電信級以太網的技術發展及其部署思路

摘要：電信級以太網正逐漸由標準化和試驗走向現網部署和應用。雖然各種電信級以太網技術在可靠性保護能力方面有較大提升，但在服務質量(QoS)、操作、管理、維護(OAM)方面尚有待完善，多廠家互通性的問題也尤為突顯。電信級以太網的部署應以滿足業務需求為導向，綜合考慮相關技術和標準的成熟度、部署成本、對現有網絡改造的復雜度以及異廠商互通性等因素，根據技術特點為不同的應用場景靈活選擇適當的組網技術。

關鍵詞：電信級以太網；以太網自動保護交換(EAPS)；虛擬專用局域網業務(VPLS)

Abstract: Carrier Ethernet (CE) is gradually stepping away from standardization and testing to the deployment in current network. Although a variety of CE technologies have a great increase in reliability， their Quality of Service (QoS) and Operation Administration Maintenance (OAM) are yet to be improved， and the problem of multi-manufacturers interoperability is especially highlighted. The deployment of CE should be services-oriented， and the maturity of relevant technologies and standards， the cost of the deployment， complexity of reforming existing network as well as interoperability should be considered， then according to the technical characteristics the appropriate networking technology for different scenes can be chosen.

Key words: Carrier Ethernet (CE)；Ethernet Automatic Protection Switching (EAPS)；Virtual Private Local Area Network Service (VPLS)

隨著IP對傳統技術的逐步取代，全網IP化的趨勢不可阻擋，而與IP有著天然融合優勢的以太網，正以其低廉的每兆帶寬性價比、簡單的管理、靈活便利的業務加載和低成本等諸多優勢，逐漸突破局域網應用，成為城域網的主流組網技術之一。以太網技術的發展，一方面體現為傳送速率的提升，從10 Mb/s到10 Gb/s以太網；另一方面體現為性能的增強，在服務質量保證(QoS)、可靠性和可管理性等方面，不斷有新技術的涌現。

城域以太網技術在應用到運營商網絡時需要滿足電信級的要求。目前，運營商在城域寬帶接入網中采用的普通以太匯聚網絡，無法滿足下一代網絡(NGN)、網絡電視(IPTV)等高質量業務的需求，具體表現在：無法滿足可靠性保護要求；操作、管理、維護(OAM)能力較差，未能提供較好的業務管理和網絡運維的手段；端到端有保障通道難以建立等。為了區別于傳統的以太網應用，體現運營級特征，業界提出了電信級以太網(CE)的概念，是指可應用于運營商網絡的、具備擴展性、QoS、可靠性、安全性和可管理性的城域以太網。采用電信級的以太網組網技術對運營商的IP城域網進行優化，使得IP城域網具備多業務承載的能力，成為當前電信運營商網絡建設的一項重要內容。

1 電信級以太網技術發展現狀

在市場和技術的雙重驅動下，目前CE技術和產品百花齊放，技術種類繁多，設備檔次亦參差不齊。主流技術包括傳統以太網增強技術、虛擬專用局域網業務(VPLS)技術、運營商骨干傳送(PBT)技術、彈性分組環(RPR)技術等。下面就幾種主要的CE技術進行分析和對比。

1.1 傳統以太網增強技術

傳統以太網增強技術是在傳統以太體系構架下進行優化改進，提供高可靠性和擴展性，其主要特點是傳統以太網的接口特性、轉發特性無本質變化。改進和增強主要在控制層面，以達到電信級保護的目的。傳統以太網增強技術主要包括以太環網技術、鏈路保護技術、多生成樹(M-STP)技術等。傳統以太網增強技術可以在現網以太網交換機上通過簡單的軟件升級來實現，不需要更換現網設備。

以太網自動保護交換(EAPS)[1]是針對傳統以太網交換機提出的改進型快速收斂算法，主要用在以太網環形拓撲中。在運行EAPS協議的交換機上進行虛擬局域網(VLAN)控制報文的交互以檢測環路故障，當發生故障時主節點進行鏈路切換。EAPS具有面向環和Mesh拓撲的二層保護機制以及面向VLAN的保護，可以提供100 ms的恢復時間，而且故障檢測不需要OAM的介入，完全自動。

環網技術在對可靠性能增強的同時，也存在一些不足，如環上遠端節點調度次數多，擴展性受限。EAPS只能環形組網，靈活性受限。此外，這類技術不具備公平性算法，不太適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。

1.2 VPLS以太網技術

VPLS[2]是在點到點多協議標簽交換(MPLS)基礎上進一步發展而成的多點互聯的二層虛擬專用網(VPN)技術，將廣域網的MPLS擴展到以太網的接入層。從用戶角度，仿佛所有站點都連接至一個專有局域網(LAN)。從業務提供者角度，可以重新利用IP/MPLS基礎設施來提供多種業務。VPLS基于MPLS，采用兩層MPLS標簽封裝，獨立于具體物理拓撲，且能支持任意的邏輯拓撲結構，具有較高的組網靈活性，還可以利用MPLS的流量工程實現資源配置的最佳化。VPLS主要存在以下優點：

利用快速重選路由(FRR)技術代替以太網的生成樹(STP)和快速生成樹(RSTP)保護，可以實現50 ms的保護倒換時間；

通過可擴展的訪問控制列表(ACL)能力和每用戶的ACL控制，提供了較安全的控制和策略機制；

具有良好的二層匯聚能力，且提供分層的VPLS(HVPLS)，進一步改進了擴展性，使用戶數可以擴展到百萬級；

能夠區分并保證每用戶中的不同業務流量，網絡業務配置簡單，業務提供快；

具有清晰的運營網和用戶網間的界限，便于管理。

VPLS在二層設備上采用復雜的三層協議建立信令，設備成本相對較貴。且協議棧層次多，運行配置比較復雜，特別是對于數千個節點的大型城域網的管理運行成本較高。另外，采用雙MPLS標簽增加了協議開銷，導致轉發小包時效率不高。但是，對于IPTV等新型高級業務需求較為強勁的大型城域網而言，VPLS依然是一個有前瞻性的技術選擇，特別是核心網部分。

1.3 PBT技術

PBT[3]是媒體接入控制(MAC) in MAC的增強技術。MAC in MAC由IEEE 802.1ah定義為采用用戶以太幀再封裝運營商以太幀頭的技術，使得每個報文具有兩個MAC地址，核心網只根據運營商MAC地址轉發流量，除邊緣節點外均不需學習大量的用戶MAC地址，降低了MAC地址表的容量要求，且兩層MAC地址標注了清晰的運營網和用戶間界限，安全、便于管理。PBT在MAC in MAC基礎上，關掉了MAC學習功能，消除了導致MAC泛洪和限制網絡規模的廣播功能，并采用了VLAN標識(VID)+MAC(60 bit)作為全球唯一地址；引入了面向連接的骨干網隧道保護機制，通過網絡管理和控制臺進行配置骨干網隧道配置，能夠提供嚴格的QoS、帶寬預留和50 ms保護。

PBT技術利用了MAC in MAC的MAC地址隱藏的優點，同時也存在以下問題：

現階段沒有信令支持，只能通過網管設備進行部署。需要增加額外的MAC頭，信元開銷較大；

僅僅能提供點對點的業務，不能支持以太網中普遍的點對多點的業務；

僅僅能提供一對一的路徑保護，沒有引入MPLS-TE中的本地修復方式。導致保護路徑在網絡中增多，同時收斂速度在路徑增多時沒有辦法保證50 ms；

需要全網設備都要更換才能支持這種方案。并且與(數字用戶線路接入復用器)DSLAM設備的連接無法保護，不能做到端到端的保護。

1.4 RPR技術

RPR[4]技術是IEEE 802.17工作組標準化的一種新的MAC層技術，是工作在開放系統互聯(OSI)協議棧第二層的MAC協議，和物理層無關，可運行于同步光纖網絡(SONET)/同步數字體系(SDH)、以太網和密集波分復用(DWDM)之上。RPR技術融合了SDH故障自愈的高可靠性與以太網的經濟性、高帶寬、靈活性、可擴展能力等優勢，基于環型拓撲提供了數據優化的帶寬管理、高性能多業務傳輸解決方案。

目前主要有兩類PRP設備：純RPR設備和內嵌RPR的MSTP設備，中國主流光通信設備廠商大部分選擇開發內嵌RPR的多業務傳送平臺(MSTP)設備，但應用較少。

1.5 方案對比和分析

對于上述幾種主流的電信級以太網技術，不難看出：

在可靠性方面，目前主要的幾種電信級以太網技術在可靠性方面均能達到50 ms的要求，只有通過軟件實現的以太環保護技術的保護倒換時間在100 ms左右。當然目前業務也未必需要嚴格的50 ms保護，語音業務在150 ms～250 ms故障恢復中就能基本保障用戶無感知。

在QoS方面，除了VPLS和RPR有嚴格的QoS保障機制外，其他CE技術基本上還是采用802.1P等優先級保障機制，與傳統以太網相比，沒有本質上的改善。另外一種QoS保障思路是在業務接入點(BRAS/SR)上實施層次化QoS，而降低對電信級以太網QoS保障的要求。

在OAM方面，大部分電信級以太網都基于802.1ag/ITU-T Y.1731實現OAM管理，VPLS和PBT在OAM實現方面比較領先，而其他電信級以太網技術目前只實現了一些基本的OAM維護手段，如鏈路檢測等。

2 電信級以太網技術的標準化和產品化

很多國際標準化組織各自從不同的角度和側重點出發，對CE的標準進行了不同的努力與工作。

國際電信聯盟遠程通信標準化組(ITU-T)主要關注運營商網絡的體系結構，因此其關于以太網技術和業務的標準重點是規范如何在不同的傳送網上承載以太網幀，包括SDH、光傳送網(OTN)、異步傳輸模式(ATM)和MPLS等。

美國電氣電子工程師學會(IEEE)主要關注以太網技術標準的制訂，而不是以太網業務標準的定義。IEEE目前正在制訂的以太網標準主要包括：802.1QVLAN、生成樹協議(802.1d、802.1w、802.1s)、802.3ad鏈路匯聚、802.3ahEFM以及802.17 RPR等。

互聯網工程任務組(IETF)主要關注如何在分組網絡中提供以太網業務。IETF PWE3工作組目前正在制訂業務封裝和業務模擬的標準。L2 VPN工作組負責制訂由運營商提供的L2 VPN實施方案，包括虛擬專線業務(VPWS)和VPLS等。

城域以太網論壇(MEF)[5]作為電信級以太網的主要標準化組織，主要從4個方面開展技術工作：城域以太網的架構、城域以太網提供的業務、城域以太網的保護和QoS、城域以太網的管理。在架構方面，MEF提出了獨立于各種技術的城域以太網的體系結構和用戶網絡接口(UNI)參考點。業務方面主要從用戶的角度定義了城域以太網的業務框架，并明確了業務類型。在保護和QoS方面針對城域以太網提出了保護模式、機制和QoS功能框架，即定義了執行和維護服務等級保證(SIA)所需的QoS功能和特性。管理方面提出了城域以太網的網絡管理接口，并從網絡分層、子網劃分、子網拓撲、網絡連接4個方面對接口進行規范。

在廠商產品支持方面，目前主要是針對上述幾種主流技術所開發的設備。另外也有很多廠家提出了獨特的電信級以太網產品，其中VPLS技術比較成熟，在國外運營商中有一些小規模的部署和應用，如英國電信、西南貝爾(SBC)等。以太環網技術目前還不是很成熟，很多交換機設備廠商都基于RFC3619(EAPS)推出了以太環網設備，但由于各廠家的實現方法不盡相同，如狀態機，幀格式等均存差異，同時，產品存在軟硬件實現兩種方式，這就導致了各廠商EAPS設備無法互通，只能采用單個廠商的設備來組環。目前，運營商和標準化組織正在積極推進EAPS互通標準的制定，以解決多廠家的互操作問題。RPR技術比較成熟，但支持的廠家較少。

目前的電信級以太網產品在QoS和OAM方面和傳統的以太交換機相比較無較大的突破，特別是OAM還不是很成熟，另外對于電路仿真支持也不夠。因此電信級以太網產品總體上還不是很成熟，雖然目前各種技術在可靠性方面都已基本滿足較高的可靠性要求，但是在QoS和OAM方面仍然還有待完善?？傮w來說，電信級以太網尚缺乏大規模部署的案例，目前國內外運營商多處于積極試點階段。

3 電信級以太網的建設和部署思路

目前電信運營商的競爭重點已經逐漸從骨干網轉向了城域網，建立經濟、高效、支持多業務綜合承載的城域傳送網絡已成為各大運營商的共同目標。如何根據各種電信級以太網技術和設備的特點，結合運營商的實際需求來進行應用和部署，是目前國內外運營商需要解決的重要問題。

3.1 業務發展的驅動

運營商對電信級以太網的部署主要是以業務需求為導向，以網絡電話(VoIP)、IPTV等多媒體業務為代表的新型業務部署要求城域寬帶接入網在以下幾個方面進行網絡能力的提升：

在帶寬、用戶和業務的規模和容量上具備高度靈活的擴展性；

具備快速保護恢復能力，能滿足軟交換和IPTV等關鍵業務的運營需求；

具備QoS保障能力，從用戶和業務兩個維度提供差異化服務；

具備嚴格的流量和業務準入控制能力，滿足高價值封閉業務的安全運營。

3.2 網絡改造的出發點

目前，城域寬帶接入網存在星型網絡的單節點和單鏈路故障問題，缺乏彈性和可靠性，部分設備的QoS和安全機制尚不完善。從業務需求的角度出發，運營商的寬帶接入網絡應著重解決以下問題：

提供電信級的可靠性和穩定性，解決星型網絡的單節點和單鏈路故障問題，提供二層域保護，同時盡量避免多級級聯；

支持多業務部署，完善QoS機制，提升高等級實時業務的質量保障效果，同時能支持各種差異化服務的提供；

提高網絡可管理性，提供豐富的OAM手段，降低運營成本(OPEX)；

提供高帶寬接入能力，滿足用戶帶寬需求的急劇增加。

3.3 部署范圍

對于中國運營商城域網網絡規模較大，BRAS/SR的部署層面較低，CE的定位主要是在業務接入點以下的二層接入和匯聚層面。未來，隨著技術的成熟，也不排除在整個城域內應用電信級以太網組網的可能。

3.4 部署思路

CE的部署應以滿足用戶和業務需求為根本導向，著力提高網絡的可靠性、差異化服務能力和OAM能力，實現對不同業務的隔離和多業務的綜合承載，并應重點對電信自營轉型業務和高端大客戶接入實現相應高等級保障。

在滿足業務持續發展需求的前提下，還需充分考慮投入產出比，根據網絡現狀、業務運營的實際狀況以及寬帶接入網技術發展趨勢，制訂分步驟的實施計劃，達到滿足業務發展、降低網絡建設成本、規避投資風險的目的。

在技術的選擇上，CE技術的選擇應綜合考慮相關技術和標準的成熟度、部署成本、對現有網絡改造的復雜度以及異廠商互通性等因素。各種技術都有其自身的優勢與不足，可根據不同的應用場景靈活選擇。例如，VPLS可應用于城域核心，用以提供城域VPN等大客戶帶寬業務；EAPS可應用于環網拓撲，承載對可靠性要求較高的運營商自營關鍵業務。

在各類技術中，基于傳統以太網技術增強的以太環網方案在快速保護倒換和組播復制方面有較大的提升，能夠解決傳統數據網保護能力弱、故障恢復時間長的問題，且可以基于現有網絡改造實現、部署成本較低，可以做為當前的可操作方案。但如前所述，由于其在QoS、OAM以及電路仿真支持等方面均不夠理想，尤其是多廠商的互通尚需推進，因此還有許多問題有待解決，距離大規模應用尚有差距。運營商應結合實際網絡和業務需求，積極推進相關技術的改進和異廠商產品互通。

4 結束語

在業務和技術的雙重驅動下，CE技術已取得較大的進展，成為城域網技術中勢頭最猛的一支生力軍。但在支持電信級特征的同時，也在復雜性和成本方面付出了一定的代價。CE的部署目前尚缺乏大規模應用案例，需要在實踐中繼續探索，積極推進技術優化和標準化，為在運營商網絡的規模應用奠定堅實的基礎。

5 參考文獻

[1] SHAH S， YIP M. Extreme Networks' Ethernet Automatic Protection Switching (EAPS) Version 1 [S]. RFC 3619. 2003.

[2] Draft-ietf-l2vpn-vpls-bgp-08. Virtual Private LAN Service (VPLS) Using BGP for Auto-discovery and Signaling [S]. 2006.

[3] IEEE 802.1Qay. Standard for Local and Metropolitan Area Networks—Virtual Bridged Local Area Networks， Amendment 7: Provider Backbone Bridge Traffic Engineering [S]. 2007.

[4] IEEE 802.17. IEEE Standard for information technology—Telecommunications and Information Exchange Between Systems—Local and Metropolitan Area Networks—Specific Requirements， Part 17: Resilient Packet Ring (RPR) Access Method and Physical Layer Specifications Resilient Packet Ring Working Group (RPRWG) [S]. 2007.

[5] Metro Ethernet Forum [EB/OL].www.metroethernetforum.org.

收稿日期：2008-07-10

作者簡介

徐向輝，中國電信股份有限公司北京研究院工程師。碩士研究生畢業于電信科學技術研究院通信與信息系統專業，現從事IP網絡技術研究工作，研究方向為融合業務承載和VPN組網。已發表論文10余篇。

陳運清，中國電信股份有限公司北京研究院教授級高級工程師，中國電信科技委數據組成員，北京郵電大學兼職碩士研究生導師、高級工程師。碩士研究生畢業于北京郵電大學通信與電子系統專業，自2002年進入中國電信北京研究院以來從事了大量IP/MPLS組網、城域網、行業應用解決方案、寬帶無線接入等方面的課題研究工作。