VPLS技术的两个平面概念及工作原理

按照VPLS技术组建的城域网中，网络中的PE（ProviderEdge）路由器独立地学习MAC地址并维护FIB表项、对接收的2层数据按Martini草案进行封装、解封装后，经PE之间通过MPLS的LSP（LabelSwitchPath，标签交换路径）建立的PSN隧道交换。PE之间可采用LDP协议或MP-BGP协议来完成信令的交换，建立PSN隧道。具体的来讲，VPLS技术包括了两个层面：信令控制层和数据转发层。

在信令控制层面上，VPLS技术使用信令协议在PE之间建立相应横跨骨干网络的PW（伪线），通过PW可将以太网数据单元在骨干网络上传输，这些骨干网络绝大多数是IP/MPLS网络之类的PSN（PacketSwitchNetwork包交换网络）。VPLS中的PW是通过在两个PE端点间建立一对单向MPLVC-LSP建立起来的，VC-LSP可以静态配置或是LDP协议动态分配。建立起来的PSN隧道可以承载多个VPLS服务，同时在一定程度上起到屏蔽传输数据的作用，保护了跨越骨干网络数据的安全。此外，VPLS技术还利用该信息协议发现加入、退出的PE节点，实时更新拓扑信息。

目前VPLS技术使用的信令协议有LDP和BGP/MP-BGP.基于LDP协议的信令机制实现比较简单，但由于其天生的点到点特性，其在大型网络中的扩展性较差。在使用LDP的网络中，可通过增加一个目录服务器来实现PE自动发现功能。基于BGP/MP-BGP协议的信令机制较为复杂，但是BGP/MP-BGP协议灵活、功能强大、扩展性较好，支持跨越多个自治系统（AS）网络结构，而且利用BGP路由反射器即可实现PE自动发现功能。目前主要设备制造商的VPLS产品都支持这两种信令机制。

在数据转发层面上，VPLS技术通过学习MAC地址形成针对不同VPLS域的FIB表项，并基于MAC地址通过PSN隧道转发数据。一个VPLS域对应于一个企业用户，PE为每一个不同的VPLS域维护一个FIB表项，在维护的FIB表项中，重点是MAC与PW的对应关系，即MAC与LSP的对应关系，值得注意的是一条PW是由两条LSP组成的，MAC是与反向的标签相对应，这样才能正确地转发数据。在PE维护FIB表项时，也会遇到与交换机MAC地址老化类似的问题，VPLS技术通过信令协议发送地址撤销消息来完成此项功能，具体是通过LDP地址撤销消息中包含的一个FECTLV（标识涉及到的VPLS）、一个MAC地址TLV（可选）等一些可选参数来实现的。

VPLS技术仿真了一个透明的局域网，仿佛将用户分支局域网络接到了一个交换机上。这其中就不可避免地会出现环路，VPLS技术通过两种方法来解决这个问题，一是在每个PE上运行STP，对STPBPDU隧道传输；二是对所有PE进行全网状互联（fullmesh），并且支持水平分割模式。第一种方法中STP是开发于局域网的技术，即使在主机较多的局域网中其性能即收敛时间也相对较大，尽管有对STP的几种改进，但就其本质上还是不适合在大型网络上使用。第二种方法在一定规模下可解决环路拓扑问题，但是一旦当PE增多时，全网状互连会使带来PE间LSP数量的剧增、网络部署的灵活性骤减以及PE压力较大等问题，这时可以通过在大规模网络上应用分级VPLS（HVPLS）来解决这些问题。

HVPLS利用一种集中星型的布局建立分级结构：全网状隧道在中枢站点（被指定为PE）之间保持，CE设备连接在一台MTU（MultiTenantUnit）路由器上，路由器连接在一台PE路由器上。HVPLS通过这种分层结构，使运营商能在网络内动态地分配带宽，在用户间建立独特的区间。HVPLS还能有效地使用网络带宽，特别对视频应用来说更是如此。通过将多点广播推送到运营商网络边缘，HVPLS也使得城域网的核心部分负荷大大降低。

VPLS技术的发展前景

采用VPLS技术构建大规模可运营的城域以太网，还需要在技术上进一步研究。

*业务的可管理性：传统以太网无法对业务进行监控，如何定义以太网的OAM机制。

*保护恢复机制：链路终端的收敛时间问题以及点到点、点到多点、多点到多点业务的保护倒换问题。

*如何在保证服务质量的同时，在城域以太网上承载的传统业务尤其是TDM业务。

作为一种新的技术，VPLS在具有相对技术优势的同时，也面临着其它一些城域以太网技术的挑战，如MiM（MACinMAC，又称ProviderBackboneBridge）和PBT（ProviderBackbone Trunk）。随着VPLS技术的标准化工作开展较早并已取得初步成效，电信运营商给予了极大关注并在国内外得到一定规模的部署，VPLS技术将得到进一步的完善，必将成为城域以太网主流技术之一。