简述PBT与T-MPLS技术及其应用-定稿

简述PBT与T-MPLS技术及其应用
何雪峰焦作联通移网运维与网优中心 4540003
一、前言
经过多年的建设和优化，以SDH/MSTP技术为基础的中国联通城域传送网已经较好地满足了基于TDM的语音业务的传送需求，但是Internet的蓬勃发展、传统交换机被软交换替代、VOIP、3G运营都表明了业务承载的IP化已经成为趋势。

业务的分组化导致传送网络的分组化，虽然SDH/MSTP也具备多业务承载能力，但基于TDM的内核使其在承载IP分组业务时效率较低、配置复杂，并且灵活性和扩展性也较差，而基于分组交换内核的分组传送网（PTN）技术经过近几年的飞速发展已逐渐成熟，PTN有传统传送网的优点和适应分组业务统计复用的特性，它在3G无线回传、企事业专线、IPTV等高品质业务承载领域，面向连接的多业务承载、50 ms的网络保护、完善的运行管理维护（OAM）机制、全面的QoS保障以及功能强大的传送网管功能等核心技术优势使其有望成为替代SDH的下一代主流技术。

PTN是新一代基于分组的、面向连接的多业务统一传送技术，不仅能较好地承载电信级以太网业务，而且兼顾了传统TDM业务。

PTN在IP业务和底层传输媒质之间设置了一个层面，它针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计，以分组业务为核心并支持多业务提供，具有更低的总体使用成本(TCO)，同时秉承光传输的传统优势，包括高可用性和可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、便捷的OAM和网管、可扩展、较高的安全性等等。

PTN目前主要有两类实现技术：从以太网逐步发展而来的PBT(Provider Backbone Transport)运营商级以太网传输技术，是基于以太网的面向连接的包传输技术；从IP/MPLS 发展来的T-MPLS(Transport Multi-protocol Label Switching)，是基于MPLS的面向连接的包传输技术。

究竟选择哪种技术，成为城域网进一步发展必须要解决的问题，这与当年IP 与ATM之争非常类似。

二、T-MPLS技术简介
T-MPLS的转发方式是MPLS的一个子集，其数据是基于T-MPLS标签进行转发的。

T-MPLS 是面向连接的技术，是MPLS在传送网中的应用，它对MPLS数据转发层的某些复杂功能进行了简化，并增加了类似SDH传送网的面向连接的OAM和保护恢复的功能，并将ASON/GMPLS作为其控制平面。

T-MPLS是国际电信联盟（ITU-T）标准化的一种PTN技术，其解决传统SDH在以分组交换为主的网络环境中暴露出效率低下的缺点，是得到业界认可的主流的分组传送技术。

T-MPLS去掉了基于 IP 的无连接转发特性，增加端到端的 OAM 和保护功能，吸收了MPLS/PWE3（基于标签转发/多业务支持）和TDM/OTN（良好的操作维护和快速保护倒换）技术的优点。

T-MPLS 可以承载 IP、以太网、ATM、TDM 等业务，其不仅可以承载在 PDH/SDH/OTH 物理层上，还可以承载在以太网物理层上。

2.1、T-MPLS网络结构
T-MPLS网络分层结构：T-MPLS 分组传送网是建立端到端面向连接的分组的传送管道，将面向无连接的数据网改造成面向连接的网络。

该管道可以通过网络管理系统或智能的控制面建立，该分组的传送通道具有良好的操作维护性和保护恢复能力。

T-MPLS 作为面向连接的传送网技术，满足 ITU-T G.805 定义的分层结构，T-MPLS网络可以分为：媒质层、段层、通路层（通道层）和通道层（电路层）。

图1：T-MPLS的分层网络结构
通道（Channel）层-TMC：通道层表示业务的特性，比如连接的类型和拓扑类型（点到点、点到多点、多点到多点），业务的类型等，等效于 PWE3的伪线层（或虚电路层）。

通路（Path）层-TMP：通路层表示端到端的逻辑连接的特性，等效于 IETF MPLS中的隧道层。

段层(Section) (可选)-TMS：段层可选，表示物理连接，比如 SDH、OTH、以太网或者波长通道。

物理媒介层：物理媒介层表示传输的媒介，比如：光纤、铜缆或无线等。

T-MPLS网络的三个平面：T-MPLS 网络分为层次清楚的三个层面：传送平面、管理平面、控制平面。

传送平面进行基于 T-MPLS 标签的分组交换，其引入了面向连接的 OAM 和保护恢复功能。

控制面为GMPLS/ASON，进行标签的分发，建立标签转发通道，其和全光交换、TDM 交换的控制面融合，体现了分组和传送的完全融合。

三个平面间的关系如下图所示。

图2：T-MPLS的三个平面
NNI可以分成三个层面，图中NNId为数据平面（传送平面）信息元件，主要包括 OAM 等信息；NNIc和NNIm之间的信息通过 DCN 进行承载。

T-MPLS数据平面：数据平面提供从一个端点到另一个端点的双向或单向信息传送，监测连接状态（如故障和信号质量），并提供给控制平面。

数据平面还可以提供控制信息和网络管理信息的传送。

T-MPLS 数据平面主要功能有根据 T-MPLS 标签进行分组的转发；传送
网的OAM机制：T-MPLS参考Y.1711定义的MPLSOAM机制，延用在其他传送网中广泛使用的OAM概念和机制，如连通性校验、告警抑制和远端缺陷指示等；传送网的生存性：T-MPLS
支持传送网所具有的保护恢复机制，包括1+1、1:1、环网保护和共享网状网恢复等。

MPLS 的FRR机制由于要使用LSP聚合功能而没有被采纳；保留了MPLS的必要特征，以便实现与MPLS的互联互通。

T-MPLS管理平面：管理平面执行传送平面、控制平面以及整个系统的管理功能，它同时提供这些平面之间的协同操作。

管理平面执行的功能包括：性能管理、故障管理、配置管理、计费管理、安全管理。

T-MPLS控制面：T-MPLS的控制平面由提供路由和信令等特定功能的一组控制元件组成，并由一个信令网络支撑。

控制平面元件之间的互操作性以及元件之间通信需要的信息流可通过接口获得。

控制平面的主要功能包括：通过信令支持建立、拆除和维护端到端连接的能力，通过选路为连接选择合适的路由；网络发生故障时，执行保护和恢复功能；自动发现邻接关系和链路信息，发布链路状态（例如可用容量以及故障等）信息以支持连接建立、拆除和恢复。

控制平面结构不应限制连接控制的实现方式，如集中的或全分布的，T-MPLS控制平面采用 ASON/GMPLS。

2.2、T-MPLS网络数据转发
图3中的示例利用网络管理系统或者动态的控制平面（ASON/GMPLS）建立从 PE1经过 P 节点的到 PE2 的T-MPLS双层标签转发路径（LSP），包括通道层和通路层，通道层仿真客户信号的特征，并指示连接特征，通路层指示分组转发的隧道。

T-MPLS LSP 可以承载在以太网物理层中，也可以在 SDH VCG 中，还可以承载在 DWDM/OTN的波长通道上。

客户 CE1 的分组业务（以太网、 IP/MPLS、 ATM、 FR 等）在 PE1 边缘设备加上 T-MPLS标签 L1 （双层标签），经过 P中间设备将标签交换成 L2 （双层标签，内层标签可以不交换），边缘设备 PE2 去掉标签，将分组业务送给客户 CE2。

如下图所示：
图3：分组在T-MPLS网络中的转发
2.3、T-MPLS与MPLS的区别
T-MPLS 作为 MPLS 的一个子集，其为了支持面向连接的端到端的 OAM 模型，排除了MPLS 很多无连接的特性。

T-MPLS和MPLS 相比，它们的差别为：
●T-MPLS 采用集中的网络管理配置或 ASON/GMPLS 控制面，MPLS 采用 IETF 定义的
MPLS 控制信令，包括 RSVP/LDP和OSPF 等。

● T-MPLS 指示双向的 LSP，其将两个方向的单向的 LSP 绑定作为一个双向的 LSP，
提供双向的连接。

● T-MPLS 不支持倒数第二跳弹出（PHP），在MPLS网络中，PHP 可以降低边缘设备
的复杂度，但是在 T-MPLS 网络，其破坏了端到端的特性。

●不支持 LSP的聚合，LSP的聚合意味者相同目的地址的流量可以使用相同的标签，
其增加了网络的可扩展性，但是其增加了 OAM 和性能监测的复杂度，LSP 聚合不
是面向连接的概念。

●T-MPLS 支持端到端的 OAM 机制，其参考 ITU-T 定义的 T-MPLS OAM（G.8114和
G.8113）标准，而 MPLS 的 OAM为 IETF 定义的 VCCV 和Ping 等。

●T-MPLS 支持端到端的保护倒换，保护线性保护倒换和环网保护，MPLS 支持本地保
护技术 FRR。

三、PBT技术简介
现在，在运营商网络中，95%的数据流量都起始止于以太网，因此，运营商在考虑是否可以把以太网作为下一代网络的汇聚解决方案，也因此出现了“电信级以太网”的概念，而运营商骨干网传输（PBT）是业界对传统以太网标准进行提高以及改进的产物，PBT可以支持以太网所不支持的扩展性、流量工程、QoS、可扩展性以及可管性使得业务供应商可以利用以太网作为汇聚的、下一代城域网的结构来支持商业以及住宅话音、视频以及数据业务。

3.1、PBT网络结构
运营商骨干网传输(Provider Backbone Transport，PBT)技术基于802.1ah标准，是在运营商骨干网桥(Provider Backbone Bridge，PBB)标准之上改进而来的，到目前为止尚在草案讨论中。

PBT是一种创新的以太网技术，它为原来的以太网技术增加了一些新的内容从而使该技术成功地应用到了MAN和WAN中。

它的最简单的形式就是，PBT提供以太网隧道，从而可以传递业务供应商所需要的具有流量工程、QoS以及OAM需求的确定的业务量。

现在利用PBT技术，通过纯粹的以太网就可能支持面向连接的转发。

PBT通过简单地关闭一些以太网的功能从而实现上述内容，使得现存的以太网硬件有能力执行新的转发行为。

这也就意味着无需复杂以及昂贵的网络技术就可以把面向连接的转发模式引入到当前的以太网网络中。

PBT采用MAC-in-MAC封装，即将终端用户以太网数据帧再封装成运营商以太网帧头，形成两个MAC地址，在运营商核心网中，只按照后一个封装的MAC地址进行流量转发。

这一思维带来的好处在于，使得以太网扩展性以及作为网络传输技术的能力得到了极大提升。

换言之，以太网通过MAC-in-MAC的方式，实现了网络层次化，实现了不同广播域的隔离，使以太网运营成为可能。

PBT允许对流量工程进行配置，以及采用有效的点到点的业务保护策略，可以在标准的PBBN上直接添加路由配置，在关闭MAC地址学习功能时，能够对广播功能进行管理，也可以避免MAC泛洪效应。

同时，PBT具有MAC-in-MAC特性，不仅可以支持接入以太网、城域以太网范围内的各种业务，而且因为再次封装，也可以支持基于MPLS 的各种VPN业务。

从成本上看，由于PBT是以伪运营商以太网(MAC再次封装)形式，使得以太网数据帧能够快速有效地在骨干网上传输，因此它有效地结合了以太网和MPLS的特征，容易使运营商节约成本，但是另一方面，PBT只能支持环形组网，其灵活性甚至不如RPR，而且尚没有确定的公平算法机制，因此对于突发性、大规模业务应对能力较弱。

PBT的网络结构如下图所示：
图4：PBT的网络结构
3.2、PBT的帧头结构
当前，以太网交换机根据对每个以太网帧中的VLAN标记（12bit）以及目的MAC地址（48bit）这60bit的查看来进行转发操作。

在传统的操作中，VLANID（VID）以及MAC地址都是全局唯一的，但是也会存在一些特例，此时VID标识一个无环路的域，在这个域中，可以对MAC地址进行洪泛。

如果选择配置无环路的MAC地址而不是采用洪泛和学习，VID 可以用来指示另外的内容。

PBT利用这个概念来分配一定的VID来标识到给定目的MAC 地址的网络中的特定通路。

因此每个VID对于目的MAC地址来讲具有本地意义，因为MAC 地址仍旧具有全局意义，因此VID+MAC（60bit）也是全局唯一的，如下图所示：
图5：PBT的帧头结构
PBT分配了一系列的VID/MAC，它们的转发表通过管理或者控制平面产生而不是通过传统的洪泛和学习技术而获得。

交换机在很大程度上还是按照传统以太网的方式来工作：转发数据到目的地址。

发生改变的就是转发的信息不再是通过交换机的学习得到，而是直接由管理平面提供，从而可以得到指定的、预先确定好的网络上的通路，而且在任何情况下都可以预知网络行为。

PBT不支持广播帧，它会直接丢弃未知VID+MAC的分组而不能洪泛它们。

3.3、PBT数据转发
在供应商边缘路由器（PE）1和2（双向连接需要在不同的方向上建立一对链路）之间建立了两条单向的通路。

每个PE都支持IEEE802.1ah，使得业务供应商可以将业务供应商和用户MAC域清晰地分开，因此业务供应商可以在核心网内使用PBT。

在业务供应商域内，为PBT预留了一部分VID，其中就包括我们实例中提到的VID44和45。

正如前面曾经讲过的，在为PBT预留的VID组中，VID不再是全局唯一的，对于每个MAC具有本地意义。

VID44和45用来分别标识PE1和PE2之间的两条通路。

因为PE之间的通路都是通过MAC+VID来唯一标识，因此可以再利用这两个VID来在不同的PE对之间生成通路。

图5：利用PBT配置以太网隧道
PBT保留以太网基于目的地的转发属性，这意味着多个源可以使用一个VID+MAC目的地址。

如果为网络中的PBT预留了16个VID，那么在网络中的每对MAC地址之间就可以配置16条不同路径，这可以为PBT链路提供很好的可扩展性同时还有4078个VID可以用于同一个网络上的普通无连接以太网行为。

此时每个数据帧还携带一个唯一标识它的源MAC地址，因此PBT在核心提供基于目的地的扩展转发，同时保留了边缘处点到点的操作属性。

上面给出的实例中，在网络中配置一对双向以太网链路从而生成工作以及保护通路。

PBT 通过IEEE802.1ag（连接故障管理）消息获得连接监控能力。

在两条通路上建立一个连接检验（CC）会话。

链路的两端以10ms的间隔（可配置）发送CC帧并且监听收到的消息。

如果有3个CC消息没有到达，就认为链路已经发生故障同时启动保护倒换。

也可以通过
ITU-TY.1731标准中定义的告警指示信号（AIS）消息来触发保护倒换。

通过在封装点为每个帧使用新的VLAN标记（保护通路的VLAN标记）来执行保护保换。

利用控制平面来配置和监视通路，但是并没有涉及到真正的倒换，所以可以获得低于50ms 的类似于SONET/SDH的保护倒换。

四、PTN技术应用
PTN无论是采用T-MPLS还是PBT，目前应用主要有以下三个场景：
3G基站到RNC的分组化传送：3G技术相对于GSM技术，除了基站的无线侧技术进行了革新外，在联通的项目中采用了新建传输系统的方式，新的传输系统采用华为公司
OSN3500+OSN7500的组网方式，使用了SDH/MSTP的技术，其最为明显的缺点是投资大，灵活性差，在网络中引入新的NodeB后需要重新配置数据，电路利用率很差，基站及基站控制器的网络架构没有变化，基站至基站控制器间目前仍采用部分TDM电路，将来将逐步向IP化演进。

引入3G以后，对传输的承载需求仅在业务格式方面有所改变，在业务分布方面没有变化，传输网在组网架构上与2G相同。

由于3G基站接口将逐步分组化，所以传输侧相应地需要引入相匹配的分组传送技术来满足业务承载需求，PTN主要满足3G基站业务到RNC的汇聚回传。

宽带接入网的二层汇聚网络：运营商将逐步对原PSTN进行软交换改造。

在本地网内引入TG汇接局实现传统端局与软交换直接互通，在原PSTN的端局、模块局及接入网层逐步引入AG，交换网络将逐步扁平化，但各接入点的分布情况与原PSTN相同，AG业务流向与PSTN相似，仍旧为各AG接入点向核心节点汇聚，同时还需要满足过渡期内语音业务承载需求，远期语音业
务将全部IP化。

此外，固网的宽带及大客户业务正迅速发展，其带宽需求远大于语音业务。

目前主要采用光纤直联或通过MSTP方式进行传送，其业务流向也是由各接入点向核心层进行汇聚，引入PTN后，宽带接入业务可以利用PTN完成各接入点到BRAS/SR的汇聚与传送。

VPN业务应用场景：VPN是利用公共网络构建的专用网络，L2VPN是基于链路层技术实现的VPN。

在公共网络上组建的VPN可以提供和企业私有网络一样的安全性、可靠性和可管理性。

对服务提供商而言，向企业提供VPN 这种增值服务，可以充分利用现有网络资源，提高业务量，同时也加强了与企业的长期合作关系。

对于VPN用户而言，使用VPN可以缩减网络租赁费用，降低运维成本。

VPN组网的灵活性，也给企业的网络管理带来便利。

同时随着网络安全和加密技术的发展，使得通过公用网络传输私有数据的安全性得到保证。

从VPN组网结构来看，VPN主要可以分为点对点的业务（E-Line）、多点对多点的业务（E-LAN）和点对多点的业务（E-Tree）3种，PTN技术可以支持这3种结构的VPN组网应用。

全业务综合承载：PTN可以对不同业务实施不同QoS策略，可以很好地满足网络转型背景下由TDM业务向IP业务平稳过渡的综合业务承载需求，兼容现有的传送网，具有灵活的业务组织与调度能力，灵活的组网能力和可扩展性，可以较好地满足将来业务发展需求。

由于采用T-MPLS和PBT技术基于分组的核心结构，因此在引入该类设备时主要有双平面组网、插花型组网、PTN独立组网、混合型组网等等，双平面组网和插花型组网由于目前设备、技术方案尚未成熟，因此在组网策略上以PTN独立组网和混合型组网为第一考虑，如中国移动在杭州部署的PTN试验网中，采用了T-MPLS技术，独立建网。

图6：PTN独立组网拓扑图
五、发展前景
PBT和T-MPLS作为PTN的两大主流技术，究竟选择哪种技术，成为城域网进一步发展必须要解决的问题。

从标准化进程来看，目前ITU-T已经就T-MPLS技术确定了部分标准，但PBT仍然处在讨论中。

从企业应用上，PBT的铁杆支持者，最早采用PBT技术的英国电信目前已经开始重新评估其在PTN网络建设的投资，最新的邀标书开始强调相对成熟的T-MPLS技术，用T-MPLS
而不是PBT技术来承载以太网业务！
时过境迁，随着PBT技术遇到的种种困难，PBT技术的应用场景远不如之前预料的那样广阔，反观T-MPLS，由于其天然具有和核心网IP/MPLS互通的技术优势，且受到PBT先驱北电企业状态的影响，目前T-MPLS已成为PTN的最主流实现技术，共有7个国内外传输设备商发布了基于T-MPLS技术的PTN设备。

从2008年7月至今，7个设备商先后都参加了中国移动组织的城域传送网IP化的实验室阶段测试。

虽然，T-MPLS的国际标准化尚未完成，导致各个厂商PTN设备在网络保护、OAM机制以及网管功能方面存在一定差异，但也标志着PTN技术进入基本成熟阶段，达到了较为可观的产业规模。

T-MPLS的标准化进展和应用前景是业内最关心的热点问题之一，并且T-MPLS的国际标准何时稳定将直接影响PTN何时能从“新技术引入”发展到“大规模应用”阶段。