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TMPLS的关键技术研究0

2019/04/25 来源:芜湖信息港

导读

1引言20世纪90年代初SDH(synchronousdigitalhierarchy)作为基于电路交换的传送标准技术在业界已达成共鸣。

1引言

20世纪90年代初SDH(synchronousdigitalhierarchy)作为基于电路交换的传送标准技术在业界已达成共鸣。但是随着SDH络交叉粒度越来越大、低速率业务的数量和种类逐渐增加,基于电路交换的传送已不能满足在通讯络中灵活高效地传输多业务的需求,为此,下一代络(NGN)研究提出络层次间相互融合的整体趋势。传送中T-MPLS(transportmulti-protocol label switching)的提出就是MPLS(multi-protocol label switching,)技术和SDH等传统传送技术相互融会产生的结果,是MPLS在传送上应用的一种新形式。T-MPLS以IP/MPLS技术和标准为基础,去除与面向连接无关的特点,弥补了电路传送功能的缺点,为下一代传送向着更高的传输速率、更可靠的生存性、更高效的性能、更灵活的控制和管理等方向发展提供了保障。与MPLS技术相比,T-MPLS在点对点的双向LSP(label switched path)操作、端到端的LSP保护、高效的操作管理维护和传输络资源的优化控制等方面大有优势,从而使得络操作代价更低,更能满足市场需求。

2 T-MPLS技术背景

2.1原有传送技术面临的问题

运营商要想在资源有限和竞争剧烈的环境中谋求发展、取得效益,必须对其提供的服务和承载的络不断完善。特别是在新业务(如Ethernet、IP-VPN、VoIP、IPTV、IP视频会议、三重播放等)迅速发展的今天,原有传送技术已不能满足运营商们低投入高回报的需求,目前面临的问题如下:

·NGN的发展和PSTN(公用交换)的换代;

·未来分组业务发展的体系构架和承载平台的选择;

·络效率、可扩展性和管机制的完善;

·大量出现的新业务对原有业务的支持与融合;

·如何减少络转变总开消(CAPEX+OPEX)。

面对这些挑战,MPLS虽然能够在IP/MPLS核心络中承载多种业务,但在操作技术和资源的控制、管理、保护方面均过于复杂。若要在IP/MPLS络中高容量地传送新型业务,代价也会十分昂贵(特别对OPEX)。因此如何将MPLS络转变成传送类络(carrier-classnetwork),如何通过以太在SDH/SONET上传送新型业务和如何以分组的形式转发TDM(timedivisionmultiplexing)业务,成了运营商们不能不思索的问题。在这种情况下,一种面向连接的新型分组交换传送技术——T-MPLS应运而生,其络构架如图1所示。

图1 T-MPLS的络构架

2.2 T-MPLS的标准化进程

2005年5月,ITU-T第15研究组就开始对T-MPLS进行标准化工作,初目的是为了支持以太业务。但是,好的传送体系应当向着本钱的主流分组演变(即运营商应避免对已有管理模式的重复操作,并将降低操作代价作为络转变的主要目的),所以ITU-T在G.805和G.809建议的基础上定义了T-MPLS的体系构架,并加强了其客户/服务层体系。这使得T-MPLS不但能够处理所有的分组业务(包括IP/MPLS),也能够支持SDH/SONET和OTH(opticaltransportnetwork)上的电路业务。目前此标准已得到6家主流通讯厂商和超过70%的光传送装备的支持,相干的初期产品已投入市场。

虽然T-MPLS络的体系结构与基于电路的传送络相同,但是T-MPLS络具有更广的扩大空间、更低的操作复杂度和更简易的管理模式。这类强大的优势不但吸引了运营商的关注,同时也加速了T-MPLS的标准化进程。在2006年初的日内瓦会议上,ITU-T通过了3篇草案(G.8110.1、G.8112、G.8121)。以后,ITU-T根据IETF和MFA论坛的建议,前后在T-MPLS的OAM和生存性方面进行了补充,经过几次修正,截至2006年11月构成以下6篇标准:

·G.8110.1:T-MPLS层络体系构架;

·G.8112:T-MPLS接口;

·G.8121:T-MPLS装备;

·G.8131:T-MPLS线性保护交换;

·Y.17tor:T-MPLSOAM要求;

·Y.17tom:T-MPLSOAM技术。

3 T-MPLS的特征及关键技术

3.1T-MPLS的主要特征

T-MPLS在MPLS-TE的基础上对传送进行优化和完善,其主要特征[1]有:

·采取RSVP-TE作为信令协议;

·数据平面使用双向LSP,通过在同一路径上配置前向和后向LSP;

·支持保护和恢复;

·支持隧道模式;

·支持基于NMS、MPLS和ASON/GMPLS的控制平面;

·支持组播和可管理的带宽业务;

·支持不同的信令通讯(signallingcommunication network, SCN)链路(包括同享路径的SCN链路、共享跳的SCN链路、独立的SCN链路);

·在管道和短管道模式中支持EXP、TTL和基于DiffServ的QoS机制;

·不使用等价多路径(ECMP)和倒数第二跳弹出(PHP)等与IP相干的MPLS特性。

3.2 T-MPLS与MPLS的辨别

T-MPLS作为MPLS一个严格面向连接的子集,继承了MPLS中OAM(运营保护管理)和保护恢复的方法,同时也对MPLS的技术要素进行了裁减,其中主要方面有:

·无IP层转发功能:MPLS络中的路由节点不但要支持数据在MPLS层转发,同时也要支持在IP层转发,而在T-MPLS络只工作在第二层。

·采取双向LSP:MPLS中LSP是单向的,而传送一般需要提供双向连接,因此T-MPLS要采取相同的节点和链路,来保证前向和后向LSP成对出现。

·无LSP合并选项:MPLS采取LSP合并功能加强了可扩展性,但是不明确的流量来源使得OAM和PM(性能管理)的实现更加困难,因此它不满足T-MPLS面向连接的要求。

·无PHP选项:MPLS为简化出口标签路由器的处理采取了PHP,但其入口处的IP、MPLS分组复合功能和目的节点处的IP查询功能增加了OAM的复杂度,不符合T-MPLSOAM需求。

·无ECMP选项:ECMP不但需要MPLS标签处理,而且需要附加IP头处理,使得连通性验证(CC)流和PM流会沿着不同的路径传送,超出了T-MPLS面向连接的范畴。

·无精细的包丢失处理:MPLS络中存在着大量的短生存周期业务流(特别是承载IP数据时),需要精细的包丢失处理进程。而T-MPLS络高效传输速率克服了这些缺点。

另外,T-MPLS在MPLS伪线(PW)传输技术的基础上,吸收了多业务承载、TDM业务仿真等技术,融会了3层IP、2层PWE3(端到端伪线仿真)和1层TDM/OTN技术的优点,使得IP、以太等业务在SDH/OTN物理层上和在以太物理层上都可以承载,充分体现了下一代分组传送的融合趋势。

3.3 T-MPLS的关键技术

T-MPLS在短短的时间内就能够吸引众多运营商的关注,主要原因就在于它能够在已有标准的基础上减少新标准的发展并保证新旧标准的互通性。IETF和MFA论坛的加入更加丰富了T-MPLS的标准基础,从而各标准间的融合成了专家们研究工作的重点。下面根据G.8110[2]和IETFRFC所定义的传送构架,详细分析T-MPLS融合的关键技术。

3.3.1 T-MPLS的转发行为

T-MPLS的转发行动融会了IETF建议中的MPLS转发行动技术[3],并保存了MPLS中通用数据/转发平面的主要特性。简单描述为:T-MPLS络为进入中的数据包分配标签,并通过对标签的交换来实现数据包的转发,当数据包要退出T-MPLS络时,数据包被去除标签封装并继续按原有路由信息传输。如图2所示,T-MPLS络包括边沿络的标签边沿路由器(LER)、核心络的标签交换路由器(LSR)和各节点之间的路径(LSP)。数据包通过LER实现进入和退出T-MPLS络,通过LSR实现高速交换。与MPLS不同的是,全部转发进程屏蔽了IP层的所有信息,且不支持PHP和LSP的合并。

图2 标签转发过程

T-MPLS和MPLS一样支持辨别业务(DiffServ)的各种机制,但目前研究只简单描写了标签推及LSP(label-infered-lSP)和实验推及LSP(EXP-infered-LSP)两种情势,对扩大的实验推及LSP和多路径技术等技术,标准组织还需做进一步的研究并定义相应的类型长度值(TLV)。另外,各组织还应根据T-MPLS络的转发特性专门定义标签分发协议(LDP)和相关路由协议。

3.3.2 T-MPLS的生存性机制

T-MPLS的生存性机制融会了ITU-TY.1720建议中的MPLS保护倒换技术,制定了线性保护倒换机制[4]和环路保护机制。另外,ITU-TG.8131又根据T-MPLS络拓扑的不同类型定义了“链路级保护”和“子级保护”两种保护体系结构,提供了单向和双向两种倒换类型,同时也给出了返回和非返回两种保护操作类型。这些机制可以根据需要进行不同方式的组合,如单向/双向“1+1”路径保护倒换、单向“1+1”SNC/S保护倒换和双向“1:1” SNC/S保护倒换等。另外参考文献[4]还给出人工和自动两种保护倒换触发机制,保证了络故障的高效恢复。

链路级保护是专用的端到端的保护体系结构(如图3所示),用来提供T-MPLS连接保护,它可以应用到不同的络(如格状、环形等)中。子级保护主要对单个或多个子连接的某一部份(如两个单独通道的有效部份)进行保护,该方法中两个独立的子连接作为工作和保护传送实体存在(如图4所示)。ITU-T等标准化组织目前只给出“1:1”、“1+1”和SNC/S3种保护方式。对结构复杂的T-MPLS络,还应结合单向、双向两种倒换类型制定1:n、m:n、SNC/N等多种复杂性较低的保护倒换机制和快速自动保护倒换机制。另外,G.8131只给出了自动保护倒换(APS)的帧结构,对T-MPLSOAM中的APS数据包格式还需进行专门研究。

图3 链路级保护倒换

图4 子级保护倒换

3.3.3 T-MPLS的OAM机制

只有具有高效的OAM机制,才能保证用户流量的高质量传输。因此T-MPLS的OAM机制必须满足如下要求:所有的OAM功能需要给定的T-MPLS连接支持;应独立于任何专用控制平面;应支持客户层/服务层OAM关系;要有简易的配置方式(自动配置);服务提供者要能够自动检测、通知与保护实体相干的故障;OAM功能和方法对操作者要具有可选性;故障产生时必须采取相应的措施(如对故障进行检测、诊断、定位、通知络管理系统和故障恢复等)。为了满足这些要求,ITU-T鉴戒了MPLS络中的OAM机制(Y.1711建议)和以太中的OAM机制(Y.1731建议)。其中Y.1711定义的OAM概念和方法(如连通性认证、告警抑制以及远程故障标识等)在T-MPLS中仍然有效,并且不需要复杂的IP数据平面功能。另外T-MPLS的OAM机制也增添了一些Y.1731建议中的故障管理方法(如链路追踪、环回、自动保护交换、锁定、测试等),但具体建议还没有给出,有待进一步完善。

Y.17tom建议草案[5]从连通性管理、故障管理和性能管理3个方面确保了T-MPLS络操作保护的高效性,但要满足运营商在Y.17tor建议中的OAM要求,目前的研究进展还远远不够。连通性管理制定了连通性认证(CV)和快速故障检测(FFD),故障管理制定了前向故障标识(FDI)和后向故障标识(BDI)。但是,对故障管理方法(如链路追踪、环回、自动保护交换、锁定、测试等)、故障类型判断标准、性能管理和按需要求的OAM等方面,Y.17tom并没有定义。标准化组织还应在以太OAM标准(ITU-TY.1731与IEEE802.1ag)的基础上进行完善。

3.3.4 T-MPLS控制平面

T-MPLS的控制平面将采取ASON/GMPLS协议。ITU-T虽然还没有给出具体建议[6],但是根据运营商对业务传输质量和操作技术的需求及ASON/GMPLS控制平面协议,可以得出T-MPLS控制平面应具有以下功能:

·要独立于数据平面或管理平面的选择;

·要能够控制T-MPLS络中的所有传送技术;

·要能够区分T-MPLS层络和其他层络的信息资源;

·支持域间的拓扑隐藏和地址独立;

·支持域邻界处(不同域的连接处)地址标识或组名的性;

·支持端点名称和络地址之间的转换;

·支持预先建立的连接保护;

·支持束缚路由的路由策略;

·支持T-MPLS路径、络连接和子连接的建立、维护和释放;

·支持层络的分割机制;

·支持保护实体组端点(MEP)功能和保护实体组中间点(MIP)功能;

·支持所有的连接模式(如P2P、P2MP);

·要具有通用性。

以上这些要求有助于更好地理解T-MPLS控制平面特性。其中两个重要的特性包括独立于客户层和服务层络和兼容于现有的传送操作和管理模式。T-MPLS控制平面要满足这些功能不能像今天的SDH/SONET和OTN/WDM那样采用人工/自动的提供方式,必须赋予它更加动态、智能的操作。理想的选择是在ASON/GMPLS控制平面技术的基础上进行完善。其中的关键在于如何将T-MPLS的潜伏要求和对多标准间的调和控制加入到GMPLS协议中,这对通信设备间的互操作有着十分重要的意义。

4 未来工作展望

目前的研究工作只是从数据平面对T-MPLS的构架进行定义,为适应大规模部署的下一代络,完善上述关键技术的同时,其他领域仍需要做进一步的研究。ITU-T和IETF标准组织也为此加强了合作,其工作重点主要有:

(1)多点到多点的连接

多点连接的拓扑络中多点请求的有效处理对OAM有着深远影响,T-MPLS子连接拓扑中,点到多点的服务层络只能支持点到多点的客户层络,而对于多点到多点的子连接ITU-T并没有给出标准定义。要保证不同链路连接和子连接的明确和不交叉,标准组织必须对OAM层间互连机制标准化。

(2)客户/服务层体系

T-MPLS的体系构架是在层络的框架内建立的。它要求层络间的操作独立于客户层和控制层,使得用户信息(任何分组业务)在T-MPLS络上的传送变得更加透明、安全和完全。G.8110.1[1]详细描写了T-MPLS/IP、T-MPLS/ETH、SDH/T-MPLS、OTN/T-MPLS、T-MPLS/T-MPLS、ETH/T-MPLS、PDH/T-MPLS等层络间信息的适配和处理,但对T-MPLS/ATM、T-MPLS/MPLS、GMPLS/T-MPLS等层络间信息的适配和处理没有给出具体建议。

(3)与MPLS络的互操作

对T-MPLS与MPLS系统连接问题(即MPLSPW与T-MPLSPW间的互联互通问题),ITU-T提出了以下两种解决方案:方案一是通过与T-MPLS相同的选项配置MPLS接口,在T-MPLS接口和现有的全特性全配置MPLS接口之间实现互操作,此时两接口之间的链路将是T-MPLS链路。方案二是通过与T-MPLS不同的选项,在T-MPLS支持的传送平台和现有的MPLS接口之间实现互操作,此时传送平台与MPLS之间的链路不是T-MPLS链路。由于之前关于PW3的标准化工作一直由IETF承当,所以对这两种方案如何选择,还要与IETF一起做进一步讨论并制定标准规范。

(4)对传送以太的支持

以太业务依托固有的方便性、灵活性和便宜的价格为广大终端用户所接受。其中以太专线(EPL)、以太虚拟专用线(EVPL)、以太专用LAN(EPLAN)、以太虚拟专用LAN(EVPLAN)等承当了未来主要的分组业务。同时以太具有完全的络基础设施支撑(如OTN/WDM、SDH/SONET、DSL、PON等)和忠实的终端用户群体,所以T-MPLS的广泛发展离不开对传送以太的支持,厂商可以从此角度开发相应的装备。

总之,目前对T-MPLS的研究大都处在草案制定阶段,其关键技术和在多领域的运用还不成熟,必须引入其他络的成熟技术并做进一步的讨论,这也是ITU-T、IETF和MFA论坛今后合作的重点。

5结束语

本文从T-MPLS的技术背景、研究进程和关键技术等方面作了较详细的分析,为下一步的研究指出了方向。T-MPLS作为下一代传送向多业务传送分组演进的核心技术是络发展的必定,并有着非常广阔的发展空间,随着研究工作的进一步深入和完善,T-MPLS的优势将逐步明确。

参考文献

1ITU-TDraft New Rec G.8110.1. Architecture of transport MPLS (T-MPLS) layer network, Feb 2006

2ITU-TRec G.8110. MPLS layer network architecture, Jan 2005

tiprotocol label switching architecture, Jan 2001

4ITU-TDraft Rec G.8131. Linear protection switching for transport MPLS networks, Nov 2006

5ITU-TDraft Rec Y.17tom v0.1. Operation maintenance mech- anisms for T-MPLS layer networks, Jun 2006

6ITU-TDraft Amendment.1 to G.8110.1, Nov 2006

ResearchAboutKeyTechnology of T-MPLS

QiYunlei,QuHua

(Xi’anUniversityofPosts Telecommunications, Xi’an 710061, China)

AbstractWiththe rapid development of telecommunication services, the convergence between the different layers has become the main developing trend of communication field in the future. As a new convergent technology about the transport plane, T-MPLS meets the many requirements of the next-generation transport packet-based network, such as high speed, multi-services, good performance. Based the newly research on T-MPLS technology, this paper analyses the problems the transport technology exits today, summarizes different key technologies of T-MPLS, including forwarding behaviors, survivability mechanism, OAM mechanism and so on. It also presents the shortcomings in the study and illustrates the direction of future work program.

Keywordstransport MPLS,MPLS,survivability, OAM

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