PTN

分组传送网

PTN（分组传送网，Packet Transport Network）是指这样一种光传送网络架构和具体技术：在IP业务和底层光传输媒质之间设置了一个层面，它针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计，以分组业务为核心并支持多业务提供，具有更低的总体使用成本（TCO），同时秉承光传输的传统优势，包括高可用性和可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、便捷的OAM和网管、可扩展、较高的安全性等。

简介

PTN支持多种基于分组交换业务的双向点对点连接通道，具有适合各种粗细颗粒业务、端到端的组网能力，提供了更加适合于IP业务特性的“柔性”传输管道；具备丰富的保护方式，遇到网络故障时能够实现基于50ms的电信级业务保护倒换，实现传输级别的业务保护和恢复；继承了SDH技术的操作、管理和维护机制（OAM），具有点对点连接的完美OAM体系，保证网络具备保护切换、错误检测和通道监控能力；完成了与IP/MPLS多种方式的互连互通，无缝承载核心IP业务；网管系统可以控制连接信道的建立和设置，实现了业务QoS的区分和保证，灵活提供SLA等优点。

另外，它可利用各种底层传输通道（如SDH/Ethernet/OTN）。总之，它具有完善的OAM机制，精确的故障定位和严格的业务隔离功能，最大限度地管理和利用光纤资源，保证了业务安全性，在结合GMPLS后，可实现资源的自动配置及网状网的高生存性。

主要特点

PTN使用了通用的分组交叉技术，实现了一个灵活支持同步复用的业务与灵活支持以太网业务的交换平台。它解决了以太网设备无法高效地传输到较高QoS的业务及MSTP设备的数据吞吐量较低等缺点，有助于PTN网络顺利地适应未来行业融合的新要求。

2. 可扩展性技术

通过网络分层和分域实现了PTN网络的可扩展性。不同的业务信号可以分层灵活传输和交换。PTN的分层和分域模式也可以创建在传统的传输技术，如SDH 、OTN或以太网，但是这种分层模式从传统网络的概念摆脱出来，使PTN网络可信和灵活，服务和应用程序独立的低成本网络传输平台，来满足各种需求的多业务传输和应用程序。

3. 同步技术

PTN技术同步技术包括两个方面:频率同步（时钟同步）和时间同步。PTN网络主要用于分组业务，不需要同步。而PTN定位为多业务的统一平台，为了满足传统TDM业务和其他传输网络应用场景的同步需求，PTN网络需要考虑同步问题。因此，有必要创建PTN网络时钟和时间同步系统。当传输网络支持TDM业务时，需要在网络出口提供一种重建机制，用于重建TDM码流的定时信息。PTN网络中为了解决这个问题，满足网络操作的频率要求，提出了以下频率同步处理技术：同步以太网、时钟在分组上传送、电路仿真服务CES、精确时间协议、自适应和差分时钟恢复等。

功能组成

PTN是基于分组交换、面向连接的多业务统一传送技术，不仅能较好地承载以太网业务，而且兼顾了传统的TDM和ATM业务，满足高可靠、可灵活扩展、严格QoS和完善的OAM等基本属性。从网元的功能结构来看，PTN网元由传送平面、管理平面和控制平面共同构成。

①传送平面。传送平面实现对UNI接口的业务适配、业务报文的标签转发和交换、业务的服务质量（QoS）处理、操作管理维护(OAM)报文的转发和处理、网络保护、同步信息的处理和传送以及接口的线路适配等功能。

②管理平面。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。

③控制平面功能（可选）。目前PTN的控制平面的相关标准还没有完成，一般认为它可以是ASON向PTN领域的扩展，用IETF的GMPLS协议实现，支持信令、路由和资源管理等功能，并提供必要的控制接口。

分层结构

PTN将网络分为信道层、通路层、传输媒质层，其通过GFP架构在OTN、SDH和PDH等物理媒质上。分组传送网分为三个子层：

①分组传送信道层( Packet Transport Channel，PTC)，其封装客户信号进虚信道(VC)，并传送虚信道(VC)，提供客户信号端到端的传送，即端到端OAM，端到端性能监控和端到端的保护。

②传送通路层( Packet Transport Path，PTP)，其封装和复用虚电路进虚通道，并传送和交换虚通路(VP)，提供多个虚电路业务的汇聚和可扩展性(分域、保护、恢复、OAM)。

③传送网络传输媒质层，包括分组传送段层和物理媒质。段层提供了虚拟段信号的OAM功能。

技术体制

分组传送网( Packet Transport Network，PTN)是以分组交换为核心，面向分组数据业务的传送网。PTN也是一种基于分组转发的、面向连接的多业务传送技术。PTN支持电信级以太网、时分复用和IP业务承载。PTN作为IP/多协议标记交换( Multi- ProtocolLabel switch，MPLS)或以太网承载技术和传送网结合的产物，在IP业务和底层光传输媒质之间设置一个层面，针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求，采用分组的、面向连接的多业务统一传送技术，其不仅能够承载电信级以太网业务，而且兼顾传统的TDM业务;不仅继承了传统传送网面向连接的特性，而且具备高效带宽管理功能PTN实现的两大技术体制是:多协议标记交换-传送子集( Multi-Protocol labelSwitch- Transport Profile， MPLS-TP)和运营商骨干网桥流量工程( Provider backboneBridgesTraffic Engineering， PBB-TE)。 MPLS-TP来源于IP/MPLS技术，PBB-TE来源于以太网技术。

基于 MPLS-TP技术的PTN网络，用伪线( Pseudo wire，PW)和标记交换路径( LableSwitched path，LSP)来分别标识端到端的分组传送业务和分组传送路径，实现面向连接的分组转发和传送功能。

关键技术

PTN是基于分组转发的面向连接的多业务传送技术。PTN支持电信级以太网、TDM和IP业务承载，具有高可靠性、高安全性、高扩展性、高业务质量和可控可管等电信级网络特点。基于 MPLS-TP的PTN包括如下一些关键技术。

(1)分组转发机制

PTN数据转发基于标签进行，即由标签构成端到端的面向连接的路径， MPLS-TE基于20比特的 MPLS-TP标签转发，是局部标签，在中间节点进行LSP标签交换。

(2)多业务承载

MPLS-TP采用伪线电路仿真技术来适配不同类型的客户业务，包括以太网、TDM和ATM等客户业务。支持以太网点到点线型业务、以太网多点到多点专网线业务和以太网点到多点树形业务。

(3)运行维护管理机制

PTN的 MPLS-TP运行维护管理机制分为虚线层、标签交换路径层和段层三层。每层都支持运行维护管理功能机制，包括连续性检验、连接确认、性能分类、告警抑制、远端完整性能等。

(4)网络保护方式

MPLS-TP支持的标签交换路径的保护方式，主要有环路保护、线路倒换和网状网恢复等。保护倒换时间≤50ms，保护范围包括光纤、节点、环的段层等;线路倒换时间≤50ms网状网的恢复，主要依靠重新选择路由机制完成。

(5)服务质量机制

PTN支持的服务质量机制，包括流量管理、优先级映射、流量整形、队列调度和拥塞控制等。

典型实现方案

就实现方案而言，在目前的网络和技术条件下，总体来看，PTN可分为以太网增强技术和传输技术结合MPLS两大类，前者以PBB-TE为代表，后者以T-MPLS为代表。当然，作为分组传送演进的另一个方向——电信级以太网（CE，CarrierEthernet）也在逐步的推进中，这是一种从数据层面以较低的成本实现多业务承载的改良方法，相比PTN，在全网端到端的安全可靠性方面及组网方面还有待进一步改进。

PBB技术

PBB技术的基本思路是将用户的以太网数据帧再封装一个运营商的以太网帧头，形成两个MAC地址。PBB的主要优点是：具有清晰的运营网和用户间的界限，可以屏蔽用户侧信息，实现二层信息的完全隔离，解决网络安全性问题;在体系架构上具有清晰的层次化结构，理论上可以支持1600万用户，从根本上解决网络扩展性和业务扩展性问题;规避了广播风暴和潜在的转发环路问题：无需担心VLAN和MAC地址与用户网冲突，简化了网络的规划与运营;采用二层封装技术，无需复杂的三层信令机制，设备功耗和成本较低;对下可以接入VLAN或SVLAN，对上可以与VPLS或其他VPN 业务互通，具有很强的灵活性，非常适合接入汇聚层应用;无连接特性特别适合经济地支持无连接业务或功能，如多点对多点VPN(E-LAN)业务、IPTV的组播功能等。PBB的主要缺点是：依靠生成树协议进行保护，保护时间和性能都不符合电信级要求，不适用于大型网络;依然是无连接技术，OAM能力很弱;内部不支持流量工程。在PBB的基础上，关掉复杂的泛洪广播、生成树协议以及MAC地址学习功能，增强一些电信级OAM功能，即可将无连接的以太网改造为面向连接的隧道技术，提供具有类似SDH可靠性和管理能力的硬QoS和电信级性能的专用以太网链路，这就是所谓的PBT(网络提供商骨干传送)技术，又称PBB-TE。

PBT技术的显著特点是扩展性好。关掉MAC地址学习功能后，转发表通过管理或者控制平面产生，从而消除了导致MAC地址泛洪和限制网络规模的广播功能;同时，PBT技术采用网管/控制平面替代传统以太网的“泛洪和学习”方式来配置无环路MAC地址，提供转发表，这样每个VID仅具有本地意义，不再具有全局唯一性，从而消除了12bit(4096)的VID数限制引起的全局业务扩展性限制，使网络具有几乎无限的隧道数目(260)。此外，PBT技术还具有如下特点：转发信息由网管/控制平面直接提供，可以为网络提供预先确知的通道，容易实现带宽预留和50ms的保护倒换时间;作为二层隧道技术，PBT具备多业务支持能力;屏蔽了用户的真实MAC，去掉了泛洪功能，安全性较好;用大量交换机替代路由器，消除了复杂的IGP和信令协议，城域组网和运营成本都大幅度下降;将大量IEEE和ITU定义的电信级网管功能从物理层或重叠的网络层移植到数据链路层，使其能基本达到类似SDH的电信级网管功能。

然而，PBT存在部分问题：首先，它需要大量连接，管理难度加大；其次，PBT只能环型组网，灵活性受限；再次，PBT不具备公平性算法，不太适合宽带上网等流量大、突发较强的业务，容易存在设备间带宽不公平占用问题；最后，PBT比PBB多了一层封装，在硬件成本上必然要付出相应的代价。

T-MPLS技术

T-MPLS（Transport MPLS）是一种面向连接的分组传送技术，在传送网络中，将客户信号映射进MPLS帧并利用MPLS机制（例如标签交换、标签堆栈）进行转发，同时它增加传送层的基本功能，例如连接和性能监测、生存性（保护恢复）、管理和控制面（ASON/GMPLS）。总体上说，T-MPLS选择了MPLS体系中有利于数据业务传送的一些特征，抛弃了IETF（Internet Engineering Task Force）为MPLS定义的繁复的控制协议族，简化了数据平面，去掉了不必要的转发处理。T-MPLS继承了现有SDH传送网的特点和优势，同时又可以满足未来分组化业务传送的需求。T-MPLS采用与SDH类似的运营方式，这一点对于大型运营商尤为重要，因为他们可以继续使用现有的网络运营和管理系统，减少对员工的培训成本。由于T-MPLS的目标是成为一种通用的分组传送网，而不涉及IP路由方面的功能，因此T-MPLS的实现要比IP/MPLS简单，包括设备实现和网络运营方面。T-MPLS最初主要是定位于支持以太网业务，但事实上它可以支持各种分组业务和电路业务，如IP/MPLS、SDH和OTH等。T-MPLS是一种面向连接的网络技术，使用MPLS的一个功能子集。

T-MPLS的主要功能特征包括：

（1）T-MPLS的转发方式采用MPLS的一个子集：T-MPLS的数据平面保留了MPLS的必要特征，以便实现与MPLS的互联互通。

（2）传送网的生存性：T-MPLS支持传送网所具有的保护恢复机制，包括1+1、1：1、环网保护和共享网状网恢复等。MPLS的FRR机制由于要使用LSP聚合功能而没有被采纳。

（3）传送网的OAM机制：T-MPLS参考Y.1711定义的MPLS OAM机制，延用在其他传送网中广泛使用的OAM概念和机制，如连通性校验、告警抑制和远端缺陷指示等。

（4）T-MPLS控制平面：初期T-MPLS将使用管理平面进行配置，与现有的SDH网络配置方式相同。目前ITU-T已经计划采用ASON/GMPLS作为T-MPLS的控制平面，下一步将开始具体的标准化工作。

（5）不使用保留标签：任何特定标签的分配都由IETF负责，遵循MPLS相关标准，从而确保与MPLS的互通性。

T-MPLS与MPLS主要区别

由于T-MPLS是利用MPLS的一个功能子集提供面向连接的分组传送，并且要使用传送网的OAM机制，因此T-MPLS取消了MPLS中一些与IP和无连接业务相关的功能特性。T-MPLS与MPLS的主要区别如下：

（1）IP/MPLS路由器是用于IP网络的，因此所有的节点都同时支持在IP层和MPLS层转发数据。而传送MPLS只工作在L2，因此不需要IP层的转发功能。

（2）在IP/MPLS网络中存在大量的短生存周期业务流。而在传送MPLS网络中，业务流的数量相对较少，持续时间相对更长一些。

而在具体的功能实现方面，两者的主要区别包括：

（1）使用双向LSP：MPLS LSP都是单向的，而传送网通常使用的都是双向连接。因此T-MPLS将两条路由相同但方向相反的单向LSP组合成一条双向LSP。

（2）不使用倒数第二跳弹出（PHP）选项：PHP的目的是简化对出口节点的处理要求，但是它要求出口节点支持IP路由功能。另外由于到出口节点的数据已经没有MPLS标签，将对端到端的OAM造成困难。

（3）不使用LSP聚合选项：LSP聚合是指所有经过相同路由到同一目的节点的数据包可以使用相同的MPLS标签。虽然这样可以提高网络的扩展性，但是由于丢失了数据源的信息，从而使得OAM和性能监测变得很困难。

（4）不使用相同代价多路径（ECMP）选项：ECMP允许同一LSP的数据流经过网络中的多条不同路径。它不仅增加了节点设备对IP/MPLS包头的处理要求，同时由于性能监测数据流可能经过不同的路径，从而使得OAM变得很困难。

（5）T-MPLS支持端到端的OAM机制。

（6）T-MPLS支持端到端的保护倒换机制，MPLS支持本地保护技术FRR。

（7）根据RFC3443中定义的管道模型和短管道模型处理TTL。

（8）支持RFC3270中的E-LSP和L-LSP。

（9）支持管道模型和短管道模型中的EXP处理方式。

（10）支持全局唯一和接口唯一两种标签空间。

PTN可以看作二层数据技术的机制简化版与OAM增强版的结合体。在实现的技术上，两大主流技术PBT和T-MPLS都将是SDH的替代品而非IP/MPLS的竞争者，其网络原理相似，都是基于端到端、双向点对点的连接，并提供中心管理、在50毫秒内实现保护倒换的能力；两者之一都可以用来实现SONET/SDH向分组交换的转变，在保护已有的传输资源方面，都可以类似SDH网络功能在已有网络上实现向分组交换网络转变。

总体来看，T-MPLS着眼于解决IP/MPLS的复杂性，在电信级承载方面具备较大的优势；PBT着眼于解决以太网的缺点，在设备数据业务承载上成本相对较低。标准方面，T-MPLS走在前列；PBT即将开展标准化工作。芯片支持程度上，目前支持Martini格式MPLS的芯片可以用来支持T-MPLS，成熟度和可商用度更高，而PBT技术需要多层封装，对芯片等硬件配置要求较高，所以逐渐已经被运营商和厂商所抛弃。目前T-MPLS除了在沃达丰和中国移动等世界顶级运营商得到大规模应用之外，在T-MPLS的基础上更推出了更具备协议优势和成本优势的MPLS-TP（MPLS Transport Profile）技术体系。

优势

PTN的优点有很多，例如它有适合各种粗细颗粒业务、端到端的组网能力，它能够提供“柔性”传输管道，更加适合于IP业务特性；同时它可以支持多种基于分组交换业务的双向点对点连接通道；它可以在50ms内完成点对点连接通道的保护切换，可实现传输级别的业务保护和恢复；它继承了SDH技术的操作、管理和维护机制，具有点对点连接的完整OAM功能，保证网络具备保护切换、错误检测和通道监控能力;网管系统可以控制连接信道的建立和设置，实现了业务QoS的区分和保证等。

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