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。

關鍵字:業務適配；傳輸-交換通道標簽；公共互通指示標簽；標簽轉發

英文摘要: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.

英文關鍵字:service adaptation; T-LSP; CII; label forwarding

基金項目：國家高技術研究發展計劃(“863”計劃)課題(2008AA01A328)

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。