公用ATM網向MPLS演進的幾種可能的方式

2019-11-04 11:47:32

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

　　多協議標記交換技術，即ＭＰＬＳ技術，采用集成模型的方法將ＩＰ技術與下層技術結合在一起，從而不僅具有高速交換、ＱｏＳ、流量控制的性能，同時具有ＩＰ技術的靈活性、可擴展性，它不僅能夠解決當前網絡中存在的問題，而且能夠支持許多新的功能。總之，它是一種較為理想的骨干ＩＰ網技術，有可能成為公用網使用中的一項重要技術。另外，協議本身與底層的傳輸媒體無關。近期，ＩＴＵ－ＴＳＧ１３通過了Ｙ．１３１０（公用ＡＴＭ網絡傳送ＩＰ）建議，提出了公用ＡＴＭ網絡演進的技術方案。Ｙ．１３１０對不同的運營商提出了向ＩＰ網絡演進的指導性意見：傳統運營商宜采用ＡＴＭ支持ＩＰ的解決方案，對于語音業務提供商宜首先保持ＳＳ７的控制，逐漸將話音業務量從ＴＤＭ網絡向分組化網絡分流，并向采用ＭＰＬＳ技術的網絡過渡。Ｙ．１３１０給出了ＡＴＭＰＶＣ上支持ＭＰＬＳ、虛擬中繼等技術方案。

ＭＰＬＳ的優勢和問題
一、ＭＰＬＳ的優勢
１．能夠提供以往ＩＰ網中無法保證的流量工程業務。它可最佳利用鏈路和節點，平衡負荷，確保某些業務流有必要帶寬，使ＩＰ網絡能夠具備一定的ＱｏＳ能力。
２．能夠增強網絡的性能。它可以實現許多以往技術所無法實現的路由功能，如顯示路由功能、環路控制、組播和ＶＰＮ等。
３．采用集成模型，將路由、尋址和控制等功能集成在一起，使控制過程大大簡化，從而避免了經典ＩＰＯＡ中的ＮＨＲＰ、ＭＰＯＡ等技術地址解析的復雜性。
４．改善了傳統ＩＰ網絡中的Ｎ平方問題，增強了可擴展性。
５．利用現有成熟的路由協議（如ＯＳＰＦ、ＢＧＰ－４）以及傳輸層協議（如ＴＣＰ），在簡化了網絡的設計過程的同時，保證了網絡的可靠性。
６．當使用ＡＴＭ交換機來支持ＭＰＬＳ時，ＭＰＬＳ對ＩＰ／ＡＴＭ良好的結合能夠使目前設備的投資得到充分的利用。
７．能夠支持各種傳輸層協議與鏈路層協議，是一種標準的解決方案，這一點有利于保證各個廠商產品之間的互操作性。

二、ＭＰＬＳ發展面臨的問題
１．在ＭＰＬＳ標準的制定過程中，控制協議面臨著ＣＲ－ＬＤＰ與ＲＳＶＰ－擴展兩種方式的取舍問題，這些問題若解決不好，將帶來復雜的互聯互通問題。
２．在沒有出現合適的用戶終端設備之前，真正的端到端的ＱｏＳ支持尚難以實現，目前只能支持ＤｉｆｆＳｅｒｖ的ＣｏＳ業務。
３．ＶＣＭｅｒｇｅ還有待進一步研究解決由其帶來的信元交織（Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｉｎｇ）問題，為此會消耗更多的緩沖資源，這將不可避免地帶來對現有ＡＴＭ設備的硬件升級投資。
４．當ＭＰＬＳ應用于ＡＴＭ交換機時，由于ＡＴＭ交換機ＶＣ、ＶＰ數量的限制，目前只能支持兩級標記棧，這一問題在研究之中。
５．引入ＭＰＬＳ后，將面臨與已有網絡的兼容和改造問題。
當前，國際上關于ＭＰＬＳ的研究十分活躍，該技術將很有可能成為下一代ＩＰ網絡的基礎。

現有網絡向ＭＰＬＳ的演進
一、不同業務的網絡
現有網絡結構如何向ＭＰＬＳ演進，不僅依靠于實際的網絡狀況，也依靠于特定網絡運營商所要提供的業務。假如要將ＭＰＬＳ在現有的ＡＴＭ骨干網中實施，網絡如何演進將取決于該網絡是一個新網絡還是一個已經建成的網絡，以及網絡承載的是以ＩＰ為主的業務還是包括數據、語音、圖像和租用線業務在內的全業務問題。雖然上述網絡劃分并不嚴格，但是這種劃分方法是建立在服務提供商的實際網絡狀態和所能夠提供的業務的基礎上的，是一種十分方便的分類方法。
１．已經建成的全業務網絡
在這種網絡中可以包含一個傳統的語音網絡，該網絡將使用ＴＤＭ網絡或是另一個網絡來進行數據業務的傳輸。該網絡的運營商需要解決的問題，就是要將其數據與話音網絡合并成為一個網絡。這種網絡中可能已經包含了傳統的ＡＴＭ技術，并使用這種技術來支持數據業務（ＩＰ或ＦＲ）。這種網絡還可能已經在使用這一技術來提供語音與圖像業務或者其它的ＡＴＭ本地業務。在這種情況下，ＡＴＭ表現為一種多業務交換技術。
這種網絡對于ＩＰ業務的傳送可以有以下３種方式：
（１）使用點到點的ＡＴＭＰＶＣ及ＲＦＣ２６８４封裝；
（２）使用經典ＩＰＯＡ（Ｃ－ＩＰＯＡ）；
（３）使用ＭＰＯＡ。
假如這種網絡只使用ＰＶＣ、ＳＰＶＣ、ＳＶＣ、ＰＶＰ、ＳＰＶＰ，而不使用ＭＰＬＳ控制下的ＶＣ的話，那么使用上述任何一種方式傳送ＩＰ業務，網絡都有必要引入ＭＰＬＳ技術。ＭＰＬＳ控制下的ＶＣ可以成為“標記ＶＣ（ＬＶＣ）”，以便與ＰＮＮＩ或類似協議控制下的ＳＶＣ相區別。
2.以ip業務為主的新網絡
這種網絡面臨的主要問題是到底有沒有必要使用ＡＴＭ。假如運營商真的要使用基于信元的ＭＰＬＳ的話，那么也沒有必要使用ＡＴＭ控制了。這種網絡所需使用的僅僅是ＡＴＭ的交換能力。
３．全業務的新運營商網絡
這種網絡除了支持ＩＰ業務之外，還要能夠提供語音、圖像和租用線業務。由于這種業務的多樣性，該網絡將很有可能需要使用ＡＴＭ來把上述各種業務集成到一個網絡之上。
在這種網絡的邊緣，可能會使用路由器來支持ＩＰ業務，然而網絡的核心將使用ＡＴＭ技術。在網絡的核心將實現基于信元的ＭＰＬＳ技術；同時，還可能需要使用“ＳｈｉｐＩｎＴｈｅＮｉｇｈｔ”方式來將基于ＭＰＬＳ的業務和基于ＡＴＭ的業務集成在一起。

二、混合ＡＴＭ網絡
在將ＭＰＬＳ引入現有ＡＴＭ網絡的過程中，ＬＳＲ（標記交換路由器）之間有時可能會需要使用傳統的ＡＴＭ設備來連接，這樣就構成了一個“混合”網絡。在混合網絡中，有的交換機或路由器中有ＭＰＬＳ能力，而有的則沒有。以下討論三種可以將ＡＴＭ網絡中的非ＭＰＬＳ設備與ＭＰＬＳ設備結合在一起的方法，假設對象是支持ＡＴＭ交換的網絡。在技術方面，雖沒有涉及ＭＰＯＡ與Ｃ－ＩＰＯＡ。但本節討論的技術同樣適用于這兩種技術。
1.PVC上的MPLS傳輸
該技術如圖１所示。需要注重的是，這種技術只能用于連接基于分組的ＬＳＲ而不能用于連接ＡＴＭ－ＬＳＲ。該技術既可以使用傳統ＡＴＭ網絡上的ＰＶＣ，也可以使用ＳＰＶＣ（ＳｏｆｔＰＶＣ）來連接基于分組的ＬＳＲ（下文中對于ＰＶＣ的使用方法同樣適用于ＳＰＶＣ）。
在這種技術中，路由器間將互相發送包含ＩＰ分組與明確的標記封裝的ＭＰＬＳ分組。由于此時ＭＰＬＳ標記將作用于整個分組而不是單個信元，由此這種技術又稱為“基于分組的標記技術”。當這種技術應用于ＰＶＣ上時，許多具有不同標記的分組將可能通過同一ＰＶＣ傳送。而在ＡＴＭＭＰＬＳ中，每一個標記都是由不同的ＶＣ（即“標記ＶＣ”）來表示的。這種ＰＶＣ上的基于分組的標記技術實際上與下列情況是一樣的：如ＭＰＬＳＬＳＲ通過“ＳＯＮＥＴ上的分組傳送（Ｐａｃｋｅｔ－ｏｖｅｒ－ＳＯＮＥＴ）”、“ＳＤＨ上的分組傳送（Ｐａｃｋｅｔ－ｏｖｅｒ－ＳＤＨ）”鏈路或是任何點到點鏈路相連的情況。
要注重的是，在這種技術中，支持ＰＶＣ的ＡＴＭ交換機并不使用ＡＴＭＭＰＬＳ。在這些交換機上，仍將使用傳統的ＩＰＯＡ方式中的ＰＶＣ配置與治理方法。這種技術將使用ＭＰＬＳ的通用標記棧封裝，而鏈路層封裝則可以使用空封裝或是ＬＬＣ／ＳＮＡＰ封裝。假如ＰＶＣ只用于傳送ＭＰＬＳ分組的話，則建議使用空封裝。否則應當使用ＬＬＣ／ＳＮＡＰ封裝，其中ＳＮＡＰ中的以太網類型字段將表明該封裝的類型為“ＬＡＮ媒體上的ＭＰＬＳ傳送”。
2.虛中繼（VirtualTrunk）
該技術如圖２所示。虛中繼是由虛通道（ＶＰ）連接構成的。在ＡＴＭＭＰＬＳ中，一般是通過把ＩＰ分組裝入同一ＡＴＭ中繼內的不同ＶＣ中來對ＩＰ分組進行標記。中繼上的每一個不同的ＶＣ都將代表一個標記值。而對于虛中繼，ＡＴＭ－ＬＳＲ的處理方式與它對一條物理中繼的處理幾乎是一樣的：同一ＶＰ中的不同ＶＣ將表示不同的標記值。不同在于虛中繼不是ＡＴＭ－ＬＳＲ之間的物理中繼。虛中繼實際上是使用傳統的ＡＴＭ交換機的方法建立起來的永久虛通道的連接（ＰＶＰ），或是軟永久虛通道連接（ＳＰＶＰ）。虛中繼還可以用于與將邊緣ＡＴＭ－ＬＳＲ與中間ＡＴＭ－ＬＳＲ相連或是邊緣ＡＴＭ－ＬＳＲ之間的連接。使用虛中繼和基于ＶＣＩ的標記來實現ＡＴＭＭＰＬＳ的方式在許多方面與使用基于ＶＰＩ／ＶＣＩ的標記來實現物理中繼上的ＭＰＬＳ的方式都是一樣的。在這種方式中，必須有一個ＶＣ專門用于ＬＤＰ控制流的傳送，而且這一ＶＣ必須使用ＬＬＣ／ＳＮＡＰ封裝。
3.LDP虛連接標志（VCID）通知
該技術如圖３所示。使用ＶＣＩＤ技術，在ＡＴＭＭＰＬＳ技術中將可以使用ＰＶＣ、ＳＰＶＣ和ＳＶＣ相連接（此處，ＳＶＣ特指傳統ＡＴＭ網絡中動態建立的ＶＣ，而為ＡＴＭＭＰＬＳ所直接使用的ＶＣ稱為“標記ＶＣ”或“ＬＶＣ”）。
在前面兩種方式中，ＰＶＣ上的ＭＰＬＳ傳送技術是基于分組的ＭＰＬＳ，而不是基于ＡＴＭ的ＭＰＬＳ，虛中繼技術是使用ＰＶＰ而不是使用ＰＶＣ，或ＳＰＶＣ，或ＳＶＣ。
在與虛中繼方式類似的網絡配置下，ＶＣＩＤ技術將可以使用ＰＶＣ，ＳＰＶＣ以及ＳＶＣ。當使用ＶＣＩＤ時，在ＡＴＭＭＰＬＳ設備之間將使用一些ＰＶＣ，ＳＰＶＣ以及ＳＶＣ來傳送標記分組，每一個ＶＣ都將表示一個標記。由于每一個標記都由一個不同的ＶＣ來表示，在使用ＶＣＩＤ技術的ＡＴＭＭＰＬＳ設備上將可以使用ＡＴＭＭＰＬＳ的分組轉發。
該技術中，在相鄰的兩個ＬＳＲ之間，必須預先設置一個默認的ＶＣ以便傳輸ＩＰ路由信息與ＬＤＰ信息。這一ＶＣ應當是使用ＶＣＩＤ與標記相關聯的ＶＣ之外的一個ＶＣ。

三、使用ＰＶＣ上的ＭＰＬＳ傳送技術的網絡
1.PVC上的MPLS傳送技術的使用
在使用ＰＶＣ上的ＭＰＬＳ傳送技術的網絡中，ＩＰ路由協議的操作將導致與傳統ＩＰＯＡ網絡中類似的可擴展性問題。解決這一問題的方法是在路由器之間使用部分網狀（ＰａｒｔｉａｌＭｅｓｈ）連接，但這將導致低效的多跳路徑的產生；另一種方法是在網絡中使用一些額外的邊緣ＡＴＭ－ＬＳＲ，還可以為這些ＬＳＲ再各自配上一個冗余邊緣ＡＴＭ－ＬＳＲ。對于這些額外ＬＳＲ的性能要求將是很高的，因為它們要承擔很大一部分網絡業務量。在使用ＰＶＣ上的ＭＰＬＳ傳送技術的網絡中，無法直接使用ＡＴＭ－ＬＳＲ。
為了支持ＭＰＬＳ的應用，一些運營商可能傾向于建立一個獨立于它們的傳統ＡＴＭ網絡的ＭＰＬＳ網絡，可以使用ＡＴＭＭＰＬＳ，也可以使用基于分組的ＭＰＬＳ技術，此時網絡中將使用基于分組的ＬＳＲ以及類似于ＰＰＰ－ｏｖｅｒ－ＳＤＨ的鏈路。這種基于分組的ＭＰＬＳ網絡可以使用ＰＶＣ上的ＭＰＬＳ傳送技術作為一個過渡階段，以便在引入基于分組的ＭＰＬＳ網絡的過程中答應使用傳統的ＭＰＬＳ網絡來傳送ＡＴＭ業務。隨著這種網絡的發展，使用ＰＶＣ上的ＭＰＬＳ傳送技術的鏈路將逐漸為物理鏈路所替代。
2.PVC上的MPLS傳送技術所使用的設備
ＭＰＬＳ－ｏｖｅｒ－ＰＶＣ網絡的核心是一個傳統的ＡＴＭ網絡。該網絡只要能夠支持ＰＶＣ或ＳＰＶＣ即可。實際上，這一網絡可以是任何ＡＴＭ網絡。邊緣ＡＴＭ－ＬＳＲ應當能夠滿足下列要求：
（１）具有一個或多個ＡＴＭ網絡接口卡；
（２）具有在ＰＶＣ或ＳＰＶＣ上進行局域分組的ＭＰＬＳ封裝的能力；
（３）對于ＰＶＣ或ＳＰＶＣ參數的業務量整形。

四、使用虛中繼的網絡
1.虛中繼的使用方法
虛中繼的使用可以有以下幾種方法：
虛中繼可在網絡中不使用任何ＡＴＭ－ＬＳＲ，而完全依靠虛中繼來連接邊緣ＡＴＭ－ＬＳＲ網絡。在這種方法中，所有的ＭＰＬＳ分組都將依靠虛中繼來傳送，而網絡的ＡＴＭ部分完全由傳統的ＡＴＭ交換機組成。更普遍的一種情況是，ＡＴＭ網絡中的一些交換機將能夠支持ＭＰＬＳ協議棧，而另一些則不能。在這種情況下，虛中繼將不僅可以用于連接邊緣ＡＴＭ－ＬＳＲ，而且可以用于ＡＴＭ－ＬＳＲ之間或是ＡＴＭ－ＬＳＲ與邊緣ＡＴＭ－ＬＳＲ之間的連接。
2.向MPLS網絡的演進
首先，在傳統ＡＴＭ網絡的四周部署邊緣ＡＴＭ－ＬＳＲ，或者是將ＭＰＬＳ功能添加到現有的路由器中，都實現ＶＰＮ，也為下一步的演進打下基礎。
其次，在一些ＡＴＭ交換機中添加ＭＰＬＳ功能，或是在網絡中添加一些額外的ＡＴＭ－ＬＳＲ，都可以減少網絡所需的虛中繼數量，并且開始減輕混合網絡所帶來的可擴展性問題。在網絡中不斷增加ＡＴＭ－ＬＳＲ，進一步減少虛中繼的數量并開始引入純ＡＴＭＭＰＬＳ鏈路，這一步將自然而然地導致網絡進入最后一步。
最后，所有的ＡＴＭ交換機都將稱為ＡＴＭ－ＬＳＲ，網絡不再需要使用虛中繼，整個網絡將運行ＡＴＭＭＰＬＳ，不再存在混合網絡的缺點。
ＬＳＲ與傳統ＡＴＭ交換機的融合可以有許多不同的方式，一個ＡＴＭＭＰＬＳ網絡必須包含邊緣ＬＳＲ，但是在網絡內部則可以使用虛中繼來實現任意數量即ＡＴＭ－ＬＳＲ與任意數量傳統的ＡＴＭ交換機的組合。
3.支持虛中繼的要求
虛中繼是使用ＰＶＰ或是ＳＰＶＰ建立起來的。
4.在傳統ATM交換機上支持虛中繼
傳統ＡＴＭ網絡中的交換機必須能夠支持ＰＶＰ或ＳＰＶＰ連接，以及與邊緣ＬＳＲ相匹配的ＡＴＭ論壇或者是ＩＴＵ規定的業務量治理類型，網絡中的交換機不需要具有ＭＰＬＳ能力。
5.在邊緣LSR上支持虛中繼
邊緣ＡＴＭ－ＬＳＲ必須能夠支持一個或多個ＡＴＭ網絡接口。

五、使用ＶＣＩＤ技術的網絡
1.邏輯鏈路的概念
ＶＣＩＤ技術將使用多個ＰＶＣ、ＳＰＶＣ或ＳＶＣ來連接傳統網絡中的每一對ＡＴＭＭＰＬＳ設備。雖然ＶＣＩＤ技術與虛中繼技術是不同的兩種技術，然而它們可以使用在相似的網絡配置之中。當使用ＶＣＩＤ將兩臺ＡＴＭＭＰＬＳ設備（ＡＴＭ－ＬＳＲ或邊緣ＡＴＭ－ＬＳＲ）連接起來時，需要使用許多條ＰＶＣ、ＳＰＶＣ或ＳＶＣ，其中有一條用于信令，而其它的則用于表示ＭＰＬＳ標記。然而，ＶＣＩＤ使用的這一組ＰＶＣ，ＳＰＶＣ或ＳＶＣ只相當于ＡＴＭＭＰＬＳ網絡中兩臺ＡＴＭＭＰＬＳ設備之間的一條ＡＴＭ鏈路，所以，可以將這一組ＰＶＣ，ＳＰＶＣ或ＳＶＣ看作是一條“邏輯鏈路”。
2.在傳統的ATM交換機上支持VCID
傳統ＡＴＭ網絡中的交換機必須支持ＰＶＣ、ＳＰＶＣ或ＳＶＣ連接，以及與邊緣ＬＳＲ相匹配的ＡＴＭ論壇或者是ＩＴＵ規定的業務量治理類型，網絡中的交換機不需要支持ＶＣＩＤ或是具有ＭＰＬＳ能力。
3.在邊緣ATM-LSR上支持VCID
邊緣ＡＴＭ－ＬＳＲ必須支持一個或多個ＡＴＭ網絡接口卡，除了ＡＴＭＭＰＬＳ協議之外還要支持ＶＣＩＤ。

作者簡介

趙慧玲
電信傳輸研究所副所長，信息產業部郵電科技委委員，ＩＴＵ－ＴＳＧ１３（ＩＰＬｅａｄｉｎｇｇｒｏｕｐ）國內對口組組長，國家網絡與交換標準研究組主席，國家ＩＰ與多媒體標準研究組副主席，國家８６３通信主題信息網專業專家組成員，國家８６３高速信息示范網總體組副組長，信息產業部電信研究院網絡戰略研究組成員，全國青聯委員，１９９９年被國家人事部授予中青年有突出貢獻專家的稱號，從事寬帶網技術標準和ＩＳＤＮ技術標準和測試工作，曾著有８部技術專著。

吳江
１９９７年畢業于上海復旦大學，隨后進入原郵電科學研究院就讀研究生，現在信息產業部電信傳輸研究所，主要從事ＩＰ／ＡＴＭ、ＭＰＬＳ相關領域的的研究。

上一篇：從ATM到寬帶以太網——上海交大“985工程”校園網建設

下一篇：ATM突破價格瓶頸