电信级以太网标准的进展

摘要　本文主要从电信级以太网技术的几个关键特性入手，总结梳理了目前电信级以太网几个标准化组织工作的最新进展。

1、前言

　　在电信级以太网技术中扮演着重要角色的标准组织和产业论坛主要有IEEE、MEF、ITU-T、IETF等，它们的努力方向和工作侧重点有所不同。MEF是目前最活跃的推动电信级以太网技术与业务发展的产业论坛，国际主要的运营商和很多系统设备商都是它的成员。MEF主要定义城域以太网的体系结构、业务参考模型、业务规范、业务一致性测试方法等，目前已发布技术规范十余个。

　　IEEE的几个相关工作组一直在电信级以太网领域扮演比较重要的角色，对电信级以太网的贡献也最为显著，国际主要的芯片供应商和系统设备厂商都参与了其中。IEEE主要从物理层和链路层的角度制定标准。其多个工作组都是在以太网技术的基础上进行电信级方面的增强工作，如802.1着重提出复用交换、信令控制及OAM相关方案，其中802.1ad定义了QinQ技术，802.1ah定义了PBT的数据平面技术，802.1ay定义了PBT的控制平面技术，802.1ag定义了以太网OAM技术；802.3着重研究速率及以太帧的扩展性，如802.3as的扩展帧、802.3ae的10GE等；802.17提出了RPR环网的解决方案。

　　ITU-T与电信级以太网有关的研究小组主要是SG15和SG13。其中SG15主要研究与以太网和MPLS网络相关的技术，目前集中对PBT技术和T-MPLS技术进行标准化研究；而SG13则聚焦于电信级以太网的OAM功能和标准。

　　IETF与电信级以太网相关的研究工作主要集中在MPLS工作组和L2VPN工作组，是MPLS以太网研究的主导力量，已定义了完备的PWE3、VPLS、GMPLS等标准。

　　本文主要从电信级以太网的几个主要方面，如体系结构、复用交换、保护切换、OAM、业务标准化等，简要梳理一下当前的最新标准进展。

2、电信级以太网体系结构相关标准

　　ITU-T G.8010"Architecture of Ethernet Layer Networks"从网络层和以太链路层的角度定义了电信级以太网的传送功能体系，包括分层结构、分层服务的原语定义、网络拓扑、复用、选路、网管等诸多方面。G.8010主要以IEEE802.1D、802.1Q以及802.3为基础；从电信级网络的分层模型角度清晰地定义了电信级以太网的模型框架，将其从下而上分为以太PHY层和以太MAC层。G.8010是ITU-T开发其他电信级以太网标准文本的基础。

　　MEF No.4文档"Metro Ethernet Network Architecture Framework-Part 1：Generic Framework"首先定义了网络的立体参考模型，如从分层上，把电信级以太网自下而上分为传送服务层、以太服务层和应用业务层，其中传送服务层和以太服务层分别对应G.8010中的以太PHY层和以太MAC层，这两个层的功能也基本沿用G.8010的定义。从功能上，把电信级以太网分为数据平面、控制平面和管理平面。MEF No.4文档还从城域以太组网的角度定义了参考点和接口，如定义城域范围内提供以太业务的MEN实体，以及与传送网的NI-NNI接口、与应用业务层的SI-NNI接口、与用户的UNI接口、与其他MEN域的E-NNI接口。

　　显而易见，ITU-T侧重于从传送的角度，而MEF更侧重于从端到端业务的角度定义电信级以太网的体系结构。

3、复用交换相关标准

　　复用交换相关标准可以说是电信级以太网中最重要的部分，因为引入了各种复用手段，使得传统上平坦的以MAC交换为主的以太网技术增加了层次性，奠定了诸多电信级以太网的重要基础。

　　IEEE 802.1ad"Amendment 4：Provider Bridges"主要定义了VLAN标签的堆栈及其操作，使传统的12 bit的VLAN标签空间增加到了24 bit。802.1ad因此也被称为VLAN堆栈技术或QinQ技术。QinQ解决了IEEE 802.1Q技术单层VLAN只有4096个的限制，理论上可具备2的24次方个VLAN，可满足绝大多数情况下的用户二层隔离需求。一个QinQ的以太帧（双层VLAN帧），通常是由一个单层VLAN以太帧根据某种规则，添加外层标签形成的。根据规则的不同，QinQ技术分为基本型QinQ技术和灵活型QinQ技术。基本型QinQ又称为基于端口的QinQ，是指交换机根据单层VLAN帧进入的端口标识，增加相应的外层标签而形成双层VLAN帧，也就是说从某个端口进入交换机的单层VLAN帧，不论其C-Tag值如何，其外层标签S-Tag都是一样的。灵活型QinQ又称为基于标签的QinQ，交换机除了基于端口标识外，还可以根据单层VLAN帧的C-Tag值，增加相应的外层标签形成双层VLAN帧。

　　IEEE 802.1ah "Amendment 6：Provider Backbone Bridges"定义了所谓的PBB技术，目前还处于草案阶段。PBB又被称为运营商骨干桥接技术，采用MinM封装，基于运营商MAC地址而不是用户MAC地址转发流量。PBB技术主要定义了双层MAC地址的帧结构，在转发行为上并没有改变，仍然采用了传统的MAC交换，这体现在它的名字仍然是桥接上。不过交换的MAC地址是运营商定义的MAC地址，而不是用户的MAC地址，因而这个MAC交换从某种角度上，也可以看成是MAC标签交换。最新PBB标准草案目前采用两种可选的帧结构：PBB帧和Dry Martini帧。

　　IETF RFC3985"Pseudo Wire Emulation Edge-to-Edge（PWE3）Architecture" RFC4488"Encapsulation Methods for Transport of Ethernet over MPLS Networks"、RFC4761"Virtual Private LAN Service（VPLS）Using BGP for Auto-Discovery and Signaling"、RFC4762"Virtual Private LAN Service（VPLS）Using Label Distribution Protocol （LDP）Signaling"以及其他一些RFC标准和草案共同定义了MPLS以太网标准。MPLS以太网通常是以三层的IP网络的二层VPN实现，其中包括点到点的以太VPN，也包括多点的VPLS。

　　ITU-T G.8110.1"Architecture of Transport MPLS（T-MPLS）Layer Network"定义了T-MPLS的复用交换技术。T-MPLS在IETF MPLS工作组的工作成果的基础上，去掉了复杂的MPLS信令如LDP、RSVP等，主要利用MPLS封装，实现可扩展的、具备流量工程能力的以太网技术。

　　T-MPLS借鉴了PBT的思路，即通过管理平面静态配置标签交换路径，只不过标签是MPLS标签，而不是PBT中的外层MAC标签和VLAN标签等。T-MPLS和PBT一样，都具备完备的流量工程能力和可控性，都将是未来电信级以太网的主流技术。对于T-MPLS和PBT，有一种比较形象的比喻：T-MPLS是MPLS--，而PBT是Ethernet++，其实是殊途同归的，并且两种技术都有计划将来在控制平面支持GMPLS。

4、保护相关标准

　　ITU-T G.8031/Y.1342"Ethernet Protection Switching"是ITU-T对基于VLAN的以太网技术定义的保护切换标准。在保护切换机制中，对工作资源都分配相应的保护资源，如路径和带宽等。相对于IEEE定义的生成树保护技术，G.8031定义的保护技术简单快速，以一种可预测的方式实现网络资源切换，更易于运营商有效地规划网络及明了网络的活动状态，实现电信级的运营。G.8031定义了1+1和1:1两种保护方式，在1+1方式中每一个保护资源都对应着一个工作资源，在保护域内，1+1方式采用双发单收的保护机制；1:1方式采用保护资源与工作资源彼此切换的机制。目前Q9/15还在研究以太环网保护机制。

　　IEEE 802.17"Resilient Packet Ring（RPR）Access Method and Physical Layer Specifications"定义了RPR环网保护技术。RPR采用互逆双环组网结构，定义了以下两种保护机制。

　　●源路由方式，直接在业务的源点进行倒换，通过改变发送环向将数据流传送到目的节点，避免了带宽的浪费，但是由于需要重新收敛，恢复时间较长。

　　●环回方式，靠近故障的两端节点将数据流"环回"到另一个环上（如内环数据流到外环），通过长路径允许数据流维持与目的节点之间的连接。优点是故障切换的恢复时间非常短，只可能丢失极少量的报文，不会造成业务中断的情况；缺点是链路带宽利用效率不高。

　　IETF RFC3916定义了EAPS保护技术。EAPS严格来说并不是IETF推荐的标准，而只是一个备忘录，但由于其简单灵活的实现方式，已经成为事实上的以太环网技术标准。EAPS保护技术已经被众多设备制造商实现，可以归纳为以下技术的叠加：环形拓扑+标准的基于IEEE 802.1D/1Q的MAC交换+改进的生成树算法+以太故障检测OAM+简单环网控制协议。

5、OAM相关标准

　　与电信级以太网OAM功能相关的技术标准有以下这些：IEEE802.1ag和ITU-T Y.1731定义了全网性端到端以太网OAM相关标准，提供丰富的OAM功能；ITU-T Y.1711定义了全网性端到端MPLS OAM，也提供丰富的OAM功能；IEEE 802.3ah定义了点到点单链路的OAM；IEEE 802.17定义了RPR技术自包含的OAM及其他OAM标准。

　　IEEE 802.1ag和ITU-T Y.1731对基于VLAN的以太网定义了一套协议和协议实体，用于检测、验证、和定位故障。协议包括5个方面的功能：拓扑发现，自动发现拓扑及其变化，可用于故障检测；连接性检查，检查链路及链路路径的连通性，可用于故障检测；环回检测，用于本地和远端节点的生存性和连通性检测；链路跟踪，类似IP网络的traceroute，用于跟踪和记录一条路径所经过的所有链路；性能管理，可用于监测以太网的相关性能指标，如时延、丢包、抖动等。协议实体包括测量中间点（MIP）、测量端点（MEP）等。

　　ITU-T Y.1710"MPLS OAM and Protection Switching"定义了一套用于MPLS网络的故障检测工具集，如MPLS Ping、MPLS Trace等。

　　IETF RFC4378"A Framework for Multi-Protocol Label Switching（MPLS）Operations and Management（OAM）"与相关标准相比，还处于框架阶段。IETF定义的功能相对广泛，包括故障、配置、计费、性能和安全，也就是所谓的FCAPS管理。

　　其他OAM标准，如IEEE 802.3ah，主要用于一段接入链路上的故障检测；IEEE 802.17定义了自定义包含的RPR OAM功能。

6、业务规范相关标准

　　MEF No.6文档"Metro Ethernet Services Definitions Phase I"和No.10文档"Ethernet Services Attributes Phase I"等通过定义以太业务类型、以太业务属性、以太业务参数这3个层次模型来构建相对完整的业务体系。以太网业务的属性和参数分为两种，UNI属性参数是作用于接口的属性参数，EVC属性参数是作用于管道的属性参数。UNI属性常见的有UNI标识、接口速率、工作模式、带宽模板、CoS模板、EVC绑定等。EVC属性常见的有EVC标识、类型、UNI列表、管道MTU、传送性能等。

　　另外与业务规范相关的标准还有ITU-T G.8011"Ethernet over Transport-Ethernet Services Framework"和ITU-T G.8011.1（2004）"Ethernet Private Line Service"。

7、结束语

　　本文简要回顾了电信级以太网方面的诸多标准的进展情况，可以看出，在电信级以太网的5大特性里面，如扩展能力、保护能力、QoS能力、OAM管理能力、业务标准化方面都得到了很大的发展。尤其是以太网帧复用方面的扩展功能、组网保护切换功能、OAM故障检测功能以及城域以太业务标准化方面的研究进展都非常迅速，并仍是研究的热点和重点，值得我们持续关注。