中國T-MPLS統(tǒng)一傳送網(wǎng)絡的控制平面需求分析

摘要　介紹了傳送MPLS（T-MPLS）的發(fā)展以及標準化過程，深入分析了T-MPLS對于網(wǎng)絡控制平面提出的需求和采用基于分組的傳送機制給控制平面帶來的挑戰(zhàn)。在此基礎上，基于現(xiàn)有的ASON/GMPLS控制平面體系，針對T-MPLS面向連接的特性，給出了未來控制平面的發(fā)展趨勢，以及未來傳送網(wǎng)的發(fā)展趨勢和演進過程。

1、傳遞多協(xié)議標簽交換（T-MPLS）的標準化過程

為了適應城域網(wǎng)絡對于傳送網(wǎng)的需求，ITU-T將MPLS的概念擴展到更低的傳送層面，于2006年2月在日內(nèi)瓦會議上首先提出了傳送MPLS（T-MPLS）[1]的概念。T-MPLS是一種基于MPLS的面向連接的分組傳送技術(shù)，它為下一代傳送網(wǎng)提供了一種統(tǒng)一的全業(yè)務解決方案，省去了不必要的面向IP的處理，可以大幅度降低運營商的成本。同時還具有多業(yè)務擴展能力，支持不同技術(shù)信號的傳送（分組/信元/時分），符合網(wǎng)絡轉(zhuǎn)型的趨勢。和傳統(tǒng)的分組傳送網(wǎng)絡相比，其面向連接的特性和強大的OAM功能可以保證運營級的質(zhì)量要求。T-MPLS目前的發(fā)展主要定位在城域傳送網(wǎng)，其網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)仍然采用控制層與承載層相互獨立，可以利用現(xiàn)有的傳送層面進行傳輸，并通過采用通用的控制平面（ASON/GMPLS）[4]保證與現(xiàn)有傳送網(wǎng)絡的互聯(lián)互通。為了適應面向連接的分組傳送網(wǎng)的需求，必須對目前控制平面的架構(gòu)進行相應的補充，并和傳送平面（如SDH、MSTP或其他任何傳送設備）相關(guān)聯(lián)。T-MPLS不僅去掉了MPLS對于IP數(shù)據(jù)包特有的支持，對其進行簡化，還采用RSVP-TE作為控制信令協(xié)議，支持Diff-Serv的QoS機制，在數(shù)據(jù)平面使用單向標簽交換通道（LSP），支持管道和短管道模式，同時去掉了倒數(shù)第二跳彈出（PHP）和等權(quán)重多鏈路負載分攤（ECMP）等面向非連接的特性。文章主要分析了T-MPLS對于現(xiàn)有控制平面提出的新需求和帶來的挑戰(zhàn)，通過控制平面對于分組流進行控制，從而在未來的智能光網(wǎng)絡中實現(xiàn)Y-MPLS統(tǒng)一的分組傳送。

2、控制平面解決方案

2.1　T-MPLS整體架構(gòu)

圖1給出了T-MPLS設備模型的組成框圖，未來T-MPLS設備仍然劃分為傳送平面、管理平面、控制平面。控制平面主要負責連接的建立、釋放、拆除等功能，其中的監(jiān)控和維護功能實體進行相應的管理，主要模塊可以劃分為路由、信令和自動發(fā)現(xiàn)等。傳送平面主要提供凈荷傳送、性能監(jiān)視、故障檢測和保護倒換等功能，同時還要負責將多種業(yè)務信號適配進T-MPLS通道中。主要的方法有通過MPLS通道進行間接映射，或者通過偽線機制封裝到T-MPLS傳送管道，在分組網(wǎng)絡中進行傳輸。管理平面主要包括故障管理、配置管理、性能管理、安全管理和計費管理，等等。控制平面在未來的網(wǎng)絡中將擔當起智能引擎的角色，以適應未來分組傳送網(wǎng)絡具有快速、靈活、智能特性的交叉連接的需要。

圖1　T-MPLS框架結(jié)構(gòu)

2.2　資源管理與終端適配協(xié)商

在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡中，業(yè)務網(wǎng)絡節(jié)點（SNP）的分配是和資源相關(guān)的，在收到連接請求之后，不用與遠端進行協(xié)商，在本地直接進行SNP標識和容量的分配，兩個方向的傳輸都可以使用相同的SNP標識[4]。由終端適配器（TAP）分配資源標簽給鏈路資源管理器（LRM）并將這些標簽與SNP標識相關(guān)聯(lián)時，完成資源和SNP間的綁定關(guān)系。TAP為為LRM分配資源的同時，也對這些資源加以配置并創(chuàng)建傳送平面的轉(zhuǎn)發(fā)端口和鏈路連接，LRM要請求TAP來改變SNP標識的列表。通過追蹤SNP標識可以讓LRM實時統(tǒng)計鏈路的利用率。

而在基于分組的網(wǎng)絡中，SNP的分配并不預留資源，所以需要有外在的資源預留組成部分。同時，由于在分組交換網(wǎng)絡中兩個方向的帶寬分配是不對稱的，而且每個方向上都要被A端LRM（LRMA）追蹤。同時，在分組交換網(wǎng)中，LRMA和Z端LRM（LRMZ）要分配SNP標識，它們必須與TAP進行通信來配置功能。傳送平面在鏈路信息出現(xiàn)前不進行資源分配，所以資源預留必須由承諾信息速率（CIR）和額外信息速率（EIR）共同決定，而且由于網(wǎng)絡各個不同位置的資源預留能力不一樣，所以要具備相應的配置功能。由于雙向帶寬分配的不一致性，每個方向上的配置都要獨立地被LRM所了解。TAP負責提供容量和資源標簽給LRM，并將這些標簽與SNP標識相聯(lián)系。當一個連接被請求時，LRM需要記錄和保持所需的帶寬，LRM也要具備相應的功能。連接信息必須包括準許控制策略，不同的SNP標識和資源標簽必須用在雙向連接的不同方向上。TAP在分配容量和資源標簽時，只是完成配置請求以允許配置資源的激活。LRM分配SNP后，由TAP創(chuàng)建轉(zhuǎn)發(fā)點，進行配置。TAP改變分配的資源容量的同時也對潛在的容量作相應的調(diào)整。由于原有G.8080的結(jié)構(gòu)主要是針對基于電路交換所提出的，為了適應T-MPLS分組傳送的特點，需要對原有的G.8080進行補充。可以看出，引入分組交換之后，SNP分配的協(xié)商過程以及鏈路建立、刪除、修改所攜帶的控制參數(shù)和容量調(diào)整過程有所不同�；�于分組的控制體系架構(gòu)目前還在制訂完善中，引入分組交換后對于G.8080的擴展如表1所示。

表1　引入分組交換的G.8080擴展

2.3　虛級聯(lián)/鏈路容量調(diào)整（VCAT/LCAS）功能擴展

為了提高效率，傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)絡中定義了級聯(lián)和虛級聯(lián)的概念[5]，二者都是SDH/SONET的重要技術(shù)。級聯(lián)實際上是一種組合過程，通過把多個虛容器組合起來，使得這些經(jīng)過組合的虛容器可以作為一個仍然保持比特序列完整性的單個容器來使用�；�于分組的網(wǎng)絡和基于電路的網(wǎng)絡中的虛聯(lián)接容量調(diào)節(jié)方案不同，控制平面的支持和虛級聯(lián)需要重新定義，VCAT/LCAS在傳統(tǒng)的基于電路的網(wǎng)絡中很有效，特別是SDH，但是在T-MPLS網(wǎng)絡中是否還需要類似的功能仍需要進一步研究。定義虛級聯(lián)的功能，需要在基于分組的網(wǎng)絡中實現(xiàn)基于分組的通用成幀規(guī)程（GFP），將客戶信息直接映射到服務層。同時也需要像基于電路的網(wǎng)絡那樣存在一個中間的適配層，原有控制體系中的LACS/VCAT實現(xiàn)機制很可能要被重新定義。要實現(xiàn)類似原有的LCAS/VCAT機制（比如分組級聯(lián)），必須要借助控制平面實現(xiàn)新的處理能力�？刂破矫嫘枰�在連接失效后，支持帶寬的動態(tài)調(diào)整，將原有鏈路上的容量倒換到保護路徑上，再重新訂購新的容量，而不被用戶察覺這一失效過程。同時，控制平面和管理平面之間應該有一定的相互作用，例如管理平面應該給控制平面提供用來保護回復的傳送資源。

2.4　控制平面的互通問題

由于目前大部分設備都是基于IP/MPLS的，因此T-MPLS和IP/MPLS網(wǎng)絡的互聯(lián)互通將會帶來新的問題，如果采用對等模型，那么需要IP/MPLS、T-MPLS各自維持單個網(wǎng)絡，而兩者之間可以自由地交換所有信息，這樣便于實現(xiàn)一體化的管理和流量工程，但是實現(xiàn)起來比較復雜，轉(zhuǎn)發(fā)幀需要對于雙方具有相同的含義，才可以實現(xiàn)相互理解。若采用重疊模型進行互聯(lián)，則將T-MPLS和IP/MPLS作為獨立的兩個層面，按照客戶—服務架構(gòu)進行互通，T-MPLS和IP/MPLS利用共同的標簽轉(zhuǎn)發(fā)機制，可以互為服務者，每層實行獨立控制。對于服務層而言，所有客戶層的消息均被當作凈荷進行傳遞。服務層只是作為一個開放的傳送平臺，邊緣客戶層設備與核心網(wǎng)絡間不交換任何拓撲路由信息，各自獨立選路，通過用戶網(wǎng)絡接口（UNI）將本地網(wǎng)絡的信息移交下一網(wǎng)絡進行處理。在網(wǎng)絡演進的初期，運營商可以利用成熟的UNI和網(wǎng)絡接口（NNI）接口標準，快速實現(xiàn)多家廠商間的互操作。不但結(jié)構(gòu)相對比較簡單，而且網(wǎng)絡的內(nèi)部細節(jié)信息可以不必開放，從而保障了傳送網(wǎng)的安全性。同時，各個網(wǎng)絡層面還可以獨立演進，便于標準化過程獨立進行。

2.5　支持多層、多域的NNI

提供動態(tài)路徑恢復是網(wǎng)絡發(fā)展的需求，其相對于基于靜態(tài)網(wǎng)絡環(huán)境的保護機制是一個較新的內(nèi)容，但是提供動態(tài)路徑恢復需要有靈活的支持機制，尤其在具體實現(xiàn)方面。T-MPLS網(wǎng)絡中的控制平面需要提供動態(tài)路徑恢復功能，主要涉及重路由的選擇和快速恢復路徑配置。多層、多域的NNI接口標準要同光互聯(lián)論壇（OIF）定義的標準共同實行。在工作路徑，保護路徑的建立、刪除、釋放等操作應當配合IETF、CCAMP工作組的標準化過程，通過信令回溯、重傳等機制實現(xiàn)可靠的端到端LSP的建立。管理層應充分利用現(xiàn)有ITU-T定義的各種OAM信息（如CV、AIS、RDI等），對鏈路進行實時的檢測和狀態(tài)統(tǒng)計，使網(wǎng)絡達到運營級標準[6]。

2.6　多類型信號適配和封裝功能的支持

T-MPLS在城域網(wǎng)中會處理多種業(yè)務，因此要在T-MPLS網(wǎng)絡中實現(xiàn)對TDM（PDH/SDH）、以太網(wǎng)、幀中繼、ATM等多種客戶信號的有效適配和封裝功能，為了使T-MPLS網(wǎng)絡中的LSP通道可以支持對任何類型信號的適配，T-MPLS控制平面采用雙標簽交換的傳輸模式，即客戶層信號在T-MPLS網(wǎng)絡中傳輸分組數(shù)據(jù)時，T-MPLS邊緣設備會對客戶數(shù)據(jù)分配兩類標簽，分別是公共互通指示標簽（CII標簽）和傳輸標簽交換通道標簽（T-LSP標簽），見圖2。在雙標簽交換的基礎上，可以方便地實施VPN業(yè)務，使得VPN專線通道可以承載更多類型的客戶信號，并對不同信號進行適配和封裝。

圖2　T-MPLS雙標簽控制傳輸

2.7　多層網(wǎng)絡生存性機制間的協(xié)調(diào)問題

在基于Mesh的組網(wǎng)環(huán)境下，生存性技術(shù)是保障T-MPLS網(wǎng)絡性能的一個重要方面。在T-MPLS網(wǎng)絡中，擴展線性保護和環(huán)網(wǎng)保護機制，在T-MPLS UN/NNI接口應當定義新的線性1+1、1:1和共享環(huán)網(wǎng)保護（共享通道保護環(huán)）以及1+1分組保護機制，進行保護/恢復路徑的建立、拆除處理。統(tǒng)一的控制平面有助于T-MPLS網(wǎng)絡多域多層網(wǎng)狀保護策略和故障恢復機制的實施。通過高層來控制各層之間的協(xié)調(diào)，防止出現(xiàn)多層同時進行保護和恢復，盡可能減小網(wǎng)絡的不穩(wěn)定因素，在保證網(wǎng)絡生存性的前提下，進一步提高資源的利用率。

3、結(jié)語

對IP承載網(wǎng)絡來說，其最大優(yōu)點是靈活性，可以提供動態(tài)的路由，同時對突發(fā)的IP分組業(yè)務進行高效的統(tǒng)計復用，但是它在通信網(wǎng)絡的可靠性、生存性和管理維護方面存在很大不足。T-MPLS既是支持包括分組業(yè)務在內(nèi)的多種業(yè)務，又是面向連接的技術(shù)。T-MPLS技術(shù)可用于提供具有統(tǒng)計復用特點的分組傳送、帶寬保障和運行、管理、維護和配置（OAM&P）。其控制面技術(shù)建議采用GMPLS，可實現(xiàn)控制鏈路的靈活建立。未來傳送網(wǎng)的發(fā)展趨勢將是提供在一個統(tǒng)一控制平面下的通用的傳送平臺，已經(jīng)部署的設備在一段時間內(nèi)仍然會存在，所以電路交換和分組交換方式將會同時存在，其中電路交換的部分仍然利用現(xiàn)有的SDH技術(shù)，對大粒度的業(yè)務進行傳送，分組交換部分通過T-MPLS技術(shù)，優(yōu)化對于分組和多種小顆粒度業(yè)務的傳送。隨著TDM業(yè)務的逐漸減少，電路交換設備將會漸漸退出歷史的舞臺。殘存的少量TDM業(yè)務將通過偽線機制[7,8]進行封裝，在T-MPLS隧道中進行傳送。在T-MPLS向電信運營級分組傳送技術(shù)發(fā)展的過程中，設備的更新要本著逐步演進、分批取代的原則，最終降低網(wǎng)絡的建設和運營成本。

參考文獻

1　SG 15.ITU-T draft recommendation G.8110.1/Y.1370.1，Architecture of Transport MPLS(T-MPLS)Layer Network，July 2006

2　E Rosen，A Viswanathan，R Callon.，IETF RFC 3031，Multiprotocol Label Switching Architecture，Jan 2001

3　E Rosen，D Tappan，G Fedorkow.IETF RFC?3032，MPLS Label Stack Encoding，Jan 2001

4　SG 15，ITU-T G.8080，Architecture for the automatically switched optical network(ASON)，Nov 2001

5　SG 15，ITU-T G.707/Y.1322.Network node interface for the synchronous digital hierarchy (SDH)，Dec 2003

6　SG 13，ITU-T draft recommendation Y.17TOM,T-MPLS OAM mechanisms，July 2006

7　S Bryant，P Pate. IETF RFC3985，Pseudo Wire Emulation Edge-to-Edge(PWE3)Architecture，March 2005

8　S Bryant，G Swallow，L Martini.IETF RFC4385，Pseudo-wire Emulation Edge-to-Edge(PWE3)Control Word for Use over an MPLS PSN，F(xiàn)ebruary 2006