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1、Solid partners. Flexible solutions.,CELQ-054-FORM-46 Rev 6,光传送网的演进 从SONET/SDH, MSTP到PTN July 6th,2009,Index,光传送网概述 SONET/SDH的产生技术背景 SONET和SDH的区别 SDH/SONET的优势和劣势 SDH/SONET的主要拓扑 SDH/SONET的形象描述 MSTP的产生技术背景 MSTP的演进阶段 PTN的产生技术背景 什么是MPLS 基于T-MPLS/MPLS-TP的PTN的特征 基于T-MPLS/MPLS-TP的PTN技术实现 PTN的优势和前景 总结,Celest
2、ica Confidential | December 2008,2,光传送网概述,作为整个通信网体系中的最低层传输层，在最近20年经历了三种传输介质：铁线、铜缆和光纤。随着社会的进步和人们对通信服务质量（QOS）期望的不断提高，铁线、铜缆逐渐被光纤所替代。 光纤通信的优点： 频带宽 损耗低 抗电磁干扰 无串音干扰，保密性好 光纤线径细、重量轻、柔软 光纤的原材料资源丰富，用光纤可节约金属材料 本文不讨论应用于DWDM系统的OTN。,SONET/SDH的产生技术背景,最早的数字传输系列技术是PDH 准同步数字系列（PDH）的系统，是在数字通信网的每个节点上都分别设置高精度的时钟，这些时钟的信号
3、都具有统一的标准速率。尽管每个时钟的精度都很高，但总还是有一些微小的差别。为了保证通信的质量，要求这些时钟的差别不能超过规定的范围。因此，这种同步方式严格来说不是真正的同步，所以叫做“准同步”。 网络需要实现互联互通；PDH只有地区性电接口规范，没有世界性光接口规范：,SONET/SDH的产生技术背景,SONET/SDH的产生技术背景,PDH采用异步复用不能直接从告诉信号插/分出低速信号，增加了设备成本、功耗与复杂性，降低了设备可靠性，使传输性能劣化，限制了信号速率的提高。,传输网的分层管理、性能监控、告警分析、业务实时调度、带宽配置等需要更多开销字节，PDH不能满足要求。,SONET/SDH
4、的产生技术背景,PDH PDH是数字光通信第一代产品，传输速率没有国际统一的速率标准。主要有以下几种： 2M系列：2M、8M、34M、140M、565M； 1.5M系列：北美：1.5M、6.3M、45M、274M； 日本：1.5M、6.3M、32M、100M； PDH的速率低，没有统一的光接口规范； PDH采用点对点传输，OAM网络管理能力弱，业务保护，组网能力差。,SONET/SDH的产生技术背景,SONET: 光同步网络 SDH：同步数字系列 SDH从1986年贝尔实验室提出SONET开始，1988年CCITT接受SONET概念，命名为SDH，1988年至1998年ITU（原CCITT）完
5、成SDH的31个标准。 SDH体制有一套标准的信息结构等级，基本的信号传输结构等级是同步传输模块；对网络节点接口（NNI）作了统一的规范，规范的内容有数字信号速率等级、帧结构、复接方法、线路接口、监控管理等。 SDH采用字节间插复用方式，灵活的映射方式实现直接从高速信号中分/插出低速信号。 SDH信号拥有丰富的开销，大大加强了OAM功能。,SONET和SDH的区别,SONET和SDH的差异可以溯源到PDH中T1(1.544Mbit/s)和E1(2.048Mbit/s)两大系列的不同。SONET的提出是基于北美的PDH环境(T1系列)，开发之初并没有考虑到要兼容欧洲PDH(E1系列)。SDH虽然
6、是在SONET概念的基础上导出的，但它兼容了T1和E1两大系列，并作出一些改进。不过后来SONET和SDH的标准都有过修改，渐渐的靠拢融合，兼容性大有提高。现在的SONET和SDH设别基本上可以做到硬件平台完全相同，只有软件区别。 主要的不同之处： 系统速率，复用结构，映射支路的速率，开销的定义和用法，性能判据以及术语,SONET和SDH的区别,SONET和SDH的区别,SONET和SDH的区别,SONET复用映射结构,SONET和SDH的区别,SDH复用映射结构,SONET和SDH的区别,SONET帧结构,SONET和SDH的区别,SDH帧结构,SDH/SONET的优势和劣势,优势 接口方面
7、：SDH体制有一套标准的信息结构等级，即有一套标准的速率等级。基本的信号传输结构等级是同步传输模块STM-1 ，相应的速率是155Mbit/s。高等级的数字信号系列，通过字节间插同步复接而成。复接的个数是4的倍数。 复用方式：由于低速SDH信号是以字节间插方式复用进高速SDH信号的帧结构中的，这样就使低速SDH信号在高速SDH信号的帧中的位置是固定的有规律性的，也就是说是可预见的。节省了大量的复接/分接设备(背靠背设备)，增加了可靠性，减少了信号损伤、设备成本、功耗、复杂性等，使业务的上下更加简便。 运行维护方面：SDH信号的帧结构中安排了丰富的用于运行维护(OAM) 功能的开销字节，使网络的
8、监控功能大大加强，也就是说维护的自动化程度大大加强。有网络自愈功能。 兼容性：SDH有很强的兼容性，这也就意味着当组建SDH传输网时，原有的PDH传输网不会作废，两种传输网可以共同存在。也就是说可以用SDH网传送PDH业务，另外异步转移模式的信号(ATM)、 FDDI信号等其他体制的信号也可用SDH网来传输 劣势 频带利用率低 指针调整机理复杂 软件的大量使用对系统安全性的影响,SDH/SONET的主要拓扑,SDH/SONET的形象描述,在SDH网中，SDH的信号实际上起着运货车的功能，它将各种不同体制的信号（例如E1、T1等）象货物一样装入到不同大小的包（虚容器）中，然后装入货车（装入STM
9、-N帧中），在SDH的主干道上（光纤上）传输。在收端从货车上卸下打成货包的货物（虚容器），然后拆包封，恢复出原来体制的信号。这也就形象地说明了不同体制的低速信号复用进SDH信号（STM-N）， 在SDH网上传输和最后拆分出原体制信号的全过程。,MSTP的产生技术背景,MSTP：Multi-Service Transport Platform多业务传送平台，国外也有叫MSPP。广义上的MSTP不只有基于SDH的，还有基于OTN技术，以太网技术的MSTP。狭义上指的是基于SDH的多业务传送平台。 在20世纪末21世纪初，数据业务的逐渐增多，传送带宽的需求越来越大，光通信网络已从过去纯粹满足骨干网长
10、途传输的需要向城域网、接入网拓展。而且SONET/SDH的刚性管道式的业务传送模式以及静态配置业务的方式非常不适宜传送IP业务，例如IP包带宽与SDH虚容器带宽不匹配；不适宜IP环境的开销等。 而且在可预见的未来，面向TDM业务的SDH传输体制将继续存在。基于SDH的MSTP的出现给电信运营商提供了一个过渡的方案。,MSTP的演进阶段,MSTP的演进过程分为三个阶段,MSTP的演进阶段,第一代：以支持以太网透传为主要特征，包括以太网MAC帧、VLAN标记的透明传送。以太网业务透传功能是指来自以太网接口的信号不经过二层交换，直接进行协议封装和速率适配后，映射到SDH的虚容器，然后通过SDH设备进
11、行点对点传送。 第一代MSTP只是在SDH设备上增加支持以太网业务处理的板卡，仅解决了数据业务在MSTP中“传起来”的问题。通过点对点方式向高层数据网提供固定的带宽，无法实现业务通道间的带宽共享和统计复用，势必导致资源消耗严重。而且完全依赖于SDH提供的物理层保护，无以太网业务层的保护。,MSTP的演进阶段,第二代：以支持以太网二层交换为主要特征。以太网交换功能是指在一个或多个用户以太网接口与一个或多个独立的基于SDH虚容器的点到点通道之间，实现基于以太网链路层的数据包交换。 第二代MSTP保证以太网业务的透明性，以太网数据帧的封装采用GFP/LAPS或 PPP；传输链路带宽可配置，数据帧的映
12、射采用虚容器通道的相邻级联/虚级联来保证数据帧在传输过程中的完整性。 相比较于第一代MSTP的优势主要在多用户/业务的带宽共享和隔离方面有所改进，包括基于802.3x的流量控制，用户隔离与VLAN划分以及基于STP/RSTP的业务层保护等。 仍有缺陷：二层交换适合星形网络，在环形物理拓扑种交换效率低，二层交换面向无连接，不能提供好的QoS支持；基于STP/RSTP的业务层保护速度太慢。,MSTP的演进阶段,第三代：以支持以太网业务的QoS为特色。第三代MSTP在以太网和SDH之间引入智能的中间适配层（如RPR和MPLS技术），并结合多种先进技术来提高设备的数据处理能力与QoS支持能力。通过GF
13、P完成以太网帧到SDH虚容器的封装映射，同时利用虚级联和LCAS技术增强虚容器带宽分配的灵活性和效率。,PTN的产生技术背景,PTN：Packet Transport Network，分组传送网 分组传送网的产生背景和MSTP一样，仍然是数据业务量在电信网络中的比例持续上升导致的。之前的MSTP采用SDH的架构来传送IP数据是因为TDM业务和数据业务的比例大致相当，而且为了保护投资，才采用在SDH上面传数据的方式。但是当数据业务的比例增加到远远大于TDM业务的时候，SDH的天然不适合传送数据的特性（刚性管道，效率低，带宽无法统计复用等）成为了MSTP产品的瓶颈。在这样的需求驱动下，业界提出了分
14、组传送网（PTN）的概念，打造一个适合分组业务为主的传送网。 分组传送网的主要技术有两种：PBB/PBT和T-MPLS/MPLS-TP,PTN的产生技术背景,PBB：Provider Backbone Bridge，运营商骨干网桥。PBB采用MACinMAC封装，即将终端用户以太网数据帧再封装成运营商以太网帧头，形成两个MAC地址，在运营商核心网中，只按照后一个封装的MAC地址进行流量转发 PBT：Provider Backbone Transport，运营商骨干网传输，是在运营商骨干网桥(标准之上改进而来的。PBT相对于PBB最大的特征在于，它允许对流量工程进行配置，以及采用有效的点到点的业
15、务保护策略，可以在标准的PBBN上直接添加路由配置，在关闭MAC地址学习功能时，能够对广播功能进行管理，也可以避免MAC泛洪效应。 T-MPLS：Transport MPLS，传送多协议标记交换。在传送网络中，将客户信号映射进MPLS帧并利用MPLS机制（例如标签交换、标签堆栈）进行转发，同时它增加传送层的基本功能，例如连接和性能监测、生存性（保护恢复）、管理和控制面（ASON/GMPLS）。总体上说，T-MPLS选择了MPLS体系中有利于数据业务传送的一些特征，抛弃了IETF（Internet Engineering Task Force）为MPLS定义的繁复的控制协议族，简化了数据平面，去
16、掉了不必要的转发处理。 MPLS-TP：MPLS Transport Profile，MPLS传输轮廓。T-MPLS是ITU-T根据IETF组织的MPLS标准基础上改进而成的，由于T-MPLS和MPLS存在互操作兼容性问题。因此ITU-T和IETF在2008年2月成立了T-MPLS联合工作组（JWT），促进T-MPLS和MPLS的融合，改名为MPLS-TP。ITU-T需要根据最终的结果修改T-MPLS的相关标准。MPLS-TP标准预计2009年底完成。,PTN的产生技术背景,支持PBB/PBT和T-MPLS/MPLS-TP的厂商 由于支持PBB/PBT的厂商比较少，而且PBB/PBT的一些缺点
17、（只能支持环形组网，其灵活性甚至不如RPR，而且尚没有确定的公平算法机制，因此对于突发性、大规模业务应对能力较弱 ）以及标准制定落后于T-MPLS/MPLS-TP，目前几乎所有的厂商都看好T-MPLS/MPLS-TP。,什么是MPLS,MPLS：Multi-Protocol Label Switching，多协议标签交换。是在Cisco公司所提出来的TagSwitching技术基础上发展起来的，属于第三层交换技术，它引入了基于标签的机制，把选路和转发分开，由标签来规定一个分组通过网络的路径，数据传输通过标签交换路径（LSP）完成。 通常，MPLS包头有32Bit，其中有： 20Bit用作标签（
18、Label） 3个Bit的EXP, 协议中没有明确，通常用作COS 1个Bit的S,用于标识是否是栈底，表明MPLS的标签可以嵌套。 8个Bit的TTL,什么是MPLS,什么是MPLS,在以太网中：使用值是0x8847(单播)和0x8848（组播）来表示承载的是MPLS报文（0800是IP报文）,47.1,47.2,47.3,1,2,3,1,2,1,2,3,3,基于T-MPLS/MPLS-TP的PTN的特征,将客户信号映射进MPLS帧并利用MPLS机制（例如标签交换、标签堆栈）进行转发，同时它增加传送层的基本功能，例如连接和性能监测、生存性（保护恢复）、管理和控制面（ASON/GMPLS）。总
19、体上说，T-MPLS选择了MPLS体系中有利于数据业务传送的一些特征，抛弃了IETF（Internet Engineering Task Force）为MPLS定义的繁复的控制协议族，简化了数据平面，去掉了不必要的转发处理。 T-MPLS的转发方式采用MPLS的一个子集：T-MPLS的数据平面保留了MPLS的必要特征，以便实现与MPLS的互联互通。T-MPLS=MPLS-IP+OAM,基于T-MPLS/MPLS-TP的PTN的特征,技术原理上的区别： （1）IP/MPLS路由器是用于IP网络的，因此所有的节点都同时支持在IP层和MPLS层转发数据。而传送MPLS只工作在L2，因此不需要IP层的
20、转发功能。 （2）在IP/MPLS网络中存在大量的短生存周期业务流。而在传送MPLS网络中，业务流的数量相对较少，持续时间相对更长一些。 而在具体的功能实现方面，两者的主要区别包括： （1）使用双向LSP：MPLS LSP都是单向的，而传送网通常使用的都是双向连接。因此T-MPLS将两条路由相同但方向相反的单向LSP组合成一条双向LSP。 （2）不使用倒数第二跳弹出（PHP）选项：PHP的目的是简化对出口节点的处理要求，但是它要求出口节点支持IP路由功能。另外由于到出口节点的数据已经没有MPLS标签，将对端到端的OAM造成困难。 （3）不使用LSP聚合选项：LSP聚合是指所有经过相同路由到同一
21、目的节点的数据包可以使用相同的MPLS标签。虽然这样可以提高网络的扩展性，但是由于丢失了数据源的信息，从而使得OAM和性能监测变得很困难。 （4）不使用相同代价多路径（ECMP）选项：ECMP允许同一LSP的数据流经过网络中的多条不同路径。它不仅增加了节点设备对IP/MPLS包头的处理要求，同时由于性能监测数据流可能经过不同的路径，从而使得OAM变得很困难。 （5）T-MPLS支持端到端的OAM机制。 （6）T-MPLS支持端到端的保护倒换机制，MPLS支持本地保护技术FRR。 （7）根据RFC3443中定义的管道模型和短管道模型处理TTL。 （8）支持RFC3270中的E-LSP和L-LSP
22、。 （9）支持管道模型和短管道模型中的EXP处理方式。 （10）支持全局惟一和接口惟一两种标签空间。,基于T-MPLS/MPLS-TP的PTN的特征,基于T-MPLS/MPLS-TP的PTN技术实现,多业务承载 TDM（E1, T1, STM-1等），ATM，Ethernet如何在PTN上传送。 PWE3: Pseudo Wire Emulation Edge to Edge，边沿到边沿伪线仿真。,基于T-MPLS/MPLS-TP的PTN技术实现,多业务承载 TDM电路仿真技术最初的产生背景是为了在IP网络上实现TDM电路交换数据的业务透传。它作为一项针对VoIP技术的竞争性技术出现，提供比V
23、oIP协议更简化的处理流程，通过IP网络提供用户语音传送业务。最初的TDM业务透传设备仅支持E1和DS1/DS0业务的透传。随着包交换网络在下一代网络解决方案中逐渐成为主宰，特别是城域以太技术的兴起，该项技术被发展成包交换网络传送TDM业务解决方案中的重要技术，目前面向E1/T1/E3/T3结构化和非结构化的TDM业务透传，SDH业务的结构化透传，PDH、SDH信令的传送等多个协议草案或者技术标准已经制定完成。 除了TDM业务，IETF逐渐完善了对FR，Ethernet，ATM业务的PWE3的协议草案。在PTN中，PWE3除了进行电路仿真之外，最重要的是把被承载的业务分割成等长的数据包，这样可
24、以使数据包在网络传输中不至于受到长短包转发的抖动影响。 还可以采用VPWS支持以太网专线业务（包括EP-Line和EVP-Line），采用VPLS支持以太网专网业务（包括EP-LAN和EVP-LAN）,基于T-MPLS/MPLS-TP的PTN技术实现,时钟同步 目前包交换网络的同步技术主要有三种：同步以太网，TOP（Timing Over Packet)以及自适应时钟。 同步以太网和自适应时钟可以实现频率同步。TOP是通过时间同步报文来进行类似于对表的工作机制，TOP包括NTP/RTP/IEEE1588。TOP方式不仅可以实现频率同步，还可以实现时间同步。 对于TDM业务，同步需求主要是源端和
25、宿端的频率同步，所以同步以太网和自适应时钟是优选的方案。 对于3G的Backhaul传送，同步需求不光有频率同步还有时间同步，目前业界普遍认为IEEE1588是优选的方案。 对于FR，ATM和Ethernet，没有同步需求。,基于T-MPLS/MPLS-TP的PTN技术实现,OAM ITU-T借鉴了MPLS网络中的OAM机制（Y.1711）和以太网中的OAM机制（Y.1731），从连通性管理、故障管理和性能管理3个方面定义了功能强大的T-MPLSOAM机制。 T-MPLS 的OAM 主要用于差错管理、性能检测的保护倒换，现在发展了三种OAM 功能： 主动 OAM（Pro-active）：周期性
26、的报告链路状态、性能、差错等； 按需 OAM（On-demand）：按需的报告链路状态、性能、差错等； 保护倒换 OAM：主要是APS 协议。 五种T-MPLS OAM包： CV：CV 流产生于LSP 的源LSR，终止于宿LSR，并且是一个以秒为单位的周期性验证。CV 报文包括了一个网络标识符（路径终结源标识符TTSI），因此可以检测到所有类型的缺陷； FFD：FFD 提供了一种独立于CV 基于可用性模型的故障检测选项，并且不受CV 插入速率的限制。每秒1 次或更快的插入速率可为提供可用性模型所使用。慢速的插入速率可检测持续的MPLS 层故障，但不可为提供可用性模型所使用； FDI：前向缺陷指
27、示（FDI）流是对检测到的缺陷（例如，从CV 流中）产生的反应。其目的是为了抑制高于缺陷产生的网络层中的告警。它可以在如下位置中产生： 1）第一个检测到一个dServer/dUnknown 缺陷的LSR 处；或 2）所有MPLS 层缺陷的LSR 终结LSP 处； BDI：后向缺陷指示（BDI）流是在返回路径中插入的（例如返回LSP），用来通知上游LSR，在下游LSP 的LSR 宿节点上有一缺陷。因此在其产生周期内，BDI 可跟踪FDI。BDI 报文也可用于1:1/N的保护倒换实例中； APS：在LSP 保护倒换时的APS 包，用于保护倒换。,基于T-MPLS/MPLS-TP的PTN技术实现,网
28、络生存性 T-MPLS 的生存性是分组传送网的另一个重要特征，T-MPLS 的生存性主要由基于传送平面的保护倒换技术和基于控制面的恢复技术来实现。基于传送平面的保护技术有：T-MPLS VS 路径保护和T-MPLS VC SNC 保护，T-MPLS 环保护（类似SDH 中的MS Spring）。基于控制面的恢复主要是在控制面的参与下，在错误发生后，重新计算T-MPLS 保护路径，或在错误发生前，预计算T-MPLS 保护路径。 T-MPLS保护方式主要由线性保护倒换（G.8131）和共享保护环（G.8132，目前还是draft版本）两种方式，T-MPLS分组传送技术中的线性保护倒换机制，包括路径
29、保护和子网连接保护。,基于T-MPLS/MPLS-TP的PTN技术实现,网络生存性 线性保护有单向1+1保护 双向1:1保护,基于T-MPLS/MPLS-TP的PTN技术实现,传送质量QoS T-MPLS使用DiffServ的QoS机制（RFC3270），在网络边界节点，对进入的业务流进行分类及相应的管理，在每个网络节点，根据PHB（逐跳行为）属性决定队列调度以及缓存管理等特性。由于DiffServ没有提供一种机制来检测资源的可用程度以满足端到端的QoS需求，因此在T-MPLS网络中将DiffServ与流量工程相结合，通过预先建立的连接预留相应的网络资源，在通道上的每个节点执行接纳控制操作，以
30、确保资源是真实可用的，从而实现端到端的QoS。 IETF定义了14个标准的PHB，如下： - 尽力而为（BE）。不需要进行特殊处理的流量。 - 快速转发（EF）。延迟最小，丢包率低的流量。从实际的角度看，这意味着用于EF 流量的队列，其数据包到达速率低于服务速率，因此不可能由于拥塞造成抖动、延 迟和丢包。话音和视频流是典型的映射到EF的流量：它们的传输速率恒定，并要求最 低的延迟和丢包率。 - 12个有保证转发（AF）的PHB。每个PHB按队列号和丢弃优先级定义。IETF建议使 用四个不同队列，每个队列应用三个优先级，总共12个不同的AF PHB。AF PHB的命 名惯例是Afxy， x指队列
31、号，y指丢弃优先级的级别。因此，AF1y的所有数据包都将 放置在同一个转发队列中，确保当来自单一应用的数据包只在丢弃优先级方面存在差 别时，不会乱序。AF PHB适用于需要速率保证，但不需要延迟或抖动限制的流量。,基于T-MPLS/MPLS-TP的PTN技术实现,控制平面 在 T-MPLS 发展初期，可以由网络管理系统进行标签的分发、T-MPLS 路径的建立等功能，实现静态的T-MPLS。T-MPLS 发展后，会引入ASON/GMPLS 作为其统一的控制面，代替PWE3 定义的LDP 和RSVP-TE 协议，是传送网技术的一次重要突破和变革。ASON/GMPLS 利用其自动发现，信令和路由协议
32、，动态的发现网络拓朴和资源，动态快速的建立端到端的链路，当网络发生故障时，动态的进行保护和恢复。,PTN的优势和前景,基于T-MPLS/MPLS-TP的PTN就是采纳了ATM的高效、灵活的思想，把路由器、交换机等包交换产品的已有技术精简、改造成了类似于MSTP产品的高可靠性、易于监控管理面向连接的电信运营级产品。 目前华为、阿朗等主要的光传输产品设备商都已经推出了基于T-MPLS/MPLS-TP的PTN产品，而且为了和基于SDH的MSTP产品更好的过渡，都采用了双交叉平面的方式，即同一个硬件平台，既可以配置成SDH电路交叉的MSTP产品，也可以配置成分组交换的PTN产品。 至于PTN产品的前景，就要看PTN在实际网络中的性能表现是否能够达到我们的预期和运营商的要求，成本以及传送效率是否真正的比MSTP产品更有优势。 未来的传送网络中，OTN产品将在骨干传送网中发挥更大的作用，而PTN则是在城域网汇聚层扮演重要的角色（和目前的MSTP类似）。,总结,光传送网的发展过程就是一个逐步提高性能、效率，逐步适应电信业务的一个过程。在数据业务量越来越大的发展过程中，光传送网也随之发展变化。因为用户对带宽的需求在目前来说是远远没有达到的，所以光网络的高带宽优势还有很大的潜力，光网络的前景还很广阔。,谢谢！,