基于PBB 的運營商以太網MPLS-TP QoS 優化部署策略*

肖 斌

（上海市信息網絡有限公司，上海 200081）

0 引言

網絡的蓬勃發展帶動了各行業的進步，從單一實體商務發展出和互聯網結合的多樣化業務模式，如物聯網、電商、電子金融以及遠程醫療等。這些業務都離不開數據實時、有效、安全的通信傳輸[1]。因此，無論是互聯網還是專線、無線網絡，所需承載的數據根據用戶的需求及時轉發到其目的地是衡量該網絡快速、安全必不可少的一個重要指標。

基于運營商骨干橋接（Provider Backbone Bridge，PBB）技術的 運營商 以太網（Carrier Ethernet，CE）技術在大型城域網絡中有著廣泛應用[2]。當網絡運行過程中需要傳輸某些有特殊需求的數據時，特殊情況下出現的異常會致使用戶收到的數據出現錯誤或丟失，造成用戶實際應用業務無法正常開展。由于當今網絡應用在電子商務中的重要性，該問題逐漸凸顯，影響了一些對安全性、及時性比較敏感的用戶數據，對網絡的安全、可靠傳輸帶來的安全隱患。

1 網絡傳輸中受MPLS-TP QoS 的影響

1.1 網絡傳輸基本特點

在網絡通信中，無論是有線網絡還是移動網絡，由于承載網絡傳輸IP 分組業務時存在的效率低、配置復雜、靈活性差等問題，導致其已經無法滿足全業務增長的需求，同時增加了運營商的傳輸成本。網絡基于傳輸技術的發展，無論是CE 融合傳統傳送網還是分組傳送網（Packet Transport Network，PTN），都是通過優化多業務傳送平臺（Multi-Service Transport Platform，MSTP）的有效傳輸，使其更高效地實現數據傳輸。

CE 融合傳送網以高速交換為架構，萬兆鏈接至匯聚。虛擬專用局域網（Virtual Private Lan Service，VPLS）點到點布局，通過PBB 技術輔以快速環網保護協議（Rapid Ring Protection Protocol，RRPP）再加環網保護，支持MPLS、VPLS、MPLSTP 等多協議棧，使得CE 傳送網具備帶寬高、維護性高和服務質量高等特征，同時融合了傳統傳送網的優勢。

PTN 分組傳送網是基于分組轉發的、面向連接的多業務傳送技術[3]，結合了IP 和多協議標記交 換（Multi-Protocol Label Switching，MPLS）、以太網承載技術（Provider Backbone Bridge-Traffic Engineering，PBB-TE）、傳送網，優化分組業務流量的突發性和統計復用傳送的要求，通過采用分組、面向連接的多業務統一傳送[4]。

1.2 MPLS-TP QoS 對網絡傳輸的影響

在網絡傳輸中，通常需要由路由器對數據做出一個選擇，在其允許通過的數據中攜帶有服務優先等級的信息。此時，為了處理相關數據，網絡將采用合適的方法將用戶邊緣路由器的數據服務優先級傳輸到服務商，同時網絡設備將根據客戶的服務優先級拆分相應的轉發服務。PTN 網絡一般采用3 種不同的MPLS 業務類型（Class of Service，CoS）處理模式。不同模式對優先等級產生的影響略有不同。

1.3 MPLS-TP QoS 管道模式

1.3.1 Uniform 模式

如圖1 所示，在使用Uniform 模式時，授信數據包會從用戶側攜帶包含DSCP 等級的QoS 服務質量信息，由匯聚層設備將用戶側攜帶報文的CoS 值直接復制到MPLS 外層標簽的EXP 字段中[4]。當核心設備收到由PE 轉發的數據包后，數據在進入MPLS 域時會將外層EXP 標簽重新標記，并賦予承載網自身的QoS 優先級策略[5]同等值后進行轉發。在經過上述反向傳輸到達對端設備時，它仍舊保持其修改后的優先級，也就是說已不再保留用戶原先的優先級。

1.3.2 Pipe 模式

如圖2 所示，在使用Pipe 模式運行時，設備將忽略用戶攜帶的QoS 值，在匯聚設備上為MPLS 外層標簽的EXP 字段重新賦值。入PE 設備和出PE設備都是按照承載網自身的QoS 優先級策略進行報文的轉發，直到數據包到達用戶接收端時，還原成其原來的QoS 值轉發。

1.3.3 Short-pipe 模式

如圖3 所示，在使用Short-pipe 模式時，相對于Pipe 模式有一些變化和改進。在用戶數據包進入核心設備前，運行方式和Pipe 模式相同。在數據包出核心進入匯聚設備前，設備已恢復用戶原有數據的QoS 值。在到接收端之前，網絡設備按照用戶封裝的DSCP 等級進行優先轉發。這種模式的優點在于承載網絡可以根據自身情況規劃QoS，不影響和改變用戶自身的QoS。出接口使用用戶的QoS 優先級進行轉發，加強了用戶數據轉發的可控性，能更好地滿足高要求業務的需要，但削弱了承載網對數據的可控性。

圖1 Uniform 模式

圖2 Pipe 模式

2 網絡部署測試分析

為找出驗證此類偶然性異常的問題，以常用網絡為基礎模擬測試環境，測試在不同設備網絡中或跨設備網絡中傳輸時對此類數據的影響情況。測試所用的組網設備類型選取ZTE 的PTN 設備和H3C的CE 設備。

相關測試中，設備發送帶QoS 的數據包，在QoS 數據包中設定DSCP 優先等級，模擬測試在承載網絡的不同位置發送數據包后，經過傳輸在目標位置接收該數據包是否會有變化。

圖3 Short-pipe 模式

2.1 單一網絡組網的測試環境

2.1.1 PTN 設備測試環境

測試所用的PTN 網絡環境是以ZTE 6500 設備組建核心層和匯聚層，62 系列、63 系列、61 系列設備組成接入環，設備之間以PW3（隧道+偽線）的方式互聯。網絡拓撲結構如圖4 所示。

圖4 PTN 設備測試環境拓撲結構

該環境中，測試用戶電路在不同業務接入方式下所發送的數據包情況。

業務接入方式有以下3 種：

（1）發送數據設備是在同環的匯聚設備上接入，接收數據端（下文統稱為用戶端）在環上的某臺接入設備上（圖4 中虛線表示）；

（2）發送數據設備是在其他匯聚設備上接入，用戶端則在不同接入環上的某臺設備上（圖4 中長短虛線表示）；

（3）發送數據設備和用戶端分別連接在不同的接入環上的設備（圖4 中實線表示）。

在PTN 網絡環境測試帶有QoS 等級的DSCP：CS4 數據包。測試不同的3 處發送節點接收到的數據包，發現內容DSCP 等級均未發生變化。發送端數據包情況和接收端數據包情況，如圖5 和表1所示。

圖5 發送端和接收端數據包情況

表1 PTN 網內測試情況

2.1.2 CE 設備環境

測試所用的CE 網絡環境以H3C 9508 雙設備堆疊后組成核心層和匯聚層。互聯中繼采用PBB 協議。5800、5560 設備作為接入使用，通過RRPP 協議組成環狀結構。網絡拓撲如圖6 所示，以測試用戶在不同的業務接入方式下所發送的數據包情況。

根據業務接入方式的不同，進行如下測試。

（1）發送數據設備連接同環的匯聚設備，用戶端在環上的某臺接入設備上（圖6 中虛線表示）測試帶有DSCP：CS5 數據包通過網絡傳輸后接收到的數據包，發現未發生變化。

（2）發送數據設備是在其他匯聚設備上接入，用戶端則在不同接入環上的某臺設備上（圖6 中長短虛線表示），同樣測試帶有DSCP：CS5 數據包，測試結果發生變化。

（3）數據發送設備和接收設備分別連接在不同的接入環上（圖6 中實線表示），以同樣的方式測試，結果同樣發生了改變，見表2 和圖7。

圖6 CE 設備測試環境拓撲

表2 CE 網內測試情況

圖7 接入方式（3）的數據包情況

2.2 跨網絡組網的測試環境

將上述兩個網絡采用靜態聚合端口互聯方式進行聯通，將發送端和接收端分別連接在兩張網的一邊，如圖8 所示，其中左側為數據發送，右側為收到的數據情況。測試數據包在經過不同網絡后是否發生改變時，同樣發送DSCP：CS5 數據包作為數據源，發現在用戶端收到的包發生了變化，變成了CS0。為確認數據的變化，將接收點前移到95 系列設備端口上查看，結果收到的數據包未發生變化仍然是CS5。跨網絡組網測試結果，如圖9 所示。

圖8 跨網絡組網

圖9 跨網絡組網測試結果

3 對MPLS-TP 的優化部署

3.1 優化方案的設定原則

根據上述相關測試和MPLS-TP 運行模式的分析，以CE 網為例的設備組成的大型網絡在轉發數據包時出現的問題優化需關注以下方面。

（1）基于PBB 技術的CE 網絡，在建網時核心到匯聚間運行的PBB 協議，對QoS 轉發策略是默認的Uniform 模式。在出現有等級不同的數據包時，這會更改數據的優先等級，從而影響傳輸數據。

（2）在已投入運營的網絡中，對相關設備的策略轉發進行修改，需在不影響網絡安全運行且不中斷現有業務的前提下，優化升級在網設備。

以上情況在實際部署中需要優先保證，因此對優化部署制定了相應的規范。

（1）在設備負載量低、業務低谷的時段進行優化部署。為了保證網絡安全對相關設備的操作可逆，在部署前對設備原有配置進行備份，以便在影響設備運行和大量用戶業務時可以及時回退恢復網絡。

（2）先對其中一組匯聚組設備和核心端口進行配置，在監控設備及業務正常后，逐一部署剩余設備端口。

（3）在網絡中的特定端口開通臨時測試線路，發送和接收數據包，觀察部署時業務的情況，并對設備性能進行24 h 人為監控

對于大型傳輸網絡來說，在使用Pipe 模式或Short-Pipe 模式時，會影響網絡的承載。在使用Pipe 模式時，所有用戶的數據在傳輸網絡中都是以承載網設置的MPSL-TP QoS 策略來等價傳輸的，對設備來說可控性相對較高。由于數據是等價的，對設備來說處理的負載相對一般。但是，如果使用Short-Pipe 模式，數據在出核心設備時就以用戶自己的MPSL-TP QoS 策略替代承載網的策略進行優先劣等的傳輸。一方面會使設備的處理量突增，另一方面如果有大量此類優先數據需要傳輸，會使其他低等級的數據滯留，導致等待排隊傳輸或失效后被設備丟棄。在大型傳輸網絡中，這種情況還會降低設備對數據的可控性，隨之會導致部分用戶的業務出現時延大或丟包等現象。因此，此次的優化采用Pipe 模式，給予網絡一定的可控性，同時不會影響普通用戶和特殊用戶的數據傳輸。

3.2 部署相關優化方案

部署相關優化是要在已投入運營的網絡中。因此，在對網絡中的任何操作都有可能會危及到網絡的正常運行，需要修改CE 網絡核心、匯聚局層互聯采用的PBB 技術中的MPLS-TP QoS 模式。模式更改會對網絡中的數據造成一定影響，因此需采用以下處理流程來減少過度時對網絡的影響。

（1）在網絡承載的低谷期當天的24 時至第二天凌晨6 點進行優化部署。

（2）對在網設備進行劃組，如表3 所示。同一堆疊的兩臺設備安排在不同的兩組里，分別進行優化，將業務負擔高的多臺設備分開在不同的組里，以減少修改時網絡數據傳輸能力的影響。需逐一在每組設備互聯中繼接口上配置QoS Pipe 模式命令，其中表3 中的字母組合代表不同的節點名稱。

表3 分組情況

（3）監控修改時設備物理性能的變化和傳輸數據是否切換至還未優化的設備上，以保障用戶業務的正常使用。

（4）在部署完成后測試帶有MPLS-TP QoS DSCP 等級的數據包，確認修改后全部設備是否還會對此類數據包頭進行修改。

通過上述優化部署，可排除相關問題，從而更好地支撐用戶高端數據業務傳輸承載。

4 結語

本文中的優化部署針對基于PBB 的運營商以太網，在初始狀態中對一些特定數據包在通信過程中受影響的問題，提出了基于傳輸網絡正常運維和設備承載能力等方面整體優化的部署方案。一方面，針對網絡傳輸過程中的MPLS-TP QoS 中DSCP 等級被修改的問題，通過不同模擬環境測試驗證了在特定網絡傳輸中包含指定的數據包會受影響的問題。另一方面，結合MPLS VPN 網絡中對MPLS-TP QoS工作模式的分析，提出對CE 網絡核心及匯聚互聯的優化部署方案。通過實際的部署應用，排除了用戶在不同等級QoS 數據傳輸中的有效性，保障了網絡的優化和安全運行。