MPLS-TP的業務適配與標簽轉發機制

摘要:傳送網承載的業務從以時分復用(TDM)為主向以IP為主轉變，需要一種能夠有效傳送分組業務的新技術。傳送多協議標記交換(MPLS-TP)作為一種面向連接的分組傳送技術，具有高效的多業務適配能力和靈活的標簽轉發機制。從MPLS-TP技術特性入手，文章基于MPLS-TP標準化的最新進展，重點討論了與MPLS-TP有關的數據轉發平面，以及業務適配和標簽轉發機制等關鍵技術，包括信號適配、分組交換與轉發和雙標簽信令傳送實現等內容，說明了基于雙標簽傳送模式的虛擬專用網的業務實現方法，并總結了MPLS-TP的應用情況。

關鍵詞:業務適配;傳輸-交換通道標簽;公共互通指示標簽;標簽轉發

Abstract: Telecommunications services have been trending away from Time-division Multiplexing (TDM)-based transport networks towards IP-based ones. In the future， a new technology that can effectively carry packet services will be urgently needed. MPLS Transport Profile (MPLS-TP) is a connection-oriented packet transport technology with efficient service adaptation capabilities and a flexible label forwarding mechanism. This paper analyzes the technical characteristics of MPLS-TP， and introduces the latest standardization process. It discusses some key issues for MPLS-TP (including data forwarding plane， service adaptation， and label forwarding mechanism) and explains the implementation of dual-label transfer mode in Virtual Private Network (VPN). Finally， this paper summarizes the application of MPLS-TP.

Key words:service adaptation; T-LSP; CII; label forwarding

目前業務網正處在發展轉型時期。傳統電信業務的相對萎縮以及IP化趨勢的推動，使得傳送網承載的業務從以時分復用(TDM)為主向以IP為主轉變。未來的市場需要一種能夠有效傳遞分組業務，并提供電信級操作、維護、管理(OAM)和保護的分組傳送技術。要求傳送設備從“多業務的接口適應性”向“多業務的內核適應性”轉變，即業務的IP化對傳送網本身提出了分組化的要求。但同時，又必須保證傳統業務(如語音)的正常運行，即要求分組技術和傳輸技術相互融合。在這種業務轉型和技術融合的背景之下，分組傳送網(PTN)應運而生[1]。

就目前的網絡和技術條件，PTN實現方案可以分為以太網增強技術和傳輸技術結合多協議標簽交換(MPLS)兩大類，前者以運營商骨干橋接-流量工程(PBB-TE，或稱PBT)為代表，后者以傳送多協議標記交換(MPLS-TP，或稱T-MPLS)為代表。從目前發展來看，相比其他技術，這兩項技術更好地滿足了PTN目標網絡的要求，成為演進的主流技術方案。這兩種技術都是屬于面向連接的技術，都提供類似同步數字序列(SDH)的性能和可靠性，也都提供標準的面向連接的隧道，區別主要體現在數據轉發、保護、OAM的實現方式不同。T-MPLS技術在標準化進程中搶占了先機。整體來說，標準已經基本成熟，標準化程度已經達到了設備商用的要求，但還不夠完善，仍在進一步規范之中。

1 MPLS-TP技術特征與標準化進程

1.1 MPLS-TP標準化進程

國際電信聯盟電信標準部門(ITU-T)SG15工作組從2005年開始，把工作轉向了運用協議標記交換(MPLS)技術定義分組傳送層服務功能結構，即T-MPLS技術上來。到2007年，ITU-T發布了系統架構、接口與設備規范、OAM、保護倒換機制以及業務信號適配等幾個建議文檔，且已與因特網工程任務組(IETF)達成一致，目前正在分層功能詳細定義、適配客戶信號增加、業務互通和同步等方面進行進一步的標準化工作。同時，IETF也正在編寫T-MPLS RFC，為T-MPLS業務定義新的標簽。2008年，ITU-T同意和IETF成立聯合工作組(JWT)來共同推進T-MPLS和MPLS技術的融合。IETF將擴展現有MPLS技術為MPLS-TP，以增強其對ITU-T傳送需求的支持。今后由IETF和ITU-T的JWT共同開發MPLS-TP標準，并保證T-MPLS標準與MPLS-TP一致[2]。

1.2 MPLS-TP技術特征

從標準進展情況來看，MPLS-TP技術架構清晰，關鍵技術實現較為完善，對多協議標簽交換、偽線(MPLS/PW)技術進行了簡化和改造，引入了傳送網分層、OAM和線性保護等概念，符合傳送網的需求[3]。作為一種面向連接的分組傳送技術，MPLS-TP由數據平面、管理平面和控制平面組成，建立了端到端面向連接的分組傳送管道。該管道可以通過網絡管理系統或智能的控制面建立，具有良好的操作維護性和保護恢復。在傳送網絡中，MPLS-TP將客戶信號映射進MPLS幀并利用MPLS機制(例如標簽交換、標簽堆棧)進行轉發，同時增加了傳送層的基本功能，例如連接和性能監測、生存性(保護恢復)、管理和控制[4-5]。

MPLS-TP采用的是雙標簽傳送模式[6]，即MPLS-TP在為客戶層提供分組式數據傳輸時，會對客戶數據分配兩類標簽，分別是公共互通指示標簽(CII)和傳輸-交換通道標簽(T-LSP)。CII將兩端的客戶聯系在一起，用于終端設備區分客戶數據。T-LSP用于客戶數據在MPLS-TP分組數據通道中的交換和轉發。

總體上說，MPLS-TP作為MPLS的子集，是MPLS的簡化。為了支持面向連接的端到端的OAM模型，MPLS-TP排除了很多無連接的特性，并增加了ITU-T傳送風格的保護倒換和OAM功能，這些都有利于電信級業務的提供。同時，MPLS-TP選擇了MPLS體系中有利于數據業務傳送的一些特征，拋棄了IETF為MPLS定義的復雜的控制協議族，簡化了數據平面，去掉了不必要的轉發處理，在應用場景上更適合以TDM業務為主向IP化演進的運營環境。

2 MPLS-TP業務適配技術

單一傳送匯聚平臺的概念是業務組網技術中的一大突破。業務供應商不再需要對每個網絡層面進行投資來實現混合業務傳送，而是選擇單一的多業務平臺傳遞所有的業務。在MPLS-TP技術中，由傳送平面負責將客戶數據進行分組傳輸，對客戶信號進行適配和轉發。對于不同的客戶層信號，MPLS-TP采取不同的適配和轉發方法。對于分組數據(如以太網、幀中繼)、信元數據(如ATM)和時分數據(如PDH、SDH)，由于其長度、格式、復用方式等方面的差別，在對其進行適配傳輸過程中牽涉到的匯聚、分段、封裝、排序、定時、復用/解復用處理也將不同[7]。

2.1信號適配

客戶信號可以直接映射到T-LSP，也可以通過基于CII進行間接映射。根據雙標簽的體系結構，所有類型業務信號(IP信號可選擇直接或間接映射)都可以通過相同的雙標簽結構進行信號的封裝。封裝層為在虛電路上傳送的指定負荷信號提供必要的結構。封裝層包含3個子層:負荷匯聚、定時、排序。負荷匯聚子層和指定的負荷類型密切相關。可以將一組負荷類型歸入一個通用類，然后對整個組提供單一的匯聚子層類型。定時層和排序層對負荷匯聚層提供通用的服務。

(1)負荷匯聚層的主要任務是將負荷封裝成虛電路協議數據單元(PDU)類型。負荷匯聚層承載在客戶設備邊界處需要重現本地數據單元所必須的附加信息。而比特流在送往MPLS-TP時，有一部分在本地業務處理模塊被剝離。舉例來說，在結構化的SDH中，段開銷和線路開銷可能會被剝離。

(2)排序子層提供了幀定序、重復幀和丟失幀檢測3方面的功能。有些類型的業務必須按順序傳遞，有些類型的業務不需要順序傳遞。對于所發現的幀順序錯誤，以及檢測到的幀重復和丟失的具體處理辦法的選擇，與具體的業務類型有關。一些客戶層信號，比如SDH、幀中繼(FR)等，可能需要MPLS-TP傳輸具有時序性，即具有定時功能，包括時鐘恢復及基于時間的分組傳遞。

(3)定時子層提供了時鐘恢復和定時傳輸兩方面的功能。時鐘恢復是從傳輸的比特流中提取時鐘信息，并通過鎖相機制恢復時鐘。定時傳輸是指要求對接收到的不連續虛電路PDU按固定相位關系向客戶設備傳輸。

對IP業務，IP業務可以直接映射到T-LSP上，也可使用雙標簽方式間接映射。在雙標簽封裝方式中，節點不需要具有三層轉發能力，因此，在大量節點不具備三層轉發能力的網絡中，雙標簽封裝方式具有優勢。對于非IP業務的適配，基于虛電路進行間接映射。由于多個虛電路復用在一個標記交換通道(LSP)中進行傳送，提供的業務顆粒可以小于2 Mbit/s。由于對業務加上CII和采用標簽棧，地址空間的限制被克服。

2.2 業務封裝

業務的通用封裝格式如圖1所示。凈荷信息可以是IP分組、Ethernet分組、ATM信元、FR信元、SDH凈荷等。凈荷信息包含二層報頭或者一層的開銷。數據信息加上控制字信息用于凈荷匯聚，然后壓入CII標簽確定T-LSP中的虛電路類型，壓入T-LSP標簽用于確定MPLS-TP LSP。控制字信息一般包括標記、分段、長度和順序號信息。在目的端，終端設備終結LSP并彈出外層T-LSP標簽之后，將會根據內層CII標簽來確定是屬于哪個高層業務實例的數據流。

MPLS-TP的傳送面還具有一個特點，即對客戶層和服務層透明。對客戶層透明是指，任何客戶層信號都可以承載到MPLS-TP網絡上進行基于分組的傳送，客戶網絡可以是IP/Ethernet/ATM/FR/FC/PDH/SDH等。對服務層透明是指MPLS-TP可以使用任何底層技術傳輸，在MPLS-TP擴展出自己的數據鏈路層協議之前，為了做到前向兼容，可以承載在已有的Ethernet/SDH網絡中傳輸。

3 標簽轉發機制

借鑒分組網中用三層IP傳輸二層以太網數據的方法，MPLS-TP采用雙標簽傳送模式，即CII和T-LSP標簽。為了支持MPLS-TP層網絡，T-LSP支持無限嵌套，所以T-LSP標簽可以有多個。CII標簽可以具體表現為某一客戶信號的標簽，例如，在圖2中，將CII標簽表示為虛電路(VC)標簽。復用/解復用模塊通過虛電路捆綁的方法將多個VC捆綁成一個虛電路組(VCG)在同一個T-LSP上傳送。這樣可以降低網絡傳輸交換設備的復雜度，同時減少對帶寬資源的占用。

3.1 分組交換與轉發技術

MPLS-TP的業務分組交換與轉發功能主要對攜帶MPLS-TP標簽的分組客戶數據進行標簽交換和數據轉發。其主要功能包括預處理、轉發交換、封裝、分段、排序、定時、復用/解復用和監測。

(1)預處理是指對客戶數據在做進一步處理之前先進行的處理，比如數據和地址的轉換、對客戶數據類型的識別等。通過預處理可以降低下一步處理的難度。

(2)匯聚模塊主要負責根據客戶數據信號或信令信號的類型及重要性將分組進行分類匯聚，并安排到不同類型的傳送信道中傳輸，使不同類型的信號可以具有不同的服務質量(QoS)。

(3)封裝模塊在信號進行T-LSP復用和轉發之前將信號進行適配。封裝模塊的實現與所要封裝的客戶信號類型緊密相關。對于分組、信元和時分這3種信號采用封裝方法差別較大。封裝主要是指給分組打上VC標簽和T-LSP標簽，并插入適當的OAM信息的過程。但根據客戶信號類型的不同，有可能要使用到封裝模塊的3個子模塊，即分段、排序和定時。在超過服務層網絡所能承載的最大分組長度時，則要對客戶信號進行分段。有些客戶可能需要信號順序傳送和實時性支持，對這些信號的傳輸需要排序和定時功能。排序功能包括幀排序、復幀監測、丟幀監測。一些客戶層信號，比如SDH、FR等，可能需要MPLS-TP傳輸具有時序性，即具有定時功能，包括時鐘恢復及基于時間的分組傳遞。

MPLS-TP網絡中從客戶信號到鏈路幀的映射，包括了客戶業務封裝、信號復用和MPLS-TP包映射到鏈路幀的過程。MPLS-TP網絡中各種信息結構單元的關系如圖3所示。

客戶信號可以直接映射到MPLS-TP LSP(如IP客戶信號)，也可以通過基于CII的封裝間接映射。可以附加T-MPLS網絡OAM，并且數據包和OAM包都可以加上一個標簽頭進行復用。最后，MPLS-TP包映射到數據鏈路幀上，這些鏈路幀通過MPLS-TP拓撲鏈路傳送。在MPLS-TP終端設備上轉發交換模塊把處理完的客戶數據交換到相應的T-LSP上并轉發;在中間傳輸交換設備中MPLS-TP標簽分組數據被繼續轉發直到目的終端設備被解復用，轉發給目的客戶設備[8-9]。

3.2 雙標簽信令傳送實現

采用標記分發協議(LDP)為以太虛擬局域網1(端口1A，VLAN 100)和以太虛擬局域網2(端口1B，VLAN 200)之間建立一個MPLS-TP虛電路的實例被用來說明雙標簽傳送信令設計方案。如圖4所示。

以下步驟說明了建立MPLS-TP虛電路的主要過程。

(1)以太虛擬局域網1向MPLS-TP網絡終端1發出建立到以太虛擬局域網2的MPLS-TP虛電路的請求。

(2)終端設備1和2之間協商為該虛電路分配虛電路標志(VCID)。

(3)終端設備1初始化到終端設備2的LDP信令會話(如果不存在)。1、2都互相收到LDP KEEPALIVE消息，完成會話的建立，并準備好交換對該虛電路的標簽綁定。

(4)當以太虛擬局域網的狀態轉為UP后，終端設備1就會根據VCID為該虛電路分配一個本地CII標簽:500。并建立T-LSP 1對該虛電路進行傳輸，即為該虛電路分配T-LSP標簽600。

(5)終端設備1把T-LSP標簽放入T-LSP隧道TLV，把本地CII標簽放入LABEL TLV，把CII-ID放入FEC TLV，然后用LABEL MAPPING消息傳到終端設備2。

(6)終端設備1從終端設備2接收到LABEL MAPPING消息，將其解碼得到CII標簽和CII-ID。

(7)終端設備2獨立地執行第1步到第6步。

(8)兩個終端設備完成標簽綁定交換并確認端口參數一致后，對編號為CII-ID50的T-MPLS虛電路的建立宣告成功。如果有一個以太局域網連接故障或拆除，就會有一個標簽撤銷消息被發送到對等終端設備，撤銷它之前分發的MPLS-TP CII標簽。

3.3 基于雙標簽傳送模式的VPN業務

MPLS-TP網絡具有豐富的OAM開銷功能[10]，可以對網絡中的信號進行監控和管理，提高了整個MPLS-TP網絡的可操作性和安全性，為虛擬專用網(VPN)業務在MPLS-TP網絡中的應用鋪平了道路。同時傳統的VPN技術(不管是二層隧道技術還是三層隧道技術)實現的原理較為簡單。但在VPN擴展性、安全性、管理與維護、QoS和流量工程等方面存在明顯不足，特別是如果客戶采用不同的接入技術(PPP、ATM、幀中繼、以太網等)時，運營商需要通過不同的核心網來提供VPN業務。基于MPLS-TP傳送技術的VPN業務可以在與傳送技術無關的統一網絡平臺上實現。

MPLS-TP VPN是通過在MPLS-TP骨干網上建立簡單的點到點的隧道來實現的。它的客戶設備不參與三層路由處理，用戶自己配置VPN內部的路由，這就使得MPLS-TP VPN與用戶的第三層網絡協議無關。在MPLS-TP VPN中，終端設備僅負責用戶客戶設備之間的二層連接和轉發，而三層以上的功能則由用戶的客戶設備實現。MPLS-TP網絡本身可以承載不同的客戶信號。通過對不同信號的適配和封裝，客戶可以采用不同技術接入MPLS-TP VPN網絡，從而可以用較低的成本滿足客戶將不同層的VPN進行互聯的需求。

MPLS-TP VPN的實現如圖5所示。從圖5中可以看出，MPLS-TP VPN在網絡中采用雙層標簽。T-LSP標簽標志終端設備之間的共享隧道，而CII標簽標志著客戶設備之間的專有連接。CII標簽以MPLS-TP標簽棧的方式，在MPLS-TP骨干網的標簽交換通道構建的隧道中進行復用。LSP可以看作是承載多條虛電路的隧道。虛電路相當于是LDP給VPN用戶建立的一條點到點的路徑。

4 結束語

IP化是網絡發展的必然趨勢，MPLS-TP技術很好地滿足了分組傳送的需求，具有良好的分組傳送業務適配和標簽轉發能力。同時，MPLS-TP面臨其他分組傳送技術(PBT)的挑戰。作為新興技術，MPLS-TP的成熟之路離不開標準化組織、電信運營商和設備制造商三者的共同支持。

5 參考文獻

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收稿日期:2010-03-05

張永軍，北京郵電大學副教授、博士;主要研究領域為寬帶網絡接入和傳送技術;先后主持和參加國家高技術研究發展計劃資助項目(“863”計劃)、國家自然科學基金資助項目5項，獲得3項部級科技進步獎;已發表論文40余篇，出版英文專著1部。

張志輝，北京郵電大學在讀博士生，主要研究方向為下一代光網絡技術，包括光網絡發展、設計及流量控制和資源分配，尤其是下一代分組傳送網生存性技術。

顧畹儀，北京郵電大學教授、博士生導師;長期從事光纖通信領域的教學和科研工作，主要研究方向是高速超長光纖通信系統、智能光網絡和新一代光節點設備等，曾先后5次獲部級科技進步獎;已發表學術論文100余篇。