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IP城域网技术的研究2

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来源: 作者: 2019-03-13 13:53:40

目前IP核心承载以MPLS为主流技术,IP城域是各地市的宽带、窄带等IP业务的承载平台,所有IP业务都将在城域内接入开展,为不同地区构建一个适合该地区业务需求发展的城域是未来几年络建设规划方面重中之重的工作。城域是开展宽带增值应用的关键层面,城域组所采用技术的优劣将直接影响宽带用户的有效接入和新型增值业务的开展,城域组实施上还应充分考虑未来宽带业务的快速增长所带来的络容量上的压力。此外,在城域上应能同时承载语音、视频、数据及企业互联等业务。城域能够根据客户和应用需求,提供不同等级的QoS服务。在业务的可控化方面要尽量做到业务的感知、认证、计费、安全和QoS等的集中控制和管理。城域组在具体实施时还需充分考虑成本因素,以最小代价完成组优化工作,保护已有设备投资。为此形成若干基本组原则:络层次清晰、结构扁平、络质量确保服务差异化、管理控制集中。

新型城域应该达到络层次清晰化和络结构扁平化。一种可行的设计思路就是将城域范围的二三层络分离,分别构建成物理和逻辑层次清晰的三层路由络(成为IP城域)和二层宽带接入。在IP城域中尽量采用大容量的路由器设备和大带宽的链路,从而减少节点设备和链路数量。在络结构上形成大容量、少节点、广覆盖,减少物理和逻辑级联数。另一方面,利用BRAS和业务路由器(SR)构建清晰的IP城域边缘,形成业务接入控制层,实现集中的业务提供和控制。宽带接入是最为繁杂的设计层面,因为这一层面需直接完成有效接入用户的功能,涉及多种二层汇聚和接入技术。我们所选择的二层汇聚和接入技术应能满足用户差异化服务的需求,并充分考虑成本因素。

1、IP城域的关键技术

(1)路由技术

城域虽然竭尽全力试图将流量留在内,但仍然难以避免其二传的命运。如何合理疏导流量并使每种业务都获得最佳路由并获得相应的服务质量保证也是城域路由技术的一个关键环节。

动态路由是IP络技术的核心,是IP络生存到今天的重要保障。动态路由技术为IP络提供了非常良好的自愈能力,其中外部路由协议(BGP)更为运营商提供了良好的调整络流量流向的能力。另外,策略路由、流量工程、MPLSVPN都具有疏导流量的能力,并且每种技术都有其自身的特点和应用环境。

如何保证路由和络的稳定性是路由技术的另一个重要课题。GracefulRestart技术可以将路由器重启所带来的影响降到最低。FastOSPF/ISIS技术可以加速IGP的收敛。

(2)端到端的QoS管理

QoS需要端到端的管理,任何疏忽都会导致用户实际感受的劣化。城域是最靠近用户的一端,也是通常的络瓶颈,对运营商而言,是投入最大的一块。络能力的些许提高就意味着巨大的络投资。因此,城域以带宽换取服务质量难以实施,区分服务、为特定业务和用户提供服务质量保证显得尤为重要。

根据城域的络结构,城域的服务质量控制分为接入、汇聚、核心三个层面的控制,其中又以接入的控制尤为艰巨。现在的LANSwitch、DSLAM、路由器都具备了按优先级标识排队(WFQ)、按优先级实现包丢弃(WRED)等能力,所以在城域接入点上实现业务和用户的优先级标识,在各个层面实施WFQ、WRED等优先控制策略,则可以完成城域内的服务质量控制。然而无论是对于络设备的要求,还是对于运行维护人员的要求,业务标识都不是一件简单的工作。

(3)接入技术

接入技术的发展日新月异。ADSL技术由传统的ATM核心转向IP核心,ADSL2+,VDSL,FTTx的逐步成熟为城域提供了更多宽带接入技术选择。城域以太论坛还提出了提供小于50ms快速保护的光以太城域技术,在MSTP、RPR、VPLS之后又提供了一个新的选择。

(4)用户/业务管理

早期的互联对于业务和用户的管理仅仅停留在用户的接入控制,收费模式也仅仅存在几种简单的模式,按使用时长、使用流量或是包月,完全没有对用户细分的管理能力,更不用说对业务细分的能力。随着互联增值服务的日益增多和用户需求的细分,我们需要有更细化的用户和业务管理能力。

首先,不同业务需要不同的带宽支持,单一的按带宽购买络服务的模式显然不能满足用户的需要,特别是对于大带宽需求的业务,如IPTV、视频会议。这些业务对于用户而言,带宽需求高,但使用频次却不高,如果长期购买大带宽,费用上难以承受。因此按使用用户需求动态调整用户接入带宽,按使用时长收取带宽费用,在未来将成为一种必备的收费模式。这种收费模式实现起来并不简单,用户带宽的调整需要很高的用户自服务能力,这样才可以在用户需要时随时调整自己的接入带宽,避免冗长的服务申请流程消磨用户使用服务的热情。另外,如果络接入带宽控制点和络服务确认控制点是分离的(多数情况下是分离的),两者之间的控制信息传递也是需要标准化支持的。例如,如果我们为IPTV用户提供特定接入带宽,则需要在用户申请IPTV业务的请求获得确认后,才可以为该用户开启高带宽接入,如果将IPTV的业务控制点与络接入控制点合一,将会大大增加络接入控制(如BRAS)设备的复杂度,而且需要这个设备随着IPTV业务的发展不断地调整其业务管理的方式、能力,这显然不符合IPTV业务的发展需求。如果分离,则需要制定业务控制点和络接入控制点之间的信令接口,COPS协议是国际标准组织准备采取的一个标准。

其次,同样的接入带宽也需要不同等级的服务质量保证。逻辑复用技术使接入带宽和实际使用带宽成为两个概念,而互联发散型、突发式的流量模型又使实际使用带宽无从定义。因此,资源竞争时的优先级成了服务品质保证的唯一标识,也成了运营商提供差异化服务、降低络成本、提高络利润率的手段。城域最终是面对用户、面对业务的络,又是成本最为敏感的络,经济、高效、充分满足用户需求、充分满足业务需求是城域设计的宗旨。

城域的优化和改造,并解决目前存在的问题是具有挑战性的工作。IP城域本身涵盖的技术范围和设备种类相当广泛。在这种背景下,制定涉及多种组形态和设备种类的测试规范将对络建设和优化改造提供非常有价值的技术依据。依据此系列规范可保证城域主流设备的关键技术参数和性能指标,同时保障组设备间关键协议的互联互通。

2、电信级以太新技术

基于IP/MPLS技术建设多业务综合承载络已经被全球运营商认同,多重播放业务对络提出了高带宽、高可靠性、高QoS、低延时和灵活的扩展性要求。目前城域以太仍然存在一些问题,主要表现在以下几个方面:

●可靠性差:NGN等实时业务对络的可靠性提出了严格的要求,传统的以太技术无法满足电信级的可靠性要求;

●QoS能力不足:现很多设备在QoS方面能力不强,差分服务能力较差,无法为高等级业务提供差异化服务;

●OAM手段不丰富:缺乏有效的OAM手段,提高了OPEX成本;

●VLAN数目受限:目前城域的二层扩展性受限于VLAN数(4096个),无法为每用户每业务提供1个VLAN。

如何在大规模提高络容量,满足承载业务需求的同时,降低运维成本,成为运营商关注的焦点之一。新型以太技术以其扩展性好、组方式灵活、可提供电信级的可靠性、具有完备的OAM等特点,引起了运营商的关注,相应的技术也得到蓬勃发展。目前,用于构建电信级城域以太的主流技术包括了EAPS、SmartLink(FlexLink)、EOMPLS、PBT、EORPR等。

(1)EAPS以太环技术

RFC3619中定义了EAPS(EthernetAutomaticProtectionSwitching),它主要用于以太环形拓扑中。如图1所示,EAPS环中节点分为两类,①一个节点被定为主节点(Ring Master,RM),②其余节点被定为“从节点”(Ring Slaves,RS)。RM负责控制整个环的保护,它有两个端口,其中一个端口被定义为主端口(Primary Port),主要负责转发数据;另一个端口定义为从端口(Secondary Port),正常状态下该端口被阻塞(除了控制VLAN中的信息)。

图1 EAPS示意图

EAPS指定一个VLAN为控制VLAN,在控制VLAN里,主节点周期性地从其主端口发送HELLO(健康检测报文)报文,依次经过各从节点在环上传播。如果主节点从端口能够收到自己发送的HELLO报文,说明该环链路完整;如果在规定时间内无法收到HELLO报文,则认为环发生了链路故障。

当主节点的从端口在规定时间内无法收到自己的HELLO报文时,则认为链路中存在故障。此时主节点处于Failed状态,为了保证环上各节点通信不被中断,主节点自动放开从端口。

EAPS环上的从节点负责监测自己的直连链路状态,并把链路变化通知主节点,然后由主节点来决策如何处理。当络出现故障时,主节点进行链路切换,切换时间一般在100ms以内。

从成本上看,由于EAPS采用软件环组,可以在已有的交换机上进行软件升级,成本较低,而且环拓扑比较节省光纤资源,便于节约运营商成本。不足之处是,当环上流量比较大时,络的扩展性还需要进一步提高。

(2)SmartLink/FlexLink以太技术

SmartLink/FlexLink以太技术,是一种为链路双上行提供可靠高效的备份和切换机制的解决方案,常用于双上行组。

如图2所示,交换机A上的端口1和2组成了一个SmartLink/FlexLink组,交换机B上的端口3和4组成了另一个SmartLink/FlexLink组。在配置成SmartLink/FlexLink的一对端口之间,其中一个作为主端口,另外一个作为备份端口。

图2 SmartLink/FlexLink示意图

正常情况下,只有一个端口处于转发(ACTIVE)状态,另一个端口被阻塞,处于待命(STANDBY)状态。当处于转发状态的端口链路发生故障时(如物理上故障;OAM连接故障或者单通等),SmartLink/FlexLink组会自动将该端口阻塞,并将原阻塞的待命端口切换到转发状态。正常情况下备份端口不参与地址学习和数据转发,当主端口down掉后,备份端口迅速替代主端口,切换时间一般在100ms以内。

从成本上看,由于可以在原有交换机的基础上软件升级支持SmartLink/FlexLink,成本比较低,便于节约运营商成本,该技术尤其适合树型络双上联结构。

(3)EoMPLS技术

EoMPLS全称是EthernetoverMPLS,它在IP/MPLS络中通过IETFPWE3(Martini)封装方式承载Ethernet,既可以直接作为VPN业务使用,也可用于以太汇聚。目前可提供的业务种类主要有点对点的VLL(虚拟专线)和多点对多点的VPLS(虚拟专用局域业务)。

从技术特征上看,EOMPLS拥有一定的优势。由于EOMPLS与络拓扑无关,只要存在冗余链路,在IP路由可达时,均可实现50ms的保护切换。但由于EOMPLS本质上是在二层络上采用复杂的三层协议建立信令,并且协议栈层次过多,因此,利用EOMPLS技术构建具有高保障性的电信级以太,成本比较高,同时EOMPLS的OAM手段还不是很完善,使得国内运营商目前很难大范围采用。随着时间推移,EOMPLS设备成本逐步降低,OAM手段丰富完善后,运营商会根据业务需要逐步引入。

(4)PBT技术

运营商骨干传输(ProviderBackboneTransport,PBT)技术基于802.1ah标准,是在运营商骨干桥(ProviderBackbone Bridge,PBB)标准之上改进而来。PBB技术的目标允许在802.1ad标准规定下的运营商骨干桥络(PBBN)最多支持224个业务VLAN。并且,PBB还定义了PBBN的架构和桥接协议,以实现多个PBB络的兼容和互联互通。

PBB采用MACinMAC封装,即将终端用户以太数据帧再封装成运营商以太帧头,形成两个MAC地址,在运营商核心中,只按照后一个封装的MAC地址进行流量转发,使得以太扩展性以及作为络传输技术的能力得到了极大提升。但是,PBB存在流量工程问题,例如多方式路由下的流量控制、接入控制和业务控制、50ms切换或故障恢复能力,以及端到端的QoS保障等。在这些业务需求的推动下,PBB改进成为PBT。

从成本上看,由于PBT是以伪运营商以太(MAC再次封装)形式,使得以太数据帧能够快速有效地在骨干上传输。因此,它有效结合了以太和MPLS的特征,便于节约运营商成本。不足之处是,PBT对多播的支持和灵活性还需要进一步提高。

(5)RPR环技术

弹性分组环(ResilientPacketRing,RPR),目前已标准化为IEEE802.17,提供类似SDH级络可靠性的同时降低了传送费用。

RPR为逆向双环拓扑结构,外环为OuterRing、内环为InnerRing,外环和内环都传送数据包和控制包,内环的控制包携带外环数据包的控制信息,反之亦然;RPR采用了SDH的环形结构,同时也继承了故障自愈能力强的特点,能够实现50ms时间内的故障保护切换。

从成本上看,由于RPR采用硬件环的方式,成本比较高,在扩展性方面也需要进一步提高。

综上所述,目前新型以太技术正处于多种技术演绎繁华的阶段,各种技术标准都有自己的特点和适用环境,电信运营商可以结合具体的业务需求和络特点合理选择。

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