PBT技术的产生与发展

http://www.cww.net.cn/article/html/2007/12/5489/91197.htm

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作者：信息产业部电信研究院 毕立波　卜哲　赵峰  

    1 概述

    随着CE（CarrierEthernet，电信级以太网）概念的提出，满足电信网络需求，面向连接的以太网技术—PBT（ProviderBackboneTransport，运营商骨干传送）也在2005年10月浮出水面。此后，国内外均有运营商采用PBT技术组网，为PBT技术在城域网内的发展提供了很好的开端。

    2 PBT技术介绍

    PBT技术的基础是IEEE802.1ah定义的PBB（ProviderBackboneBridge，运营商骨干桥接）技术，IEEE把PBT技术称为PBB-TE（Provider Backbone Bridge Traffic Engineering，支持流量工程的运营商骨干桥接技术）。PBB又称为MAC-in-MAC，是一种基于MAC堆栈的技术，用户MAC被封装在运营商MAC内，通过二次封装对用户流量进行隔离，增强了以太网的可扩展性和业务的安全性。PBB的关键是在MAC-in-MAC封装中引入了24 bit的 I-TAG（业务实例标签）用来标识业务。在以太网发展过程中，不同技术的帧格式演进如图1所示。

图1  以太网不同技术的帧格式演进路线

    PBT技术基于PBB技术，其核心是对PBB技术进行改进，通过网络管理和控制，使CE中的业务事实上具有连接性，以便实现保护倒换、OAM、QoS、流量工程等电信网络的功能。PBT技术去掉了PBB技术的部分内容，因此支持PBT技术的设备，将会丢弃未知目的地的数据，而不是把它洪泛到所有潜在目的地。PBT技术关闭了PBB的组播功能，不转发而是丢弃组播数据；关闭了广播学习功能，因为通过网络的PBT通路是预先定义好的；还关闭了用于阻止网络内出现环路的协议，因为对数据帧的转发路径是预先配置好的，不再需要阻止环路协议，这样有助于提高网络的利用率。运营商可以管理不同路由上的负载，防止负载不均衡情况的发生。

    PBT技术采用外层MAC加上外层VID（B-DA＋B-VID）进行业务转发，使CE受到运营商的控制并能隔离用户流量。这样内层用户C-VLAN不必在全网中惟一，不同的B-DA可以采用相同的C-VID，不会造成数据帧在转发中的冲突。

    PBT技术支持带宽管理和CAC（ConnectionAdmissionControl，连接接纳控制）功能，以实现对网络资源的管理，通过网管配置或NC（NetworkController，网络控制器）建立连接，可方便实现灵活的交换和TE。

    PBT技术采用IEEE802.1ag中的CFM（ConnectivityFault Management ，连接性故障管理）机制来持续地监视网络中的隧道状态。当主用隧道失效时会把业务自动转移到预先建立的备用电路上，增加了必要的弹性。有些厂商声明可以获得15 ms的故障倒换时间。

    PBT技术兼容传统以太网桥的架构，不需要对网络中间节点进行更新即可基于B-DA＋B-VID对数据帧进行转发，数据帧也不需要修改，转发效率高。

图2  在基于PBT的网络上交换用户数据帧的示意

    图2给出了一个在基于PBT技术的网络上交换用户流量的实例，流量从客户A的站点1到站点3的转发过程如下。

    （1）客户A站点1的流量通过用户交换机CE（ClientEdge，用户边界设备，可以是二层或三层设备，在PBT技术中是一个二层设备）进入运营商城域汇聚网，目的地是站点3。

    （2）数据帧被转发到运营商城域汇聚网中支持PBT/PBB的设备PE1（ProviderEdge，运营商边界设备，可以是二层或三层设备，在PBT技术中是一个二层设备）。PE1按照IEEE802.1ad对这些数据帧封装，采用适当的S-VID标记数据帧。

    （3）把数据帧转发到运营商骨干网的边缘P设备（P1）上，按照标准的MAC-in-MAC封装格式对数据进行第二级封装，即添加I-SID（实例业务标识符）、B-VID、B-DA（运营商骨干网络另一端P设备（P4）的MAC地址）、B-SA（运营商骨干网络入口P设备（P1）的MAC地址）字段协助流量穿越网络。PBT技术的关键是外层封装中的I-SID，它在预先配置的查询表中与主用以及备用PBT隧道（分别是实线以及虚线）相关联。

    （4）通过运营商骨干网络的隧道（P2用于主用隧道，P3用于备用隧道）将数据帧依次转发到下一个P设备。P设备查找网络帧的B-VID和B-DA并且正确交换流量。

    （5）运营商骨干网络另一端的P设备（P4）解封装收到的数据帧。

    （6）通过运营商汇聚层PE设备（PE2）把数据转发到远端网络，并发送到目的地。

    3 PBT的竞争技术

    PBT并不是惟一可在城域网中部署的电信级以太网技术，全IP/MPLS和T-MPLS是另外两种主流解决方案，此外还有VLAN-XC（VLANCrossConnect，VLAN交叉连接），但发展不太理想。

    （1）全IP/MPLS。在IP/MPLS网络中，通过VPWS（VirtualPrivateWireService，虚拟专线业务）或VPLS（Virtual Private LAN Service，虚拟专用LAN业务）的方式提供端到端连接。VPWS、VPLS采用PWE3技术进行端到端的二层电路仿真。端到端之间的传输标签交换通路称为PW（Pseudowire，伪线），PW与协议无关，FR、ATM、SDH以及以太网流量都可以通过PW在网络中透明传递。基于这种方式建立的网络仍然可以从基于IP/MPLS网络内的所有的交换、信令、路由、质量控制以及QoS工具中受益。支持这种技术思路的观点认为PBT技术只是找到问题的一个答案，IP/MPLS能够完成全部的PBT功能。

    （2）T-MPLS。T-MPLS是IP/MPLS的简化版本，它的目的和PBT一样，都是试图以低于IP/MPLS的网络开销来提供面向连接、基于分组、点到点的传送。T-MPLS和PBT一样，利用预先定义的隧道来路由流量。T-MPLS支持单向和双向控制通路，关闭了一些MPLS功能，例如，隧道聚合、隧道间的流量均衡、PHP（PenultimateHopPopping，倒数第二跳弹出）等。ITU-T已经批准了一些T-MPLS技术的标准（例如，用于T-MPLS的层网络结构），但仍需要大量的标准化工作，如较为关键的IP/MPLS和T-MPLS间的互操作问题。

    （3）VLAN-XC。也称为PVT（ProviderVLANTransport，运营商VLAN传输）。VLAN-XC技术重新定义了802.1q定义的VID字段，利用新定义的VLAN-XC标签可在以太网上建立预先定义好的隧道。运营商骨干网入口处的PE设备为接入用户的以太网帧头加上VLAN-XC标签，并选择隧道对流量进行传送。核心网络的P设备根据接入端口+VLAN-XC标签来转发数据，出口处PE将去掉这个标签。VLAN-XC引入了确定的连接性，可以支持电信级的保护倒换、流量工程和严格的QoS；支持P2P和P2MP业务，具有一定的可扩展性。

    无论从标准化的推动过程还是从CE解决方案的角度来看，VLAN-XC和PBT都是两个相互竞争的技术。PBT技术在与传统以太网的兼容性、与其他网络技术的互通性以及标准化方面优于VLAN-XC。T-MPLS已在标准化进程中抢占先机，未来很可能是PBT和TMPLS在实现成本上的竞争。

    4 业界对PBT技术的态度

    在PBT技术提出之初，各设备厂商的态度截然不同：一些市场份额较高的厂商仅是关注、跟踪，并没有十分积极地投入；大部分中小厂商态度积极，已经或计划在设备上实现PBT技术。

    随着PBT技术的逐步发展，尤其是2006年在IEEE802工作组的标准立项（标准编号IEEE802.1Qay/PBB-TE）和2007年初英国电信选择在其21CN城域以太网中部署PBT技术，业界对于PBT技术的态度发生了较为积极的变化。下面是不同的厂商对PBT技术的一些看法。

    （1）Cisco。Cisco的产品目前还不支持PBT技术，但是它声明“绝对支持改革运营商以太网”，而且支持IEEE802.1ah（PBB）以及IETF网络工作组（PWE3以及MPLS传输网络的应用）的工作。它还承诺会“评价每个正在发展的标准子集以及技术，从而保证用户可以获得最新改革以及发展的全部优势”。它认为在全面评价PBT技术的优势之前需要更多的测试。

    （2）Alcatel-Lucent。该公司目前不建议采用PBT技术，其设备也不支持PBT技术，但是它会跟踪IEEE对PBT的工作情况，如果IEEE开始了PBT的标准化工作而且具有足够的市场需求，那么它也会执行PBT标准。目前，根据其客户定位以及客户的需求，Alcatel-Lucent建议采用T-MPLS以及IP/MPLS。

    （3）ExtremeNetworks。Extreme公司提供经MEF认证的运营商以太网交换产品，该公司认为PBT技术与其市场定位的方向非常一致，同时认同通过较低成本的二层网络进行业务承载对于运营商具备真正的价值。Extreme同时表示基于其现有硬件平台即可较为轻松地支持PBT技术，并计划在2007年与其他厂商进行PBT技术互通性测试。

    （4）FoundryNetworks。目前，Foundry的高端电信级以太网产品支持MEF定义的所有标准，但是它的设备还不支持PBT技术，只有在PBT有可能成为正式标准的时候才会支持。Foundry认为这个过程可能会持续18个月到两年。

    （5）华为。华为公司和业界积极地合作，不断加速PBT技术的标准化进程，并于2007年3月在向BT提供的产品中实现了PBT技术。

    （6）NortelNetworks。Nortel一直是PBT技术开发的推动力量。它声明开发该技术是为了满足用户在城域网内传递基于分组业务的简单解决方案的需求。Nortel还是第一个实现PBT/PBB技术商业部署的厂商—在英国电信和上海电信的网络中均采用了PBT以及相关的PBB技术。

    （7）NokiaSiemens。NokiaSiemens是面向连接以太网的一个有力支持者，它认为该技术优于面向连接分组技术，例如MPLS。它支持PBT的概念并且准备在2007年第二季度发布支持PBT技术的设备。

    其他厂商也对PBT技术表示出了一定的兴趣，例如Fujitsu，它表示正对PBT技术进行研究并计划在已经提供给特定用户的接入网产品上支持该技术，并声明选定的接入网产品在硬件上已经做好了支持PBT的准备，将会在2008年实现真正的支持。

    5 PBT的发展趋势

    当前，国内外的运营商正在对PBT/PBB技术进行评估。虽然PBT缺少一个有效的自动配置系统，会影响它的可扩展性，但是厂商并没有质疑PBT可以提供一个有效的、面向连接的、基于分组的网络的能力。

    一些不支持PBT技术的人们认为，PBT不具备点到多点的能力。但在实际组网时，PBT一般部署在运营商核心网络中，而在汇聚层则采用PBB技术，而PBB本身具备传递点到多点业务的能力，因此PBB/PBT的组合完全可以满足点到多点业务的需求。

    支持PBT技术的人们认为，以太网交换机总是比IP/MPLS路由器便宜很多，而且会一直保持下去。一些支持厂商已经开发了专有的配置以及管理系统，并声称能够把配置工作降到最低，而且他们认为标准化进程并没有增加大量的复杂性。

    PBT技术的标准化工作已经快速启动并开始逐步发力，首版文稿草案已经发布，同时业界第一次关于PBT技术的真正意义上的互联互通演示（PBTPE（边缘设备）之间）也已经在2007年6月成功进行。这也从另一方面验证了PBT技术具有基于现有以太网硬件实现、技术简洁、标准化研究的复杂度较低等特性。

    现阶段一些主流运营商的态度与做法，以及其他一些运营商对PBT技术的测试与商用，说明了PBT以其技术特性和得以验证的商业成本模型，已经开始逐步成为全球运营商网络转型道路上的一辆“直通车”。当然，最终是否选择并且何时部署基于PBT技术的电信以太网解决方案，运营商还需要结合自身发展战略以及现网环境作出选择。