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不断扩张的以太网

2/14/2005来源:电信网络人气:7781

Steve Vogelsang 著 赵锋 译
  以太网在局域网中占据着统治地位。最令网络管理员满意的是它简单的结构和低廉的成本,这也是大多数企业选用以太网建立本地网络的原因。最近以来,由于在企业局域网中的广泛应用,因此以太网也开始进军城域网的领域。然而直到目前为止,还没有基于以太网的应用能取代ATM和帧中继(FR)业务在远程连接中的地位。不过这种情况很快将会发生变化。

以太网专线业务

  随着基于MPLS的核心路由器或交换机以及新的业务边缘路由器的出现,将使以太网轻而易举地且经济地扩展到超越本地网和城域网的远距离传输网。这种新业务取名为以太网专线,它将使以太网同时在广域网和局域网中成为首选技术。

  以太网专线业务能同时为企业用户和服务提供商带来多种好处。对于企业来说,将以太网扩展到广域网意味着可以继续发挥现有的以太网设备的作用。与帧中继和ATM相比,以太网的带宽粒度较小,这意味着当用户想要逐步增加带宽时不因带宽粒度太大而造成带宽的浪费。此外,以太网专线可以通过软件来配置,这大大降低了配置普通专线业务所需的时间和成本。

  对于服务提供商来说,以太网专线带来了一个新的利润增长点,同时又降低了成本。以太网专线可以在现有的ip/MPLS网络上提供,它能充分利用可用的IP容量。以太网专线能够很方便地配置业务,这样,服务提供商就能更快地向用户提供新的业务,同时又能降低启动成本。

  以太网专线是依靠基于MPLS的多业务(又称基于MPLS的第二层传输)平台建立起来的,它允许服务提供商将像帧中继和ATM这样的现有数据业务集中到融合的IP/MPLS骨干网。这种集中方式可以使这些有利可图的业务扩展到超过现有数据骨干网的最大设计容量,同时又能降低成本和复杂性。基于MPLS的多业务允许以太网专线业务这一个可能是目前最令人激动的MPLS应用实例无缝地将以太网从局域网扩展到广域网。

  以太网专线业务结构简单,可提供高速业务,并能降低成本,这使得它成为了将以太网扩展到广域网的各种方案中的首选。目前有两个IETF标准草案定义了以太网专线。第一个草案是“在MPLS之上的第二层数据帧的传输”,该草案定义了基于MPLS标签分配协议(LDP)的信令机制,它允许第二层传输连接的建立和状态通知。第二个草案是“在MPLS之上的第二层数据帧的封装方法”,该草案定义了像帧中继、以太网、AAL5以及ATM信元模式这样的多种第二层数据帧的封装方法。

在IP/MPLS骨干网上提供以太网专线业务具有以下优点:

  * 第二层的简单性与第三层的智能相结合:在IP/MPLS骨干网上传输第二层以太网业务的能力使得服务提供商能够最大限度地利用以太网的简单性和低廉的成本,同时又能保持面向电路的智能。这种智能可以提供服务质量、强制路由、流量工程、网状保护、快速恢复、策略、优先级以及业务水平的管理。通过使用支持MPLS的边缘业务路由器,运营商能够规划任何网状或环形体系结构,这种结构能够很方便地进行扩展而不需再考虑整个网络的设计。

  * 虚拟局域网(VLAN)的可扩充性:802.1Q以太网VLAN所允许的系统最大标签数为4096,而MPLS则对此进行了扩展,同时它又透明地保持了802.1Q的互通性。通过将802.1Q标签替换为MPLS标签,每一个设备所支持的唯一标识符可以扩展到一百万个。此外,802.1Q标签在本地仍然有效,允许在网络边缘重复使用标签。

  * 在网络边缘的业务生成:传统的数据业务配置模型要求服务提供商维护贯穿核心网络的连接状态。与之相比,通过在MPLS上提供第二层的业务,只需在网络边缘保持以太网连接状态,这使得在网络边缘生成的业务对于核心网络是透明的。这显著降低了维护管理的复杂度。

通用的转发平面

  MPLS是如何支持以太网专线业务的呢?简单地说,MPLS是一种带有IP控制平面的有效的隧道机制。它允许生成通过IP骨干网的隧道,这种隧道被称为标签交换路径(LSP)。边缘业务路由器在数据包前添加一个或多个四字节的标签,然后将这些数据包插入到隧道中。被称为标签交换路由器(LSR)的核心MPLS设备仅根据标签来转发数据包。

  与基于IP的隧道(诸如第二层隧道协议(L2TP)、一般的路由封装和IP包中封装IP包)相比,MPLS所需的开销较少。此外,MPLS能提供与帧中继和ATM相同的安全性,它受到拒绝服务攻击的影响相对于基于IP的隧道也较小。

  最早的MPLS应用是流量工程,它被应用于服务提供商的核心网络中。IP路由器通常采用的基于目的地的逐跳转发机制很容易导致在某些网络链路上的使用率较高,而另一些链路则相对空闲。采用MPLS能够使服务提供商对通过网络的IP业务量的路径获得更大的控制能力。IP数据包进入网络边缘的MPLS隧道,服务提供商控制每一条隧道的路径,这样就能平衡网络链路的使用率并提高整体效率。

  流量工程是网络核心的一个重要功能,在网络边缘,服务提供商可以通过MPLS技术获取更大的利益。MPLS的两个基本特性使得它能支持包括以太网专线在内的多种数据业务的传输:

  * 协议的透明性。一旦一个边缘路由器转发了一组MPLS标签,那么核心设备就将只基于这些标签,而不是原始数据包中的任何域来转发数据包。这样,MPLS也就不再只限于传输IP业务。它能承载包括帧中继、ATM、以太网、PPP、甚至TDM在内的任何类型的业务。

  * 分层的隧道。MPLS隧道可以是分层的,这意味着通过使用MPLS标签堆栈机制,一个MPLS隧道能被插入到另一个隧道中。这种能力为服务提供商提供了极大的灵活性和扩展性,这是因为在网络核心的相对较小的隧道组中可以汇聚许多隧道。这时核心网络的故障将只导致较少的连接重新选择路由,因此业务的恢复也比较方便。

配置以太网专线

  在每一个运营商的服务提供点都放置了一个边缘业务路由器,它直接向用户提供一个千兆以太网端口。服务提供商可以在一个以太网接口上向用户提供多种业务,例如,在一个VLAN上提供互联网接入,在其它的VLAN上提供以太网专线业务。为了传输以太网帧,边缘路由器需要在用户发来的每一个以太网帧之前挂上两个MPLS标签。外部标签(隧道标签)定义了数据包通过MPLS网络的路径。在这条路径上所有的中间LSR都基于隧道标签转发数据包。内部标签(VC标签或虚连接标签)将以太网帧与一个输出端口联系在一起,这使得服务提供商能在相同的隧道中支持多条以太网连接。

  在配置以太网业务时,先在边缘路由器上选择两个以太网端口,然后定义传输以太网帧的MPLS隧道。经过配置,边缘路由器将把一个有效的本地VC标签挂在它的以太网端口上,并将这一标签通知给它的对端边缘路由器。根据IETF RFC3036定义的规范,可采用LDP交换这些标签。

IP业务模型

  企业用户将如何使用以太网专线业务呢?第一种情况是全速率GbE(图2),它是指用户在一条全双工GbE链路上购买了一个完整的1Gb/s接入带宽。在这种情况下,边缘路由器允许最高速率为1Gb/s的用户业务量。作为一种选择,边缘路由器可能会依据一个配置好的业务表来计量输入业务速率并限制输出业务量,同时贴上标签或丢弃超出定量的业务量。如果支持业务量计量,那么用户就有应当确保他被传送到边缘路由器的重要业务量是在定量以内,从而不被贴上标签或丢弃。

  第二种情况是任意速率的GbE,它是指在一个专用的GbE接入端口上购买少于1Gb/s的接入带宽。与上一种情况通过计量和数据包标签来限制业务速率不同,这种情况根据用户的需求来对业务速率进行限制。它与第一种情况之间关键的区别在于,超过配置速率的突发业务传输被缓存并延迟发送,而不是被贴上标签或丢弃。在传送任意速率的GbE业务时,GbE端口需要具有输入缓存和输入速率整形功能。

  第三种情况是使用贴了标签的GbE。在这种情况下,用户业务通过802.1Q虚拟局域网标签来识别。这种用以太网连接用户的方法的成本较低,特别是当前端使用低成本的第二层以太网交换机时更是如此。

高级以太网专线

  边缘路业务由器所具有的一些特性对于提供高级的IP业务十分必要,这些特性包括数据包分类、对每一个流提供策略并进行计量、标签区分的业务、在每一个逻辑接口排队以及在每一个逻辑接口整形。这些机制同样能被应用于以太网专线业务上。这些高级的特性结合在一起能帮助服务提供商提供具有极强健壮性和极大灵活性的业务,其中包括:

  * 在IP/MPLS网络中按标签区分的业务。服务提供商能将业务按可用的业务类别进行分类。分类的原则可基于输入逻辑接口、多域分类以及计量的结合。此外,通过使用边缘网关协议4(BGP-4)路由策略对业务进行分类,可以基于最终目的地为业务分配一个业务类别。输入的数据包可贴上标签加以分类,如使用IP区分业务编码点或MPLS指数值进行分类。然后,核心路由器或交换机通过严格的优先级排队或加权的公平排队方式来处理这些分类的业务。

  * 业务级别的管理:服务提供商必须要能为以太网专线业务提供与帧中继和ATM网络相同的业务级别的管理。它包括一些业务级别保证(SLA)的参数:如帧发送率(发送到目的地的第二层帧的数量与发送帧的总量的比值)、帧传输时延(两个业务终端点之间的时延)以及虚电路的可用性(以秒为单位的每月中断时间)。

  * 业务保护:MPLS提供了包括辅助LSP和快速迂回路由在内的多种方法来保护业务的完整性,增加了MPLS核心网提供业务的可靠性和健壮性。有了这样的保护机制,服务提供商就能够提供不同级别的业务保护并以不同的SLA声明来约束它们。例如,当核心链路或节点发生故障时,MPLS能在100毫秒之内为LSP重新选择路由,这使得故障对于用户的业务来说是透明的。

  尽管以太网在多年以前就已经成为局域网的标准,但是直到最近它才开始成为城域网和广域网的一种可行的技术。大多数运营商都选择了SONET作为第一层技术。像帧中继和ATM这样的第二层技术曾经获得过成功,但是对于服务提供商和用户来说它们的维护可能过于昂贵。

  尽管以太网可做为广域网的第二选择,但是服务提供商仍然在考虑这种过渡必须要确保同现有的帧中继和ATM业务一样令用户满意。而使用基于MPLS的以太网专线将可提供更高的性能、灵活性和相应的能力。

摘自《通讯世界》2002.4