浅析PTN技术（南京处 谢舒迟 30060832）

chitow

浅析PTN技术
（南京处 谢舒迟 30060832）

PTN（分组传送网，Packet Transport Network）是指这样一种光传送网络架构和具体技术：在IP业务和底层光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撑多业务提供，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。
PTN支撑多种基于分组交换业务的双向点对点连接通道，具有适合各种粗细颗粒业务、端到端的组网能力，提供了更 加适合于IP业务特性的“柔性”传输管道；点对点连接通道的保
   
PTN
护切换可以在50毫秒内完成，可以实现传输级别的业务保护和恢复；继承了SDH技术的操作、 管理和维护机制，具有点对点连接的完整OAM，保证网络具备保护切换、错误检测和通道监控能力；完成了与IP/MPLS多种方式的互连互通，无缝承载核心 IP业务；网管系统可以控制连接信道的建立和设置，实现了业务QoS的区分和保证，灵活提供SLA等优点。
　　另外，它可利用各种底层传输通道（如SDH/Ethernet/OTN）。总之，它具有完善的OAM机制，精确的故障定位和严格的业务隔离功能，最大限度地管理和利用光纤资源，保证了业务安全性，在结合GMPLS后，可实现资源的自动配置及网状网的高生存性。
典型技术
　　就实现方案而言，在目前的网络和技术条件下，总体来看，PTN可分为以太网增强技术和传输技术结合MPLS两大类，前者以PBB-TE为代表，后者以T-MPLS为代表。当然，作为分组传送演进的另一个方向——电信级以太网（CE，CarrierEthernet）也在逐步的推进中，这是一种从数据层面以较低的成本实现多业务承载的改良方法，相比PTN，在全网端到端的安全可靠性方面及组网方面还有待进一步改进。
PBT技术
　　PBB技术的基本思路是将用户的以太网数据帧再封装一个运营商的以太网帧头，形成两个MAC地址。PBB的主要优点是：具有清晰的运营网和用户间的界限，可以屏蔽用户侧
   
PTN网络架构
信息，实现二层信息的完全隔离，解决网络安全性问题;在体系架构上具有清晰的层次化结构，理论上可以支撑1600万用户，从根本上解决网络扩展性和业务扩展性问题;规避了广播风暴和潜在的转发环路问题：无需担心VLAN和MAC地址与用户网冲突，简化了网络的规划与运营;采用二层封装技术，无需复杂的三层信令机制，设备功耗和成本较低;对下可以接入VLAN或SVLAN，对上可以与VPLS或其他VPN业务互通，具有很强的灵活性，非常适合接入汇聚层应用;无连接特性特别适合经济地支撑无连接业务或功能，如多点对多点VPN(E-LAN)业务、IPTV的组播功能等。PBB的主要缺点是：依靠生成树协议进行保护，保护时间和性能都不符合电信级要求，不适用于大型网络;依然是无连接技术，OAM能力很弱;内部不支撑流量工程。在PBB的基础上，关掉复杂的泛洪广播、生成树协议以及MAC地址学习功能，增强一些电信级OAM功能，即可将无连接的以太网改造为面向连接的隧道技术，提供具有类似SDH可靠性和管理能力的硬QoS和电信级性能的专用以太网链路，这就是所谓的PBT(网络提供商骨干传送)技术，又称PBB-TE。
　　PBT技术的显著特点是扩展性好。关掉MAC地址学习功能后，转发表通过管理或者控制平面产生，从而消除了导致MAC地址泛洪和限制网络规模的广播功能;同时，PBT技术采用网管/控制平面替代传统以太网的“泛洪和学习”方式来配置无环路MAC地址，提供转发表，这样每个VID仅具有本地意义，不再具有全局唯一性，从而消除了12bit(4096)的VID数限制引起的全局业务扩展性限制，使网络具有几乎无限的隧道数目(260)。此外，PBT技术还具有如下特点：转发信息由网管/控制平面直
   
PPB帧演化
接提供，可以为网络提供预先确知的通道，容易实现带宽预留和50ms的保护倒换时间;作为二层隧道技术，PBT具备多业务支撑能力;屏蔽了用户的真实MAC，去掉了泛洪功能，安全性较好;用大量交换机替代路由器，消除了复杂的IGP和信令协议，城域组网和运营成本都大幅度下降;将大量IEEE和ITU定义的电信级网管功能从物理层或重叠的网络层移植到数据链路层，使其能基本达到类似SDH的电信级网管功能。
　　然而，PBT存在N²问题，需要大量连接，管理难度加大;其次，PBT只能环型组网，灵活性受限;再次，PBT不具备公平性算法，不太适合宽带上网等流量大、突发较强的业务，容易存在设备间带宽不公平占用问题;最后，PBT和PBB多了一层封装，在硬件成本上必然要付出相应的代价。
T-MPLS技术
　　T-MPLS（Transport MPLS）是一种面向连接的分组传送技术，在传送网络中，将客户信号映射进MPLS帧并利用MPLS机制（例如标签交换、标签堆栈）进行转发，同时它增
   
T-MPLS网络架构
加传送层的基本功能，例如连接和性能监测、生存性（保护恢复）、管理和控制面（ASON/GMPLS）。总体上说，T-MPLS选择了MPLS体系中有利于数据业务传送的一些特征，抛弃了IETF（Internet Engineering Task Force）为MPLS定义的繁复的控制协议族，简化了数据平面，去掉了不必要的转发处理。T-MPLS继承了现有SDH传送网的特点和优势，同时又可以满足未来分组化业务传送的需求。T-MPLS采用与SDH类似的运营方式，这一点对于大型运营商尤为重要，因为他们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。由于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，因此T-MPLS的实现要比IP/MPLS简单，包括设备实现和网络运营方面。T-MPLS最初主要是定位于支撑以太网业务，但事实上它可以支撑各种分组业务和电路业务，如IP/MPLS、SDH和OTH等。T-MPLS是一种面向连接的网络技术，使用MPLS的一个功能子集。
　　T-MPLS的主要功能特征包括：
　　（1）T-MPLS的转发方式采用MPLS的一个子集：T-MPLS的数据平面保留了MPLS的必要特征，以便实现与MPLS的互联互通。
　　（2）传送网的生存性：T-MPLS支撑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。
　　（3）传送网的OAM机制：T-MPLS参考Y.1711定义的MPLS OAM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。
　　（4）T-MPLS控制平面：初期T-MPLS将使用管理平面进行配置，与现有的SDH网络配置方式相同。目前ITU-T已经计划采用ASON/GMPLS作为T-MPLS的控制平面，下一步将开始具体的标准化工作。
　　（5）不使用保留标签：任何特定标签的分配都由IETF负责，遵循MPLS相关标准，从而确保与MPLS的互通性。
　　由于T-MPLS是利用MPLS的一个功能子集提供面向连接的分组传送，并且要使用传送网的OAM机制，因此T-MPLS取消了MPLS中一些与IP和无连接业务相关的功能特性。T-MPLS与MPLS的主要区别如下：
　　（1）IP/MPLS路由器是用于IP网络的，因此所有的节点都同时支撑在IP层和MPLS层转发数据。而传送MPLS只工作在L2，因此不需要IP层的转发功能。
　　（2）在IP/MPLS网络中存在大量的短生存周期业务流。而在传送MPLS网络中，业务流的数量相对较少，持续时间相对更长一些。
　　而在具体的功能实现方面，两者的主要区别包括：
　　（1）使用双向LSP：MPLS LSP都是单向的，而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组合成一条双向LSP。
　　（2）不使用倒数第二跳弹出（PHP）选项：PHP的目的是简化对出口节点的处理要求，但是它要求出口节点支撑IP路由功能。另外由于到出口节点的数据已经没有MPLS标签，将对端到端的OAM造成困难。
　　（3）不使用LSP聚合选项：LSP聚合是指所有经过相同路由到同一目的节点的数据包可以使用相同的MPLS标签。虽然这样可以提高网络的扩展性，但是由于丢失了数据源的信息，从而使得OAM和性能监测变得很困难。
　　（4）不使用相同代价多路径（ECMP）选项：ECMP允许同一LSP的数据流经过网络中的多条不同路径。它不仅增加了节点设备对IP/MPLS包头的处理要求，同时由于性能监测数据流可能经过不同的路径，从而使得OAM变得很困难。
　　（5）T-MPLS支撑端到端的OAM机制。
　　（6）T-MPLS支撑端到端的保护倒换机制，MPLS支撑本地保护技术FRR。
　　（7）根据RFC3443中定义的管道模型和短管道模型处理TTL。
　　（8）支撑RFC3270中的E-LSP和L-LSP。
　　（9）支撑管道模型和短管道模型中的EXP处理方式。
　　（10）支撑全局唯一和接口唯一两种标签空间。
典型技术比较
　　PTN可以看作二层数据技术的机制简化版与OAM增强版的结合体。在实现的技术上，两大主流技术PBT和T-MPLS都将是SDH的替代品而非IP/MPLS的竞争者，其网络原
   
PBT和T-MPLS技术主要协议的简单比较
理相似，都是基于端到端、双向点对点的连接，并提供中心管理、在50毫秒内实现保护倒换的能力；两者之一都可以用来实现SONET/SDH向分组交换的转变，在保护已有的传输资源方面，都可以类似SDH网络功能在已有网络上实现向分组交换网络转变。
　　总体来看，T-MPLS着眼于解决IP/MPLS的复杂性，在电信级承载方面具备较大的优势；PBT着眼于解决以太网的缺点，在设备数据业务承载上成本相对较低。标准方面，T-MPLS走在前列；PBT即将开展标准化工作。芯片支撑程度上，目前支撑Martini格式MPLS的芯片可以用来支撑T-MPLS，成熟度和可商用度更高。在现实中的应用以及其对成本和收入的影响将会是判断它们是否成功的最终条件，现在判断谁会胜出还为时尚早。
解决方案：
　　PTN产品为分组传送而设计，其主要特征体现在如下方面：灵活的组网调度能力、多业务传送能力、全面的电信级安全性、电信级的OAM能力、具备业务感知和端到端业务开通管理能力、传送单位比特成本低。
   
PTN解决方案示例
为了实现这些目标，同时结合应用中可能出现的需求，需要重点关注TDM业务的支撑能力、分组时钟同步、互联互通问题。
　　TDM业务的支撑方式
　　在对TDM业务的支撑上，目前一般采用PWE3（PseudoWireEmulationEdge-to-Edge，端到端伪线仿真）的方式，目前TDMPWE3支撑非结构化和结构化两种模式，封装格式支撑MPLS格式。
　　分组时钟同步
　　分组时钟同步需求是3G等分组业务对于组网的客观需求，时钟同步包括时间同步、频率同步两类。在实现方式上，目前主要有如下三种：同步以太网、TOP（TimingOverPacket）方式、IEEE1588V2。
　　互联互通问题
　　PTN是从传送角度提出的分组承载解决方案。技术可以革命，网络只能演进。运营商现网是庞大的MSTP网络，MSTP节点已延伸至本地城域的各个角落。PTN网络必须要考虑与现网MSTP的互通。互通包括业务互通、网管公务互通两个方面。
　　目前在商用化方面来看，鉴于标准、产业成熟度、关键问题的解决进度等问题，各个厂商在标准、产品等方面虽然都投入了不少精力，但总的来说，推出解决方案和成熟产品的企业并不是太多，实际商用的并不多。烽火通信作为国内优秀的通信产品及解决方案提供商，在光通信和数据通信领域的深厚技术积累为技术和产品转型赢得了先机。作为国内最早开始研发MSTP设备的制造商之一，从2000年开始研发到2003年后大规模的商用的过程中，积累了丰富的数据和传输经验，并在此过程中不断完善MSTP产品，通过了各大运营商的大型测试。作为光谷的龙头企业，多年来承担了众多的相关“863”项目，如完成在MPLS技术上的“具有虚拟专用网功能的多业务传送平台实现技术”，并成功通过验收和商用，积累了丰富的MPLS技术和应用经验；完成了“863”项目“自动交换光网络节点设备研制与系统试验”，在控制平面上积累了丰富的研发和商用工程经验；完成了“863”项目“基于千兆以太网的宽带无源光网络系统”，以多项领先的技术和成熟稳定的产品领航FTTx市场，其中包括TDM over IP技术。这些技术的积累和成熟产品的应用，都为基于分组技术的光传送网的研究和产品开发打下了深厚的基础。
应用及引入策略
　　分组化是光传送网发展的必然方向，未来本地网依然在相当长的时间内面临多种业务共存、承载的业务颗粒多样化、骨干层光纤资源相对丰富等问题，在考虑PTN产品网络引入的过程中，需要注意引入策略和网络承接性的问题，在现有的网络中引入分组传送技术和设备还是应该非常慎重，逐步分步实施：
　　首先PTN（Packet Transport Network）的切入应该是在FE成为主流的业务接口后再逐步实施。由于分组传送设备产业链的成熟将稳步推进，在2010年后才会相对成熟，同时技术标准的选择和芯片厂家、设备商的支撑度等因素均会影响到演进的节奏。
　　而核心层采用的OTN/WDM技术目前正在逐步成熟，可以逐步商用，但由于目前OTN技术的不同模块发展极不平衡，所以对于商用的步骤应有所考虑，建议现阶段可以考虑引入G.709接口，2008年后可考虑引入目前基本成熟的ROADM设备，2009年后再考虑引入OTN的电交叉设备。在PacketTiming标准和产业链成熟后，可以正式切入全业务运营的分组传送网。最终可实现PTN+OTN+WDM的城域传送网全面分组化演进。
　　在建设方式上，可以考虑采用业务分担式的二平面方式，通过本地核心汇聚层到接入层的自上而下的引入策略，最终实现网络向扁平化方向发展。
　　IP化是网络发展的必然趋势，面临技术和网络转型期的通信业正在积极跟进相关技术和产业的发展动向。目前作为分组传送网的代表技术PBT、T-MPLS还面临着标准、芯片成熟度、产品成熟度和应用模式等多方面的完善问题，同时任何一种技术的网络规模应用都是一个逐步演进的过程，客观的去看待技术的更新和网络的演进是变革时期整个产业链都需要思考的问题。

参考文献：

[ 本帖最后由 tomtuo 于 2011-8-23 11:01 编辑 ]