PTN

簡介

PTN支持多種基于分組交換業務的雙向點對點連接通道，具有适合各種粗細顆粒業務、端到端的組網能力，提供了更加适合于IP業務特性的“柔性”傳輸管道；具備豐富的保護方式，遇到網絡故障時能夠實現基于50ms的電信級業務保護倒換，實現傳輸級别的業務保護和恢複；繼承了SDH技術的操作、 管理和維護機制（OAM），具有點對點連接的完美OAM體系，保證網絡具備保護切換、錯誤檢測和通道監控能力；完成了與IP/MPLS多種方式的互連互通，無縫承載核心IP業務；網管系統可以控制連接信道的建立和設置，實現了業務QoS的區分和保證，靈活提供SLA等優點。  

另外，它可利用各種底層傳輸通道（如SDH/Ethernet/OTN）。總之，它具有完善的OAM機制，精确的故障定位和嚴格的業務隔離功能，最大限度地管理和利用光纖資源，保證了業務安全性，在結合GMPLS後，可實現資源的自動配置及網狀網的高生存性。  

主要特點

通用分組交叉技術

PNT使用了通用的分組交叉技術，實現了一個靈活支持同步複用的業務與靈活支持以太網業務的交換平台。它解決了以太網設備無法高效地傳輸到較高QoS的業務及MSTP設備的數據吞吐量較低等缺點，有助于PTN絡順利地适應未來行業融合的新要求。  

2. 可擴展性技術

通過網絡分層和分域實現了PTN網絡的可擴展性。不同的業務信号可以分層靈活傳輸和交換。PTN的分層和分域模式也可以創建在傳統的傳輸技術，如SDH 、OTN或以太網，但是這種分層模式從傳統網絡的概念擺脫出來，使PTN網絡可信和靈活，服務和應用程序獨立的低成本網絡傳輸平台，來滿足各種需求的多業務傳輸和應用程序。  

3. 同步技術

PTN技術同步技術包括兩個方面:頻率同步（時鐘同步）和時間同步。PTN網絡主要用于分組業務，不需要同步。而PTN定位為多業務的統一平台，為了滿足傳統TDM業務和其他傳輸網絡應用場景的同步需求，PTN網絡需要考慮同步問題。因此，有必要創建PTN網絡時鐘和時間同步系統。當傳輸網絡支持TDM業務時，需要在網絡出口提供一種重建機制，用于重建TDM碼流的定時信息。PTN網絡中為了解決這個問題，滿足網絡操作的頻率要求，提出了以下頻率同步處理技術：同步以太網、時鐘在分組上傳送、電路仿真服務CES、精确時間協議、自适應和差分時鐘恢複等。  

功能組成

PTN是基于分組交換、面向連接的多業務統一傳送技術，不僅能較好地承載以太網業務，而且兼顧了傳統的TDM和ATM業務，滿足高可靠、可靈活擴展、嚴格QoS和完善的OAM等基本屬性。從網元的功能結構來看，PTN網元由傳送平面、管理平面和控制平面共同構成。  

①傳送平面。傳送平面實現對UNI接口的業務适配、業務報文的标簽轉發和交換、業務的服務質量（QoS）處理、操作管理維護(OAM)報文的轉發和處理、網絡保護、同步信息的處理和傳送以及接口的線路适配等功能。  

②管理平面。管理平面實現網元級和子網級的拓撲管理、配置管理、故障管理、性能管理和安全管理等功能，并提供必要的管理和輔助接口，支持北向接口。  

③控制平面功能（可選）。目前PTN的控制平面的相關标準還沒有完成，一般認為它可以是ASON向PTN領域的擴展，用IETF的GMPLS協議實現，支持信令、路由和資源管理等功能，并提供必要的控制接口。  

分層結構

PTN将網絡分為信道層、通路層、傳輸媒質層，其通過GFP架構在OTN、SDH和PDH等物理媒質上。分組傳送網分為三個子層：  

①分組傳送信道層( Packet Transport Channel，PTC)，其封裝客戶信号進虛信道(VC)，并傳送虛信道(VC)，提供客戶信号端到端的傳送，即端到端OAM，端到端性能監控和端到端的保護。  

②傳送通路層( Packet Transport Path，PTP)，其封裝和複用虛電路進虛通道，并傳送和交換虛通路(VP)，提供多個虛電路業務的彙聚和可擴展性(分域、保護、恢複、OAM)。  

③傳送網絡傳輸媒質層，包括分組傳送段層和物理媒質。段層提供了虛拟段信号的OAM功能。  

技術體制

分組傳送網( Packet Transport Network，PTN)是以分組交換為核心，面向分組數據業務的傳送網。PTN也是一種基于分組轉發的、面向連接的多業務傳送技術。PTN支持電信級以太網、時分複用和IP業務承載。PTN作為IP/多協議标記交換( Multi- ProtocolLabel switch，MPLS)或以太網承載技術和傳送網結合的産物，在IP業務和底層光傳輸媒質之間設置一個層面，針對分組業務流量的突發性和統計複用傳送的要求，采用分組的、面向連接的多業務統一傳送技術，其不僅能夠承載電信級以太網業務，而且兼顧傳統的TDM業務;不僅繼承了傳統傳送網面向連接的特性，而且具備高效帶寬管理功能PTN實現的兩大技術體制是:多協議标記交換-傳送子集( Multi-Protocol labelSwitch- Transport Profile， MPLS-TP)和運營商骨幹網橋流量工程( Provider backboneBridgesTraffic Engineering， PBB-TE)。 MPLS-TP來源于IP/MPLS技術，PBB-TE來源于以太網技術。  

基于 MPLS-TP技術的PTN網絡，用僞線( Pseudo wire，PW)和标記交換路徑( LableSwitched path，LSP)來分别标識端到端的分組傳送業務和分組傳送路徑，實現面向連接的分組轉發和傳送功能。  

關鍵技術

PTN是基于分組轉發的面向連接的多業務傳送技術。PTN支持電信級以太網、TDM和IP業務承載，具有高可靠性、高安全性、高擴展性、高業務質量和可控可管等電信級網絡特點。基于 MPLS-TP的PTN包括如下一些關鍵技術。  

(1)分組轉發機制

PTN數據轉發基于标簽進行，即由标簽構成端到端的面向連接的路徑， MPLS-TE基于20比特的 MPLS-TP标簽轉發，是局部标簽，在中間節點進行LSP标簽交換。  

(2)多業務承載

MPLS-TP采用僞線電路仿真技術來适配不同類型的客戶業務，包括以太網、TDM和ATM等客戶業務。支持以太網點到點線型業務、以太網多點到多點專網線業務和以太網點到多點樹形業務。  

(3)運行維護管理機制

PTN的 MPLS-TP運行維護管理機制分為虛線層、标簽交換路徑層和段層三層。每層都支持運行維護管理功能機制，包括連續性檢驗、連接确認、性能分類、告警抑制、遠端完整性能等。  

(4)網絡保護方式

MPLS-TP支持的标簽交換路徑的保護方式，主要有環路保護、線路倒換和網狀網恢複等。保護倒換時間≤50ms，保護範圍包括光纖、節點、環的段層等;線路倒換時間≤50ms網狀網的恢複，主要依靠重新選擇路由機制完成。  

(5)服務質量機制

PTN支持的服務質量機制，包括流量管理、優先級映射、流量整形、隊列調度和擁塞控制等。  

典型實現方案

就實現方案而言，在目前的網絡和技術條件下，總體來看，PTN可分為以太網增強技術和傳輸技術結合MPLS兩大類，前者以PBB-TE為代表，後者以T-MPLS為代表。當然，作為分組傳送演進的另一個方向——電信級以太網（CE，CarrierEthernet）也在逐步的推進中，這是一種從數據層面以較低的成本實現多業務承載的改良方法，相比PTN，在全網端到端的安全可靠性方面及組網方面還有待進一步改進。  

PBB技術

PBB技術的基本思路是将用戶的以太網數據幀再封裝一個運營商的以太網幀頭，形成兩個MAC地址。PBB的主要優點是：具有清晰的運營網和用戶間的界限，可以屏蔽用戶側信息，實現二層信息的完全隔離，解決網絡安全性問題;在體系架構上具有清晰的層次化結構，理論上可以支持1600萬用戶，從根本上解決網絡擴展性和業務擴展性問題;規避了廣播風暴和潛在的轉發環路問題：無需擔心VLAN和MAC地址與用戶網沖突，簡化了網絡的規劃與運營;采用二層封裝技術，無需複雜的三層信令機制，設備功耗和成本較低;對下可以接入VLAN或SVLAN，對上可以與VPLS或其他VPN業務互通，具有很強的靈活性，非常适合接入彙聚層應用;無連接特性特别适合經濟地支持無連接業務或功能，如多點對多點VPN(E-LAN)業務、IPTV的組播功能等。PBB的主要缺點是：依靠生成樹協議進行保護，保護時間和性能都不符合電信級要求，不适用于大型網絡;依然是無連接技術，OAM能力很弱;内部不支持流量工程。在PBB的基礎上，關掉複雜的泛洪廣播、生成樹協議以及MAC地址學習功能，增強一些電信級OAM功能，即可将無連接的以太網改造為面向連接的隧道技術，提供具有類似SDH可靠性和管理能力的硬QoS和電信級性能的專用以太網鍊路，這就是所謂的PBT(網絡提供商骨幹傳送)技術，又稱PBB-TE。  

PBT技術的顯著特點是擴展性好。關掉MAC地址學習功能後，轉發表通過管理或者控制平面産生，從而消除了導緻MAC地址泛洪和限制網絡規模的廣播功能;同時，PBT技術采用網管/控制平面替代傳統以太網的“泛洪和學習”方式來配置無環路MAC地址，提供轉發表，這樣每個VID僅具有本地意義，不再具有全局唯一性，從而消除了12bit(4096)的VID數限制引起的全局業務擴展性限制，使網絡具有幾乎無限的隧道數目(260)。此外，PBT技術還具有如下特點：轉發信息由網管/控制平面直接提供，可以為網絡提供預先确知的通道，容易實現帶寬預留和50ms的保護倒換時間;作為二層隧道技術，PBT具備多業務支持能力;屏蔽了用戶的真實MAC，去掉了泛洪功能，安全性較好;用大量交換機替代路由器，消除了複雜的IGP和信令協議，城域組網和運營成本都大幅度下降;将大量IEEE和ITU定義的電信級網管功能從物理層或重疊的網絡層移植到數據鍊路層，使其能基本達到類似SDH的電信級網管功能。  

然而，PBT存在部分問題：首先，它需要大量連接，管理難度加大；其次，PBT隻能環型組網，靈活性受限；再次，PBT不具備公平性算法，不太适合寬帶上網等流量大、突發較強的業務，容易存在設備間帶寬不公平占用問題；最後，PBT比PBB多了一層封裝，在硬件成本上必然要付出相應的代價。  

T-MPLS技術

T-MPLS（Transport MPLS）是一種面向連接的分組傳送技術，在傳送網絡中，将客戶信号映射進MPLS幀并利用MPLS機制（例如标簽交換、标簽堆棧）進行轉發，同時它增加傳送層的基本功能，例如連接和性能監測、生存性（保護恢複）、管理和控制面（ASON/GMPLS）。總體上說，T-MPLS選擇了MPLS體系中有利于數據業務傳送的一些特征，抛棄了IETF（Internet Engineering Task Force）為MPLS定義的繁複的控制協議族，簡化了數據平面，去掉了不必要的轉發處理。T-MPLS繼承了現有SDH傳送網的特點和優勢，同時又可以滿足未來分組化業務傳送的需求。T-MPLS采用與SDH類似的運營方式，這一點對于大型運營商尤為重要，因為他們可以繼續使用現有的網絡運營和管理系統，減少對員工的培訓成本。由于T-MPLS的目标是成為一種通用的分組傳送網，而不涉及IP路由方面的功能，因此T-MPLS的實現要比IP/MPLS簡單，包括設備實現和網絡運營方面。T-MPLS最初主要是定位于支持以太網業務，但事實上它可以支持各種分組業務和電路業務，如IP/MPLS、SDH和OTH等。T-MPLS是一種面向連接的網絡技術，使用MPLS的一個功能子集。  

T-MPLS的主要功能特征包括：  

（1）T-MPLS的轉發方式采用MPLS的一個子集：T-MPLS的數據平面保留了MPLS的必要特征，以便實現與MPLS的互聯互通。  

（2）傳送網的生存性：T-MPLS支持傳送網所具有的保護恢複機制，包括1+1、1：1、環網保護和共享網狀網恢複等。MPLS的FRR機制由于要使用LSP聚合功能而沒有被采納。  

（3）傳送網的OAM機制：T-MPLS參考Y.1711定義的MPLS OAM機制，延用在其他傳送網中廣泛使用的OAM概念和機制，如連通性校驗、告警抑制和遠端缺陷指示等。  

（4）T-MPLS控制平面：初期T-MPLS将使用管理平面進行配置，與現有的SDH網絡配置方式相同。目前ITU-T已經計劃采用ASON/GMPLS作為T-MPLS的控制平面，下一步将開始具體的标準化工作。  

（5）不使用保留标簽：任何特定标簽的分配都由IETF負責，遵循MPLS相關标準，從而确保與MPLS的互通性。  

T-MPLS與MPLS主要區别

由于T-MPLS是利用MPLS的一個功能子集提供面向連接的分組傳送，并且要使用傳送網的OAM機制，因此T-MPLS取消了MPLS中一些與IP和無連接業務相關的功能特性。T-MPLS與MPLS的主要區别如下：  

（1）IP/MPLS路由器是用于IP網絡的，因此所有的節點都同時支持在IP層和MPLS層轉發數據。而傳送MPLS隻工作在L2，因此不需要IP層的轉發功能。  

（2）在IP/MPLS網絡中存在大量的短生存周期業務流。而在傳送MPLS網絡中，業務流的數量相對較少，持續時間相對更長一些。  

而在具體的功能實現方面，兩者的主要區别包括：  

（1）使用雙向LSP：MPLS LSP都是單向的，而傳送網通常使用的都是雙向連接。因此T-MPLS将兩條路由相同但方向相反的單向LSP組合成一條雙向LSP。  

（2）不使用倒數第二跳彈出（PHP）選項：PHP的目的是簡化對出口節點的處理要求，但是它要求出口節點支持IP路由功能。另外由于到出口節點的數據已經沒有MPLS标簽，将對端到端的OAM造成困難。  

（3）不使用LSP聚合選項：LSP聚合是指所有經過相同路由到同一目的節點的數據包可以使用相同的MPLS标簽。雖然這樣可以提高網絡的擴展性，但是由于丢失了數據源的信息，從而使得OAM和性能監測變得很困難。  

（4）不使用相同代價多路徑（ECMP）選項：ECMP允許同一LSP的數據流經過網絡中的多條不同路徑。它不僅增加了節點設備對IP/MPLS包頭的處理要求，同時由于性能監測數據流可能經過不同的路徑，從而使得OAM變得很困難。  

（5）T-MPLS支持端到端的OAM機制。  

（6）T-MPLS支持端到端的保護倒換機制，MPLS支持本地保護技術FRR。  

（7）根據RFC3443中定義的管道模型和短管道模型處理TTL。  

（8）支持RFC3270中的E-LSP和L-LSP。  

（9）支持管道模型和短管道模型中的EXP處理方式。  

（10）支持全局唯一和接口唯一兩種标簽空間。  

PTN可以看作二層數據技術的機制簡化版與OAM增強版的結合體。在實現的技術上，兩大主流技術PBT和T-MPLS都将是SDH的替代品而非IP/MPLS的競争者，其網絡原理相似，都是基于端到端、雙向點對點的連接，并提供中心管理、在50毫秒内實現保護倒換的能力；兩者之一都可以用來實現SONET/SDH向分組交換的轉變，在保護已有的傳輸資源方面，都可以類似SDH網絡功能在已有網絡上實現向分組交換網絡轉變。  

總體來看，T-MPLS着眼于解決IP/MPLS的複雜性，在電信級承載方面具備較大的優勢；PBT着眼于解決以太網的缺點，在設備數據業務承載上成本相對較低。标準方面，T-MPLS走在前列；PBT即将開展标準化工作。芯片支持程度上，目前支持Martini格式MPLS的芯片可以用來支持T-MPLS，成熟度和可商用度更高，而PBT技術需要多層封裝，對芯片等硬件配置要求較高，所以逐漸已經被運營商和廠商所抛棄。目前T-MPLS除了在沃達豐和中國移動等世界頂級運營商得到大規模應用之外，在T-MPLS的基礎上更推出了更具備協議優勢和成本優勢的MPLS-TP（MPLS Transport Profile)标準，MPLS-TP标準可以在T-MPLS标準上上平滑升級，可能成為PTN的最佳技術體系。  

優勢

PTN的優點有很多，例如它有适合各種粗細顆粒業務、端到端的組網能力，它能夠提供“柔性”傳輸管道，更加适合于IP業務特性；同時它可以支持多種基于分組交換業務的雙向點對點連接通道；它可以在50ms内完成點對點連接通道的保護切換，可實現傳輸級别的業務保護和恢複；它繼承了SDH技術的操作、管理和維護機制，具有點對點連接的完整OAM功能，保證網絡具備保護切換、錯誤檢測和通道監控能力;網管系統可以控制連接信道的建立和設置，實現了業務QoS的區分和保證等。