“超級”以太網—VPLS技術及應用綜述一(圖)

2019-11-04 20:39:34

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　　不僅擁有以太網架構的全部益處，而且同傳統的以太網相比，具有更好的可擴展性、可靠性及QoS等能力，這個超以太網一級的就是VPLS（虛擬專用局域網服務）。VPLS集以太網和MPLS的優點于一體，使用戶從中受益。
　　
　　VPLS為何而生
　　
　　二十多年來，以太網交換技術一直統治著局域網，同時ip路由技術統治著運營商網絡。在這一時期，以太網不斷擴展帶寬，并且憑借其簡單性和性價比，確立了自己作為城域和廣域網首選基礎設施技術的地位。用戶和運營商對以太網表現出強烈的需求，促使以太網堅定地向統治局域網和廣域網基礎設施的方向發展。
　　
　　用戶由于以太網能夠滿足他們的要求而喜歡它。這些要求包括：
　　
　　為提高生產力，整個企業需要更高的帶寬；
　　
　　全球化造成的更大的地理距離必須通過更快速的網絡連接；
　　
　　在企業內部所有位置提供以太網應用和服務，以最大限度地減少IT和培訓費用的需要；
　　
　　要求網絡迅速適應不斷變化的業務所需的服務靈活性；
　　
　　支持非基于IP的要害傳輸流；
　　
　　消費者需要的一攬子服務：帶寬、電話、廣播視頻、視頻點播。
　　
　　同樣，運營商因以太網能夠滿足他們的業務需要而喜歡它。這些要求包括：
　　
　　通過滿足最終用戶的需要，增加用戶忠誠度；
　　
　　減少資本支出，因為以太網端口具有比其他技術更高的性價比；
　　
　　減少運營費用，因為以太網更靈活，配置起來更輕易；
　　
　　實現新的服務來獲得更多的收入和增加利潤。
　　
　　上述用戶需要與運營商業務需要的結合點，是以太網服務發展的新趨向，這正是VPLS誕生的背景。
　　
　　Internet的出現以及采用新技術而帶來的生產力提高，導致對更高帶寬和服務的需求。企業需要更高帶寬的定制服務，而消費者則需要像寬帶連接和視頻點播等服務。運營商必須在他們的目標市場需求與他們業務的現實之間取得平衡。
　　
　　對部署新服務的系統分析證實，ATM、SONET/SDH等傳統技術，盡管為人們所熟悉，但與運營商對自己網絡的設想并不吻合。它們建立在昂貴的基礎設施上，基礎設施擴展時需要巨額投資。此外，復雜的治理和所有這些技術之間的多次切換會造成巨額運營開銷。
　　
　　以太網服務的市場機會是顯而易見的，而且已經出現。來自企業、用戶和調查研究的反饋展現了一個高速增長的市場。眾多早期采用者在部署這些服務上已經取得了成功。運營商面臨如何回應這些市場變化的挑戰。VPLS和以太網基礎設施一道，為運營商推出新服務并實現贏利提供了最好的解決方案。降低資本和運營費用的好處，將迅速改善運營商的收入。此外，利用已有網絡的能力確保運營商對老技術的投資，可以創造更多的回報。
　　
　　VPLS概述
　　
　　VPLS是一種可以在以太網上提供上述諸多服務的解決方案。它利用以太網和MPLS的組合，來滿足運營商和用戶的需求。VPLS使分散在不同地理位置上的用戶網絡可以相互通信，就像它們直接相互連接在一起一樣，即廣域網變成對所有用戶位置是透明的。這種功能是由MPLS 2層VPN解決方案實現的。
　　
　　在VPLS網絡中，每個用戶位置連接在MPLS網絡上的一個節點上。對于每一個用戶或虛擬專用網來說，由邏輯的點對點連接構成的完整網絡是在骨干MPLS網絡上建立的。這使一個用戶位置可以直接看到屬于這位用戶的其他所有位置。惟一的MPLS標記用于將一位用戶的傳輸流與另一位用戶的傳輸流隔離，并且用于將一項服務與另一項服務相分離。
　　
　　這種分割使用戶可以從提供商那里獲得多種服務，而每一個服務都是為最終應用定制的。例如，某位用戶的服務集合可以由VoIP、Internet接入以及可能兩個或更多的VPN服務構成。第一個VPN服務可以在所有企業位置之間提供“寬數據”連接性并可為所有雇員所使用。而第二個VPN服務可以被限制在一個位置子集合之間進行的某些金融交易上。所有這些服務都是通過VPLS惟一配置的，因此使它們具有獨特的質量保障和安全屬性。
　　
　　在VPLS網絡中，在各個PE(運營商網絡邊緣)之間建立全網狀的MPLS LSP(標記交換路徑)，將二層以太網幀通過MPLS進行封裝，通過MPLS交換將用戶以太網流量在各個PE之間進行轉發，并與CE（用戶邊緣設備）連接，從而建立一個點對多點的以太網VPN。
　　
　　PE設備將客戶的以太網幀封裝到MPLS包內，MPLS包頭包含兩層標記，其中外層標記Tunnel Label標識用來承載MPLS LSP，內層標記VC Label則代表不同虛擬電路，也就是不同的VPLS流量，這是一種偽線的封裝格式。因此在目的端PE(提供商邊緣路由器)設備終結LSP并彈出外層標記之后，將會根據內層VC Label來確定是屬于哪個VPLS實例的流量。
　　
　　VPLS技術包括兩個層面：信令控制層和數據轉發層。
　　
　　其中信令控制層的主要作用是通過使用信令協議在PE之間建立相應的虛擬電路，換句話說，也就是對標識VPLS實例的VC標記進行交換，使得各個PE設備能夠將VC標記映射到不同的VPLS實例，從而對所收到的MPLS封裝的流量進行識別。
　　
　　在數據轉發層，每個PE為每個VPLS服務實例維護一個轉發信息庫（FIB），并且把已知的MAC地址加入到相應的FIB表中。所有流量都基于MAC地址進行交換，未知的數據包（如目的MAC地址仍未知）將廣播給所有參與該VPN的PE，直至目的站響應且與該VPN相關的PE學習到該MAC地址。
　　 “超級”以太網—VPLS技術及應用綜述一(圖)

　　VPLS的基本參考模型如圖1所示。客戶站點通過服務提供商網絡連接起來，服務提供商網絡就像是一臺能夠學習的二層交換機。網絡中所有的PE用一個由隧道構成的全網格連接在一起，每條隧道承載多條虛線路。虛線路是為一對PE之間的每一個提供的服務建立的點到點連接結構。根據位置和客戶站點的數據，為客戶/服務建立的虛線路的數量可以從一個（用于只有兩個位置的客戶）到全網格（用于擁有連接在每一個PE的位置的客戶）。
　　
　　網絡中的每一個PE能夠建立連接其他每個PE的隧道，并可以通過信令建立穿過這些隧道的虛線路。當網絡向最終用戶提供二層服務時，每個PE可以學習所有本地連接的MAC地址，并將學習到的遠程地址與一條虛線路建立關聯。所有未知的單播、多播和廣播包被傳送給所有參與客戶VPN的PE。多播包像廣播包那樣處理，被傳播給客戶VPN中的所有PE。
　　
　　這種網絡模型假設服務（或VPLS實例）中的所有PE以一個虛線路全網格連接在一起，這種全網格消除了保持網絡無環路的需要。
　　
　　為了確保這種拓撲結果沒有環路，需要類似水平分割的概念：沒有PE向一個PE轉發它從另一個PE接收到的數據包。這種作法突破了其他基于生成樹的網絡所碰到的可伸縮限制。目前這一網絡模型正作為VPLS草案的一部分，由IETF的L2VPN工作組進行標準化。
　　
　　對于運營商來說，將以太網和MPLS組合在一起的好處多多。他們可以馬上從部署以太網基礎設施更低的資本開支中受益。但是，簡單的以太網交換網絡在服務可伸縮性（由于V局域網 ID的限制）和可靠性（生成樹不能很好地擴展）上存在局限性。這些限制性被MPLS所解決。
　　
　　MPLS提供多種解決方案，這些解決方案不僅提供大規模的可伸縮性和多種可靠性選擇，而且還帶來其他好處。例如，MPLS的動態信令有益于更迅速地改變和重新配置服務。其流量工程功能使提供商可以在整個網絡上支持服務水平保證。因此，它不僅滿足可伸縮性和可靠性的需要，而且還提供可以進一步減少費用的運營優勢。

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