PTN技术与组网应用.doc

1、PTN 技术与组网应用张成良（中国电信集团公司北京研究院 北京 100035）摘 要 本文首先对N 的产生背景和具体定位进行了介绍，然后分析了 PTN 的两种实现技术：PB 与 T-MPLS，并对两种技术的特点、标准化、设备形态等进行了探讨，最后介绍了 PTN 的应用场合。关键词 PTN；PBT；T-MPLS分组传送网（PTN）的概念是近期才提出的，其最大的动力来自业务发展和网络转型，特别是目前 IP/MPLS 日益成为网络的核心，而各种业务信号都呈现为 IP 信号格式，例如VoIP、 IPTV。传统的传送网更多地考虑 TDM 信号，以 2 Mbit/s、155 Mbit/s 接口为主。虽然传

2、输设备也在吸收一些上层的功能，例如 MSTP（多业务传送平台）把许多二层的功能做了进去，但并没有改变 MSTP 是以 TDM 交叉处理为核心的情况。随着宽带数据网络的发展又出现了 RPR、EAPS 等技术，不过从严格意义上讲，这些技术实现的并不是传送设备，只是将原来的二层交换机或路由器与一些传输技术相结合，例如环网保护，并不是完整的传送技术。在网络接入边缘，一个基于分组的多业务传送平台可能融合多种业务的接入和传送功能，而 PTN 则是其重要的技术选择。PTN 将融合现有的光传送网和 IP/MPLS/Ethernet 网络的特点，实现对分组多业务的高性能传送。本文将讨论 PTN 的背景、定位、技

3、术特点和几种可选择的技术，并将对 PTN 组网的可能情景进行讨论。1 PTN 产生背景与定位业务的 IP 化是网络发展的一个必然趋势，Everything over IP 就是所有的业务信号都采用 IP 的格式。但是 Everything over IP 不等于承载网是一张端到端的 IP 网络，IP 信号承载并不等于全程用 IP 技术来传送。IP 承载网并不是 IP 传送网，传送网的功能包括调度、汇聚和保护等。IP 承载的业务信号可能还是必须经过传送网的传送。对 OSI 7 层模型来说，不是说有了第三层（IP 网络层）就可以不需要物理层和数据链路层。PTN 是一种能够很好处理 IP 和以太网等

4、分组信号的新型传送网，继承了 SDH 系统的许多优点，例如强大的 OAM、保护和网管功能，另外也吸取了数据网络的优点，重要的一点就是差异化的处理和统计复用功能。对于用户种类繁多的业务，必须具备差异化的处理能力。在数据领域中所使用的 VLAN、CoS、MPLS EXP 和 DiffServ 等机制，都是在资源受限的情况下给予不同的业务不同的处理。PTN 设备应具有多业务处理能力，能够容纳不同业务，并且映射到具有 QoS 处理的处理单元。PTN 是一种新概念，作为一种传送设备，同时具有二层/2.5 层业务交换功能，即指将业务交换节点与传送节点相结合。例如 PBT，既支持标准的二层交换，作为二层交换

5、机使用，也可以完成传送网特有的功能，也就是业务交换节点的外延扩大，即原来的二层/2.5层交换设备+传送网 OAM 功能。而 MSTP 主要还是端到端传送功能，以太网、MPLS 交换是通过单独的二层以太网交换机或其他设备来完成。PTN 发展的重点应该是在完善传送功能的同时，考虑作为二层（或 2.5 层业务）交换节点的可能性。PTN 设备有几种类型，有些是从 MPLS 网络的角度考虑开发的，有些是从传统的二层交换设备扩展功能演化而来的。几种技术有一个共同的特点就是增加传输网的 OAM 功能、保护和强大的网管功能。2 PTN 技术特点与形态基于分组的交换核心是 PTN 技术最本质的特点。过去 SDH

6、 的 TDM 核心决定了它可以进行 2 Mbit/s 或者 155 Mbit/s 的汇聚和交换，而 PTN 分组的核心决定了它应该也支持二层或者 2.5 层的交换或者汇聚。PTN 适合多业务的承载和交换，满足灵活的组网调度和多业务传送，可以提供网络保护倒换功能，并且可对不同优先级业务设置不同保护方式。现在分组传送网技术有两种产品值得关注，分别是 PBT 与 T-MPLS（传送 MPLS） 。 PBT 是从二层交换机演化过来的, 目前的问题是只支持点到点连接。 T-MPLS 目前面临的问题更复杂，特别是标准化方面，ITU 主导的 T-MPLS 与现在 IETF 主导 MPLS-TP 出现了一些差

7、异。2.1 T-MPLS 技术T-MPLS 是一种新型的 MPLS 技术，基于已经广泛应用的 IP/MPLS 技术和标准，提供了一种简化的面向连接的实现方式。T-MPLS 去掉了 MPLS 中与面向连接应用无关的 IP 相关功能，同时增加了对于传送网来说非常重要的一些功能，主要的改进有双向 LSP、端到端 LSP 保护和强大的 OAM 机制等，以实现对传送网资源的有效控制和使用。T-MPLS 的目标是成为一种通用的分组传送网，而不涉及 IP 路由方面的功能，其实现比 IP/MPLS 简单。T-MPLS 与 MPLS 的主要区别如下。 IP/MPLS 路由器用于 IP 网络，因此所有的节点都同时

8、支持在 IP 层和 MPLS 层转发数据，而 T-MPLS 只工作在二层，因此不需要 IP 层的转发功能。 在 IP/MPLS 网络中存在大量的短生存周期业务流，而在 T-MPLS 网络中，业务流的数量相对较少，持续时间相对更长一些。 T-MPLS 使用双向 LSP，MPLS LSP 都是单向的。传送网通常使用的都是双向连接，因此 T-MPLS 将两条路由相同但方向相反的单向 LSP 组合成了一条双向 LSP。 T-MPLS 支持端到端的 OAM 机制。 T-MPLS 支持端到端的保护倒换机制，MPLS 支持本地保护技术 FRR。目前的 IP/MPLS 网络成本太高，特别是运营成本。因为 IP

9、/MPLS 网络技术过于复杂，对其进行管理、控制和维护的难度很大，需要更多的人力资源和技能。与 MPLS 不同，T-MPLS 不支持无连接模式，实现上要比 MPLS 更简单，更易于运行和管理。T-MPLS 沿袭了现有基于电路交换传送网的思想，采用与其相同的体系架构、管理和运行模式。2.1.1 T-MPLS 标准化ITU-T SG15 从 2005 年起就开始对 T-MPLS 进行标准化，采用了 G.805 和 G.809 定义的分层网络体系结构，使运营商可以延用其现有的网络建设、运营和管理方式，最大限度地降低向分组传送网演进的成本。现在批准的建议包括：T-MPLS 架构（G.8110.1） 、

10、T-MPLS 网络接口（G.8112） 、 MPLS 设备（G.8121） 、T-MPLS 线性保护倒换（G.8131） 、T-MPLS 环网保护（G.8132）和 T-MPLS OAM。T-MPLS 是 ITU-T 从传送网的需求入手，结合 MPLS 技术开发的一系列标准。由于MPLS 技术本身是 IETF 开发的，所以，IETF 认为任何对 MPLS 技术的改动都应该在 IETF范围内进行。2008 年 2 月 ITU-T 同意和 IETF 建立 T-MPLS 联合工作组（JWT） ，讨论 T-MPLS 技术的发展。经过 JWT 近期的讨论已经达成共识，由双方共同促进 T-MPLS 和MP

11、LS 技术的融合。IETF 吸收 T-MPLS 中的传送技术，将现有 MPLS 技术改进为 MPLS-TP（MPLS transport profile） ，以增强其对传送需求的支持。这意味着 ITU-T 失去了一些对T-MPLS 的标准主导权。虽然在 OAM 等方面 MPLS-TP 依然将沿用 T-MPLS 的做法，但是在 MPLS-TP 的标准化中，一些确认的 T-MPLS 的观点受到了挑战，具体如下。 保护：是采用 IETF 的 FRR 保护还是原来 T-MPLS 中 1+1 保护机制？ 控制平面：T-MPLS 原来定义了类似于 ASON 的独立控制平面来建立和拆除电路，而 IETF 倾

12、向于采用与 MPLS 同样的机制来配置和建立电路。IETF 更多地是沿用过去行之有效的 MPLS 的概念，虽然在 OAM 上承认 ITU 方面的合理性，但在许多方面都还采用 IP/MPLS 方面的成果，更多地强调继承性，从某种意义上，更容易与 IP/MPLS 网络互通，但缺点是在传送功能上着力不够。2.1.2 T-MPLS 设备形态T-MPLS 的设备形态目前还没有形成一致的意见。T-MPLS 设备交换矩阵的实现方式有几种，包括通用交换矩阵、Cell 交换和 Switch Fabric 等。基于通用交换矩阵的典型产品是阿尔卡特公司推出的 1850 传送业务交换机（TSS） 。通用交换板可以同时

13、支持 TDM 和分组交换，支持 SDH VC、分组交叉、ODU 交叉，其分组交换部分采用 T-MPLS 技术实现，并可根据业务需求调整 TDM 业务与分组业务的比例。T-MPLS 与 MPLS 如何实现互联互通目前还没有明确的结论。 ITU-T 提出了两种互通的方式：一种是 MPLS 设备在与 T-MPLS 设备互通的链路上只使用 T-MPLS 所支持的功能选项，即该链路是一条 T-MPLS 链路；另外一种是由于 T-MPLS 可以作为一种通用的分组传送网，采用客户层/服务层的概念，所以由 T-MPLS 作为服务层网络来承载 MPLS 客户层。2.2 PBT 技术新型以太网 PBT（provi

14、der backbone transport）技术目前正在 IEEE 进行标准化（IEEE称其为 PBB-TE） 。为了将以太网技术用于运营商网络，对以太网技术进行了改进和完善，从而产生了 PBT 技术。PBT 采用可管理和具有保护能力的点到点连接以满足运营商对传送网的需求，采用网管系统而不是 STP 控制协议进行连接配置，使得网络变得简单而易于管理。PBT 建立在已有的以太网标准之上，具有较好的兼容性，可以基于现有以太网交换机实现，这使得 PBT 具有以太网所具有的广泛应用和低成本特性。PBT 基于 MAC in MAC 封装方式，根据“B-VID+B-MAC”进行数据转发，VID 用来识别

15、两点之间的特定通道，不具有全局惟一性，可以有效地扩展用户和运营商的地址空间。PBT 的主要特征是关闭了 MAC 地址学习、广播、生成树协议等传统以太网功能，从而避免广播包的泛滥。PBT 具有面向连接的特征，通过网络管理系统或控制协议进行连接配置，并可以实现快速保护倒换、OAM、QoS、流量工程等电信级传送网络功能。2.2.1 PBT 的路径保护PBT 使用了全局惟一的地址空间，使得连接和转发动作变得简单，而且不易出错。路径的保护可通过分配两个不同的 VID 实现，一个代表工作路径，一个代表保护路径。通过使用多个 VID，可以实现最短路径路由或者区分不同的出错情况并实现保护功能。路径保护的实现是

16、通过源节点改变 VID 值，同时将数据流切换到预先配置好的保护路径上实现的，节点保护则由离故障节点最近的分叉点转换 VID 值。由于保护路径和 VID 值都已经预先配置好，保护转换可以在很短的时间内完成。另外，使用 VID 鉴别各种不同路径，可以实现对不同路径的实时监控。OAM 包的传送路径和数据平面的包传送路径是一致的，在源和目的之间的工作路径上传送。转发信息依靠网管/ 控制平面直接提供，提供预先指定的通道，很容易实现带宽预留和小于 50 ms 的保护倒换时间，同时可以避免出现转发环路，实现网络的可控、可管。2.2.2 PBT 设备实现从结构上看，IP/MPLS 需要在每个设备上终结 3 层

17、网络（链路层、 IP 层和 MPLS 层） ，而 PBT 只需终结 1 层网络（以太网） ，因此，PBT 网络的建设和运营成本要低于 IP/MPLS网络。从理论上讲，对现有的以太网交换机进行升级改造就可以实现 PBT，主要包括以下3 点： 划分骨干 VLAN ID 地址空间，使 PBB 和 PBT 能在同一个网络中共存； 在 PBT 骨干 VLAN 中关闭 MAC 地址学习功能，采用网管进行路径配置，PBT 设备将丢弃未知地址帧和组播地址； 增加新的管理结构（包括基于 MIB 的管理信息） ，以便使标准的管理系统可以管理PBT。PBT 理论上可以完全代替传统以太网交换机，是一种集二层交换功能与

18、传送功能于一身的设备。另外 PBT 可以继续使用现有的网络运营和管理系统，减少对员工的培训成本。但 PBT 目前产业链不成熟，支持的厂商较少，目前只能通过网管系统支持点到点的连接，对多点到多点连接和独立的控制平面都还不能支持。3 PTN 的应用场合目前运营商的城域网一般是由两张网络组成（如图 1 所示）：一张是由 DSLAM、以太网汇聚交换机、BRAS 和路由器组成的 IP 城域网，另外一张是解决专线、TDM 电路、基站等业务传输的城域传送网。城域传输网主要采用 MSTP/SDH/WDM 组网，MSTP 主要用于传送 TDM 语音和大客户业务，WDM 提供海量带宽。 MSTP 网络主要应用了

19、EOS、带宽静态配置技术，但数据处理能力和汇聚能力不够强，在城域数据网络并没有传送单元存在，几个业务节点采用裸光纤连起来，业务节点完成的是业务的汇聚和交换，所有的保护/恢复、管理维护等主要依靠业务节点。目前的 IP 城域网主要承载公众上网业务，以及来自 AG 的 VoIP 业务和MPLS VPN 业务，主要采用树型组网，浪费光纤资源，没有采用传输系统，无法复用和提供保护功能，另外 QoS 能力不足，缺乏电信级 OAM 和保护倒换机制。到底在哪儿采用 PTN 技术呢？我们还是按照现在的城域网络的状况来分析 PTN 在城域数据网络和传送网络的应用前景。3.1 PTN 在二层汇聚网络的应用在城域网的

20、核心层，多是核心路由器组成的网状网络，目前的组网模式是直接互联，采用 POS 接口和 10 GE 互联。在核心路由器与 BRAS 或 SR 之间采用 GE 接口相连，则是一种汇聚型结构，几个 BRAS 汇聚到一个或两个城域网核心路由器。现在核心路由器已经发展若干技术来支持保护，例如 FRR、RPR 等技术，短期内看可能不需要单独的传输系统如 PTN 进行承载。PTN 设备能否在这一层面应用的关键取决于 PTN 能否经济地对核心路由器提供一些 OAM 功能。按照目前 IP 网的 client/server 这种方式，业务流向流量模型短期内很难改变目前的方式，DSLAM 到汇聚交换机或 BRAS

21、更多的是一种树型汇聚业务，接入层是一种典型的多点到单点的汇聚方式，特别是没有路由功能的二层网络，必须通过 BRAS 汇聚到三层 IP 网络进行选路。在这种拓扑中，传送的功能更多地集中在映射、复用等功能，其调度、保护恢复、OAM 保护的长处很难展现。这时候可能并不需要一个单独的传送节点来完成传送功能，此时对于颗粒重整、交叉连接等功能的要求并不强烈，采用两者合一的设备更加经济合理。而集传送功能、交换功能于一身的技术例如 PBT 可能更为合适。但是从发展上看，随着 IPTV、VoIP 等业务的开展，汇聚交换机和 BRAS 之间差异化的处理和传送会越来越重要，目前的汇聚网络可能无法满足要求。与汇聚交换

22、机组网相比，PTN 提供高质量分组业务（以太网专线、VPN、3G RAN 承载）有技术优势；与 VPLS 等基于路由器的技术相比，在成本上又具有优势。利用 PBT 和 T-MPLS 提供的点到点和点到多点以太网连接可以实现对各种 DSLAM 上联业务的有效、可靠传送，可以实现对业务的50 ms 级别的保护，QoS 保障能力强，增强的 OAM 机制便于网络的维护管理，具体应用如图 2 所示。IP 城域网目前用于承载普通宽带上网业务，与以太网交换机组网相比，由于业务不需要细分 QoS，PTN 在成本方面不具有优势。但是 PTN 具有区分 QoS 处理和好的 OAM 机制，对于未来 DSLAM 上联

23、到汇聚交换机/BRAS 需要区分 QoS 的业务，在成本和技术上有一定优势。.2 PTN 用于高等级业务的承载对于 TDM、专线、移动基站等高等级业务， PTN 应该扮演的是今天 MSTP 的角色，将重要业务例如专线、基站上联信号等汇集到核心层节点。从发展上看，PTN 可以完全代替 MSTP，提供高质量分组业务的传送，这些业务包括城域以太网专线、L2 VPN 业务、3G 基站到 RNC 的回传业务、软交换承载等。移动网 RAN 的承载需要综合考虑移动网的演进方式。PTN 能否大量使用的一个影响因素是 FE 接口是否在基站大量应用，可是目前 cdma2000 1x EV-DO 和 WCDMA 网

24、络主要采用的依然是基于 E1 的 TDM 接口，现在的 MSTP 保护环依然承载着大量的基站业务。未来业务中 IP 与 TDM 的比例将影响到 PTN 设备的特征，也就影响 PTN 的部署和价格。如果 TDM 业务比较多，PTN 则须更多地考虑对 TDM 的处理以及时钟传输特性。3.3 PTN 面临的挑战传送网向 PTN 的演化是必然的，这是由于业务的变化而导致的，但也面临着很大的挑战。 如何与已有的二层交换机、三层路由设备结合，它们之间的功能如何合理划分？PTN 将引入二层或者 2.5 层的交换功能，这不可避免地与现有的设备发生冲突。如何界定PTN 与已有设备之间的功能划分，哪些功能由 PT

25、N 完成，哪些又由已有的交换接点完成？两者之间如何互联互通和提供业务？例如 MPLS-TP 与 MPLS 网络的互通。另外 PTN 设备的引入也会导致其他设备功能的优化和改变。特别是人们不适应在已有业务交换节点的基础上再敷设一个单独的传送节点，如何在成本和能力上有所突破是一个重点。 与其他技术的关系。目前对于承载高质量业务来说，PTN 与 MSTP 是一种竞争关系。PTN 与 MSTP 的比较主要受业务类型比例的影响，在全部为数据业务需求的情况下，PTN 成本要低于 MSTP；但是在 TDM 信号多的情况下， PTN 并没有优势，特别是目前PTN 的产业刚处于起步阶段, 因此成本略高。另外制造

26、商在同时推出 MSTP 和 PTN 时也有顾虑，怕互相形成竞争关系。对于 PTN 的发展，一种观点是在城域网中建立两个平面，一个用于承载公众上网等一般服务质量要求的业务，另一个用于承载 3G 移动业务和大客户 VPN 等高等级业务。高质量的传送网络采用 PTN 设备，而普通网络继续采用二层交换机+BRAS+路由器的方式，不引入单独的传输设备。第二种观点则是将 IP/MPLS 城域网定位在城域核心层，在接入和汇聚承载网引入 PTN 技术，实现多业务的统一承载接入。从短期看，PTN 的应用场合将主要集中在大客户 VPN、以太网专线和基站的接入上，也就是高端客户。4 结束语PTN 的产生是必然的，可以看作是 SDH 的升级换代产品，分组核心是其最本质的特点，设备交换的内核已经从 TDM 变为分组，这种分组可以是以太网帧、MPLS 帧或其他。通常的观点是 PTN 更多地应用在接入层，PTN 在设计上应适合多业务承载，满足灵活的组网调度，并且有强大的 OAM 功能，具有网络成本低的特点。PTN 的应用将是渐进式的，开始的业务能力与 MSTP 相当，只是内核的处理发生了变化，更适合分组信号的处理，这种过渡将是一个长期的过程。目前几种 PTN 设备还处于开发期间，其中如何合理地控制成本并且与现有的网络互联互通是一个重要挑战。