MPLS-TP的業(yè)務(wù)適配與標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制

摘要:傳送網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)從以時(shí)分復(fù)用(TDM)為主向以IP為主轉(zhuǎn)變，需要一種能夠有效傳送分組業(yè)務(wù)的新技術(shù)。傳送多協(xié)議標(biāo)記交換(MPLS-TP)作為一種面向連接的分組傳送技術(shù)，具有高效的多業(yè)務(wù)適配能力和靈活的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。從MPLS-TP技術(shù)特性入手，文章基于MPLS-TP標(biāo)準(zhǔn)化的最新進(jìn)展，重點(diǎn)討論了與MPLS-TP有關(guān)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面，以及業(yè)務(wù)適配和標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制等關(guān)鍵技術(shù)，包括信號(hào)適配、分組交換與轉(zhuǎn)發(fā)和雙標(biāo)簽信令傳送實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容，說(shuō)明了基于雙標(biāo)簽傳送模式的虛擬專用網(wǎng)的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)方法，并總結(jié)了MPLS-TP的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵字:業(yè)務(wù)適配；傳輸-交換通道標(biāo)簽；公共互通指示標(biāo)簽；標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)

英文摘要:Telecommunications services have been trending away from Time-division Multiplexing (TDM)-based transport networks towards IP-based ones. In the future, a new technology that can effectively carry packet services will be urgently needed. MPLS Transport Profile (MPLS-TP) is a connection-oriented packet transport technology with efficient service adaptation capabilities and a flexible label forwarding mechanism. This paper analyzes the technical characteristics of MPLS-TP, and introduces the latest standardization process. It discusses some key issues for MPLS-TP (including data forwarding plane, service adaptation, and label forwarding mechanism) and explains the implementation of dual-label transfer mode in Virtual Private Network (VPN). Finally, this paper summarizes the application of MPLS-TP.

英文關(guān)鍵字:service adaptation; T-LSP; CII; label forwarding

基金項(xiàng)目：國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(“863”計(jì)劃)課題(2008AA01A328)

目前業(yè)務(wù)網(wǎng)正處在發(fā)展轉(zhuǎn)型時(shí)期。傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)的相對(duì)萎縮以及IP化趨勢(shì)的推動(dòng)，使得傳送網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)從以時(shí)分復(fù)用(TDM)為主向以IP為主轉(zhuǎn)變。未來(lái)的市場(chǎng)需要一種能夠有效傳遞分組業(yè)務(wù)，并提供電信級(jí)操作、維護(hù)、管理(OAM)和保護(hù)的分組傳送技術(shù)。要求傳送設(shè)備從“多業(yè)務(wù)的接口適應(yīng)性”向“多業(yè)務(wù)的內(nèi)核適應(yīng)性”轉(zhuǎn)變，即業(yè)務(wù)的IP化對(duì)傳送網(wǎng)本身提出了分組化的要求。但同時(shí)，又必須保證傳統(tǒng)業(yè)務(wù)(如語(yǔ)音)的正常運(yùn)行，即要求分組技術(shù)和傳輸技術(shù)相互融合。在這種業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型和技術(shù)融合的背景之下，分組傳送網(wǎng)(PTN)應(yīng)運(yùn)而生[1]。

就目前的網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)條件，PTN實(shí)現(xiàn)方案可以分為以太網(wǎng)增強(qiáng)技術(shù)和傳輸技術(shù)結(jié)合多協(xié)議標(biāo)簽交換(MPLS)兩大類，前者以運(yùn)營(yíng)商骨干橋接-流量工程(PBB-TE，或稱PBT)為代表，后者以傳送多協(xié)議標(biāo)記交換(MPLS-TP，或稱T-MPLS)為代表。從目前發(fā)展來(lái)看，相比其他技術(shù)，這兩項(xiàng)技術(shù)更好地滿足了PTN目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的要求，成為演進(jìn)的主流技術(shù)方案。這兩種技術(shù)都是屬于面向連接的技術(shù)，都提供類似同步數(shù)字序列(SDH)的性能和可靠性，也都提供標(biāo)準(zhǔn)的面向連接的隧道，區(qū)別主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、保護(hù)、OAM的實(shí)現(xiàn)方式不同。T-MPLS技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程中搶占了先機(jī)。整體來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)基本成熟，標(biāo)準(zhǔn)化程度已經(jīng)達(dá)到了設(shè)備商用的要求，但還不夠完善，仍在進(jìn)一步規(guī)范之中。

1 MPLS-TP技術(shù)特征與標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程

1.1 MPLS-TP標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程

國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)部門(ITU-T)SG15工作組從2005年開(kāi)始，把工作轉(zhuǎn)向了運(yùn)用協(xié)議標(biāo)記交換(MPLS)技術(shù)定義分組傳送層服務(wù)功能結(jié)構(gòu)，即T-MPLS技術(shù)上來(lái)。到2007年，ITU-T發(fā)布了系統(tǒng)架構(gòu)、接口與設(shè)備規(guī)范、OAM、保護(hù)倒換機(jī)制以及業(yè)務(wù)信號(hào)適配等幾個(gè)建議文檔，且已與因特網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)達(dá)成一致，目前正在分層功能詳細(xì)定義、適配客戶信號(hào)增加、業(yè)務(wù)互通和同步等方面進(jìn)行進(jìn)一步的標(biāo)準(zhǔn)化工作。同時(shí)，IETF也正在編寫T-MPLS RFC，為T-MPLS業(yè)務(wù)定義新的標(biāo)簽。2008年，ITU-T同意和IETF成立聯(lián)合工作組(JWT)來(lái)共同推進(jìn)T-MPLS和MPLS技術(shù)的融合。IETF將擴(kuò)展現(xiàn)有MPLS技術(shù)為MPLS-TP，以增強(qiáng)其對(duì)ITU-T傳送需求的支持。今后由IETF和ITU-T的JWT共同開(kāi)發(fā)MPLS-TP標(biāo)準(zhǔn)，并保證T-MPLS標(biāo)準(zhǔn)與MPLS-TP一致[2]。

1.2 MPLS-TP技術(shù)特征

從標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展情況來(lái)看，MPLS-TP技術(shù)架構(gòu)清晰，關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)較為完善，對(duì)多協(xié)議標(biāo)簽交換、偽線(MPLS/PW)技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)化和改造，引入了傳送網(wǎng)分層、OAM和線性保護(hù)等概念，符合傳送網(wǎng)的需求[3]。作為一種面向連接的分組傳送技術(shù)，MPLS-TP由數(shù)據(jù)平面、管理平面和控制平面組成，建立了端到端面向連接的分組傳送管道。該管道可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)或智能的控制面建立，具有良好的操作維護(hù)性和保護(hù)恢復(fù)。在傳送網(wǎng)絡(luò)中，MPLS-TP將客戶信號(hào)映射進(jìn)MPLS幀并利用MPLS機(jī)制(例如標(biāo)簽交換、標(biāo)簽堆棧)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)增加了傳送層的基本功能，例如連接和性能監(jiān)測(cè)、生存性(保護(hù)恢復(fù))、管理和控制[4-5]。

MPLS-TP采用的是雙標(biāo)簽傳送模式[6]，即MPLS-TP在為客戶層提供分組式數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，會(huì)對(duì)客戶數(shù)據(jù)分配兩類標(biāo)簽，分別是公共互通指示標(biāo)簽(CII)和傳輸-交換通道標(biāo)簽(T-LSP)。CII將兩端的客戶聯(lián)系在一起，用于終端設(shè)備區(qū)分客戶數(shù)據(jù)。T-LSP用于客戶數(shù)據(jù)在MPLS-TP分組數(shù)據(jù)通道中的交換和轉(zhuǎn)發(fā)。

總體上說(shuō)，MPLS-TP作為MPLS的子集，是MPLS的簡(jiǎn)化。為了支持面向連接的端到端的OAM模型，MPLS-TP排除了很多無(wú)連接的特性，并增加了ITU-T傳送風(fēng)格的保護(hù)倒換和OAM功能，這些都有利于電信級(jí)業(yè)務(wù)的提供。同時(shí)，MPLS-TP選擇了MPLS體系中有利于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送的一些特征，拋棄了IETF為MPLS定義的復(fù)雜的控制協(xié)議族，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)平面，去掉了不必要的轉(zhuǎn)發(fā)處理，在應(yīng)用場(chǎng)景上更適合以TDM業(yè)務(wù)為主向IP化演進(jìn)的運(yùn)營(yíng)環(huán)境。

2 MPLS-TP業(yè)務(wù)適配技術(shù)

單一傳送匯聚平臺(tái)的概念是業(yè)務(wù)組網(wǎng)技術(shù)中的一大突破。業(yè)務(wù)供應(yīng)商不再需要對(duì)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)層面進(jìn)行投資來(lái)實(shí)現(xiàn)混合業(yè)務(wù)傳送，而是選擇單一的多業(yè)務(wù)平臺(tái)傳遞所有的業(yè)務(wù)。在MPLS-TP技術(shù)中，由傳送平面負(fù)責(zé)將客戶數(shù)據(jù)進(jìn)行分組傳輸，對(duì)客戶信號(hào)進(jìn)行適配和轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)于不同的客戶層信號(hào)，MPLS-TP采取不同的適配和轉(zhuǎn)發(fā)方法。對(duì)于分組數(shù)據(jù)(如以太網(wǎng)、幀中繼)、信元數(shù)據(jù)(如ATM)和時(shí)分?jǐn)?shù)據(jù)(如PDH、SDH)，由于其長(zhǎng)度、格式、復(fù)用方式等方面的差別，在對(duì)其進(jìn)行適配傳輸過(guò)程中牽涉到的匯聚、分段、封裝、排序、定時(shí)、復(fù)用/解復(fù)用處理也將不同[7]。

2.1信號(hào)適配

客戶信號(hào)可以直接映射到T-LSP，也可以通過(guò)基于CII進(jìn)行間接映射。根據(jù)雙標(biāo)簽的體系結(jié)構(gòu)，所有類型業(yè)務(wù)信號(hào)(IP信號(hào)可選擇直接或間接映射)都可以通過(guò)相同的雙標(biāo)簽結(jié)構(gòu)進(jìn)行信號(hào)的封裝。封裝層為在虛電路上傳送的指定負(fù)荷信號(hào)提供必要的結(jié)構(gòu)。封裝層包含3個(gè)子層：負(fù)荷匯聚、定時(shí)、排序。負(fù)荷匯聚子層和指定的負(fù)荷類型密切相關(guān)?？梢詫⒁唤M負(fù)荷類型歸入一個(gè)通用類，然后對(duì)整個(gè)組提供單一的匯聚子層類型。定時(shí)層和排序?qū)訉?duì)負(fù)荷匯聚層提供通用的服務(wù)。

(1)負(fù)荷匯聚層的主要任務(wù)是將負(fù)荷封裝成虛電路協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)類型。負(fù)荷匯聚層承載在客戶設(shè)備邊界處需要重現(xiàn)本地?cái)?shù)據(jù)單元所必須的附加信息。而比特流在送往MPLS-TP時(shí)，有一部分在本地業(yè)務(wù)處理模塊被剝離。舉例來(lái)說(shuō)，在結(jié)構(gòu)化的SDH中，段開(kāi)銷和線路開(kāi)銷可能會(huì)被剝離。

(2)排序子層提供了幀定序、重復(fù)幀和丟失幀檢測(cè)3方面的功能。有些類型的業(yè)務(wù)必須按順序傳遞，有些類型的業(yè)務(wù)不需要順序傳遞。對(duì)于所發(fā)現(xiàn)的幀順序錯(cuò)誤，以及檢測(cè)到的幀重復(fù)和丟失的具體處理辦法的選擇，與具體的業(yè)務(wù)類型有關(guān)。一些客戶層信號(hào)，比如SDH、幀中繼(FR)等，可能需要MPLS-TP傳輸具有時(shí)序性，即具有定時(shí)功能，包括時(shí)鐘恢復(fù)及基于時(shí)間的分組傳遞。

(3)定時(shí)子層提供了時(shí)鐘恢復(fù)和定時(shí)傳輸兩方面的功能。時(shí)鐘恢復(fù)是從傳輸?shù)谋忍亓髦刑崛r(shí)鐘信息，并通過(guò)鎖相機(jī)制恢復(fù)時(shí)鐘。定時(shí)傳輸是指要求對(duì)接收到的不連續(xù)虛電路PDU按固定相位關(guān)系向客戶設(shè)備傳輸。

對(duì)IP業(yè)務(wù)，IP業(yè)務(wù)可以直接映射到T-LSP上，也可使用雙標(biāo)簽方式間接映射。在雙標(biāo)簽封裝方式中，節(jié)點(diǎn)不需要具有三層轉(zhuǎn)發(fā)能力，因此，在大量節(jié)點(diǎn)不具備三層轉(zhuǎn)發(fā)能力的網(wǎng)絡(luò)中，雙標(biāo)簽封裝方式具有優(yōu)勢(shì)。對(duì)于非IP業(yè)務(wù)的適配，基于虛電路進(jìn)行間接映射。由于多個(gè)虛電路復(fù)用在一個(gè)標(biāo)記交換通道(LSP)中進(jìn)行傳送，提供的業(yè)務(wù)顆粒可以小于2 Mbit/s。由于對(duì)業(yè)務(wù)加上CII和采用標(biāo)簽棧，地址空間的限制被克服。

2.2 業(yè)務(wù)封裝

業(yè)務(wù)的通用封裝格式如圖1所示。凈荷信息可以是IP分組、Ethernet分組、ATM信元、FR信元、SDH凈荷等。凈荷信息包含二層報(bào)頭或者一層的開(kāi)銷。數(shù)據(jù)信息加上控制字信息用于凈荷匯聚，然后壓入CII標(biāo)簽確定T-LSP中的虛電路類型，壓入T-LSP標(biāo)簽用于確定MPLS-TP LSP?？刂谱中畔⒁话惆?biāo)記、分段、長(zhǎng)度和順序號(hào)信息。在目的端，終端設(shè)備終結(jié)LSP并彈出外層T-LSP標(biāo)簽之后，將會(huì)根據(jù)內(nèi)層CII標(biāo)簽來(lái)確定是屬于哪個(gè)高層業(yè)務(wù)實(shí)例的數(shù)據(jù)流。

MPLS-TP的傳送面還具有一個(gè)特點(diǎn)，即對(duì)客戶層和服務(wù)層透明。對(duì)客戶層透明是指，任何客戶層信號(hào)都可以承載到MPLS-TP網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行基于分組的傳送，客戶網(wǎng)絡(luò)可以是IP/Ethernet/ATM/FR/FC/PDH/SDH等。對(duì)服務(wù)層透明是指MPLS-TP可以使用任何底層技術(shù)傳輸，在MPLS-TP擴(kuò)展出自己的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議之前，為了做到前向兼容，可以承載在已有的Ethernet/SDH網(wǎng)絡(luò)中傳輸。

3 標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制

借鑒分組網(wǎng)中用三層IP傳輸二層以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的方法，MPLS-TP采用雙標(biāo)簽傳送模式，即CII和T-LSP標(biāo)簽。為了支持MPLS-TP層網(wǎng)絡(luò)，T-LSP支持無(wú)限嵌套，所以T-LSP標(biāo)簽可以有多個(gè)。CII標(biāo)簽可以具體表現(xiàn)為某一客戶信號(hào)的標(biāo)簽，例如，在圖2中，將CII標(biāo)簽表示為虛電路(VC)標(biāo)簽。復(fù)用/解復(fù)用模塊通過(guò)虛電路捆綁的方法將多個(gè)VC捆綁成一個(gè)虛電路組(VCG)在同一個(gè)T-LSP上傳送。這樣可以降低網(wǎng)絡(luò)傳輸交換設(shè)備的復(fù)雜度，同時(shí)減少對(duì)帶寬資源的占用。