分组传送网技术（PTN）若干问题分析

分组传送网(PTN)目前还没有一个标准的定义。从广义的角度讲，只要是基于分组交换技术，并能够满足传送网对于运行维护管理(OAM)、保护和网管等方面的要求，就可以称为PTN。具体的分组交换技术可以是多协议标记交换(MPLS)、传送多协议标记交换(T-MPLS/MPLS-TP)、以太网、运营商骨干桥接-流量工程(PBB-TE)、弹性分组环(RPR)等。前两年通信业界一般理解的PTN技术主要包括T-MPLS和PBB-TE。近期由于支持PBB-TE的厂商和运营商越来越少，中国已经基本上将PTN和T-MPLS/MPLS-TP划上了等号。本文中提到的PTN均指基于T- MPLS/MPLS-TP的PTN设备。

　　从T-MPLS到MPLS-TP，国际电信联盟电信标准部门(ITU-T)和因特网工程任务组(IETF)经过了多年的竞争和协商达成了共识，体现了传送领域和数据领域之间从竞争到融合的发展历程。可以说MPLS-TP是传送领域和数据领域的利益竞争和平衡协调的产物。目前，IETF已获得了 MPLS-TP标准开发的主导权，ITU-T SG15在MPLS-TP标准中的开发话语权已逐渐被IETF剥夺，转为以企业和个人专家方式参与[1-6]。

　　本文将对PTN/MPLS-TP技术和标准发展过程中的几个关键问题进行探讨，内容包括端到端的服务质量(QoS)实现机制、网络分层结构、三层(L3)功能的引入和数据平面环回功能等，并基于PTN网络建设维护和开展业务的需求提出了个人观点。

　　1 PTN网络中的QoS技术

　　QoS是指网络通信过程中，允许用户业务在丢包率、延迟、抖动和带宽等方面获得可预期的服务水平。 PTN设备的QoS功能包括流分类、标记、速率限制、带宽保证、流量整形、调度策略等。PTN网络中业务的QoS主要由基于MPLS的流量工程(TE)和区分服务(DiffServ)两种机制来实现，目标是实现面向业务的端到端的QoS保障能力[7-11]。

　　1.1流量工程

　　IETF对MPLS-TP的定义要求必须支持流量工程(TE)且TE可以实现对网络资源的可控性。 TE的目标是有效而可靠地运行网络，同时优化网络资源的使用。约束路由(CBR)则是TE中最重要的组成部分。IP/MPLS网络中的流量工程一般是通过 MPLS的TE扩展即多协议标记交换-流量工程(MPLS-TE)来实现的。

　　TE在PTN网络中的作用主要体现在2个方面：

　　(1)业务路由可控——进入PTN的业务通过伪线(PW)封装后再复用到标记交换路径(LSP)。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。

　　(2)业务带宽可控——目前PTN承载的业务主要包括E1仿真和以太网业务。E1仿真业务的带宽一般是固定可控的，并且要求高优先级，不允许丢包，时延低。以太网业务可以分为2大类：恒定速率业务和可变速率业务。恒定速率业务的要求和可控性与E1仿真业务基本相同。可变速率业务则是通过承诺速率 (CIR)和额外速率(EIR)来实现对业务带宽的控制，即运营商只对用户保障小于等于CIR的带宽，在网络拥塞时可以对EIR部分的流量进行丢弃处理，从而实现网络带宽资源的可控性。

　　具体来说，运营商通过配置PW(即业务)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，运营商就可以在网络正常运行的情况下，满足所有业务的CIR带宽需求。由于存在可变速率业务的突发业务(即EIR部分)，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CIR带宽就需要使用区分服务。

　　1.2 区分服务

　　区分服务起源于集成服务(IntServ)。区分服务的目的是在因特网上为流量提供有区别的业务级别。与集成服务相比，区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，区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，区分服务具有可扩展性，能够在大型网络上提供QoS服务。

　　区分服务在其域的边缘对进入的IP流进行分类，并为每一类型指定一个类型标志区分服务代码点(DSCP)。域内的核心路由器查看DSCP值，并根据每一类的特定逐跳行为(PHB)调度包的转发。IETF目前定义了两种PHB：加速转发(EF)和保证转发(AF)。

　　(1)加速转发

　　EF PHB的流量不受其他PHB流量的影响，确保包以最快速率得到转发。与传统的租用线类似，EF PHB能够提供低丢包率、低延迟、低抖动和有保证的带宽服务。使用EF的业务带宽参数只有CIR，EIR总等于0，超过CIR的流量将被丢弃。EF可用于 E1仿真业务或恒定速率的以太网业务。EF必须遵循RFC3246的规定。

　　(2)保证转发

　　AF为数据包提供4个级别的转发特征，每个级别有3种丢弃优先级。PTN设备通过配置各级别的转发资源(如缓冲区和带宽)和丢弃优先级来决定业务的级别。当业务不发生拥塞时，AF的各级别业务性能值相同;当业务发生拥塞时，所有AF级别的业务都会发生丢包，丢包的多少和业务级别相关。AF必须遵循RFC2597的规定。

　　1.3 MPLS支持的区分服务

　　由于PTN是基于MPLS-TP实现的，因此PTN设备中的区分服务需要采用RFC3270定义的基于MPLS的区分服务机制来实现。

　　IP包经过MPLS封装后，核心路由器将看不到DSCP。为此，IETF提出了一种MPLS支持区分服务的方法。MPLS支持的区分服务能够把区分服务的多个行为集合(BA)映射到MPLS的一条LSP上，根据BA的PHB来转发LSP上的流量。LSP与BA的映射有两种方式：实验推断的 LSP(E-LSP)和标记编码推断的LSP(L-LSP)。

　　(1)E-LSP

　　E-LSP用MPLS标签的实验(EXP)字段把多个BA指派到一条LSP上，使用MPLS标签的EXP字段表示一个包的PHB。最多可以把8个BA映射到EXP字段中，即一条E-LSP最多可以支持8个业务等级。

　　(2)L-LSP

　　L-LSP把一条LSP指派给一个BA，并采用EXP表示包丢弃优先级。一条L-LSP只能支持一个业务等级。由于MPLS网络设备会在每一跳中都交换标签值，而管理标签与PHB的映射比较困难。E-LSP要比L-LSP更容易控制，因为E-LSP事先就可以确定整个网络中每个包的EXP字段和PHB之间的映射关系。目前PTN设备采用的主要是E-LSP。

　　1.4 PTN端到端QoS的实现

　　通过上述流量工程和MPLS支持区分服务的机制，就可以实现PTN所倡导的面向业务的端到端的 QoS保障能力。首先通过MPLS流量工程实现对业务路由和带宽的控制，以避免负载不均衡出现的拥塞问题;其次，当突发业务或网络保护引起网络拥塞时再通过MPLS支持的区分服务机制实现对业务承诺带宽(CIR)的保障。

　　对于E-LSP，表1给出了一种业务等级的分类方法示例。其中的峰值速率(PIR)，等于CIR加EIR。在这种实现方法中数据帧的PW和LSP的EXP值相同。

　　对于E1仿真业务和恒定速率的以太网业务(如语音和视频)，均采用EF PHB，并设置CIR等于PIR。对于突发型业务(如虚拟专用网和以太网专线)采用AF PHB。为了保障突发业务的CIR带宽，需要在网络入口依据带宽参数对业务流进行计量、整形和标记，并应支持RFC2698定义的双速率三色标记法。同时基于映射关系设置数据帧的EXP值，以便LSP经过的后续节点根据该值选择合适的PHB。