分组传送网技术简介

传统的承载网技术越来越难以满足多业务承载和灵活调度的要求。例如，SDH 及扩展技术（如多业务传送平台MSTP）采用较为刚性的管道承载分组业务，统计复用效率不高，业务调度不灵活；而OTN 技术的交换颗粒度太大，无法直接用于分组业务的传送；传统以太网缺乏有效的QoS保证、保护恢复机制、端到端OAM 保障，不适合高质量业务的承载；MPLS技术则包含了网络层（Layer 3）的协议和机制，处理机制和实现都较为复杂，处理时延较大且成本较高。另外，由于SDH/MSTP、以太网交换机、路由器等多个网络分别承载不同业务并各自维护，也难以满足多业务统一承载和降低运营成本的发展需求。因此，随着网络IP/数据业务不断急速增加，研究设计适合高带宽、高利用率、高可靠性和灵活调度的承载网技术是网络发展的必然选择。

分组传送网（PTN，Package Transport Network）是基于分组、面向连接的多业务统一传送技术，不仅能较好承载电信级以太网业务，还可以支持TDM 业务、ATM 业务和IP业务，满足了标准化业务、高可靠性、灵活拓展性、严格QoS和完善QAM 5个基本属性。PTN 基于分组的架构，继承了SDH/MSTP的分层设计理念，融合了以太网和MPLS的优点并删减了其中不必要的机制，具有面向连接、支持电信级OAM、快速保护恢复等诸多优点；它在较好地承载电信级以太网业务的同时，兼顾传统TDM 业务的传送。与其他技术相比，PTN 不仅继承了传统传送网面向连接的特性，还具备高效带宽管理能力。

1.分组传送网基本架构

PTN 主要分为虚通道层、虚通路层和虚段层（见图9.60），其具体功能划分如下。

图9.60　PTN 分层结构

（1）虚通道层

PTN 的虚通道层网络可提供点到点、点到多点、根基多点和多点到多点的分组传送网络业务，这些业务通过PTN VC连接来提供，VC连接承载单个客户业务实例。PTN VC层网络提供了OAM 功能来监视客户业务并触发VC子网连接（SNC）保护。

对采用MPLS-TP技术的PTN，VC层主要采用点到点或点到多点的伪线（PW）。

（2）虚通路层

PTN 的虚通路层网络是分组传送路径层，通过配置点到点和点到多点PTN 虚通路（VP）来支持PTN VC层网络。其中点到点PTN VC是通过点到点PTN VP分组传送路径来支持的，在PTN 网络的边缘起始和终结，这些点到点VP传送路径承载两个PTN 节点之间的一个或多个PTN VC信号；再点到多点PTN VC是通过点到多点的PTN VP分组传送路径来支持的，在PTN 网络的边缘起始和终结，这些点到多点VP传送路径承载两个以上PTN 节点之间的一个或多个PTN VC信号。

对采用MPLS-TP技术的PTN，VP层采用点到点或点到多点的LSP。

（3）虚段层

PTN 的虚段层网络提供监视物理媒介层的点到点连接能力，并通过提供点到点链路来支持PTN VP和VC层网络。这些点到点链路以及物理媒介层监视是通过点到点PTN VS路径来实现的，它一般与物理媒介层的连接具有相同的起始和终结点。这些链路在传送网络节点之间承载一个或多个PTN VP或PTN VC层信号。

PTN 网元是构建PTN 网络的重要组成部分。一个PTN 网元通常由传送平面、管理平面和控制平面共同构成，一般具备以下基本功能。

①PTN 网元的传送平面：实现对UNI接口的业务适配、面向连接的分组转发和分组交换、操作管理维护（OAM）报文的转发和处理、网络保护、业务的服务质量（QoS）处理、分组同步、NNI接口的线路接口适配等功能。

②PTN 网元的管理平面：实现网元级和子网级的拓扑管理、配置管理、故障管理、性能管理和安全管理等功能，并提供必要的管理和辅助接口，支持北向接口。

③PTN 网元的控制平面功能：支持信令、路由和资源管理等功能，并提供必要的控制接口。

PTN 网元在传送平面的接口分为客户网络接口（UNI）和网络-网络接口（NNI）两类。UNI接口用于连接PTN 网元和客户设备；NNI接口用于连接两个PTN 网元，同时NNI因所在位置不同，又分为域内接口（IaDI）和域间接口（IrDI）。

PTN 网元的分类存在不同的依据。如果按照城域传送网的应用位置来分，PTN 网元可分为PTN 核心层网元、汇聚层网元和接入层网元三类设备形态。如果按照PTN 网元为客户提供分组传送业务时的网络位置来分，PTN 网元可分为PTN 边缘节点（PE 节点）和PTN 核心节点（P节点）两大类。客户边缘设备是进出PTN 的客户业务层功能的源宿节点，在PTN的两端成对出现。与客户边缘节点直接相连的PTN 网元被称为PE 节点，在PTN 内部进行VP隧道转发的网元被称为P节点。PE节点和P节点描述的是对客户业务、VC、VP的逻辑处理功能，对任一个给定的分组传送网业务，一个特定的PT′N 网元只能承担PE 或P的一种功能，但对某一PT′N 网元所同时承载的多条分组传送网业务而言，该PTN 网元可能既是PE节点又是P节点。

2.分组传送网主要特点

PTN 以分组业务为核心并支持多业务提供，同时继承光传输的传统优势，其主要特征体现在灵活的组网调度能力、多业务传送能力、全面的电信级安全性、便捷的OAM 和网管、具备业务感知和端到端业务开通管理能力、完善多样的保护恢复能力、传送单位比特成本低等。主要技术特点如下。

①面向连接的多业务分组转发：采用面向连接的分组转发技术，基于分组交换内核。分组转发基于标签机制实现，支持多业务传送，并为多种业务提供差异化的服务质量（QoS）保障。PTN 支持双向点到点的分组传送路径及其流量工程控制能力，也可以支持单向点到多点的分组传送路径及其流量工程控制能力。

②可靠的网络保护机制：支持基于OAM 和网管命令来触发分组传送路径的保护倒换，并可应用于PTN 的各个网络分层和各种网络拓扑。传送平面的分组转发、保护倒换动作应独立于控制平面或管理平面；若控制或管理平面配置的分组传送路径失败，传送平面仍能正常执行分组转发、OAM 处理和保护倒换等功能。

③完善的分组OAM 管理机制：具有完善的PTN 网络内OAM 故障管理和性能管理功能，支持对以太网、TDM 等业务的OAM 故障管理和性能管理功能；支持通过管理平面对网络进行静态配置操作的能力，网管的静态配置应不依赖于任何控制平面元素（即不使用任何控制平面的协议），包括业务配置和对OAM、保护等功能的控制。

④简化的数据转发操作：MPLS-TP的分组转发、OAM 和保护处理不依赖于IP转发，因此数据处理效率较IP转发高。

⑤高精度的时间同步能力：支持同步以太网功能，实现稳定可靠的频率同步；支持IEEE 1588-v2功能，实现高精度的时间同步。

3.分组传送网关键技术

PTN 主要面向多业务高质量的分组传送，其关键技术包括多业务承载技术、面向分组的保护技术、OAM 技术、QoS技术和分组同步技术。

（1）多业务承载技术

PTN 的多业务承载技术是将分组交换和业务处理相分离，在外层线卡提供对不同业务的处理功能，在内层将与业务处理无关的业务交换功能集中于统一的通用交换板上。通用交换结构通过统一的传送平台简化网络，运营商可以根据不同业务需求灵活配置不同业务的容量，从而灵活承载IP、ATM、TDM 等多种业务类型。

PTN 的多业务承载均采用面向连接LSP分组转发机制，基于MPLS-TP的PTN 网络支持二层以太网业务、TDM 业务、ATM 业务和IP业务的接入和承载（见图9.61）。

图9.61　基于MPLS-TP的多业务承载结构

（2）面向分组的保护技术

PTN 对于业务的中断和恢复时间比传统数据网络的时间要求更为严格，通常情况下都要求达到50 ms的倒换时间要求。PTN 的保护分为网络内的保护、网络间的接入链路保护、双归保护三类，具体如下。

①网络内的保护：PTN 网络内的线性保护，保护对象是LSP和PW；PTN 网络内的环网保护，保护对象是PTN 的段层。

②网络间的保护：TDM 从TM 接入链路的保护，以太网GE/10GE接入链路的保护。

③双归保护：PTN 网络内保护和接入链路保护相配合，实现在接入链路或PTN 接入节点失效情况下的端到端业务保护。

对于以上保护技术，PTN 能够实现以下功能特性。

①PTN 的保护倒换应支持链路、节点故障和网管外部命令的触发，并应支持各种倒换请求的优先级处理，其中故障类型为支持物理链路、LSP和PW 信号失效和中间节点失效，支持信号劣化，外部命令为支持保护锁定、强制倒换、人工倒换和清除命令等网管命令。

②保护倒换方式：支持单向倒换和双向倒换类型，应支持配置为返回或不返回操作模式，默认配置为返回模式，支持等待恢复（WTR）功能的启动和WTR 时间的设置。

③保护倒换时间：在链路总长度不大于1 200 km，且拖延时间设置为0的情况下，PTN 网络内线性和环网保护倒换引起的业务受损时间应不大于50 ms。

④拖延时间设置：在PTN 的底层网络配置了保护方式的情况下，为避免PTN 层网络和底层网络保护的冲突，PTN 网络保护方式应支持拖延（Hold Off）时间的设置，可设置为50 ms或100 ms。

（3）OAM 技术

PTN 提供基于硬件处理的OAM 功能，定义了丰富的OAM 帧来完成故障管理、性能检测和保护倒换。PTN 借鉴了SDH 的分层架构，通过设定传送通道、传送通路、传送段等不同层次的OAM 机制，对PTN 进行分层监控，实现快速故障检测和故障定位。同时结合接入链路OAM 机制和业务层OAM 机制，实现网络端到端的电信级管理维护。PTN 的OAM 功能包括PTN 内OAM 机制、PTN 业务层OAM 机制以及接入链路层的OAM 机制等。

①PTN 内OAM 机制：在PTN 网络内的OAM，主要支持PW、LSP、段层三个分层的OAM 机制。

②PTN 业务层OAM 机制：PTN 网络支持所承载的各类业务的OAM 机制，包括TDM业务的OAM、以太网业务的OAM、ATM 业务的OAM 和IP业务的OAM。

③PTN 接入链路OAM 机制：包括以太网接入链路的OAM 机制、SDH 接口的再生段和复用段层告警性能OAM 机制以及E1告警和性能OAM 机制三类。

PTN 内OAM 分为告警相关的OAM、性能相关的OAM 和其他OAM 三大类。

①告警相关的OAM：连续性检测/连通性校验、告警指示信号、远端故障指示、环回检测、踪迹监视、锁定、客户信号故障指示、串联连接监视。

②性能测量相关的QAM：丢包测量、时延测量、测试。

③其他OAM：自动保护倒换、管理控制通道、信令控制通道、试验功能、运营商自定义功能。

PTN 的OAM 主要遵循IEEE 802.1ag/802.3ah、ITU G.8114/Y.1731/Y.1711等规范，具体作用范围如图9.62所示。

图9.62　PTN 中分组网络OAM 的实现方案

（4）QoS技术

PTN 的QoS技术是指针对网络中各种业务应用的不同需求，为其提供不同的服务质量保证，如丢包率、延迟、抖动和带宽等，以实现同时承载数据、语音和视频业务的综合网络。由于PTN 以承载分组业务为主，因此采用了大量的分组业务处理技术，并实现相应功能。

①流分类和流标记功能：流分类功能是按照一定规则，对业务流进行分类，流标记是对流分类后的报文设置PTN 网络内的服务等级和优先级标记，以实现不同业务的QoS区分。

②流量监管功能：流量监管是流分类后采取的动作，对业务流进行速率限制，以实现对每个业务流的带宽控制。

③流量整形功能：经过队列调度后的报文通过漏桶机制完成流量整形功能，对各个优先级的流量进行限制，对超出流量约定的分组进行缓冲，并在合适的时候将缓冲的分组发送出去，从而起到流量整形的目的，使报文流能以均匀的速率发送；对每个业务流进行流量整形，有助于降低下游网元由于突发流量导致的业务丢包率。

④连接允许控制功能：对业务配置的CIR、EIR 等带宽参数进行合法性检查，确保不同业务流配置的带宽参数不会超过出口带宽，或超过上一级通道的带宽配置，无法满足的业务带宽参数请求将被拒绝。

⑤拥塞管理功能：通过尾丢弃或加权随机早期探测（RED，Random Early Detection）丢弃，以缓解网络拥塞。

⑥队列调度功能：当报文到达网络设备接口的速度大于接口的发送能力时，采用队列调度机制来解决拥塞，实现对拥塞时的报文疏导。

（5）分组同步技术

PTN 时间同步是基于IEEE 1588精确时间协议，采用主从时钟，对时间进行编码传送，利用网络链路的对称性和实验测量技术实现同步功能。其中，PTN 网络承载电路仿真业务（CES）时，需提供业务时钟的透明传送，保证发送端和接收端业务时钟具有相同的、长期的频率准确度。一般分组网络具有以下4种CES业务时钟恢复方式。

①网络同步法：全网处于同步运行状态，业务两端均使用可溯源到全国基准时钟（PRC）的网络时钟作为业务时钟。在这种时钟恢复方式下，业务时钟不透明。

②自适应法：基于分组包到达的间隔或缓存区的填充水平来恢复定时。这种方式能够保证业务时钟透明，对外部参考时钟没有要求。

③差分法：对业务时钟和参考时钟的偏差进行编码并在分组网络中进行传送，业务时钟在远端通过使用相同的参考时钟进行恢复；这种时钟恢复方式能够保证业务时钟透明，但要求收发端能获取公共的参考时钟。

④环回定时法：两端业务设备能够直接获取参考时钟，分组网络的TDM 侧均从业务码流获取时钟用于发送业务信号，无须分组网络恢复时钟，主要用于试验环境，实际网络应用较少。

4.PTN 技术的应用示例

PTN 支持基于线型、环型、树型、星型和网状型等的多种组网拓扑。例如，采用多环互联和线型的组网结构，可满足城域汇聚、接入层的IP化转型需求，承载无线基站回传和企事业以太网专线/专网业务，并且可跨越IP/MPLS核心网实现互通，图9.63给出了一种应用场景。

图9.63　PTN 的应用场景示意图