分组传送网简介(PTN)课件

广州杰赛通信规划设计院

演讲人：刘仲明分组传送网与LTE传输

简介广州杰赛通信规划设计院

演讲人：刘仲明分组传送网与LTE传输目录1分组传输简介2LTE传输需求3分组传送网方案4流量工程等技术介绍目录1分组传输简介2LTE传输需求3分组传送网方案4流量工程传输网是一切网络和业务的基础，稳定、可靠、扩展、先进、经济是传输网追求的目标尽管传输网通常不直接产生效益，但传输网投入大、建设期长、影响深远，需要站在战略高度来规划传输网的布局和发展方向，采用战术手段，配合、协调各业务网发展策略进行分期建设和储备。保证适度的超前性，同时加大对战略资源的储备。随着网络规模的不断扩大、承载业务不断增加、网络技术的不断更新，必须坚持统一规划、分步实施的策略，采取“将就”和“一劳永逸”的思路都是不可取的。传输网定位传输网是一切网络和业务的基础，稳定、可靠、扩展、先进、经济是传送方式变革TDM组网分组传送业务IP化宽带化多样化传送方式变革TDM分组业务IP化什么是分组数据包（Datagram）最大传送单元（MTU）分组（Packet）说明：如果数据包长度超过网络的MTU，要进行分片一个分组可以是一个完整的数据报，也可以是数据报的一个分片。什么是分组数据包（Datagram）VPN与隧道VPN可以理解为：通过隧道技术在公众IP/MPLS网络上仿真一条点到点的专线。隧道是利用一种协议来传输另外一种协议的技术，共涉及三种协议，包括：乘客协议、隧道协议和承载协议。被封装的原始数据包承载封装隧道封装乘客协议（如IP、以太网、ATM等）隧道协议承载协议原始数据包经过封装后VPN与隧道VPN可以理解为：通过隧道技术在公众IP/MPL业务的弹性业务的突发性业务的分类：具有不同的敏感性业务分类：不同业务有不同的敏感因素弹性*部署MPLS和Diffserv机制，为不同用户和不同业务提供不同QOS等级的服务业务的弹性弹性*部署MPLS和Diffserv机制，业务的互补性（可以汇聚收敛的根源所在）当不在同一时间产生峰值需求，即具有互补性可以根据业务对时延的不同要求来调整，增强业务的互补性业务突发性越大、互补性越强、量越多，收敛收益越高弹性业务的互补性（可以汇聚收敛的根源所在）弹性弹性网络的弹性传统SDH：无MSTP：部分接口板卡分组网：完备的弹性接口板卡内核通道小结：建设分组网的目地就是为了使网络具有弹性：与业务适配、有效提高资源使用效率弹性网络的弹性传送方式变革

类比传送---------------------------货物搬运TDM方式---------------------------火车运输（以SDH为代表）传统IP方式--------------------------散装托运传送方式变革传送方式变革

类比传统IP方式--------------------------散装托运+MPLS--------------------------预选运输路线（FRR）--------------------（绕开障碍点或短线路，尽快回原线路）（LSP）---------------------（换另外新线路）（双归，MC-LAG,VRRP等）----------（具备双重出口）

+Diffserv----------分类、排队、高优先级先行

+TE-----排除塞车，提前预留安排好线路+QoS------------分优先级，提供差别化服务分组传送网---------------优化方式，灵活、低价、

快速、有保证（可管可控可运营）传送方式变革分组网的资源

类比分组网资源---------------------------交通线路带宽---------------------------路宽接口--------------------路口（如收费站）缓存空间----------------------队列数量及长度处理能力-------------管控能力（如收费速度）注：目前分组设备主要关注了带宽和端口等外部特性，而默认了设备的内部性能。分组网的资源分组网的效率分组设备“直观”解读分组在分组节点被转发，类似要经过一道“门”转入到相应“出路”，但“门”的宽度有限（受制于芯片速度、背板总线等），流量较大时，分组需要“等候处理”通过传统IP网的这一过程是不受控的（Besteffort），分组设备则可以让流量排队，并对“队列”进行控制管理，只有一定数量的分组能够得到最短延迟转发（目前厂家建议的实时业务占比通常在20%左右）优先队列、短队列可小延时通过分组网的效率分组设备“直观”解读传统IP网的这一过程是不受控分组网的效率分组设备“直观”解读理想情况下，必须保证让“对延时敏感”的业务（实时业务）享受这“最短时延优先转发”的特权，这需要两个前提条件：（1）对业务进行准确分类，精确识别实时业务；（2）控制实时业务所占比例。如果不能对业务进行准确分类，为了保证服务质量，会把跟实时业务混在一起的业务都定义为“高等级”业务，这导致分组网的能力不能得到充分发挥分组网的效率分组设备“直观”解读分组网的效率在资源一定的前提下，分组网主要靠加强资源的管理、对业务分类适配，进行合理分配资源来提高其利用率面向综合业务，不同等级业务搭配资源紧张时，依据策略高级业务抢占低级业务资源高级业务所占比例有一定限制在只承载高等级业务的情况下，分组网要达到很高的带宽利用率是不现实的分组网的效率在资源一定的前提下，分组网主要靠加强资源的管理、分组网的效率关于CIR/PIRCIR:CommittedInformationRatePIR:PeakInformationRateEIR:ExcessInformationRateEIR=PIR–CIR

无带宽保证业务（完全弹性），不设置；对于固定带宽业务，可设置CIR=PIR=BW（链路带宽）;一定弹性业务设置PIR>CIR对CIR的两种理解：（有待进一步落实）刚性，不能被抢占，即使自己不用或未用够当有业务时，带宽被保证，直至CIR；无业务或有部分业务时，多余带宽亦可被抢占当资源不够时，根据优先级设置，带宽受到挤压，业务会逐渐被丢包。分组网的效率关于CIR/PIR无带宽保证业务（完全弹性），不分组网的参照理解假定一个模型：在一根硬管道（A，尺寸为W）里敷设2层软管道（B、C），即A中有多根B，B中有多根C。在最内层软管道（C）里可以有水流过。没水的时候，软管会塌下来，完全不占空间（忽略管壁的尺寸），空出来的空间，可以供敷设更多的管道。软管完全充满的时候，可以到一最大空间（类比峰值PIR）。这样的软管具有完全的弹性（CIR=0）。B与C能很好的配合（能同步的扩大和缩小），彼此间可以共享空间，从而达到最大的空间利用率。如果B或C的数量较多，且大家同时充满的时候，将相互挤压，流量会相互影响，甚至某些管道会被挤扁（因为一旦有空间就会被挤占）无管控、无分类、无优先级、自由抢占分组网的参照理解假定一个模型：B与C能很好的配合（能同步的扩分组网的参照理解改进：如果有流量需要始终完全保证。我们可以把相应的C管道换成硬管道。（CIR=PIR)如果某根管道里的流量只需保证一部分。我们把相应管道换成具有一定弹性的管道，能优先保证一定空间的水流通过。但当大水流来的时候，可以被充满到更大空间。（CIR<PIR）保证措施：∑CIR（C管）≤

CIR（B管）

∑CIR（B管）≤WPIR≤W分组网的参照理解改进：分组网的参照理解改进：在流量较小的时候，空间有富余，一般不会出现相互挤占。流量较大时，会出现2个层面相互挤占：B管道之间、C管道之间由于资源有限，为保证其中的某些重要流量，可以做差异化服务（Diffserv、DS-TE）：在C管道内做流量分类，定优先级（Diffserv）B管道分优先级（Diffserv）重要B管道资源预留（RSVP-TE）B管道空间分类并反映流量类型，协调流量类型动作（DS-TE的CT映射）B管道制定“建立优先级和保持优先级”分组网的参照理解改进：业务与管道分类不同的层面有不同的分类标记位；MPLS标签可以嵌套，外层对应隧道，内层对应业务；封装点是否做分类映射取决于传送策略；通常要求业务分类可内层透传；技术的处理与成熟度与设备技术有关业务与管道分类不同的层面有不同的分类标记位；目录1分组传送简介2LTE传输需求3分组传送网方案4流量工程等技术介绍目录1分组传送简介2LTE传输需求3分组传送网方案4流量工程注：HSS---HomeSubscriberServer/归属用户服务器PCRF---PolicyandChargingRulesFunction/策略和计费规则功能LTE系统连接注：LTE系统连接LTE核心网元

MME是核心网唯一的控制面设备，主要功能是接入控制、移动性管理、会话管理、网元选择和存储用户承载信息控制和承载分离使MME集中设置成为可能，不会给骨干面引入过多流量：具有更好的扩展能力，实现快速扩容具有更好网络性能，通过POOL组网能进一步提升业务范围，降低MME间位置更新和切换频率，适当集中部署并不会影响业务的接续速度每个物理设备支持多个逻辑MME，其虚拟化支持“集中部署，分散运营”LTE核心网元

MMELTE核心网元

SGW主要功能是进行会话管理、路由选择和数据转发、QOS控制、计费及存储信息对每一个接入的UE，一次只能有一个SGW为之服务需要综合考虑网络组织、容量、发展和周边配套等选择单独设置或与PGW合设PGW主要功能是用户IP地址分配、会话管理、PCRF选择、路由选择、数据转发、QOS控制、计费、策略等是面向PDN终结于SGi接口的网关，如果UE访问多个PDN，UE将对应一个或多个PGWLTE核心网元

SGWLTE传输需求结构传输重点在解决S1接口和X2接口的需求，其中S1是基站与核心网元的连接，而X2的连接对象则是其他基站，这是LTE阶段网络扁平化出现的新需求。S1接口采用FLEX连接方式，基站不固定连接某个核心网元，由系统根据负荷分布等因素控制基站之间有互联需求（X2），近期支持相邻站间切换，以后可能支持站间互通LTE传输需求结构接口S1接口传输带宽可达300Mbps以上，X2接口带宽约10Mbps，后期可能会有所增长S1、X2对承载延迟有严格要求（S1-MME:100-300ms，S1-U:5-10ms，X2:10-20ms)组网LTE传输需求MME、aGW早期全省集中设置（1个或多个省中心），需要IP承载网提供支持，后期随着业务发展（如视频）可能向地市下沉LTE无线的链路预算要比现有体制低，导致覆盖同样的区域需要更多的基站LTE需要时间同步面对视频业务（如移动TV），需要支持组播设备要支持IPV6升级接口LTE传输需求MME、aGW早期全省集中设置（1个或多个LTE传输需求关注：业务策略对网络的影响由于目前数据业务多为互联网业务，能在本地终结的业务占比很少。aGW集中设置需要IP承载B网支持，分散下沉到地市，则需要IP承载A网的支持视频业务对网络有较大影响，当业务量较大时，需要在本地设置节目源，aGW也需要相应下沉到地市延时要求较高，尤其是S1-U：5-10ms对组网有较大压力。该指标的适用条件和环境有待进一步落实；如果SGW分散设置，下沉到地市，对减少S1-U延时有利；如果LTE不开放话音类业务，延时指标是否可放松、可放松到多少?（这需要标准研究支持）LTE传输需求关注：LTE传输需求关注：X2接口流量到底有多大，早期有说不超过S1的3%，3%-5%，10%的，有说未来会可能到20%-30%初期如果不部署X2接口，可降低LTE部署的复杂程度如果早期X2接口仅要求支持相邻站切换，流量在10M左右；如果后期要开通站间互通，流量会增加但后期X2接口流量如果达到10%以上，甚至20%-30%，则三层到边缘将成为必然选择，否则迂回路由将消耗大量资源如果需要支持站间互通，采用三层到边缘方案，边缘设备的性能可能需要做大幅提升（待研究），投资需求量大LTE传输需求关注：目录1分组传送简介2LTE传输需求3分组传送网方案4流量工程等技术介绍目录1分组传送简介2LTE传输需求3分组传送网方案4流量工程传输网方案—分组传送网总体方案目前移动建议采用方案C；电信建议采用方案B；联通则采用方案A或B传输网方案—分组传送网总体方案目前移动建议采用方案C；电信建传输网方案—分组传送网总体方案各运营商根据自身特点，经过多因素分析，选择自己的方案：移动采用PTN单独组网（核心层增加L3功能）；电信建议采用IPRAN与城域网综合组网（共城域骨干，C相当于SR；D相当于区域SR/CE）联通主要采用新建IPRAN网（联通不设C设备），北方省份也有个别共用城域网方案ABRNCDCAA—接入设备；B—汇聚设备；C--区域汇聚设备；D--核心设备环形双归传输网方案—分组传送网总体方案各运营商根据自身特点，经过多因传输网方案—LTE分组传送网建议架构本地网架构传输网方案—LTE分组传送网建议架构本地网架构传输网方案—LTE分组传送网建议架构为满足LTE需求，分组网组网采用扁平的、简洁的网络结构核心层组网选择2-4个节点，不宜过多，结构采用全互联汇聚层组网采用一对汇聚节点与一对核心节点进行“口字形”组网边缘层采用环形或环加链，每环所带节点建议不超过10个容量方面采用接口提速（环路升级）、裂环、叠加环、多链路等策略，根据实际情况择机选取裂环叠加环多链路传输网方案—LTE分组传送网建议架构为满足LTE需求，分组网网络保护网内保护L2优选1：1LSP实现隧道层保护L3VPN采用FRR实现业务保护L3VPN+伪线采用PW冗余和VRRP提供L2/L3桥接双节点保护网间保护VRRP在IP层面提供双归保护LAG/MC-LAG在以太网链路层提供保护

网络保护网内L2优选1：1LSP实现隧道层保护L3VPN采用传输网方案—LTE分组传送网建议架构分组传送网与核心网元之间的连接注：1、关于各地利用核心网CE的连接，需要与核心网专业之间进行协商加以明确。2、非中心城市，如果需要传送网单独新建CE，则需要与IP承载网进行协调。传输网方案—LTE分组传送网建议架构分组传送网与核心网元之间网络容量应对两个方向扩路：为了满足业务的带宽需求，提高带宽保证。（但受当期的技术条件限制，会局限于某一水平）提高利用价值:如何在有限的带宽资源下，保证网络的服务质量随着网络的发展，数据业务将占主流，具有突发性和大带宽特性，为保证服务质量，需要启用汇聚收敛，发挥统计复用功能流量工程DiffservQOS网络容量应对两个方向容量提升技术

端口速率（大车模式）从10G提升到40G、100G、400G40G、100G可望较快进入商用集群化（拼装模式）暂无大规模应用实例波分复用（扩路模式）提升单波速率提高保护机制提高对业务的适配能力和智能化技术网络演进应与技术发展适应，循序渐进容量提升技术

端口速率从10G提升到40G、100G、400目录1分组传送简介2LTE传输需求3分组传送网方案4流量工程等技术介绍目录1分组传送简介2LTE传输需求3分组传送网方案4流量工程流量工程（TE）拥塞是影响网络性能的主要问题。拥塞的原因可能是网络资源不足，也可能网络资源负载不均衡导致的局部拥塞。流量工程通过实时监控网络的流量和网络单元的负载，动态调整流量管理参数、路由参数和资源约束参数等，使网络运行状态迁移到理想状态，优化网络资源的使用，避免负载不均衡导致的拥塞。流量工程（TE）拥塞是影响网络性能的主要问题。拥塞的原因可能流量工程（TE）IP/MPLS网络中的流量工程一般是通过

MPLS-TE来实现的。基本原理：通过结合网络的拓扑信息和网络的负载信息（流量工程数据库TEDB），建立一个虚拟拓扑，然后将流量映射到这个拓扑上。MPLSTE相关的技术包括：多协议标签交换（MPLS），进行了流量工程扩展的资源预留协议(RSVP-TE)，基于约束的标签分配协议(CR－LDP),基于约束的路由协议（QoS路由技术）：CSPF的计算过程就是针对LSP要求，先对TEDB中的链路进行剪切，把不满足TE属性要求的链路剪掉；再采用SPF算法，寻找一条到LSP出口的最短路径进行了流量工程扩展的链路状态路由协议（OSPF-TE和IS-ISTE），快速重路由技术(FRR)。流量工程（TE）IP/MPLS网络中的流量工程一般是通过M流量工程（TE）使用RSVP-TE建立的LSP都具有某种资源预留类型，在建立RSVP会话时，由接收者决定此会话使用哪种预留类型，从而决定可以使用哪些LSP。目前设备支持以下两种预留类型：FF（Fixed-Filterstyle）：固定过滤器类型。为每个发送者单独预留资源，不能与同一会话中其他发送者共享资源。SE（Shared-Explicitstyle）：共享显式类型。为同一个会话的发送者建立一个预留，可以共享资源。流量工程（TE）使用RSVP-TE建立的LSP都具有某种资源流量工程（TE）CIR、PIR设置的合理性很关键，需要建立合适的业务模型通过配置PW和LSP的CIR，并满足连接允许控制的条件：一条LSP中的所有PW的CIR之和必须小于等于该LSP的CIR；一条链路中的所有LSP的CIR之和必须小于等于该链路的CIR；在网络正常运行的情况下，可以满足所有业务的CIR带宽需求。流量工程（TE）CIR、PIR设置的合理性很关键，需要建立合流量工程（TE）PTN的流量工程TE作用主要体现在2个方面：业务路由可控——LSP的建立可以通过网管或控制平面实现，两种建立方式的LSP路由都是可控的。业务带宽可控：设置业务的CIR、PIR，只对用户保障小于等于CIR的带宽，在网络拥塞时可以对突发流量（EIR=PIR-CIR）进行丢弃处理

流量工程（TE）PTN的流量工程流量工程（TE）MPLSTE隧道自动带宽调整

在基于对以往该LSP隧道上的流量统计基础上，自动带宽分配技术允许对该隧道占用的带宽进行调节，通过定时（如5分钟）采样，获得在一个采样周期通过该隧道的平均带宽。通过一段时间（如24小时）的多次采样然后，获得采样的最大值，然后用其作为带宽，发起建立一条新的LSP隧道。建立成功后，将流量切换到新的LSP隧道上，同时拆除原来的LSP隧道；如果建立不成功，则流量继续沿原来的LSP隧道转发，在下一个采样周期结束后再做调节。为了减少不必要的调节，可以配置调节阈值。只有当变化达到一定的阈值时，才发起调节。可以配置带宽的最小值和最大值以固定调节范围关注：应用场景和对业务的影响。流量工程（TE）MPLSTE隧道自动带宽调整流量工程（TE）由于存在可变速率业务的突发业务，因此即使使用了TE，网络中仍然可能会发生拥塞，此时如何保障所有业务都能得到其相应服务就需要使用差分服务。流量工程（TE）差分服务（Diffserv）差分服务的目的是为流量提供有区别的业务服务。当数据流由客户进入DiffServ域时，边缘路由器通过标识字段（DSCP:6个bit，范围为0~63），将IP包首先分为不同的服务类别，而网络中的其他传送转发路由器在收到该IP包时，则根据该字段所标识的服务类别将其放入不同的队列，并且由作用于输出队列的流量管理机制控制每一个队列，即给予不同的每一跳行为(PHB)。其中最主要的就是对每个队列给出带宽分配，以及发生阻塞时如何丢包，这些资源的分配规则都是预先设定好的。与集成服务相比，差分服务定义的是一个相对简单而粒度粗一些的控制系统。另外，差分服务针对的是流聚合后的每一类QoS控制，而不是像集成服务那样针对每个流。因此，差分服务具有可扩展性，能够在大型网络上提供QoS服务差分服务（Diffserv）差分服务的目的是为流量提供有区别差分服务（Diffserv）IETF定义了16个标准的PHB：BE：不需要进行特殊处理的业务流量AF1-AF4：保证转发，每个级别有3种丢弃优先级，适用于需要速率保证，但不需要延迟或抖动限制的业务流量EF：快速转发，适用于延迟最小，丢包率低的业务流量，如语音和视频CS6-CS7:最高级别的服务等级，主要用于传送网管和信令。差分服务（Diffserv）IETF定义了16个标准的PHB服务提供商面对用户，根据流量通过网络时的体验来制定服务等级协议（SLA—ServiceLevelAgreement，相当于服务合同），包含了服务质量参数、服务过程、故障恢复和赔偿部分；网络的服务质量通常以时延、抖动、丢包率、吞吐量、可靠性等参数来表示；网络的QoS工程的目地就是采取措施将网络的资源按需分配给各种业务，从而保证各种业务得到相应的服务网络服务质量（QoS）服务提供商面对用户，根据流量通过网络时的体验来制定服务等级协要满足QoS要求需要满足的两个条件：（1）根据不同应用业务类型采用不同管理策略：调度、排队和丢弃方式等；（主要通过DiffServ实现）（2）基于应用的带宽保证。（目前数据网主要采用轻载方式来避免拥塞，但浪费资源，同时在链路或节点故障时难以保证）MPLS-TE利用可用资源沿链路建立LSP，确保始终（故障与否）为特定流量提供保证带宽。由于LSP只是在资源许可条件下建立，因此理论上不需要轻载；可以不按最短路径来设计LSP，实现资源优化；可以通过链路保护和FRR等机制实现故障快速恢复。网络服务质量（QoS）要满足QoS要求需要满足的两个条件：网络服务质量（QoS）即使按每个业务等级预留资源，也正确标记了流量，仍然无法保证SLA；需要进一步设置速率限制和访问许可控制等机制，以确保将流量控制在资源预留时设置的限制范围内。网络服务质量（QoS）即使按每个业务等级预留资源，也正确标记了流量，仍然无法保证S流量策略和QOS部署Diffserv（DifferentiatedService）：根据业务分类，分配优先级，保证高优先级业务优先转发，但是无法事先约定带宽，在流量超出带宽允许范围的情况下，只能通过对低优先级业务增大延时、提高丢包率来保证关键业务的高优先级转发，在极端情况下，甚至高优先级的关键业务也无法幸免延时和丢包。（通常采用Diffserv+轻载方式）RSVP-TE：通过CSPF（ConstraintShortestPathFirst，约束最短路径优先）算法计算出一条最优的路径，并保证该路径不会拥塞，从而确保约定的TE隧道带宽。但是RSVP-TE没有识别业务的能力，隧道中各业务流量不区分优先级。TE隧道内一旦发生实际流量超出预约流量的情况，对QoS敏感的业务将直接受到影响DiffServ-AwareTE：将MPLS与Diffserv、RSVP-TE等技术结合起来实现的流量控制技术，是网络级QOS保证的主要技术。是指在一个大的LSP隧道上应用TE，而在隧道内的每个PW再采用Diffserv的模式，是区分服务和集成服务的一种融合。流量策略和QOS部署Diffserv（DifferentiDS-TE带宽约束

DiffServ-AwareTE，简称DS-TE，能够基于按服务类型划分的流量进行网络资源优化，即对不同的服务类型进行不同的带宽约束。概括来说，DS-TE将不同服务类型的流量与LSP进行映射，使流量经过的路径符合对其服务类型的流量工程约束条件。相关概念CT:DS-TE将LSP的带宽划分为1-8个部分，每部分赋予不同服务等级，一条或一组LSP的相同服务等级的带宽集合称为一个CT,一个CT只能承载一种业务类型的流量。有单CTLSP（如静态LSP）和多CTLSP之分，对于后者，必须所有CT带宽满足时，资源预留、LSP建立、带宽抢占才能成功。TE-Class：CT和CR-LSP抢占优先级的组合DS-TE带宽约束DiffServ-AwareTE，简称DS-TE带宽约束

IETF定义了以下DS-TE带宽约束模型：RDM（RussianDollsModel，俄罗斯套娃模型）MAM（MaximumAllocationModel，最大分配模型）两种DS-TE模式：自定义的Prestandard模式，支持2种CT。支持RDM、MAM，互通可能存在问题根据RFC4124、RFC4125、RFC4127等实现的IETF模式，支持8种CT。支持RDM、MAM和extended模型，可互通DS-TE带宽约束IETF定义了以下DS-TE带宽约束模型DS-TE带宽约束

RDM（RussianDollsModel，俄罗斯套娃模型）限制CT的共用带宽，允许CT间共享带宽优点：有效利用带宽RDM与建立优先级/保持优先级配合，可以实现CT间的带宽隔离RDM比较适用于属于CT的流量不平稳、可能存在突发流量的情况。*改进方式：切片SAM模型---减少抢占和重路由开销。DS-TE带宽约束RDM（RussianDollsMoDS-TE