VPLS技术及其应用

徐名海等:VPLS技术及其应用ZTE COMMUNICATIONSVPLS技术及其应用VPLS Technology and Its Applications中图分类号:N915:m3934文献标识码:A文章编号:10-686812008106-0013-05徐名海 U Ming-hai摘要:以太网技术正以前所未有的速度向前发展,并向城域网迈进。在众多城域以太糜正琨 MM Zheng-kum(南京邮电大学通信与信息工程学院,江苏网技术中,虚拟专用局域网业务vPLS作为一种二层虚拟专用网VPN技术,由于技术简单可靠、易于实现等优点而广受关注。VPLS有效结合了互联网协议/多协议标签交换 IP/MPLS)、PN和以太网交换等多种技术的特点,实现广域范围的多点到多点局Information Engineering, Naning UniversityPosts and Telecommunications, Nani域网LAN互连,具核心技术包括控制平面的基于标记分发协议LDP或边界网关协210003, china,议(BGP)的伪线建立与维护、数据平面的媒体访间控制MAC地址学习、传送平面的伪线封装等。通过分层结构,VPLS可以跨域提供虚拟局城网业务。基于其独特的技术优势VPLS可以提供大客户二层vPN城域基础网络建设、个人分布式业务等多个层次的应用。(L2VPN的范畴。原则上ⅤPS可以使关键调:虚拟专用局域网业务;城域以太网;伪线;地址学习用任何类型的隧道,如 MPLS LSPGRE、L2TP、IPec等,目前应用最广的Abstract: The Ethernet has experienced unprecedented progress of development, andis evolving forward as a metro area carrier grade transport alternative. Among all the是MPLS隧道,它有效地结合了metro-Ethernet technologies, Virtual Private LAN Service (VPLS), a layer 2 VirtualIP/MPLS、ⅤPN和以太网交换等多种技Private Network (VPN) technology, is widely used due to its simplicity, reliability, and术的特点,支持广域范围内多点到多ease of deployment. With the integration of IP/Multi Protocol Label Switching(MPLS点的LAN互连,是 EoMPLS的一项重要VPN and Ethernet switching, VPLS is capable of providing multipoint-to-multipoint技术。对运营商而言,LVPN简单、透emulated Local Area Network (LAN)service. The key elements of VPLS include LabelDistribution Protocol LDP)/Border Gateway Protocol (BGP)based on pseudo-wire明,可降低整体复杂性,并可增强setup and maintenance in the control plane, media Access Control (MAC) address络的互操作性。learning in the data plane and pseudo-wire encapsulation in the transport plane本文主要讨论以 MPLS LSP作为Hierarchical architecture can be used to create VPLS service that spans muitiple service传送隧道、标记分发协议(LDP作为provider domains. Owing to its unique technical advantages the applications of VPlSmay cover lay 2 VPN for business customers, municipal communication infrastructure伪线建立信令的ⅤPLS技术及其应用。and personal distributed services, etc1VPLS体系架构与核心技术Key words: virtual private LAN service; metro Ethernet; pseudo-wire; address learning1.1vPLS的体系架构VPLS的基本拓扑模型如图1所示。设,企业客户A和B各有3个分部分别位于区域1、2和3。为了互联客户以由于其技术优势,已成为其中 EoMPLS( Ethernet over MPIS)增长位于这3个区域的局域网,运营商在种无所不在的局域网组网方尤为迅速。同时,IEEE、IETF、UT区域1、2和3设置了3个接入VPLS业式,并进而向城域网滲透,一个重要和城域以太网论坛(MEF)等标准化组务的设备,称为运营商边界设备的趋势是由城域的多协议标记交换织对以太网及其衍生技术(如IE(PE)。相应地客户各个局域网设置(MPLS)来承载以太网数据帧,以提供802lah、IEEE8021Qay)也进行了大有和运营商网络接口的设备,称为客异地分布局域网互联的虚拟以太网量深入的研究。户边界设备(CE),经联接电路(AC)和虚拟专用局域网业务(VPIS)是分对应的运营商设备PE、PE2、PE3相近年来,国际产业界对P和以太组交换网(PSN)提供的化VPLS无关,可以是物网的投资呈现一种齐头并进的趋势,在通过预先建立的隧道和中国煤化工逻辑以太网端口、帧基金项目:江苏省自然科学基金青年科技创新伪线连接为用户提供专用CN MH GPVC,甚至是以太网人才启动项目(BK2007604(LAN)互联服务,属于二层ⅤPN伪线。各个PE通过隧道相连,在图13徐名海等:VPLS技术及其应用ZTE COMMUNICATIONS隧道中可承载许多伪线,每条伪线对联报电路PLSA VPLSB应于CE-PE之间的一条AC,仿真传送相应AC上承载的原始业务,原始业务的类型没有限制,可以是帧中继ATM以太网、P等各种业务。所谓伪线连接建立就是通过一定的信令协区域1P/MPLS骨干园议使PE和PE2协商一致,建立仿真伪PLS BCE1线和隧道的绑定,以及伪线和各自相应端口的AC的绑定针对PSN为MPLS网络的情况,可客户边界设备网协议/多协泼标交换重用LDP作为伪线建立和维护信令。vPLs虚我专用总战周业勇CE 3LDP的核心是建立MPLS隧道标记和图1VPLS拓扑模型转发等价类(FEC)之间的绑定关系因此只要将伪线视为一类FEC,即可1中,每个隧道中建立了两条伪线LAN经由AC送人的以太网帧转发至直接套用LDP协议,建立起伪线和隧(PW),分别服务于客户A和客户B。伪适当的伪线,即可送达目的区域道之间的绑定关系。是PSN中采用二层技术建立的一对LAN,由此完成客户不同区域LAN的为此,LDP扩展定义了两个伪线节点之间的仿真点对点双向连接,可互联。FEC:PWd和通用Pwid。PWid中的参由两条单向的LSP承载构成。运营商由此可知,VPLS主要包括3方面数 PWtype定义了伪线的类型,大体对通过PE和互联伪线在公众PSN上传的技术应于伪线仿真的原始业务,如帧中送客户不同区域LAN之间的业务数(1)控制平面技术,即伪线控制信继、ATM、HDLC、PPP、SDH等;参数据流,由此将客户分布于不同区域的令,完成伪线连接的建立和维护。,pwid则指定了该类型中的一条具体多个LAN互联成为一个仿真的LAN,其功能包括伪线建立与拆除、伪线状的伪线,即定位AC的位置。对于同称之为一个VPLS实态改变通告以及伪线保护机制等。伪线PE1和PE2应配置相同的 PWtypeLAN可视为该仿真局域网的一个网(2)数据平面技术,主要是PE的数和Pwid。通用Pwd除了 PWtype以外段。由于 P/MPLS骨干网可以是一个据桥接转发功能,尤其是MAC地址学用AGI、SAⅡ、TA3个参数来定位伪域,也可以由互联的多个域组成,可习功能线的AC位置。其中,AC是联接组标跨越很大的范围,因此通过这样的(3)传送平面技术,指的是WPS数识符,指示AC电路群组,例如可为vPLS,运营商可以为客户提供跨城域据包传送的伪线封装方式。ⅤPN标识、ⅥAN标识等;A为联接电网或广域网的LAN互联业务,对客户路标识符,具体定位群组中的某条而言,组网简单方便,无需更改自己12基于LDP的伪线建立AC电路;SA和TAI则分别指示源(即原有的网络部署。端到端仿真伪线(PW3E)的网络本端)AC电路和目的(即远端)AC电由图1可知,FE间隧道承载的是参考模型如图2所示叫。为便于说明,路。对于ⅤPLS应用来说,AG取为多个VPLS实例的聚合业务流,相当于假设PE为入口路由器,PE2为出口路VPLS标识号,由于伪线是网状互联且传输网中的复用器功能。隧道建立方由器,两者之间建立 MPLS LSP隧道,不作为中转线路使用,由vPLS标识就式取决于所采用的隧道技术,例如在MPLS网络中,可采用LDP协议建立隧道中的伪线承载的是单个VPLS实例业务流,相当于分路器功能,相PSN隧道地每个伪线都赋予一个分路器标识(PWD),可称为伪线标识符。WPS实例的构建就是在对应PE之间建立起伪线连接,需要定义相应的伪线控制原始业务信令,可通过隧道建立信令的扩展实中国煤化工AC:联报电路cE:客户现。建立起vPLS实例后,PE将承担起YH一分组交换网Pw:伪线CNMHG仿真网桥的功能,将客户某一区域▲图2伪线仿真网络参考模型14兴通讯技术徐名海等:VPLS技术及其应用ZTE COMMUNICATIONS能定位AC位置,因此SAⅡ和TAⅡ无需同的客户、同一客户不同服务质量使用,均置为零值。(Q0S)的业务等,则入口PE应将该标伪线净荷(用户以太网伪线建立的LDP信令过程采用下签剥离,出口PE根据情况或者再插人控制字{任选游自发标记分发模式和自由标记保业务标识标签,或者不再插入;如果伪线标识符存方式即伪线建立过程由出口路由用户以太网帧中带有客户自己设置器PE2向人口路由器PEl方向主动发的标签,如ⅥLAN标记,则PE保留该标隧道标记起建立消息是标记映射消息LMM),签不变。因此,在以太网伪线上传送PsN链路层消息中带有两个信息元素,一是伪线的总是原始的用户以太网帧。以太网PSN物理EC,可以是PWd或通用Pwd;另ⅥLAN伪线按照标签模式处理,其规PSN:分组交换网是隧道标记,采用MPS中定义的20则是:如果用户以太网帧中带有网络▲图3伪线封装格式位的通用标记,由此将 MPLS LSP隧道运营商设置的业务标识标签,如指示和伪线绑定。PE收到该消息后,检查VPlS实例的ⅥAN标识,则PE保留该就将该帧转发至该伪线。每↑MAC地反向(PE2→PEI)的 PW LSP是否已建标签不变,但是若伪线建立时规定了址条目都设置有老化定时器,直至定立,如尚未建立,则类似地向PE发送应使用的标识,则必须用该标识替换时器到时时始终没有以太网帧从该LM消息,藉此建立起双向的伪线连已有的VLAN标识;如果用户以太网MAC地址到达,则删除该长期不用的接。如果PEl不能辨识LMM消息中的帧未带有业务标识标签,则PE应加上MAC地址条目,这就是地址老化机伪线FEC,则回送标记释放消息伪线建立时约定的标签,若未约定则制。当伪线或AC状态改变时,PE需重(LRM)予以拒绝。加上空标签。因此,在以太网VLAN伪新运行网桥学习机制。伪线建立后,PE之间可以通过线上传送的用户以太网帧总是带有网桥转发的一个基本要求是不LD协议交互伪线的状态,对伪线进业务标识标签。能形成环路,在以太网中使用生成树行维护,还可通过LDP告知其他PE删协议(STP)防止转发环路的产生,但是除已学习的MAC地址,以加快转发表14MAC地址学习其收敛速度较慢。为了提高效率收敛过程。在数据平面中,PE的角色是一个VPLs采用所有PE网状互联的拓扑结虚拟交换实例(VSI),需执行网桥的过构,确保网络的全连通性;帧的转发1.3伪线封装滤、学习和转发功能。所谓过滤就是遵从“范围分割”的规则,即任何PE伪线封装格式如图3所示。其中,对流经的所有以太网帧头都要进行从伪线收到以太网帧后不允许再通伪线净荷就是在伪线上传送的用户检查和分析;学习就是通过分析帧头过伪线转发给其他PE,确保不会产生以太网帧;任选的控制字包含一个16中的MAC地址,建立转发表条目,即环路。位的序号,供对端PE检测传送的以太MAC地址与其转发伪线或AC的绑定网帧错序、重复或丢失,封装是否包关系;转发就是根据以太网帧的目的2分层VPLS含控制字可根据应用需要而定,由MAC地址,查找转发表将单播以太网上述PE网状互联的拓扑结构,要LMM消息中的伪线FEC指示;伪线标锁转发至其绑定的伪线或AC,对于求每个VPS实例建立nx(n-1)2条识符用以标识伪线;隧道标记是广播帧或者目的MAC地址未知的单伪线,其中n为PE的数量,这将造成很MPLS LSP的封装;最下面则是MPLS基播帧,则广播发至所有的伪线。大的网络资源消耗、信令开销和数据于的分组交换网的链路层和物理层。MAC地址学习的具体方法是:当帧复制处理开销,限制了它的可扩展用户以太网帧由AC到达PE后,PE从AC收到以太网帧时,若P转发性。为此,引入了分级vS(HVPS技PE首先去除帧头扰码和帧校验码,然表中没有与该帧的源MAC地址对应术,其基本思想是将ⅤPLS网络划分成后根据伪线的类型对用户以太网帧的转发条目,则PE将该MAC地址与该接入层和核心层,接入层设备的位置可能有的标签进行适当的处理。在AC绑定,此后若有目的地址为该MAC临近客户,对多个客户区域CE)的业VPLS应用中有两类伪线:以太网伪线地址的以太网帧从伪线到达PE时,务流进行汇聚,然后通过直联伪线,和以太网VAN伪线,所建立的伪线PE就将该帧转发至该AC。当PE从伪即辐条状伪线送至核心层的PE,以减的类型在伪线FEC中指示。以太网伪线上收到以太网帧时,若PE转发表中少核心层网状互联伪线的数量。线按照本原模式处理标签,其规则没有与该帧的源MAC地址中国煤化工网络模型如图4所示是:如果用户以太网帧中带有网络运发条目,则PE将该MAC地营商设置的业务标识标签,如VPS实绑定,此后若有目的地址HCNMHG设备:MU-s和Pr。其客户交换设备(s表示例标识该标签的目的是用于标识不址的以太网帧经由AC到达PE时,PE交换),内置Ⅴs功能实体,支持2层交中兴通讯技术15徐名海等:VPLS技术及其应用ZTE COMMUNICATIONS授入层核心层授入层(1)用户网络与运营商网络相对独立,运营商网络为用户数据提供数PE2rs据隔离和透明传输,确保了用户数据的安全性,屏蔽了运营商网络复杂造PE3-[S PWI成的影响。(2)在MPLS网络上实施以太网的多点服务功能,可以实现MPLS技术二层汇聚和以太网技术的优势互补PE4-rs(3)技术简单可靠、部署灵活、可CE 2CE 5扩展性好。对于公司客户而言,其业务可能CE. EPERMTU:多客户交换PW:伪线户边界设备PE:运营商边界VS:虚拟交换买例遍及全省、全国乃至全球,因此通过▲图4分层VPLS网络模型ⅤPLS/ HVPLS将公司客户各分支机构进行二层VPN连接是一种很好的选换功能和所有端口上的桥接学习和构。通常将MTU-s和PE-统称为用户择。当VPIS网络规模较大时(节点多,帧复制功能。CE1、CE2和CE3是某PE(U-PE),核心层的PE-称为网络地理范围大),可以采用基于边界网VPIS实例的3个网点区域,它们之间PE(N-PE),U-PE和N-PE之间不再是关协议(BGP)的ⅤPLs和基于LDP的的数据交互由MTU-s的VS交换功能简单的辐条伪线直联方式,而是经由VPLS相结合的 HVPLS,核心层使用完成,无需传送至核心层处理,各CE接入VPLS网络的连接方式,接入BGP方式,接入层使用LDP方式。至远端的数据流则经其汇聚后送vPLS可以基于802.1ad(QinQ)或MPLS核心层的PEl-。由于MTU-8具有交技术。这样,多达数千个PLS客户的32建设基于VPLS的城市基础网络换功能,因此对于每个VPLS实例只需网点区域可以通过接入网络汇聚接建设可运营、可管理的城市通信设置一条伪线,图4中虽然各CE经由,同样规模的核心网可为更多的客网络应该像水、电、气等那样成为城两条AC电路接入MTU-s,但它和户提供ⅤPLS服务,从而有效地提高了市的基础设施。基于ⅤPS的城域基础PE-n之间仅需设置1条辐条伪线。VPLS应用的可扩展性。网络运营参考模型如图5所示I则,城为了提高可靠性,MTU-s也可以同时市基础网络的商业运营和运行支撑与多个核心层PE连接。PE是接入路3VPLS的应用系统负责基于 MPLS/VPLS的城市基础由设备(r表示路由),仅支持路由功在过去的10多年里,以太网技术网络的建设、运营和维护,零售业务能,不支持任何桥接功能。因此对于得到了迅速的发展和广泛的应用,部用户与零售业务提供商签订业务使每一条接入AC需要建立一条直联至署成本也越来越低。VPLS作为以太网用合同,零售业务提供商向城市基础核心层PE的辐条伪线,来自AC的数向城域网∥广域网的延伸,综合了网网络的商业运营和运行支撑系统支据帧将路由至对应的伪线,因此CE4络性能(如数据保密性、可靠性、QS、付流量传输费用。和CE或CE6之间的数据流必需经由运营成本低)和网络规模(如组网灵活基于 MPLS/VPLS的城市基础网络PE3-ns转发。核心层的PE-ns网状互型、用户网络与运背商网络的相对独可包括多个层次,如用户层接入层、联,既有路由功能也有交换功能(故立性、网络可扩性)的优势,为网络运分布层、本地核心层、区域核心层、业以下标s记之)。由于接入层设备的引营和业务运背提供了新的选择,运营务提供层、业务提供接人层等。用户入,减少了网状互联PE-m的数量,从商可以依据客户类型和业务属性灵层接入用户,接入层和分布层将用户而提高了VPLS的可扩展性。活部署VPLS。可以设想,VPIS可应用流量进行汇聚,本地核心层和区域核进一步,上述通过辐条伪线将各于大客户跨域二层VPN、建设基于心层将汇聚流量在高速主干链路上个接入设备联至核心层的接入层结VPLS的城市基础网络、分布式个人综传送,业务提供层和业务提供接入层构还可以扩展为以太接入网络。目前合业务应用等领域。将业务提供商接入网络核心层许多运营商部署的以太接入网络都MPLS/VPLS连通核心层(含本地核心支持ⅤPLS,它们通过添加运营商设置31大客户跨域二层vPN的vLAN标签识别ⅤPLS实例,这样分这是VPLS最为直接YH地#广层)的交换机和面向业中国煤化工换机,对于每种业务,层ⅤPLS模型将扩展成为由接入层于三层PN而言,VPIS具CNMH(建vPS实例,并利用VPLS和核心层ⅤPLS构成的两层结优势MPLS标记中的EXP字段指定服务质16中兴通讯技术徐名海等:VPLS技术及其应用ZTE COMMUNICATIONS故海售币墨础网络LAN service(VPLS) using label distribution零售业务用户otocol( LDP) Signaling[]19]MARTINI L, ROSEN E. EL-AAWAR N et alEncapsulation methods for transport of网络运行接囗零售业务Ethernet over MPLS networks(SI. IETF RFC448.200JO] MOERMAN K, FISHBURN J, LASSERRE M零售业务基于 MPLS/PLS的et al. Utahs UTOPIA: An Ethernet-based城币基础网络MPLS/PLS triple play deploymentlJI4图5Communications Magazine, 2005. 43(11):142-15CMPLs:多协议标签交换WPLs:虚拟专用局域网业务基于PLS的城域基础网14 TKINSON R C, VINE J. DUNLOP J, et al络运营参考模型The personal distributed environment[JIIEEE Wireless Communications, 2007, 14(2)量等级。和多穴机制提高VPIS业务的可靠性;2 AUSUSTYN W. SERBEST Y S在保证Q的前提下,通过有效的资33分布式个人综合业务应用源控制提高VPLS的网络资源利用率;provider-provisioned virtual private networks(L2VPNs)ISI. IETF RFC 4665. 2006随着社会的发展,以客户为中心构建重叠网络业务承载模型,增强[131 ITU-T Draft Recommendation Y,enet.Ethernet Qos control for next generation的通信方式将成为一种潜在应用,它VPLS承载增值业务和融合业务的能将用户的个域网(PAN)、家庭网络力。最后需要指出的是,ⅤPLS和其他[141 BOCCI M, COWBURN I, GUILLET J.(HN)和办公室网络(ON通过城域网城域以太网技术是互补的关系,必须ervices using IP/MPLS networks[JI. IEEE或广域网联通,用户可对所有上述子根据实际情况作出合理的选择和有Communications Magazine, 2008, 46(3)网的设备和会话进行控制机的结合,才能获得最佳的效果收稿日期:2008-0916为此,可以通过3条AC分别将PAN网关家庭网关和ON网关连接至5参考文献作者简介城域网的PE,PE为用户创建vPS实 MALIS A G. Converged services over MPLS徐名海,南京部电大学通信例,并通过伪线连通用户PLS实例与信宸工程学院讲师,博士9:150-156主雯研究领域为资源控制与转发器。从用户的角度看,VPLS网络[2 ALLAN D, Bragg N, McGuire A, et al.知技术。曾主持2项省级科研如同是一台“分布式”的以太网交换 EEE Communications Magazine,200642)项目,参加1项“973·项目和机。通过ⅤPLS,用户可以方便地控制项国家自然科学暴金项目[31 SEERY M. Packet transport trends:研究,提交6份国际通信标准子网设备、创建会话,安全可靠地实Success challenged as deployment提案和2项发明专利,发表sCEⅥSTP检索学术论文8现随时、随地、随意的通信。expands[J]. IEEE Communications2008,46(7):103-10[4] ANDERSSON L ROSEN E Framework foryer 2 virtual private networks(L2VPNs)[J].糜正琨,南京邮电大学通信4结束语与信息工程学院教授、赙士VFLS充分利用运营商已经部署 ANDERSSON L, MADSEN T Provider生导师,中国通信学会会士。目朗主要研究方闷是下一代的MPLS网络,不但能为大客户提供terminology]. IETF RFC 4026. 2005络技术和异构网络雕合技LAN互联服务,而且可作为城域网的66As6 seudo wire emulaton术。曾获江苏省科技进步息严业科基础设施,已被视为重要的电信级以RFc3985.2005太网技术之一,具有良好的市场前[7] MARTINI L ROSEN E. EL-AAWAR N, et al.已发表SC、E收录论文余篇,出版专著和国家级教材8,申请国家发明专利4项景。进一步的研究可包括:利用冗余综合信息cw中兴通讯推出A频段TD- SCDMA基站推动产业进步中兴通讯一直致力于 TD-SCDMA的产业化,把TD作1卡兴通讯在2082月推出了支持A频段(180为战略产品重点投A.208年椎推出了 HSPA MX倍速(空分MHz)的TD- SCDMA基站设备,目前该设备已经顺复用中国煤化工量提升一倍,大幅通过相关功能测试,新推出的A频段基站设备将全面满提高CNMH。本次A频段基站足 TD-SCDMA工作在A频段下的各种应用场景。的推出尢疑又将 TD-SCDMA严业罹动到了新的高峰。中兴通讯技术17