自1972年Xerox公司發明以太網(Ethernet)以來,以太網作為一種快速、簡單和高帶寬的局域網(LAN)技術,在企業中已經使用了30多年。2001年城域以太網論壇(MEF)成立,MEF成立的初衷是研究一種能夠供電信運營商使用的以太網技術,這也就是現在電信級以太網的最早雛形。
經過這些年的發展,電信級以太網技術已經成為電信運營商構建城域網的首選技術,其市場規模不斷擴大,據Infonics預測,2009年全球電信級以太網的業務收入將達到220億美元。而MEF的成員也在不斷壯大,其成員來自全球,既包括北電、上海貝爾、華為這樣的電信設備制造商,也包括中國電信、Orange、BT、BellCanada等電信運營商。
一般來講,電信級以太網可以分為狹義的電信級以太網和廣義的電信級以太網兩大類。
狹義的電信級以太網,也就是增強型以太網,是在傳統的以太網技術基礎上通過改變網絡的拓撲方式、增加信令控制平面,使其具備電信運營所必需的QoS、網絡和業務的擴展性、和電信級的可管理特性。
廣義的電信級以太網技術的種類繁多,并沒有統一的分類標準,但可以從引入技術的不同,將廣義的電信級以太網技術分為以下幾類:引入GFP/LAPS等技術,在傳送網SDH/SONET上實現電信級以太網的傳送;采用環網保護技術,采用EAPS/MSR/RPR,實現在環形分組網上傳送電信級以太網業務;在以太網上進行擴展,增加故障保護倒換和OAM等電信特性,這類電信級以太網技術可以統稱為Ethernet+技術,包括增強型以太網、PVT和PBT或PBB-TE技術;通過MPLS技術的引入,并利用MPLS二層VPN的部分機制,實現電信級的功能,這一類技術可以統稱為基于MPLS的電信級以太網技術,包括傳送MPLS(T-MPLS)、VPLS和EoMPLS等。
根據各家電信設備廠商所采用的電信級以太技術的不同,目前的電信級以太網產品可大概分為這幾類代表:以北電網絡為代表的PBB/PBT,以阿爾卡特為代表的T-MPLS等。
主流以太網技術介紹
EAPS
基于EAPS技術的以太環網技術是對傳統以太網技術的增強,具備小于50ms的保護倒換能力,能夠以相對較低的成本提供電信級的網絡可靠性。EAPS以太環網技術是在現有標準以太網硬件基礎上,結合應用QinQ封裝和增強的QoS能力,所提供的一種低成本的電信級以太網技術。其特點是只需要在現有以太網上進行軟件升級即可,成本較低,與傳統以太網兼容性最好。
EAPS技術采用獨立的環狀組網方式,對環上的節點數量沒有限制,但節點數量的多少可能影響故障時候的收斂時間。在環上只有一個主節點,其它節點均為附屬的從節點。在主節點連入環上的兩個端口中,有一個是主端口,另一個為從端口。
在正常情況下,主節點會阻塞其從端口,阻止同EAPS域中非以太網控制幀通過。數據流量將沿著以太環上的唯一可用環路轉發。
主節點通過能否從端口收到health-check幀,來判斷環網是否正常。如果在一個故障周期計數器時間之內,主節點沒有收到health-check幀,主節點將進入環路故障狀態,這是主節點將打開它的從端口;同時主節點還要刷新它的橋接表,并向環路上所有節點發送讓它們刷新各自橋接表的控制報文,以便于各個節點學習新的拓撲。
當環路上EAPS域中的從節點在發現它的任意端口出現故障時,從節點將立刻向主節點發送linkdown的控制幀。主節點在收到linkdown幀后,將進入環路故障狀態,同時打開它的從端口;主節點還要刷新它的橋接表,向環路上所有節點發送讓它們刷新各自橋接表的控制報文,然后各個節點學習新的拓撲。
雖然EAPS定義了較為完善的主節點和從節點故障發現和處理機制,但在實際應用中EAPS技術也存在一些缺點:EAPS技術并沒有從根本上擺脫QinQ的局限性,以太環網上的節點數目達到一定規模會導致調度次數過多致使丟包概率增大,業務的QoS難以保證,EAPS對節點規模的限制使得其造擴展性方面受限;EAPS只能采用環形組網方案,在網絡結構的靈活性上受限。并且EAPS環網不具備公平性算法,仍采取盡力傳遞的算法,不適合承載對實時性要求較高的業務;最后,出于規避專利的考慮而使得各廠家在EAPS技術上的實現方法互不相同,造成了不同系統間互通的困難。
VPLS
VPLS是在點到點MPLS基礎上進一步發展而成的多點互聯的二層VPN技術,將廣域網的MPLS擴展到以太網的接入層,本質上是一種基于IP/MPLS和以太網技術的二層虛擬專用網(VPN)技術。
VPLS技術的核心思想是利用信令協議在運營商邊緣路由器(PE)之間建立及維護偽線(PW),并利用PW連接同一個VPLS域中的所有節點,使多個局域網在數據鏈路層被整合為一個網絡,向用戶提供模擬的點到點、點到多點、多點到多點的以太網業務。大規模部署時,還可采用層次化的VPLS方案。
在VPLS技術構建的電信級城域網絡中,不同地理位置的站點通過為用戶建立的2層VPN互聯。VPLS技術可通過SDH/SONET的OAM或監測信號丟失(LOS)、雙向轉發檢測(BFD)、以太網的LOS、遠程接口調試(RDE)等機制來及時發現鏈路故障。VPLS技術能在網絡中端點之間實現小于50ms的故障切換時間。
從上面VPLS的技術特征來看,VPLS在報文封裝和透傳上擁有比較明顯的優勢,但是從未來運營角度來講,VPLS的缺點也比較明顯:VPLS要求城域網全程部署,VPLS協議棧層次多,運行配置比較復雜,特別是對于數千個節點的大型城域網的管理運行成本較高;由于VPLS標準分別由不同廠商發展,在信令協議上的不同選擇導致不同廠商間VPLS設備間的互通性較差,限制了VPLS在運營商城域網的應用;由于VPLS是通過在二層網絡上采用復雜的三層協議建立信令,導致協議棧的層次和復雜性大大增加,也提高了VPLS設備的成本。
T-MPLS
T-MPLS是ITU—TSGl5定義的基于MPLS技術的一個面向連接的包傳送技術,是MPLS從核心網絡向城域網和接入網的自然延伸。是將數據通信技術同電信網絡有效結合的一種技術。
T-MPLS通過傳送網絡傳輸,能夠支持點到點、點到多點以及多點到多點業務。在技術實現上,簡化了MPLS復雜的控制協議族和數據平面,去掉了不必要的轉發處理,并增加了電信級的保護倒換和OAM功能,去掉了部分與傳送無關的IP處理功能,降低了傳輸的復雜性和成本。
在T-MPLS業務承載中,所承載業務和控制網絡是完全獨立的,并不限定要使用某種特定的控制協議或管理方式。T-MPLS承載的客戶信號可以是IP/MPLS,也可以是以太網。由于其連接具有較長的穩定性,使得他可具有傳送網絡所必備的保護倒換和OAM等功能特性。
T-MPLS的數據轉發面是MPLS的一個子集,數據的傳輸是基于T-MPLS標簽進行轉發的。作為一種面向連接的技術,T-MPLS可以看成是MPLS在傳送網的應用,T-MPLS對MPLS數據轉發的某些復雜功能進行了簡化,并增加了傳送風格的面向連接的0AM和保護恢復的功能,將ASON/GMPLS作為其控制平面。T-MPLS保護方式主要有線性保護倒換(G.8131)和共享保護環(G.8132)兩種方式。
PBB/PBT
PBB/PBT是由北電網絡推廣的新型以太網技術,PBT(ProviderBackbone-Transport)技術源自于IEEE802.1ah所定義的PBB(ProviderBackbone Bridge),即MAC-in-MAC技術。
MAC-in-MAC是一種基于MAC堆棧的技術,通過將用戶MAC封裝在運營商MAC之中作為內層MAC加以隔離,有效避免了傳統以太網的平面結構帶來的MAC地址學習與泛濫、STP協議相互影響等安全隱患,增強了以太網的擴展性和業務的安全性。
PBT是PBB/IEEE802.1ah標準規范的技術演進,通過在相關設備上屏蔽傳統以太網技術的非電信級應用特性(如MAC學習、廣播機制、STP等),并結合新一代以太網技術標準,將以太網由傳統的無連接的技術改造為一種面向連接的隧道技術。
PBT可為以太網提供面向連接的轉發模式,使運營商能夠依據業務需要規劃運營級以太網鏈路,實現有保證的確定性轉發以支持用戶SLA。
PBT技術的關鍵優勢主要包括可提供運營級冗余保護;較高的運營商網絡利用率以及多業務支持能力,并且能夠和運營商的現有網絡設施友好互通。
RPR
RPR是IEEE802.17定義的一種MAC層協議。RPR采用環形組網方式,在環形連接上的各節點通過該協議實現信息的傳輸。RPR作為吸收了以太網和SDH網絡優勢的技術,又可以分為基于SDH/Sonet的RPR和基于WAN/LAN物理層的RPR。
RPR節點設備的操作包括信息的插入、轉發和剝離。在收發兩個方向上可以同時傳輸信息,使網絡帶寬獲得最大限度的利用。在有關鏈路信號降級或發生光纖故障時,RPR節點會自動、快速(小于50ms)實現環回。RPR既提供了自愈保護,實現了高可靠性,同時也解決了網絡的靈活性和效率等問題。
RPR的優勢,主要表現在通過多種寬帶復用機制,提高了數據業務傳輸能力;并且其通過二層環保護倒換機制,能夠實現50ms環保護倒換功能。
RPR雖然在帶寬效率、保護機制和業務提供上具有優勢,但由于IEEE802.17標準本身是為單個物理環或邏輯環設計的MAC層技術標準,因此在跨RPR環時必須終結,對實現跨環業務的端到端寬帶管理能力不足,必須融合其他多種技術來協助構建復雜網絡拓撲,這就給網絡建設、運維等工作都帶來了困難。
對運營商選擇
電信級以太網技術的建議
電信級以太網產品正在走向成熟,運營商出于降低CAPEX/OPEX和優化業務承載的考慮,選擇電信級以太網來構建其城域網也越來越普遍,但由于電信級以太網產品的開放性和面向業務的特征,致使其產品在實現技術上采取了多種途徑,因而在產品成本、部署方案和技術標準上呈現出多種形態。如何選擇適合自己的城域電信級以太網產品,成為每一個電信運營商必需面對的問題。對電信運營商而言,電信級以太網產品的選擇,應遵循以下幾點原則。
成本原則
運營商選擇電信級以太網,是意圖通過以太網產品的價格優勢,來降低其城域網的CAPEX和OPEX,但電信級以太網產品在集成了傳統以太網產品即插即用和操作維護簡單的同時,為提高電信級的可用性而加入的電信級可靠性、QoS、安全、以及電信級可管理等電信應用性能后,其價格也許將不再如傳統以太網產品那樣“廉價”。雖然目前電信級以太網產品在實現技術和支持廠家方面眾多,但不同廠家的系統在互通性上卻不甚理想,間接地提高了電信運營商部署城域網產品的成本。
因此電信運營商在選擇以太網產品時,需綜合考慮電信級以太網產品的部署價格以及未來網絡升級和維護運營的成本,避免形成設備孤島。
技術原則
電信級以太網產品的選擇,必需考慮其產品對運營商自身的技術適用性。
運營商的網絡規模不同,所承載的業務類型不同,這也就決定了運營商在選擇適合自己的電信級以太網技術時,必須綜合考慮上述因素。同時應秉持技術簡單化的原則,避免因電信級以太網的部署,使得運營商網絡的層級變得過于復雜,這就背離了電信級以太網技術應用的初衷。
標準化原則
電信級以太網產品的特點,決定了其在面向承載業務實現時所采用技術的多樣性,也正是這種多樣性,為不同廠家系統的互通帶來了困難。
因此,運營商在選擇電信級以太網產品時,應注意產品所遵循的標準。在電信級以太網產品的標準方面,首選采用符合ITU-T標準的產品,一方面ITU-T的規范管理更具權威性,并且當前符合IEEE標準電信以太網產品也有向ITU-T靠攏的趨勢。另外,MEF的測試認證也是運營商選擇電信以太網產品的重要依據。
電信級以太網發展展望
電信運營商之所以樂于用電信級以太網技術來構建其城域網,除了電信級以太網在降低運營商CAPEX和OPEX上的優勢外,更在于電信級以太網技術的面向業務定位。因此,決定電信以太網未來技術發展和應用前景的,也必然是運營商所開展的業務,也就是說電信級以太網未來承載的業務決定了其未來的發展方向。
從目前電信運營商的城域網業務發展來看,未來電信級城域以太網的技術要適應數據業務發展的需求,并要有助于降低運營商的CAPEX/OPEX,具備協議簡單、便于管理的優勢。目前仍看不出有特定技術一統天下的趨勢,這是因為不同的技術都有各自的出發點和它所針對的問題,每個技術都可能在一定的領域存在和發展。運營商的網絡是在演進中的,其網絡演進的目標取決于以后業務的開展,是業務驅動和市場驅動的復合體。
在當前情況下,隨著運營商網絡對以IPTV為代表的視頻類業務承載需求的不斷增加,未來城域網的發展趨勢是大容量,并具備業務識別和差異化服務能力。在這種情況下,電信級以太網產品的發展也必須順應這種趨勢,在Qos、業務調度和可靠性上適應運營商網絡演進的需求。
另一個方面,隨著運營商網絡融合和業務融合進程的不斷加劇,越來越多的運營商期望其網絡能夠減少層次,并能夠承載多種業務。因此電信級以太網產品也必須滿足運營商網絡和業務融合的需求。在這方面,為了迎合網絡融合的大趨勢,MEF制定了一個流量管理規范-MEF14,其目的是使融合業務能夠在電信級以太網基礎設施上得到支持。這一規范對電信級以太網的未來市場非常重要,它現在已經成為表征電信級以太網能夠支持重要融合業務的一個標桿。
未來電信級以太網技術的發展取決于運營商業務發展的需要,服務差異化和業務承載的融合化是未來以太網產品的發展趨勢。運營商在選擇適合自己的電信級以太網技術時,要綜合考慮成本原則、技術原則以及標準化原則,以盡最大可能降低部署和運營成本。在當前情況下,服務差異化和業務承載的融合化是電信以太網的發展目標。