中国T-MPLS统一传送网络的控制平面需求分析

摘要　介绍了传送MPLS（T-MPLS）的发展以及标准化过程，深入分析了T-MPLS对于网络控制平面提出的需求和采用基于分组的传送机制给控制平面带来的挑战。在此基础上，基于现有的ASON/GMPLS控制平面体系，针对T-MPLS面向连接的特性，给出了未来控制平面的发展趋势，以及未来传送网的发展趋势和演进过程。

1、传递多协议标签交换（T-MPLS）的标准化过程

为了适应城域网络对于传送网的需求，ITU-T将MPLS的概念扩展到更低的传送层面，于2006年2月在日内瓦会议上首先提出了传送MPLS（T-MPLS）[1]的概念。T-MPLS是一种基于MPLS的面向连接的分组传送技术，它为下一代传送网提供了一种统一的全业务解决方案，省去了不必要的面向IP的处理，可以大幅度降低运营商的成本。同时还具有多业务扩展能力，支持不同技术信号的传送（分组/信元/时分），符合网络转型的趋势。和传统的分组传送网络相比，其面向连接的特性和强大的OAM功能可以保证运营级的质量要求。T-MPLS目前的发展主要定位在城域传送网，其网络结构仍然采用控制层与承载层相互独立，可以利用现有的传送层面进行传输，并通过采用通用的控制平面（ASON/GMPLS）[4]保证与现有传送网络的互联互通。为了适应面向连接的分组传送网的需求，必须对目前控制平面的架构进行相应的补充，并和传送平面（如SDH、MSTP或其他任何传送设备）相关联。T-MPLS不仅去掉了MPLS对于IP数据包特有的支持，对其进行简化，还采用RSVP-TE作为控制信令协议，支持Diff-Serv的QoS机制，在数据平面使用单向标签交换通道（LSP），支持管道和短管道模式，同时去掉了倒数第二跳弹出（PHP）和等权重多链路负载分摊（ECMP）等面向非连接的特性。文章主要分析了T-MPLS对于现有控制平面提出的新需求和带来的挑战，通过控制平面对于分组流进行控制，从而在未来的智能光网络中实现Y-MPLS统一的分组传送。

2、控制平面解决方案

2.1　T-MPLS整体架构

图1给出了T-MPLS设备模型的组成框图，未来T-MPLS设备仍然划分为传送平面、管理平面、控制平面。控制平面主要负责连接的建立、释放、拆除等功能，其中的监控和维护功能实体进行相应的管理，主要模块可以划分为路由、信令和自动发现等。传送平面主要提供净荷传送、性能监视、故障检测和保护倒换等功能，同时还要负责将多种业务信号适配进T-MPLS通道中。主要的方法有通过MPLS通道进行间接映射，或者通过伪线机制封装到T-MPLS传送管道，在分组网络中进行传输。管理平面主要包括故障管理、配置管理、性能管理、安全管理和计费管理，等等。控制平面在未来的网络中将担当起智能引擎的角色，以适应未来分组传送网络具有快速、灵活、智能特性的交叉连接的需要。

图1　T-MPLS框架结构

2.2　资源管理与终端适配协商

在传统的网络中，业务网络节点（SNP）的分配是和资源相关的，在收到连接请求之后，不用与远端进行协商，在本地直接进行SNP标识和容量的分配，两个方向的传输都可以使用相同的SNP标识[4]。由终端适配器（TAP）分配资源标签给链路资源管理器（LRM）并将这些标签与SNP标识相关联时，完成资源和SNP间的绑定关系。TAP为为LRM分配资源的同时，也对这些资源加以配置并创建传送平面的转发端口和链路连接，LRM要请求TAP来改变SNP标识的列表。通过追踪SNP标识可以让LRM实时统计链路的利用率。

而在基于分组的网络中，SNP的分配并不预留资源，所以需要有外在的资源预留组成部分。同时，由于在分组交换网络中两个方向的带宽分配是不对称的，而且每个方向上都要被A端LRM（LRMA）追踪。同时，在分组交换网中，LRMA和Z端LRM（LRMZ）要分配SNP标识，它们必须与TAP进行通信来配置功能。传送平面在链路信息出现前不进行资源分配，所以资源预留必须由承诺信息速率（CIR）和额外信息速率（EIR）共同决定，而且由于网络各个不同位置的资源预留能力不一样，所以要具备相应的配置功能。由于双向带宽分配的不一致性，每个方向上的配置都要独立地被LRM所了解。TAP负责提供容量和资源标签给LRM，并将这些标签与SNP标识相联系。当一个连接被请求时，LRM需要记录和保持所需的带宽，LRM也要具备相应的功能。连接信息必须包括准许控制策略，不同的SNP标识和资源标签必须用在双向连接的不同方向上。TAP在分配容量和资源标签时，只是完成配置请求以允许配置资源的激活。LRM分配SNP后，由TAP创建转发点，进行配置。TAP改变分配的资源容量的同时也对潜在的容量作相应的调整。由于原有G.8080的结构主要是针对基于电路交换所提出的，为了适应T-MPLS分组传送的特点，需要对原有的G.8080进行补充。可以看出，引入分组交换之后，SNP分配的协商过程以及链路建立、删除、修改所携带的控制参数和容量调整过程有所不同。基于分组的控制体系架构目前还在制订完善中，引入分组交换后对于G.8080的扩展如表1所示。

表1　引入分组交换的G.8080扩展

2.3　虚级联/链路容量调整（VCAT/LCAS）功能扩展

为了提高效率，传统的电路交换网络中定义了级联和虚级联的概念[5]，二者都是SDH/SONET的重要技术。级联实际上是一种组合过程，通过把多个虚容器组合起来，使得这些经过组合的虚容器可以作为一个仍然保持比特序列完整性的单个容器来使用。基于分组的网络和基于电路的网络中的虚联接容量调节方案不同，控制平面的支持和虚级联需要重新定义，VCAT/LCAS在传统的基于电路的网络中很有效，特别是SDH，但是在T-MPLS网络中是否还需要类似的功能仍需要进一步研究。定义虚级联的功能，需要在基于分组的网络中实现基于分组的通用成帧规程（GFP），将客户信息直接映射到服务层。同时也需要像基于电路的网络那样存在一个中间的适配层，原有控制体系中的LACS/VCAT实现机制很可能要被重新定义。要实现类似原有的LCAS/VCAT机制（比如分组级联），必须要借助控制平面实现新的处理能力。控制平面需要在连接失效后，支持带宽的动态调整，将原有链路上的容量倒换到保护路径上，再重新订购新的容量，而不被用户察觉这一失效过程。同时，控制平面和管理平面之间应该有一定的相互作用，例如管理平面应该给控制平面提供用来保护回复的传送资源。

2.4　控制平面的互通问题

由于目前大部分设备都是基于IP/MPLS的，因此T-MPLS和IP/MPLS网络的互联互通将会带来新的问题，如果采用对等模型，那么需要IP/MPLS、T-MPLS各自维持单个网络，而两者之间可以自由地交换所有信息，这样便于实现一体化的管理和流量工程，但是实现起来比较复杂，转发帧需要对于双方具有相同的含义，才可以实现相互理解。若采用重叠模型进行互联，则将T-MPLS和IP/MPLS作为独立的两个层面，按照客户—服务架构进行互通，T-MPLS和IP/MPLS利用共同的标签转发机制，可以互为服务者，每层实行独立控制。对于服务层而言，所有客户层的消息均被当作净荷进行传递。服务层只是作为一个开放的传送平台，边缘客户层设备与核心网络间不交换任何拓扑路由信息，各自独立选路，通过用户网络接口（UNI）将本地网络的信息移交下一网络进行处理。在网络演进的初期，运营商可以利用成熟的UNI和网络接口（NNI）接口标准，快速实现多家厂商间的互操作。不但结构相对比较简单，而且网络的内部细节信息可以不必开放，从而保障了传送网的安全性。同时，各个网络层面还可以独立演进，便于标准化过程独立进行。

2.5　支持多层、多域的NNI

提供动态路径恢复是网络发展的需求，其相对于基于静态网络环境的保护机制是一个较新的内容，但是提供动态路径恢复需要有灵活的支持机制，尤其在具体实现方面。T-MPLS网络中的控制平面需要提供动态路径恢复功能，主要涉及重路由的选择和快速恢复路径配置。多层、多域的NNI接口标准要同光互联论坛（OIF）定义的标准共同实行。在工作路径，保护路径的建立、删除、释放等操作应当配合IETF、CCAMP工作组的标准化过程，通过信令回溯、重传等机制实现可靠的端到端LSP的建立。管理层应充分利用现有ITU-T定义的各种OAM信息（如CV、AIS、RDI等），对链路进行实时的检测和状态统计，使网络达到运营级标准[6]。

2.6　多类型信号适配和封装功能的支持

T-MPLS在城域网中会处理多种业务，因此要在T-MPLS网络中实现对TDM（PDH/SDH）、以太网、帧中继、ATM等多种客户信号的有效适配和封装功能，为了使T-MPLS网络中的LSP通道可以支持对任何类型信号的适配，T-MPLS控制平面采用双标签交换的传输模式，即客户层信号在T-MPLS网络中传输分组数据时，T-MPLS边缘设备会对客户数据分配两类标签，分别是公共互通指示标签（CII标签）和传输标签交换通道标签（T-LSP标签），见图2。在双标签交换的基础上，可以方便地实施VPN业务，使得VPN专线通道可以承载更多类型的客户信号，并对不同信号进行适配和封装。

图2　T-MPLS双标签控制传输

2.7　多层网络生存性机制间的协调问题

在基于Mesh的组网环境下，生存性技术是保障T-MPLS网络性能的一个重要方面。在T-MPLS网络中，扩展线性保护和环网保护机制，在T-MPLS UN/NNI接口应当定义新的线性1+1、1:1和共享环网保护（共享通道保护环）以及1+1分组保护机制，进行保护/恢复路径的建立、拆除处理。统一的控制平面有助于T-MPLS网络多域多层网状保护策略和故障恢复机制的实施。通过高层来控制各层之间的协调，防止出现多层同时进行保护和恢复，尽可能减小网络的不稳定因素，在保证网络生存性的前提下，进一步提高资源的利用率。

3、结语

对IP承载网络来说，其最大优点是灵活性，可以提供动态的路由，同时对突发的IP分组业务进行高效的统计复用，但是它在通信网络的可靠性、生存性和管理维护方面存在很大不足。T-MPLS既是支持包括分组业务在内的多种业务，又是面向连接的技术。T-MPLS技术可用于提供具有统计复用特点的分组传送、带宽保障和运行、管理、维护和配置（OAM&P）。其控制面技术建议采用GMPLS，可实现控制链路的灵活建立。未来传送网的发展趋势将是提供在一个统一控制平面下的通用的传送平台，已经部署的设备在一段时间内仍然会存在，所以电路交换和分组交换方式将会同时存在，其中电路交换的部分仍然利用现有的SDH技术，对大粒度的业务进行传送，分组交换部分通过T-MPLS技术，优化对于分组和多种小颗粒度业务的传送。随着TDM业务的逐渐减少，电路交换设备将会渐渐退出历史的舞台。残存的少量TDM业务将通过伪线机制[7,8]进行封装，在T-MPLS隧道中进行传送。在T-MPLS向电信运营级分组传送技术发展的过程中，设备的更新要本着逐步演进、分批取代的原则，最终降低网络的建设和运营成本。

参考文献

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，February 2006