分组传送网MPLS-TP OAM标准进展及升级策略

1概述

  分组传送网(PTN)是基于分组交换的、面向连接的多业务传送技术,能够提供高效率的多业务承载,具备强大的保护、OAM和网管功能,灵活的统计复用、严格的QoS和时间同步等电信级传送网能力。PTN是业内关注的电信级承载技术热点之一,有MPLS和以太网两条技术发展演进路线,目前其中传送多协议标记交换(MPLS-TP)技术是目前业内关注和应用的PTN主流实现技术。

  由于国际标准化组织ITU-T(国际电信联盟)和IETF(互联网工程任务组)在关键技术OAM方面存在分歧,MPLS-TP的标准化进程争议依旧。而我国PTN设备开发和网络应用处于全球领先地位,对MPLS-TP标准化需求急迫,目前MPLS-TP已完成了国内的标准化,规定ITU-T G.8113.1(即G-Ach+Y.1731方案)是PTN网络内唯一标准的OAM机制。MPLS-TP的国际标准化对通信设备商的产品开发,尤其是对电信运营商的网络演进有着直接影响。中国移动作为全球最大规模应用、国内三家运营商中率先决策使用PTN的运营商,MPLS-TP的标准化进程对中国移动更是至关重要。

  本文将首先介绍PTN(MPLS-TP)的国际、国内及中国移动企业标准及进展情况,其次介绍G.8113.1 规定的OAM具体报文格式及功能,最后分析中国移动PTN OAM升级及发展策略。

  2分组传送网MPLS-TP OAM的标准进展


  PTN最初在ITU-T提出,并建议采用T-MPLS技术实现。在2008年,经ITU-T和IETF协商,PTN标准由ITU-T正式转入IETF主导制定,IETF将T-MPLS更名为MPLS-TP,原有T-MPLS相关标准在ITU-T被暂时停止继续开发,计划修改成为MPLS-TP标准。

  在PTN(MPLS-TP)标准的制定过程中,IETF专家倾向于采用基于路由器架构的实现方案(BFD扩展),ITU-T专家则希望能沿用ITU-T基于传送网架构的实现方案(Y.1731),因此在IETF存在较大分歧。

  自2009年开始的两种OAM方案(Y.1731和BFD扩展)之争,经2010年6月ITU-T SG15全会、11月的IETF79北京会议和SG15柏林MPLS-TP中间会逐步白热化,2011年2月的SG15全会的闭幕全会上进行了成员国投票,共有16个成员国参加投票,中国、俄罗斯、意大利等7国支持,美国、英国等4国反对,德国、日本等5国弃权,投票结果有效,SG15正式确定采用并执行开发MPLS-TP两种OAM标准的推进方案:在ITU并行制定两种OAM方案的国际标准;批准通过G.8110.1“多协议标签交换(MPLS-TP)网络架构”标准;确定通过G.8113.1“应用于传送网环境的MPLS-TP操作管理维护”标准,需报今年12月ITU-TSG15全会经大多数成员国同意后最终批准;ITU-T要求IETF互联网编号分配局尽快给G.8113.1分配正式的G-Ach ChanelType代码,保证PTN国际标准制定和产品商用需要。

  中国移动已于2009年9月选择采用PTN,是全球第一家大规模应用PTN的运营商。由于当时基于路由器架构的实现方案尚未成熟,集采时采用ITU-T原有的成熟标准进行,集采设备均为基于传送网架构的PTN设备。2010年~2011年,中国移动联合工信部电信研究院、国内外其他运营商及设备制造商,对PTN的OAM方案选择进行了详细的理论分析,已在目前国内CCSA TC6行标《PTN总体技术要求》报批稿和《PTN设备技术要求》报批稿中明确规定ITU-T G.8113.1(即G-Ach+Y.1731方案)是PTN网络内唯一标准的OAM机制。。

  3PTN OAM的报文格式和功能


  3.1PTN OAM的报文格式

  ITU-T G.8113.1中的OAM净荷数据单元(Payload Data Unit,PDU)格式定义,是根据IETF RFC5586定义的GAL/G-ACh编码格式,参照ITU-T Y.1731第9章以太网业务的OAM PDU格式定义的。PTN OAM的段层、LSP层、PW层OAM PDU编码格式如图 1所示:

  



      图 1 采用GAL/G-ACh的MPLS-TP OAM报文编码格式


    其中,标签区域为通用关联隧道标签(GAL);关联通道头(ACH)区域的前四个比特为0001。对于LSP OAM来说,OAM报文的转发标签后紧邻GAL标签,用于标识OAM报文。对于PW OAM功能,PW标签后应没有GAL标签,此时PW业务报文必须支持控制字,PW OAM必须用ACH来标识。

  OAM PDU的其余各字段的定义如下:

  a)GAL标签:20比特,值为13(收发严格匹配);

  b)业务级别(TC):3比特,为网管可设置区域,默认值为7;

  c)S:1比特,值为1表示是栈底标签,否则为0(收发严格匹配);

  d)生存时间(TTL):8比特,对于LSP和PW标签的TTL默认值为255,对于GAL标签的TTL默认值为1;

  e)通道类型(Channel Type):16比特,表示该报文为基于ITU-T G.8113.1 OAM的类型,为可配置区域,当前默认值为0x7FFA(收发严格匹配);

  f)MEL(MEG层次):3比特,为可配置区域,默认值为7;

  g)版本:5比特,标识OAM协议的版本;

  h)OpCode编码区域:8比特,对ITU-T G.8113.1 OAM PDU的报文类型进行定义(收发严格匹配)

  3.2PTN OAM的功能

  OAM是PTN电信级保证的基础,主要实现故障管理、性能检测及一些其他功能(如自动保护倒换(APS)等)。其中故障管理包括主动连续性检测和连通性验证(CC/CV)、远端故障指示(RDI)、告警指示信号(AIS)、环回(LB)、测试(TST)、锁定(LCK)和客户信号故障(CSF)等;性能检测主要包括丢包测量(LM)、时延测量(DM)等关键参数测量。

  4中国移动PTN OAM升级策略及进展

  基于上文中对国际标准进展的分析,中国移动现网PTN设备运行的是基于G.8114的OAM,与G.8113.1规定的OAM相比,在报文格式、控制字方面有较大区别,因此需要将现网PTN设备统一升级为G.8113.1。为此,中国移动组织了5轮G.8113.1(G-ACh+Y.1731)OAM及升级测试,2010年6月在实验室G.8114升级到G.8113.1的过程及升级后的功能进行全量测试,并在2010年9月组织了业界首次大规模PTN OAM现网升级试点工作,在四川成都、湖北孝感、浙江金华三个地市进行了试点,此次大规模试点充分的验证了G.8113.1的成熟度,并且验证了PTN OAM从G.8114到G.8113.1的平滑升级能力。2011年,集团公司网络部组织进行PTN设备软硬件版本入网测试,华为、中兴、烽火、上海贝尔的各型号设备均测试了支持G.8113.1的设备版本,目前已进一步开展6个地市的升级工作,正在大规模升级实施阶段。

  研究院前期为此次升级进行了深入的讨论研究和方案优化工作,结合实验室及现网试点工作的经验,最终对升级总体时间、各类型PTN设备升级流程、以及升级带来的业务受损问题进行了优化,制定了详细的方案和规程,如图2所示。在升级前的准备工作时,针对现网拓扑规划片区,制定升级步骤,检查网络保护的配置,如核心节点上连有没有配置LAG保护等,对网管进行升级,并且将G-Ach+Y.1731的设备软件下载到各个设备中去。升级步骤详述如下:

  Step1:对所有主控升级,按照先备用、主备用切换后再升级主用的顺序;

  Step2:升级汇聚节点设备,按照路径规划,先升级备用路径网络侧(NNI)线卡,进行东西向倒换后,再升级主用路径上NNI线卡

  Step3:依次升级该汇聚节点下带接入节点设备:将经过本节点的所有穿通业务切换至另一方向;对于非盒式设备,先升级没有本地业务运行的线卡,进行东西向倒换后,再升级另一侧NNI线卡;对于盒式设备,直接复位完成升级(本地业务中断时长为设备重启时间)

  Step4:升级核心节点设备:先升级备用路径NNI线卡,再升级主用路径NNI线卡;然后升级UNI备用支路板卡,最后升级UNI主用支路板卡(UNI接口提前配置主备)

  Step5:最后对全网的控制字进行使能,使能的过程以太网业务损伤小于10s,CES业务无影响

  此外,一些厂家设备具备双栈功能,即既支持G.8114又支持G.8113.1,可按照核心节点到汇聚节点再到接入节点的顺序依次升级,升级时,上层核心汇聚点升级后设置为发出G.8114 OAM,同时双收两种OAM报文,接入点升级后直接发出G.8113.1 OAM,全网升级完成后切换到G.8113.1 OAM,最后再进行控制字使能,以太网业务损伤小于10s,CES业务无影响。客观的说,双栈方式既有优势有一定的缺点。一方面,支持双栈方式能够减少升级工作量,在升级过程中OAM还能够正常运行,另一方面,双栈会消耗设备硬件资源,升级完成后,设备仍工作在双栈模式,对于设备资源带来一定的挑战。




      图 2 PTN OAM升级流程


    5结束语及展望

  在中国移动组织的5轮大规模实验室、现网测试工作中,已经充分的验证了G.8113.1的成熟度,并且验证了PTN OAM从G.8114到G.8113.1的平滑升级能力。G.8113.1和BFD扩展的OAM之争,不仅是传送和数据两个产业利益的矛盾,更是美、英等国家的通信业和日益崛起的中国等国家的通信业的矛盾,两者矛盾在国际标准上突出体现,为PTN的国际标准化进程带来了一定的难度。中国移动作为PTN行业标准和产业应用方面的领军者,已在MPLS-TP国际标准化工作中提升了话语权和影响力,获得了越来越多的国际力量支持,但仍需进一步推进,以现网升级、产业应用等多种手段,来最终推进MPLS-TP的国际标准化进程。

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