對中國PTN行業標準及其關鍵問題的思考

摘要:分組傳送網(PTN)是業內關注的電信級承載技術熱點之一。在國際標準尚未完成的情況下，中國的PTN設備開發和網絡應用處于領先地位。文章基于中國通信標準化協會(CCSA)通信行業標準《分組傳送網(PTN)總體技術要求》，重點闡述了PTN網絡功能架構、多業務承載和數據轉發功能、PTN網絡保護、運行管理維護(OAM)架構和功能要求4個方面的內容。結合中國運營商和設備商的利益，文章對涉及PTN行標的技術選擇、網絡應用和后續發展的關鍵問題進行了探討。

關鍵詞:分組傳送網;偽線;網絡保護;運行管理維護

Abstract:Packet Transport Network (PTN) is one of the hot research interests in carrier technologies. Although the international standards are not yet complete， China is leading the world in the development of PTN equipment and network applications. With “General Technical Requirements for Packet Transport Networks” as the CCSA standard， this paper first introduces the background of PTN technology and standards， then illustrates four important aspects: the PTN network architecture， multi-services bearing and data transfer function， PTN network protection， and OAM architecture and functional requirements. Finally， considering the profit motive of Chinese carriers and vendors， some key issues on PTN technology choice， network applications， and future evolution.

Key words:PTN; PW; network protection; OAM

分組傳送網(PTN)是基于分組交換、面向連接的多業務統一傳送技術，不僅能較好承載電信級以太網業務，滿足業務標準化、高可靠性、靈活擴展性、嚴格服務質量(QoS)和完善的運行管理維護(OAM)等5個基本屬性，而且兼顧了支持傳統時分復用(TDM)和異步傳輸模式(ATM)業務，繼承同步數字體系(SDH)網管的圖形化界面、端到端配置等管理功能。目前，PTN應用在城域網范圍，承載移動回傳、企事業專線/專網等有QoS要求的業務，實現中國運營商城域傳送網從TDM向分組化的逐步演進。

PTN有以下兩類具體實現技術:

一類是從因特網協議/多協議標記交換(IP/MPLS)發展來的傳送多協議標記交換(MPLS-TP)技術。該技術拋棄了基于IP地址的逐跳轉發機制，并且不依賴于控制平面來建立傳送路徑;保留了多協議標記交換(MPLS)面向連接的端到端標簽轉發能力;去掉了其無連接和非端到端的特性，即不采用最后一跳彈出(PHP)、標記交換路徑合并、等價多路徑等，因此具有確定的端到端傳送路徑，并增強了滿足傳送網需求;且具有傳送網風格的網絡保護機制和OAM能力。

另一類是從以太網發展而來的面向連接的以太網傳送技術，如IEEE 802.1Qay規范的運營商骨干橋接-流量工程(PBB-TE)。該技術在IEEE 802.1ah運營商骨干橋接(PBB，即MAC in MAC)基礎上進行了改進，取消了媒體訪問控制(MAC)地址學習、生成樹和泛洪等以太網無連接特性，并增加了流量工程(TE)來增強QoS能力。目前PBB-TE主要支持點到點和點到多點的面向連接的業務傳送和線性保護，暫不支持面向連接的多點到多點之間的業務傳送和環網保護。

這兩類PTN實現技術在數據轉發、多業務承載、網絡保護和OAM機制上有一定差異[1-2]。從產業鏈、標準化、設備商產品及運營商應用情況來看，MPLS-TP技術發展趨勢要優于PBB-TE，因此，MPLS-TP是目前業內關注和應用的PTN主流實現技術。

1 《PTN總體技術要求》主要內容

《PTN總體技術要求》主要規范了PTN網絡功能架構、多業務承載和數據轉發功能、網絡保護功能和性能、OAM能力、QoS、分組同步、網絡接口、網絡性能、網管功能以及控制平面功能等方面。其中前4個方面是PTN技術具有的特色，下面分別簡單介紹。

1.1 PTN的網絡功能架構

PTN具有以下技術特征:

采用面向連接的分組交換(CO-PS)技術，基于分組交換內核，支持多業務承載。

嚴格面向連接。該連接應能長期存在，可由網管手工配置。

提供可靠的網絡保護機制，并可應用于PTN的各個網絡分層和各種網絡拓撲。

為多種業務提供差異化的服務質量保障。

具有完善的OAM故障管理和性能管理功能。

基于標簽進行分組轉發。OAM報文的封裝、傳送和處理不依賴于IP封裝和IP處理。保護機制也不依賴于IP分組。

支持雙向點到點傳送路徑，并支持單向點到多點傳送路徑;支持點到點(P2P)和點到多點(P2MP)傳送路徑的流量工程控制能力。

分組傳送網絡包括3個PTN層網絡，如圖1所示[3]。它們分別是PTN虛通道(VC)層網絡、PTN虛通路(VP)層網絡和PTN虛段(VS)層網絡。PTN的底層是物理媒介層網絡，可采用IEEE 802.3以太網技術或SDH、光傳送網(OTN)等面向連接的電路交換(CO-CS)技術。對于MPLS-TP技術，PTN的VC層即偽線(PW)層，VP層即標記交換路徑(LSP)層。

1.2 PTN的多業務承載和數據轉發功能

在基于MPLS-TP的PTN網絡的多業務承載架構[4]中，MPLS-TP的網絡客戶層包括基于PW的仿真業務、采用MPLS標簽的業務和IP業務。目前階段，該承載架構的標準主要規范基于PW的仿真業務，包括TDM業務、以太網二層業務和ATM業務;對采用對等模型承載IP和MPLS業務的功能要求待研究。PTN的業務承載均是采用面向連接的機制，基于無連接的實現機制不在標準范圍之內。

對基于PW的仿真業務，基于MPLS-TP的PTN應當滿足以下功能要求:

(1)PTN統一采用PWE3封裝來承載仿真類業務。PWE3控制字的使用應符合RFC4385。

(2)PTN支持TDM業務仿真和傳送，具體要求如下:

應支持基于非結構化仿真(SAToP)模式的TDM業務承載。PWE3封裝和控制字應符合RFC4553。SAToP模式適用于任何信號結構的TDM電路仿真。

可選支持基于結構化仿真(CESoPSN)模式的TDM業務承載。PWE3封裝和控制字符合RFC5086。CESoPSN模式主要用于N×64kbit/s信號結構的TDM電路仿真，并可節省帶寬。

可選支持基于SDH仿真(CEP)模式的TDM業務承載。PWE3封裝和控制字符合RFC4842。CEP模式主要用于基于VC12或VC-4信號結構的SDH電路仿真。

(3)PTN支持以太網二層業務的仿真和傳送。

具體要求如下:

支持以太網線型業務(E-Line)、以太網專網業務(E-LAN)和以太網根基多點業務(E-Tree)，并符合ITU-T和MEF的相應規范。

應支持基于端口、端口+VLAN的方式實現業務與VC/VP的綁定。

應支持采用網管的靜態配置方式建立以太網業務。可選支持采用信令方式動態建立以太網業務。

PWE3封裝和控制字應符合RFC4448。

(4)PTN可選支持ATM業務仿真和傳送。PWE3封裝和控制字符合RFC4717。PTN支持1︰1虛信道連接/虛通道連接(VCC/VPC)和N︰1 VCC/VPC封裝模式;支持單向和雙向點到多點虛通道連接(VPC)或虛信道連接(VCC)的建立;可選支持ATM反向復用(IMA)組處理功能。

基于MPLS-TP的PTN應滿足以下數據轉發功能要求:

(1)MPLS-TP的數據轉發機制是MPLS數據轉發(RFC3031)的子集，并應滿足RFC5654中規范的傳送需求。MPLS-TP不采用基于IP的逐跳轉發機制，且不支持等價多路徑(ECMP)、最后一跳彈出(PHP)和LSP合并功能。

(2)MPLS-TP的標簽堆棧功能應符合RFC3032和RFC5462的規范。MPLS的生存時間(TTL)處理機制應符合RFC3443的規范(VC和VP兩層TC和TTL的模型一致，宜采用管道模型)。

(3)PW和LSP標簽的范圍應支持1～1 048 575(即2 20-1)，其中0～15為保留標簽(供PTN網絡內的OAM使用或保留)。RFC3032中定義了4個保留的標簽值。

(4)應當支持以下標簽交換功能要求:

源節點進行PW和LSP標簽的正確添加，并支持將多條PW復用到一條LSP中。

宿節點進行PW和LSP標簽的正確剝離。

應支持單段偽線(SS-PW)和多段偽線(MS-PW)交換功能。SS-PW的架構應符合RFC3985的規定。多段偽線交換是將不同LSP的PW交換到相同的LSP中。

1.3 PTN網絡保護功能要求

PTN網絡支持的保護方式分為以下三大類:

(1)PTN網絡內的保護方式

PTN網絡內的線性保護包括單向/雙向1+1路徑保護、雙向1︰1或1︰N (N >1)路徑保護、單向/雙向1+1 SNC/S保護和雙向1︰1 SNC/S保護，應至少支持雙向1︰1保護機制。

PTN網絡內的環網保護包括Wrapping和Steering兩種保護機制，應至少支持一種環網保護機制。

(2)分組傳達網與其他網絡的接入鏈路保護

TDM/ATM接入鏈路的1+1或1︰N保護。

以太網GE/10GE接入鏈路的保護，即鏈路聚合組(LAG)。

(3)雙歸保護

PTN網絡內保護和接入鏈路保護相配合，實現在接入鏈路或PTN接入節點失效情況下的端到端業務保護。具體實現機制待研究。

PTN的網絡內保護方式應滿足以下通用功能要求:

(1)PTN的保護倒換應支持鏈路、節點故障和網管外部命令的觸發，并應支持各種倒換請求的優先級處理。故障類型觸發支持物理鏈路、VP/VC信號失效(SF)和中間節點失效，支持信號劣化(SD)。外部命令觸發支持鎖定到工作、強制倒換、人工倒換和清除命令等網管命令。

(2)保護倒換方式包括支持單端倒換和雙端倒換類型，支持配置為返回或不返回操作模式，支持等待恢復(WTR)功能的啟動和等待恢復時間的設置。

(3)保護倒換時間。在拖延時間設置為0的情況下，保護倒換引起的業務受損時間應不大于50 ms(對SD觸發的保護倒換除外)。

(4)拖延時間設置。在PTN的底層網絡(如WDM和OTN)配置了保護方式情況下，PTN網絡保護方式應支持拖延時間的設置，可設置為50 ms或100ms。

1.4 PTN網絡的OAM架構和功能要求

PTN網絡的OAM功能包括PTN網絡內的OAM機制、PTN網絡業務層OAM機制以及接入鏈路層的OAM機制等。

PTN網絡內的OAM分為告警相關的OAM、性能相關的OAM和其他OAM三大類，VC、VP和VS 3層的OAM功能要求如表1所示。其中，主動OAM是指周期性連續實施的OAM操作。主動上報故障和誤碼性能的檢測結果。按需OAM指人工發起的有限次數的OAM操作，通常用于故障的診斷和定位。

2 PTN行標中的關鍵問題探討

在PTN行業標準起草過程中，存在一些有爭議的關鍵問題，涉及標準的技術選擇、PTN的網絡應用和后續發展等方面。我們牽頭組織了相關討論，部分有了初步結論，部分還有待后續研究，在此與大家分享:

(1)MPLS-TP的OAM實現機制和封裝格式問題

目前有T-MPLS G.8114、G-ACh[5]+Y.1731 OAM PDU[6]、IETF BFD擴展[7]+新OAM工具3種選項。從保護中國運營商和設備商的現有利益，并且便于今后軟件升級角度出發，中國所有單位一致同意采用G-ACh+Y.1731 OAM PDU格式，并希望形成合力來推進MPLS-TP國際標準采納。但由于IETF MPLS工作組被Cisco、Juniper等數據領域專家主導，該技術選擇成為MPLS-TP標準選項的難度相當大。

(2)PTN環網保護的實現機制

目前IETF初步認可了環網保護需求，但具體實現機制有MPLS-TE FRR應用在環網拓撲[8]、IEEE多段保護[9]、ITU-T Wrapping和Steering環網保護[10]3類選項。我們一方面需要從技術角度深入分析3類機制在業務配置、帶寬共享、OAM、跨環保護等方面的差異;另一方面要考慮運營商網絡運維習慣的影響。目前，根據中國設備商產品情況和運營商應用需求，行標中選擇了基于ITU-T的Wrapping和Steering兩種環網保護機制，后續還要完善點到多點業務保護和跨環保護等具體機制。

(3)PTN與MSTP混合組網需求和互通功能要求問題

由于PTN的使命是逐步替代基于SDH的MSTP，因此在運營商的網絡部署過程中，必然面臨PTN與MSTP混合組網和互通問題。如存在PTN匯聚環直接帶MSTP接入環的混合組網場景，在標準中如何具體規范，也成為頗有爭論的一個問題，需要后續組織協調討論。

(4)PTN支持IP/MPLS三層功能需求問題

在全業務運營和LTE移動回傳承載的發展趨勢下，PTN是否需要支持IP/MPLS的部分三層功能?如何與現有路由器網絡分工協調?這些都需要運營商明確具體應用需求后再組織針對性的研究。這將成為本版本PTN行標的一個開放性待研究問題。

PTN技術在與IP/MPLS競爭融合的環境中逐步發展，目前已應用在IP化的3G移動回傳網絡中。從標準化和產業應用來看，今后兩年是PTN技術發展的關鍵期，希望PTN技術的產業鏈不斷發展壯大。

3 參考文獻

[1] 荊瑞泉. MPLS-TP技術標準進展[R]. TC6-2009-026Q專家技術報告. 2009.

[2] 李芳. 《分組傳送網(PTN)總體技術要求》征求意見稿[S]. 2009.

[3] ITU-T SG15 G.ptneq. Types and characteristics of packet transport network (PTN) equipment [S]. 2009.

[4] BOCCI M， BRYANT S， FROST D， et al. A framework for MPLS in transport networks[R]. draft-ietf-mpls-tp-framework-10. 2010.

[5] IETF RFC 5586. MPLS generic associated channel[S]. 2009.

[6] BUSI I， van HELVOORT H， HE J. MPLS-TP OAM based on Y.1731[R] draft-bhh-mpls-tp-oam-y1731-04. 2010.

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[8] IETF RFC 5317. Joint working team (JWT) report on MPLS architectural considerations for a transport profile[S]. 2009.

[9] IEEE 802.1Qbf. PBB-TE infrastructure segment protection[S]. 2009.

[10] ITU-T SG15 G.8132 (draft).T-MPLS shared protection ring (TM-SPRing) [S]. 2007.

收稿日期:2010-03-30

張海懿，工業和信息化部電信研究院通信標準研究所傳送與接入研究部主任、高級工程師，中國通信標準化協會傳送網工作組副組長;長期從事光傳輸系統、WDM系統、SDH系統、MSTP、自動交換光網絡以及電信傳送網絡體制標準、運營商的技術咨詢等方面的研究工作;已發表學術論文30余篇。

李芳，工業和信息化部電信研究院通信標準研究所主任工程師，主要從事分組傳送網(PTN)、移動回傳、IP和光網絡融合、高速光傳輸等方面的研究工作，已發表學術論文20余篇。