带你读《智慧光网络:关键技术、应用实践和未来演进》——2.8.2 MPLS 技术的演进

简介: 带你读《智慧光网络:关键技术、应用实践和未来演进》——2.8.2 MPLS 技术的演进

2.8.2 MPLS 技术的演进


早期以太网技术仅用于局域网(LAN),而对光网络来说,需要大范围进行网络互联,需要一种广域网(WAN)协议。使用ATM 技术的WAN 协议实施复杂度较高,不符合光网络的通用和易用的诉求。因此MPLS 在这样的技术背景下出现了,它可以在光网络中转发多业务流量。随着3G 网络的发展,IP 流量大幅增加,光网络在既有MPLS 的高复用效率的基础上将增强强连接特性,因此MPLS 向着MPLS-TP 的方向演进:既保持了MPLS 的传统优势,又提供面向连接的服务功能,使运营商光网络的服务可靠性更高。


随着网络规模的进一步扩大,人们越来越意识到MPLS 技术中的信令技术过于复杂,且不易扩展性。于是人们回归到采用集中式优化的思路来解决这个问题,通过引入SR 技术,构建出集中式优化和分布式智能结合的混合模式。本节将按照上述逻辑和顺序,阐述MPLS技术的演进过程和发展方向。


1.MPLS-TP

MPLS-TP 是一种面向连接的分组交换网络技术,利用MPLS 路径,省去MPLS 信令和IP 复杂的功能;支持多业务承载,独立于客户层和控制面,并可运行于各种物理层技术上;具有强大的传送能力[ 服务质量(QoS,Quality of Service)、OAM 和可靠性等]。


MPLS-TP 可以用一个简单公式表述:MPLS-TP = MPLS + OAM−IP。可以看出MPLSTP

是MPLS 的一个子集,去掉了基于IP 的无连接转发,增加了端到端的OAM 功能,使之更加适合运营级网络。


MPLS-TP 主要应用于移动回传网络中,移动回传网络是指基站到RNC/BNC(基站控制器)之间的专线网络。典型的MPLS-TP 应用如图2-45 所示,移动回传网络采用MPLS-TP

技术,为基站与RNC/BNC 之间的数据回传业务提供专线。基站和RNC 之间的TDM 业务、IP 业务等均可以通过MPLS-TP 网络提供的专线进行传送。

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图2-45 移动回传网络


MPLS-TP 用在城域网或是3G/4G 移动回传网络中时,所有的业务需要适配到光层上进行传送,如图2-46 所示。作为一个完整的分组传送体系,分组传送网(PTN,Packet Transport Network)具有自己的保护措施,如支持1 + 1 保护、1 :1 线性保护、环网保护等。当采用这种分层结构时,多层之间的保护需要协同,一般会启用Hold-off 定时器,即光层智能保护优先。


2.SR-MPLS

在利用MPLS 技术进行创新的同时,MPLS-TP 也继承了MPLS 的一些先天不足,如每个网元独立计算网络拓扑、依赖标签分发协议(LDP,Label Distribution Protocol)和基于流量工程扩展的资源预留协议(RSVP-TE,Resource Reservation Protocol-Traffic Engineering)等进行标签分配,从而导致需要维护的中间状态众多、开销大;虽然可以做到局部最优但缺乏全局视角,难以同SDN 控制器实现无缝对接。


中国移动在进行5G 业务承载时,创造性地引入了SRMPLS技术,形成了基于SR-MPLS 的SPN 5G 承载技术。SR技术是由Cisco 公司提出的一种源路由机制,旨在为IP 和MPLS 网络引入可控的标签分配,为网络提供高级流量引导能力。SR 技术分为两种,一种是基于MPLS 的SR-MPLS 技术,另一种是基于IPv6 的SRv6 技术。

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SR-MPLS 虽然在转发面也采用MPLS,但它是一种源路由技术,使用标签栈来描述通过网络所需的路径,不依赖LDP 等复杂的协议,也不需要维护复杂的网络中间状态,可以同SDN 实现无缝对接。在转发面,同传统的MPLS 路由器一样,标记交换路由器(LSR,Label Switching Router)解析标签,弹出标签并转发。SR-MPLS 目前已经得到了一定程度的应用,同传统的MPLS 网络兼容性较好,成本相对较低。


SR 控制层面采用ISIS/OSPF/BGP 等路由协议,转发层面采用MPLS,都是很常用的协议。SR-MPLS 技术通过在头端节点控制流量要转发的路径,实现了基于源的路由,传统IP 转发是逐跳基于目的IP 进行路由的。在策略路由方面,SR 控制流量转发的方法更加简单、高效,管理成本大大降低。


SR-MPLS 的Segment 在转发层面呈现为标签,由多个Segment 组成的列表对应的是MPLS 的标签栈,MPLS 技术在设计之初就支持多层标签。Segment 分为前缀(Prefix)Segment 和邻接(Adjacency)Segment,路由协议将这些Segment 通告到整个网络,使网络中每个节点都知道区域中所有的Segment,因此业务的源节点能够方便地通过Segment 列表来控制数据分组的中间转发路径,决定业务从网络中哪个节点的哪个接口进行转发。


Segment 转发就是标签转发,动作压入(PUSH)、继续(CONTINUE)、下一个(NEXT)分别对应MPLS 转发的压入(PUSH)、交换(SWAP)、弹出(POP),采用传统MPLS 的报文头。头端节点判断一个IP 前缀如果有SR 出标签则执行压入动作,中间节点执行相应动作,也是根据标签查SR 转发表,封装指定标签,多数时候出入标签值相同。


单纯的SR 转发平面简单明了、易于控制,需要维护的网络中间状态很少,结合SR 的可编程技术,实现智能至简,完全可以按照人们的要求而选择不同的路径,比传统的IP 转发更加灵活、可靠。


切片分组网(SPN,Slicing Packet Network)是中国移动为了应对5G 挑战,在保持PTN优势的基础上,融合SR-MPLS 技术,面向SDN 架构设计,扩展支持更大带宽、灵活连接、更低时延、更高精度时间同步、网络分片等新功能,满足未来5G/6G 业务承载的发展要求。SPN 采用创新的以太网交叉连接技术(Ethernet Cross Connect)和面向传送的分段路由技术(SR-TP,Segment Routing-Transport Profile),并融合光层DWDM 技术的分层网络技术体系,SPN 网络分层模型如图2-47 所示,图中的SR-TP 就是利用SR-MPLS 建立面向连接的分组传送隧道,并通过融合的光层进行5G 业务的传送。

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图2-47 SPN 网络分层模型

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