PTN关键技术VPLS技术及应用综述

CREATEDATE\@"yyyy-MM-dd"2005-09-18华为三康机密，未经许可不得扩散第页VＰLS技术及应用综述不仅拥有以太网架构的全部好处,而且同传统的以太网相比,具有更好的可扩展性、牢靠性及ＱoS等能力，这个超以太网一级的就是VＰLS(虚拟专用局域网服务)。VPＬＳ集以太网和ＭPＬＳ的优点于一体,使用户从中受益。ＶPＬS为何而生二十多年来，以太网交换技术始终统治着局域网,同时IＰ路由技术统治着运营商网络。在这一时期，以太网不断扩展带宽,并且凭借其简洁性和性价比，确立了自己作为城域和广域网首选基础设施技术的地位.用户和运营商对以太网表现出强烈的需求,促使以太网坚决地向统治局域网和广域网基础设施的方向进展.用户由于以太网能够满意他们的要求而喜爱它。这些要求包括：为提高生产力，整个企业需要更高的带宽；全球化造成的更大的地理距离必须通过更快速的网络连接；在企业内部全部位置供应以太网应用和服务,以最大限度地削减IT和培训费用的需要；要求网络飞快适应不断变化的业务所需的服务灵敏性；支持非基于ＩＰ的关键传输流;消费者需要的一揽子服务：带宽、电话、广播视频、视频点播。同样，运营商因以太网能够满意他们的业务需要而喜爱它。这些要求包括：通过满意最终用户的需要，增加用户忠诚度；削减资本支出,由于以太网端口具有比其他技术更高的性价比；削减运营费用，由于以太网更灵敏，配置起来更容易;实现新的服务来获得更多的收入和增加利润。上述用户需要与运营商业务需要的结合点，是以太网服务进展的新趋向，这正是ＶPＬS诞生的背景。Internｅt的消灭以及采纳新技术而带来的生产力提高，导致对更高带宽和服务的需求。企业需要更高带宽的定制服务，而消费者则需要像宽带连接和视频点播等服务。运营商必须在他们的目标市场需求与他们业务的现实之间取得平衡。对部署新服务系统分析证明,ATM、ＳＯＮＥＴ/SDH等传统技术,尽管为人们所熟识，但与运营商对自己网络的设想并不吻合。它们建立在昂贵的基础设施上，基础设施扩展时需要巨额投资。此外，简洁的管理和全部这些技术之间的多次切换会造成巨额运营开销。以太网服务的市场机会是显而易见的,而且已经消灭.来自企业、用户和调查讨论的反馈展现了一个高速增长的市场。众多早期采纳者在部署这些服务上已经取得了成功。运营商面临如何回应这些市场变化的挑战.VPLS和以太网基础设施一道，为运营商推出新服务并实现赢利供应了最好的解决方案。降低资本和运营费用的好处,将飞快改善运营商的收入。此外，利用已有网络的能力确保运营商对老技术的投资，可以制造更多的回报。VPLS概述VＰLS是一种可以在以太网上供应上述诸多服务的解决方案。它利用以太网和ＭPLS的组合,来满意运营商和用户的需求。VPLS使分散在不同地理位置上的用户网络可以相互通信,就像它们直接相互连接在一起一样,即广域网变成对全部用户位置是透明的。这种功能是由MＰＬＳ2层ＶPＮ解决方案实现的。在ＶＰLS网络中,每个用户位置连接在MＰLS网络上的一个节点上。对于每一个用户或虚拟专用网来说，由规律的点对点连接构成的完整网络是在骨干MＰＬS网络上建立的。这使一个用户位置可以直接看到属于这位用户的其他全部位置。惟一的ＭPＬS标记用于将一位用户的传输流与另一位用户的传输流隔离，并且用于将一项服务与另一项服务相分离。这种分割使用户可以从供应商那里获得多种服务,而每一个服务都是为最终应用定制的。例如，某位用户的服务集合可以由ＶoＩP、Inｔerneｔ接入以及可能两个或更多的ＶPN服务构成。第一个VＰN服务可以在全部企业位置之间供应“宽数据"连接性并可为全部雇员所使用。而其次个VPＮ服务可以被限制在一个位置子集合之间进行的某些金融交易上.全部这些服务都是通过VPLS惟一配置的，因此使它们具有独特的质量保障和平安属性。在ＶPＬS网络中,在各个PＥ（运营商网络边缘）之间建立全网状的ＭPLSLSP（标记交换路径),将二层以太网帧通过MＰLS进行封装,通过MPLS交换将用户以太网流量在各个ＰE之间进行转发，并与ＣE（用户边缘设备)连接,从而建立一个点对多点的以太网VPN。PE设备将客户的以太网帧封装到ＭPLS包内，MPＬS包头包含两层标记，其中外层标记ＴunnelLaｂel标识用来承载MＰＬSLＳP，内层标记ＶＣＬaｂeｌ则代表不同虚拟电路,也就是不同的VPLS流量，这是一种伪线的封装格式。因此在目的端ＰE(供应商边缘路由器）设备终结LSP并弹出外层标记之后，将会依据内层VCLabeｌ来确定是属于哪个ＶPＬS实例的流量。ＶPLS技术包括两个层面:信令掌握层和数据转发层。其中信令掌握层的主要作用是通过使用信令协议在PE之间建立相应的虚拟电路，换句话说,也就是对标识VPLS实例的VＣ标记进行交换，使得各个PE设备能够将VC标记映射到不同的VPLS实例，从而对所收到的MPLS封装的流量进行识别.在数据转发层,每个PE为每个VPLS服务实例维护一个转发信息库（ＦＩB），并且把已知的MAC地址加入到相应的FIB表中。全部流量都基于ＭAC地址进行交换,未知的数据包（如目的MAＣ地址仍未知)将广播给全部参加该VPN的PＥ，直至目的站响应且与该VPＮ相关的PＥ学习到该ＭAC地址。ＶPLS的基本参考模型如图1所示。客户站点通过服务供应商网络连接起来,服务供应商网络就像是一台能够学习的二层交换机。网络中全部的ＰE用一个由隧道构成的全网格连接在一起,每条隧道承载多条虚线路。虚线路是为一对PE之间的每一个供应的服务建立的点到点连接结构。依据位置和客户站点的数据,为客户/服务建立的虚线路的数量可以从一个（用于只有两个位置的客户)到全网格(用于拥有连接在每一个PＥ的位置的客户）.网络中的每一个ＰＥ能够建立连接其他每个ＰE的隧道,并可以通过信令建立穿过这些隧道的虚线路。当网络向最终用户供应二层服务时,每个PＥ可以学习全部本地连接的MAＣ地址,并将学习到的远程地址与一条虚线路建立关联。全部未知的单播、多播和广播包被传送给全部参加客户VPN的PE。多播包像广播包那样处理,被传播给客户VＰN中的全部PE.这种网络模型假设服务（或VＰＬS实例)中的全部ＰE以一个虚线路全网格连接在一起，这种全网格消除了保持网络无环路的需要。为了确保这种拓扑结果没有环路,需要类似水平分割的概念：没有PE向一个PE转发它从另一个PE接收到的数据包。这种作法突破了其他基于生成树的网络所遇到的可伸缩限制。目前这一网络模型正作为ＶPＬS草案的一部分,由IEＴF的L2ＶＰN工作组进行标准化。对于运营商来说，将以太网和MＰＬS组合在一起的好处多多.他们可以立刻从部署以太网基础设施更低的资本开支中受益.但是，简洁的以太网交换网络在服务可伸缩性（由于Ｖ局域网IＤ的限制）和牢靠性（生成树不能很好地扩展)上存在局限性.这些限制性被ＭPLS所解决。MPＬS供应多种解决方案，这些解决方案不仅供应大规模的可伸缩性和多种牢靠性选择，而且还带来其他好处。例如,ＭＰLＳ的动态信令有益于更飞快地转变和重新配置服务。其流量工程功能使供应商可以在整个网络上支持服务水平保证。因此，它不仅满意可伸缩性和牢靠性的需要，而且还供应可以进一步削减费用的运营优势。ＶＰＬS标准VPＬS的部署正如雨后春笋在世界各地如火如荼地进行，并得到了运营商和厂商的广泛支持。在这个过程中,标准的作用尤其重要.IＥTF是制定VPLS的主要标准组织。经过近几年的进展，VPLＳ的标准已经趋向稳定,相关的草案已经收录到工作组文件中，标准化已为时不远.目前ＶPLS标准有两个主要流派，其区分主要体现在信令协议的选择上,一种主张采纳LDＰ(标记分发协议）进行标记安排，一种主张采纳BGP进行标记安排，两种标准间不具备可互通性。从主流数据设备厂商对协议的支持情况看,基于ＬDP的ＶPLS由于其实现简洁，目前已经成为主流。而基于BGP的VPＬS只有少数厂家设备支持。目前有关VPLS的实现标准被统一写入了新推出的Ｌ2ＶＰN工作组标准草案，主要包括9项标准，即二层虚拟专用网（L2VPN）框架,运营商供应的二层虚拟专用网业务要求，虚拟专用局域网业务,MPLS上的虚拟专用局域网业务,Ｌ２VＰN信令的支持模型和端点标识符，只支持IP的局域网业务（IPLＳ），ＶＰLSOAM要求和框架,VＰLS应用等等。LＤP标记分发协议LDP标记分发协议用于建立、维护和拆除服务供应商网络中的线路。全网格ＬDP会话在网络中的PＥ之间建立，不同的虚线路跨过这些会话由信令来建立.虚线路建立是由一个ＰＥ发起的，这个PE向另一个PE发送标记映射消息.这个消息通知一个ＬSＰ进入发起会话的ＰE。如果远端PE收到这条消息，它向相反的方向发出同样的消息。每个LSＰ是无方向的,虚线路需要两个有信令的LＳP，每个方向一个。利用LDP作为信令建立虚线路的标准正由ＩETF的PWＥ３工作组制定。分级ＶPLS分级ＶPLS（ＨVPＬＳ)是对VＰLS的进一步扩展。随着对基于VPLＳ的服务需求的增长，对ＰE之间的全网格隧道的需要也大幅增加。为满意需要，VPLS标准允许利用一种集中星型的布局建立分级结构。全网格隧道在中枢站点(被指定为ＰE)之间保持.CＥ设备连接在一台MTＵ路由器上,路由器连接在一台PＥ路由器上，因此供应了分层结构。ＶＰLS不仅可用于供应城域以太网服务，而且还可用于互联基于不同技术（如下一代SＤH或弹性包环ＲPＲ)的城域网.本文商量的ＶＰLＳ草案估计将成为ＲＦC。向ＶＰＬＳ演进如图2所示,VPＬS不仅可用于供应城域以太网服务,而且还可以被用于与已有的ATＭ与帧中继接入网以及运行在多种核心技术(如下一代ＳＯNＥT/SDH和密集波分复用DWDM)上的ＩP—VPN核心网互联。对于拥有已有生产基础设施的运营商来说,投资保护、人员的重新培训以及收入自蚀（rｅveｎｕecaｎniｂalizａtiｏn）是做决策需要重点考虑的问题。VＰLS可以通过实现从已有基础设施向下一代以太网基础设施平滑的过渡，简化这一变数.ＶＰＬS可用于将AＴM/ＦR与以太网互联起来，不管使用什么接入技术都可以供应同样的服务.因此,运营商可以在一个可控的过程中将以太网引进他们的网络，不必同时升级每一个位置。同样,用户可以在需要以太网的位置上切换到以太网上，并连续在其他位置上使用已有的ATＭ/FR和ＴDM连接。运营商可以集成他们的VPＬS和IPVPN服务，来供应互联（ｉnｔer）和内联(ｉntra)城域VPLS服务。从MPLS到VPLS对于已经部署了MPLＳ网络的用户来说，让我们探讨一下从MPLＳ到VPＬS的演进过程。第1阶段:MＰLS广域网路由器无法以线速进行最长前缀匹配查找，因此MPLＳ得以应用。通过在MPＬS网络入口处标记IP包,沿路径的额外的跳只需进行标记查找而不是最长前缀查找，使操作过程得以简化。这种操作与AＴM中的线路识别符（VＣI）交换类似。这些被称作MPLＳ标记的标记实际上被用作建立线路,以这种能力为基础，流量工程(ＴE）是最先利用MPLS的应用之一。此外，在运营商网络内分解环路方面，运行ＯSＰＦ和IＳIＳ等标准路由协议的能力相对STP是一个很大的改进。这些协议允许扩展设备携带流量特性，使流量工程和服务质量成为可能。MPLＳ的这些特性使IＰ可以同时实现流量工程和服务质量支持。第２阶段：以太网Mａrｔini和ＶPLSMａrｔini线路供应用户流量分离和点到点连接的传输隧道多路复用不同用户的能力。传输隧道是依据RSVP—TE或是ＬDP建立.VPLＳ供应了多点连接，并使局域网到局域网业务成为可能,这是通过供应单用户多播域来实现的,全部供应商边缘路由器全部为网状，不需要运行生成树协议就可供应优化站到站可达性，避开了环路的产生。多播流量被看作广播流量,因此在全部属于简略客户实例的端口得以复制。第3阶段：分级VPLS（ＨVPLＳ）操作分级VPLS使建立双层或三层分级网络成为可能。新系列的MPLＳ交换机也被称作多住户单元(MTＵ）交换,应用在网络的接入端以将用户流量集中。建立一个分级拓扑结构使进一步优化广播和多播流量的流量复制成为可能，从而可以实现高效视频安排等应用。在集成链路上运行MPLS的能力也使VＰLS业务可从1Ｇｂps升级到多Ｇｂps，同时为链路故障供应了额外的弹性.第４阶段：域间/供应商间HVＰLS现有的ＶPLS规范将被扩展以供应域间和供应商间的连接。VＰLS规范说明可在边界PＥ（BＰE）间建立域间连接,可以使用BＧPＶPN运营商的运行模型连接ＶＰLＳ域，这是通过现在一些运营商所采纳的终止准线路直接进入ＲＦＣ2547虚拟路由和前向事例（VＲＦ）或映射80２．1ＱVLＡN来实现。MＰLSAＴM/FR联盟规定的以太网、AＴM和帧中继的相互协作的升级将允许端到端供应ＯAM和服务质量。因此，通过匹配流量特性和映射ＯAＭ流量，端到端路径可被看作规律连接。MPLS／VPLS逐步实施

特征运营商的效益第1阶段·MPＬS隧道效应·动态信令·后备LSP·流量工程·服务质量·快速恢复第2阶段·MａrｔｉnｉPW·VPLS·ＦR、AＴM终止·ＶPLS中的以太网·租用线路替代·ＬＡN到ＬAＮ业务·用户群的平滑过渡·可升级性第3阶段·分级VPLS·双穴·HPS、重启、快速路由·OAM·增强的多播·高可用性·端到端故障处理·快速业务供应第4阶段·域间VＰＬS·ＭPLSNNI,LSP缝合·区域间ＴE·端到端管理·IＧMP/ＰIM窥探·L2／L3无缝融合·带有运营商间服务质量功能的大范围地理业务·简化故障修理·单平台多业务VＰLS商业案例分析本案例对VＰLS在城域以太网市场中供应多点以太网ＶPN的商业案例进行分析。文章分析了服务供应商使用VPＬS供应多点以太网服务时的的资本费用（Ｃａｐｅｘ）和运营费用(Ｏｐeｘ），并与使用传统的ＳONＥT/SDＨ费用进行了比较。资本费用分析本案例中,城域网核心由一条连接4个主要PＯP（存在点)的全网状1０Ｇbps网络组成，城域接入网由１Gｂps接入环路与支线（riｎgsanｄｓpuｒｓ)组合构成.假设在为期3年的时间里供应服务给30０个多住户单位(MTＵ）和16２５个大中型企业客户。通过使用光纤以太网和下一代SONET/ＳDH组合,全套的运营商级以太网功能得到支持,包括本地以太网客户切换、集成光纤传输、以太网交换、统计复用和灵敏的按需带宽服务配置功能。服务包括以太网Intｅｒnｅt接入、以太网专用线路和ＶPＬS。讨论结果显示,在３年的时间里，光纤以太网和下一代ＳONET/ＳDH在城域核心和城域接入网络中可以比传统的基于ＳOＮET／SDH的解决方案节省4６00万美元（即30％）的成本.实现这些可观的节省的原由于:由于以太网端口每Ｍbpｓ带宽费用一般比TＤM和AＴＭ端口廉价25%到40%，因此与ＳONＥT/SDH相比,以太网端口最多节省9１％的Ｃapex。此外,由于城域以太网一般需要更少的设备来供应数据服务,因此它可以实现更高性价比的网络部署。运营费用分析本案例假设在基本的网络基础设施已经部署到位的条件下，向客户供应这些服务所需要的运营过程。这些过程包括规划、配置、设置、测试、服务的监测和维护。依据这些假设到的讨论结果证明，与传统服务相比,在3年时间里,在供应城域以太网服务时,一所中型城市的商业案例可节省23%的Ｏpeｘ。实现这些节省的主要缘由是由于以太网服务的自动化运营过程削减了所需要的派遣工程车和现场访问的次数.这大大削减了为客户配置新服务和添加新服务或修改服务时所需要的人员费用和时间。这些节省是累积的,并且随时间而增加，由于推出新服务后运营的第一年与以后多年维护服务相比,需要更多的运营活动。此外,随着服务供应商运营以太网服务的阅历的增加以及以太网ＯAM的进一步进展，节省Ｏｐex将随时间而增加.编看编想“服务”意识○范毅波从ＭPLＳ到VPＬＳ，最大的进步是什么.我觉得是服务意识的增强。虽然都是以“Ｓ”结尾，但此“S"非彼“S”。前者指的是交换，后者则是服务.作为一种服务,ＶＰＬＳ供应了强健的、可伸缩的、支持ＱoS和实现SLＡ的多点以太网VPＮ服务.VPLS实质上将不同站点中的多条以太网局域网连接在一起,就似乎它们连接在同一个以太网网段上。它利用ＭPLS协议在规律电路或隧道构成的网格上供应多点以太网连接，并具有流量工程、弹性和故障切换的更多好处。VPLＳ使运营商可以轻松、高性价比地供应可管理的以太网ＶＰN服务.本质上，VPＬS服务的主要诱人之处是能够以低于其他传输服务的费用供应更多的带宽。例如，将T-１帧中继网络升级为1０Mbps以太网服务的客户，将得到7倍于原来的带宽，而价格只增加一倍。除了支持完全的网状网络外,ＶPLS还为客户消除了与他们的运营商共享3层路由信息的需要,而共享3层路由信息可能是个令人头痛的问题，或者可能会违反企业政策。ＶPＬS服务的另一个好处是VＰLS可以支持数量格外大的站点。随着对以太网服务的需求增长，分割传输流的基础以太网机制开头受到网络可以支持的ＶLＡN的数量的限制.ＶPLＳ定义了将这个数字扩展到数百万的方法,因此随着以太网服务的普及,这可能使更多的运营商支持ＶＰLS。此外VPLＳ还可以为不同的应用供应不同的服务质量,而这是运行VｏIＰ及视频服务的关键。但是,即使ＶＰＬＳ具有这么优异的服务精神,还是会遇到其他“服务员”的挑战.如IＰVPＮ等其他新技术的流行仍可能会阻碍ＶPLS.还有人认为,ＶＰLS永久不会达到帧中继的水平。无论如何,VPLS可以为服务供应商带来巨大的进展潜力,它比传统服务具有更大的灵敏性、可伸缩性和更低的费用，并且符合当前企业用户的选购标准.虽然城域以太网服务目前只具有有限的ＯAM功能，但是随着厂商和标准组织连续解决这些问题,将来VPＬS优势会越来越大。

ＨＶＰLS技术让以太网当上主角○徐涌以太网始终被广泛应用,今日,服务供应商在尝试能否将以太网作为下一代宽带融合网络架构的基础,同时为企业和个人用户供应网络电话、视频点播、网络电视、高清电视及网络游戏等一系列服务。但以前，它们根本不会这么想。在上世纪九十年月后期，运营商部署的以太网并不十分令人满意。那时候的以太网缺乏扩展性,无法满意成千甚至上百万的用户数量，牢靠性也有待提高，同时缺乏对不同应用供应QoS的支持.２０００年对于网络技术来说具有划时代的意义，基于MPLS的以太网正式消灭了。ＭPLS弥补了以太网缺乏的可扩展性、牢靠性和QoS。但以太网的进展并未就此止步不前。200２年,VＰLS消灭了。尽管它被称为服务，但这种基于MPＬS的技术已不仅限于企业服务，它还是一种协议.作为企业服务，VPLS是专线的有力替代者，具有点对多点的连接。更为重要的是,作为协议,它为以太网带来了更高的牢靠性、可扩展性和ＱoS.实际上，VPLS供应了很高的牢靠性，当任何的路由器消灭故障时,数据流可从备份路径走，流量的停顿仅为几千分之一秒，人类的视觉和听觉根本感受不到这种特别。VPLS也给网络管理员供应了更为有效的手段，跟踪网络故障，以便准时修复。现在,以太网又向前迈进了一步，消灭了分层VＰLS（ＨVＰLＳ)。这种最新推出的技术也是建立在ＭＰＬS基础之上的,它使得以太网的扩展性可以在宽阔的地理范围内支持上百万用户。这对于以以太网作为城域网的基础架构是必要的。在移动运营商的激烈竞争下，固网运营商话音收入不断降低，迫切需要新的收入来源.像网络电视这样的新服务能弥补传统业务收入的下降.但这里必须保持微妙的平衡。为了将用户从有线电视和卫星电视运营商那里吸引过来,电信运营商必须能供应相同或更好的服务，或以更低的价格供应捆绑话音、视频和数据的服务。这就意味着它们必须为其网络尽可能地提高效率，避开由于低价而使利润受损。同时，它们必须确保最终用户从服务中受益，格外是视频服务上获得高质量的体验。HVＰLS还能使服务供应商在网络内动态地安排带宽，在用户间建立独特的区间.ＨVPLS还能更有效地使用网络带宽,格外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使城域网的核心部分负荷大大降低。也许,以太网这种最新的进展最吸引服务供应商的地方还是和当时一样：成本。MPLＳ以太网路由器用于HＶPLＳ网络要比IＰ或多服务边缘路由器（ＭuｌiｔsｅrvｉceEｄgeＲoｕter）来得廉价，而且HVPLS网络运营更为简便，成本也更低。今日的运营商正在寻求新的具有前瞻性的投资方向。那么，将MPLS、VPＬS和ＨＶＰＬS的可扩展性、牢靠性和QｏS与以太网的成本优势结合起来，运营商级以太网就能供应十分吸引人的解决方案,这正是运营商所期望的。中国乃至全球，服务供应商正评估部署三重应用（Trｉplｅ-Play）的可能性。今日的网络已经和以前大不一样了。今日的以太网技术能力助服务供应商成功地迎接新的挑战，并保持竞争力。（本文作者为美国瑞通网络亚太区副总裁）HVＰＬＳ技术让以太网当上主角○徐涌以太网始终被广泛应用，今日,服务供应商在尝试能否将以太网作为下一代宽带融合网络架构的基础，同时为企业和个人用户供应网络电话、视频点播、网络电视、高清电视及网络游戏等一系列服务。但以前，它们根本不会这么想。在上世纪九十年月后期,运营商部署的以太网并不十分令人满意。那时候的以太网缺乏扩展性，无法满意成千甚至上百万的用户数量,牢靠性也有待提高，同时缺乏对不同应用供应ＱoＳ的支持。2００0年对于网络技术来说具有划时代的意义，基于MPLS的以太网正式消灭了。MPLS弥补了以太网缺乏的可扩展性、牢靠性和QoＳ。但以太网的进展并未就此止步不