电信级以太网在运营商网络的应用模式探讨

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摘要　本文介绍了电信级以太网的市场和技术背景，分析了电信级以太网技术种类和应用场景，并结合不同的业务需求和驱动，对电信级以太网技术在国内固网运营商和移动运营商的应用模式进行了分析，最后对网络演进的方式给出了建议。
1、引言
　　随着互联网业务的爆炸性发展以及传统业务（如语音、视频等）的加速分组化，运营商网络承载的业务类型已发生了根本性变化，已由TDM流量为主转向了分组流量占统治地位。主干网承载的数据业务颗粒已逐渐由2.5 Gbit/s和10 Gbit/s POS为主转向以40 Gbit/s POS为主，而城域网承载的业务颗粒也由以FE为主正在向以GE和10GE为主过渡。
　　业务类型的变化对承载网提出了新的需求。现有基于SDH/SONET的传送网适合承载速率恒定的同步电路业务，对于承载具有突发性和不确定性特征的分组业务，尤其是大颗粒度的数据业务（GE或10GE），存在一定不足，因此，如何选择合适的分组承载网技术，以适应网络流量转变的趋势，为数据业务提供与传统电路业务同样可用的、有效的、可管理的服务，是目前运营商面临的一大挑战。
　　诞生于施乐PARC研究中心的以太网技术，其最初的定位仅仅是为了实现实验室内部计算机的联网，并没有考虑到在城域网甚至广域网的扩展。但由于其具有简单易用和低成本的优点，以太网已成为宽带接入的普适性技术，占据了接入层流量的90%以上，因此，各大标准化组织纷纷展开工作，研究能否在原有以太网上引入电信级的特性，满足在城域甚至广域的组网需求，以实现端到端的以太网业务。
　　所谓电信级以太网，即在保留传统以太网的帧结构的基础上，通过扩展帧头和引入二层信令，在以太网上实现与电信网类似的可管理性和高可靠性。根据ITU-T和MEF（城域以太网论坛）的定义，电信级以太网应具备以下特征。
　　●高可靠性。在环型、双星型和格型拓扑下能够提供50 ms以内的自愈能力。
　　●端到端的QoS保障能力。具备业务区分和识别能力，能够提供基于CIR和EIR的QoS保障能力。
　　●完善的OAM（操作、管理、维护）和可管理性。基于二层提供对故障和性能的管理功能，具备灵活的业务管理和提供能力。
　　●多业务。能够满足TDM、语音和视频等业务的综合承载需求，通过伪线或仿真方式实现和现有网络的互通。
　　●标准化。具备良好的互联互通性，实现不同厂商和运营商之间的业务互通。
　　下文将对电信级以太网的技术进行分类，给出其应用场景，并结合国内运营商的实际网络需求，对电信级以太网技术在城域网中的应用模式进行探讨。
2、电信级以太网的技术类别
　　广义的电信级以太网技术的种类比较多，并无统一的分类标准。但究其实质，电信级以太网技术可分为两条不同的技术路线：
　　●直接在以太网上进行扩展，增加保护倒换和OAM等特性，可以统称为Ethernet+，这一类别包括增强型以太网、PVT、PBT和PBB-TE技术；
　　●引入MPLS（多协议标签交换）的封装格式，并利用MPLS二层VPN（虚拟专用网）的部分机制，实现电信级的功能，可以称之为Ethernet+MPLS Lite，这一类别包括传送MPLS（T-MPLS）、VPLS（虚拟专用局域网服务）和EoMPLS等。
　　对目前较为主流的增强型以太网、PBB-TE和T-MPLS技术的比较如表1所示。

表1　增强型以太网、PBB-TE和T-MPLS技术的比较

　　（1）增强型以太网技术
　　增强型以太网技术在帧结构上没有做任何扩展。采用了标准的以太网帧头，并通过IEEE 802.1ad QinQ的方式来实现扩展，解决单层VLAN ID空间的局限性。
　　增强型以太网技术基于双层VLAN ID来提供用户的定位和业务分流，不需要增加额外的控制信令。和普通以太网交换机相比，增强型以太网主要在可靠性和OAM上有了提高。它可以通过ITU-T X.87 MSR、G.8031（线型保护）、G.8032（环型保护）和IETF RFC 3619 EAPS等保护倒换协议提供在环型或线型拓扑下的50 ms保护倒换能力，并通过支持IEEE 802.1ag或Y.1731等OAM标准实现端到端的故障和性能管理功能。
　　由于主要工作在无连接模式，增强型以太网技术并不能确保端到端的QoS。但因为其对现有以太网设备的改动不大，目前支持增强型以太网技术的厂商较多。此外，由于其封装格式为标准的以太网帧结构，不同厂家的设备在数据平面不存在互联互通性的问题。目前，影响互通性的主要因素在于保护倒换时各厂商采用的标准不一致，导致控制平面无法互通。而这一问题将随着ITU-T G.8031和G.8032的完善会逐渐得到解决。
　　（2）PBB-TE技术
　　PBB-TE技术是在MAC in MAC（IEEE 802.1ah）基础上的扩展。它通过区分运营商和用户MAC提高了设备的安全性，并且通过引入面向连接的功能实现了以太网上的端到端的业务提供和管理功能。
　　PBB-TE中通过48位的运营商目的MAC和12位的VLAN ID来进行转发，并通过24位的I-SID实现了业务的标识和区分能力。在PBB-TE网络中，边缘节点需要完成运营商MAC的添加和删除以及I-SID的映射，而核心节点的转发方式和普通的以太网交换机相同。
　　PBB-TE和增强型以太网技术均属于Ethernet+技术，因此在保护倒换和OAM上有一定共性。目前，PBB-TE中的保护倒换可能会采用ITU-T G.8031和G.8032标准，而OAM也将基于IEEE 802.1ag和ITU-T Y.1731。目前的PBB-TE技术主要是基于静态的预配置方式实现面向连接的功能，随着网络规模的增加，可能会产生N平方问题，因此，IETF也正考虑在PBB-TE上引入G-MPLS作为控制平面。
　　PBB-TE技术由IEEE 802.1 Qay工作组进行标准化，目前处在标准的草案阶段，尚不成熟，因此，目前实际支持PBB-TE的厂商较少，多为仅支持MAC in MAC的封装格式，互联互通性也存在一定问题。
　　（3）T-MPLS技术
　　T-MPLS是基于MPLS的面向连接的分组传送技术。和MPLS相比，T-MPLS去掉了对路由信令的需求，并在数据平面进行了相应的简化，如去掉了倒数第二跳弹出（PHP）功能。和PBB-TE相同，目前的T-MPLS技术采用基于预配置的业务管理方式，未来会引入G-MPLS作为控制平面扩展。
　　T-MPLS目前由ITU-T SG15进行标准化，其框架已经确定。T-MPLS的OAM和保护倒换借鉴了MPLS的相关标准，OAM主要遵循G.8113和G.8114，保护倒换采用G.8131（线型保护）和G.8132（环型保护）。
　　与其他电信级以太网相比，T-MPLS技术本身更偏向传送网技术。由于采用了MPLS作为业务层面，T-MPLS对多业务的支持能力较好。但是，T-MPLS和IETF现有的MPLS标准相比，并无本质区别，甚至可以认为是静态配置的简化MPLS二层VPN和伪线功能的结合。此外，由于对MPLS现有机制进行了简化，T-MPLS设备和现有MPLS设备的互通也可能存在问题。
3、电信级以太网的应用场景
　　电信级以太网可以用于广域网和城域网，但是考虑到二层网络规模太大可能会导致寻址和可扩展性等一系列问题，目前还是主要定位在城域范围内使用。从应用场景来看，电信级以太网在城域应用模式可以划分为3类：以太汇聚网（Ethernet aggregation network，EAN）应用、专线应用（leased line）和IP RAN（radio access network）应用。
　　（1）EAN应用
　　EAN应用是电信级以太网技术在现阶段最主要的应用方式。它用于城域网中业务控制点（BRAS或SR）以下和“最后一公里”以上的宽带流量汇聚。具体而言，EAN将LAN接入交换机、IP DSLAM、FTTx、软交换AG、Wi-Fi和WiMAX的上行以太网流量进行接入和汇聚，并通过高速的以太网接口上行到业务控制点。
　　与其他汇聚方式相比，EAN中采用电信级以太网技术有以下优势：
　　●可以有效地实现对大粒度（GE和10GE）的数据业务进行接入和调度；
　　●可以通过双星型和环型的拓扑提供对数据业务的小于50 ms保护倒换；
　　●利用电信级以太网技术的OAM机制实现故障定位和性能监控。
　　EAN应用比较适合采用增强型以太网技术，因为它能在成本较低的情况下满足对OAM和高可靠性的需求，并且便于从现有网络实现平滑升级过渡。此外，增强型以太网技术由于对组播的支持较好，可以满足IPTV等业务大规模部署的需求。
　　（2）专线应用
　　专线应用是指基于电信级以太网搭建专网，并在二层提供E-Line、E-LAN和E-Tree的应用。专线应用主要面向大客户市场，其业务需求除了数据业务以外，通常还有对TDM和视频业务的需求，因此，这就要求电信级以太网设备具备对TDM仿真等功能的支持。
　　电信级以太网用于专线的优势有以下几点：
　　●用户可用带宽更大且可平滑升级，能够从十兆、百兆过渡到吉比特；
　　●基于以太网便于开展多点到多点和点到多点的数据业务；
　　●如果需要新建网络，投资回收期相对其他方式更短。
　　增强型以太网、PBB-TE和T-MPLS技术均能满足以太网专线应用的需求，只是建网初期的成本存在一定差异。另外，考虑对多业务的需求，TDM仿真功能应该是专线应用中需要考虑的一个重要因素。
　　（3）IP RAN
　　IP RAN是无线回传的一种重要应用，包括在IP化的2G和3G无线接入网络中的应用。电信级以太网技术在IP RAN中主要是用于基站和基站控制器或Node B到RNC之间（如WCDMA）的流量回传。
　　电信级以太网技术在IP RAN应用的优势有以下几点：
　　●能够提供端到端电信级的数据传送，具备类似电路的服务质量和高可靠性；
　　●直接采用以太网承载IP业务，避免了协议之间的转换和封装带来的开销；
　　●降低建网成本，符合网络整体IP化的趋势。
　　IP RAN的应用对面向连接的特性要求较高，并且需要保障端到端的服务质量，因此，PBB-TE或T-MPLS技术比较适合在IP RAN中应用。需要指出的是，IP RAN对同步时钟的精度有较高要求，尤其是对于基于TDD方式的cdma 2000和TD-SCDMA系统，因此，电信级以太网需要考虑引入同步以太网等技术来满足高精度同步时钟的传送和提取。
4、电信级以太网在运营商网络中的应用
　　由于不同的运营商的网络现状和业务需求存在差异，因此，电信级以太网在目前国内运营商的应用模式和前景也不同。下面将结合固网运营商和移动运营商现状进行分析。
　　4.1　固网运营商
　　国内的固网运营商（如中国电信和中国网通）有比较完善的城域数据网络。其中，IP城域网主要采用二三层分离的思路进行建网。在业务控制层以上采用三层以上大容量路由设备，而业务控制层以下是基于二层的宽带汇聚网络，主要是基于光纤直驱的以太网交换机和基于SDH（同步数字体系）的MSTP（多业务传送平台）。
　　从业务需求来看，宽带汇聚网承载的业务主要包括公众用户的宽带接入流量、大客户专线接入、软交换AG承载以及IPTV的流量。目前，对于百兆及以下速率和对可靠性要求较高的应用场合，采用MSTP承载的居多；而对存在裸光纤的场合和GE以上的大颗粒业务，采用光纤直驱的方式较多。从实际的光纤资源来看，以树型为主，环型为辅。
　　从以上分析来看，电信级以太网在固网运营商的应用主要是EAN方式，并有一定的专线接入需求，因此，采用增强型以太网技术对固网运营商是较好的选择。固网运营商近期可以考虑基于以太网交换设备增加对电信级以太网特性的要求，如以太网的OAM和高可靠性，对现网逐步实现优化等。从中长期来看，随着电信级以太汇聚网络规模的增加，可以逐步在增强型以太网上引入面向连接的特性来实现端到端的业务提供和QoS保障，并在标准成熟的阶段向PBB-TE等技术进行过渡。由于PBB-TE和增强型以太网技术采用的保护和OAM等机制相同，以上过渡会比较平滑，并且保护固网运营商的现有投资。
　　4.2　移动运营商
　　国内的移动运营商的网络建设和固网运营商存在一定的不同。其建有较完善的传输网络和IP骨干网络，但城域的数据网络较为薄弱。一般而言，城域数据网络的核心层作为IP骨干网的延伸比较完备，而核心层以下并没有完整的宽带汇聚网络。
　　移动运营商的业务需求也有所不同。移动运营商（如中国移动）现阶段的数据网络主要用于承载内部管理、WAP/GPRS、移动软交换和少量的无线宽带接入和专线流量，对带宽的需求并不紧迫，现有的MSTP或数据城域网基本可以满足其业务需求。但随着其网络IP化的发展，尤其是3G的部署和2G基站的IP化，移动运营商对IP RAN有较明显的需求。
　　由此可见，移动运营商对电信级以太网的应用主要在于IP RAN的承载，因此，选择PBB-TE和T-MPLS比较符合其建网需求。PBB-TE和T-MPLS技术面向连接的业务提供能力和硬QoS（hard QoS）的保障能力可以满足基站业务的可靠回传。但是，必须考虑在电信级以太网设备上引入高精度的时钟传递机制才能满足基站的同步要求。如果移动运营商启动IP城域网的建设，采用增强型以太网来组建宽带汇聚网是较好的技术选择。
5、结束语
　　网络的发展正走向融合，分组化将成为网络融合的基础。广义的电信级以太网几乎涵盖了目前主流的二层分组承载技术，必将成为未来城域网的主要组成部分。对运营商而言，不同的网络现状和业务需求使得其选择的电信级以太网技术路线和策略可能会有所不同。而随着全业务运营时代的来临，固网运营商和移动运营商的建网模式可能会最终趋于一致，而电信级以太网在其中会有着不可或缺的作用。