分組移動(dòng)回程并非二層交換
二層交換的含義
以太網(wǎng)是到目前為止在家庭和辦公室中最常用的協(xié)議。連接非常簡(jiǎn)單，只需將電腦接到家庭辦公交換機(jī)上，或者辦公室墻壁上的RJ45插座上。為了允許數(shù)據(jù)分組找到其目的地，在數(shù)據(jù)面和控制面背后運(yùn)行著多種協(xié)議和技術(shù)。這些統(tǒng)稱為二層交換或橋接。數(shù)據(jù)面的基本特點(diǎn)包括：
1.基于MAC目的地址和VLAN ID前轉(zhuǎn)
2.MAC源地址學(xué)習(xí)與老化
3.未知MAC地址的洪泛
4.組播與廣播
5.VLAN成員集
6.VLAN處理(插入/替換/移除服務(wù)標(biāo)簽和客戶標(biāo)簽)
端口過(guò)濾或隔離
以太網(wǎng)交換設(shè)備可以支持以上大多數(shù)功能，而且這些設(shè)備廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)分組交換。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)計(jì)人員都熟悉交換設(shè)備以及如何使用。
我們現(xiàn)已進(jìn)入分組移動(dòng)回程的時(shí)代，運(yùn)營(yíng)商正在建設(shè)分組交換網(wǎng)絡(luò)，用于將分組從基站傳送到RNC。分組與LAN環(huán)境中的交換方式不同，而且標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)交換設(shè)備未提供充足的功能。分組移動(dòng)回程的一種常用技術(shù)是分組傳輸網(wǎng)絡(luò) (PTN)。本文介紹二層交換和PTN交換之間的幾點(diǎn)明顯區(qū)別。
前轉(zhuǎn)
標(biāo)準(zhǔn)二層交換機(jī)將把一個(gè)分組從一個(gè)以太網(wǎng)端口前轉(zhuǎn)到另一個(gè)。交換在物理端口間進(jìn)行。
網(wǎng)絡(luò)邊緣的PTN交換機(jī)有兩個(gè)方面，分別是用戶接口和網(wǎng)絡(luò)接口。用戶接口連接以太網(wǎng)端口上的用戶流量。網(wǎng)絡(luò)接口通過(guò)偽線 (PW) 和隧道(即LSP)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接。許多PW通向同一個(gè)LSP，而許多LSP可能通向同一個(gè)物理端口。分組在用戶端口間交換，或者在用戶端口和PW間交換。盡管前轉(zhuǎn)方法與二層交換機(jī)相似，但PTN增加了一個(gè)新的維度，即虛擬PW端口。
封裝
在二層交換中，分組格式通常保持不變。大多數(shù)分組編輯工作僅在VLAN字段中進(jìn)行。入站和出站分組可以攜帶0、1或2個(gè)VLAN。VLAN處理規(guī)則必須足夠靈活，以處理任意組合。
對(duì)于PTN交換，用戶分組在交換到PW端口后必須封裝到PW有效荷載中。PW分組可以有非常復(fù)雜的格式，包括外部二層頭、外部VLAN、LSP標(biāo)記、PW標(biāo)記、控制字和內(nèi)部MAC或IP幀。交換機(jī)需要首先分類外部二層頭和標(biāo)記，以識(shí)別PW以及PW標(biāo)記的協(xié)議。之后，內(nèi)部幀(以太網(wǎng)或IP)才可以被提取或前轉(zhuǎn)。這種MAC-MPLS-MAC格式對(duì)分組處理提出了一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。有些功能(例如分類)需要利用兩次，第一次用于外部MAC，然后用于內(nèi)部MAC。有些基于管道的架構(gòu)可能難以滿足這些要求。
前轉(zhuǎn)表
二層交換機(jī)使用MAC目的地址和VLAN搜索前轉(zhuǎn)表。一般情況下，一臺(tái)二層交換機(jī)只有一個(gè)表。
PTN交換機(jī)需要多個(gè)前轉(zhuǎn)表才能支持多個(gè)用戶。搜索將分兩步進(jìn)行。第一步是識(shí)別前轉(zhuǎn)表，而第二步是定位表中的前轉(zhuǎn)規(guī)則。
保護(hù)
以太網(wǎng)的性質(zhì)是“盡力而為”，因此，保護(hù)并不是需要關(guān)注的問(wèn)題。這對(duì)LAN環(huán)境已經(jīng)足夠好，但對(duì)于運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)絕對(duì)不夠。運(yùn)營(yíng)商習(xí)慣于享受到SONET/SDH中的APS(自動(dòng)保護(hù)交換)支持能力，并將這一想法運(yùn)用到PTN。
首先，PW和LSP需要1:1和1+1保護(hù)。在主PW出現(xiàn)故障時(shí)，該P(yáng)W中的所有流量需要在50毫秒內(nèi)切換到備用PW。與此相似，在主LSP出現(xiàn)故障時(shí)，該LSP中的所有PW將在50毫秒內(nèi)切換到備用LSP。然后，環(huán)網(wǎng)保護(hù)要求環(huán)網(wǎng)上的所有流量在環(huán)網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)重新路由。對(duì)于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，快速重路由 (FRR) 也是一種保護(hù)機(jī)制，用于保證在鏈路故障時(shí)的快速恢復(fù)。
所有這些保護(hù)機(jī)制都要求數(shù)據(jù)面檢查保護(hù)狀態(tài)，并且做出前轉(zhuǎn)決策。1+1保護(hù)狀態(tài)下需要分組復(fù)制。CPU干預(yù)應(yīng)完全避免，或者盡量保持最低水平。這對(duì)數(shù)據(jù)路徑的設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。
OAM
與保護(hù)一樣，OAM是傳統(tǒng)二層交換忽略的另一個(gè)方面，而從運(yùn)營(yíng)商角度講，這是一項(xiàng)必須的功能。PW和LSP級(jí)都需要CFM和PM，目的是支持APS，并保證遵守服務(wù)等級(jí)協(xié)議 (SLA)。連接檢查 (CC) 是檢測(cè)任何故障和觸發(fā)APS的關(guān)鍵。延遲和損耗測(cè)量是滿足SLA的重要證據(jù)。
過(guò)去，OAM功能可與數(shù)據(jù)面處理分開(kāi)，并單獨(dú)處理?，F(xiàn)在的趨勢(shì)是，OAM越來(lái)越與數(shù)據(jù)面整合。例如，CC分組應(yīng)盡可能多地實(shí)現(xiàn)最短的故障檢測(cè)時(shí)間。但是，更高的分組速率要求更高的性能支持，因此最好在數(shù)據(jù)面處理CCM。延遲測(cè)量(DM) 要求硬件能夠插入時(shí)間戳。損耗測(cè)量 (LM) 利用數(shù)據(jù)路徑統(tǒng)計(jì)結(jié)果。將DM和LM集成到數(shù)據(jù)面設(shè)計(jì)中具有重要意義，而這對(duì)數(shù)據(jù)面處理器提出了新的要求。
二層和三層
過(guò)去，交換機(jī)進(jìn)行二層前轉(zhuǎn)，而路由器進(jìn)行三層前轉(zhuǎn)。這些是不同的裝置和設(shè)備，并用在不同的網(wǎng)絡(luò)中。
PTN成為一個(gè)服務(wù)類型。運(yùn)營(yíng)商當(dāng)然希望在同一個(gè)分組網(wǎng)絡(luò)同時(shí)支持二層和三層服務(wù)。因此，來(lái)自用戶接口的以太網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)流量將通過(guò)PTN接受和傳輸。由于這個(gè)原因，PTN交換機(jī)需要能夠提供二層和三層服務(wù)。對(duì)于二層服務(wù)，它將基于前轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)把以太網(wǎng)分組交換到PW。對(duì)于三層服務(wù)，它將根據(jù)路由表把IP分組路由給PW。處理二層交換和三層路由的能力是一個(gè)巨大差異。
水平分割
眾所周知，PTN交換機(jī)將在用戶端口和PW之間進(jìn)行分組交換。通常，這必須遵守一些額外的前轉(zhuǎn)規(guī)則。例如，在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中不允許兩個(gè)PW之間的前轉(zhuǎn)。另外，從一個(gè)用戶端口組向另一個(gè)用戶端口組的前轉(zhuǎn)也不允許。這種基于PW或端口的前轉(zhuǎn)規(guī)則是水平分割的基礎(chǔ)。
服務(wù)質(zhì)量
服務(wù)質(zhì)量是一套特性，用于增強(qiáng)對(duì)SLA的遵從。它可能包括：策略、整型、日程安排、流量管理、擁塞控制、評(píng)論，簡(jiǎn)言之，與二層交換機(jī)相比，PTN交換機(jī)要求更全面、更先進(jìn)的服務(wù)質(zhì)量特性。
同步
除了數(shù)據(jù)外，運(yùn)營(yíng)商還希望將時(shí)間信息傳輸給基站。時(shí)間信息可能是頻率、階段或者一天內(nèi)的時(shí)間。IEEE 1588協(xié)議是實(shí)現(xiàn)這一目的的良好備選協(xié)議。然而，IEEE 1588的成功在很大程度上依賴于分組網(wǎng)絡(luò)本身，尤其是網(wǎng)絡(luò)延時(shí)變化。如果1588分組遇到過(guò)多的延時(shí)變化或者不對(duì)稱延時(shí)，它就不可能從1588分組中恢復(fù)準(zhǔn)確的時(shí)間信息。解決這個(gè)問(wèn)題的方法有兩種：
(1) 設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)說(shuō)延時(shí)變化保持極小的水平
(2) 在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上支持透明時(shí)鐘，這樣，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)是已知的，而且可以補(bǔ)償。
在許多情況下，第2個(gè)選項(xiàng)更容易實(shí)現(xiàn)，這使得PTN對(duì)于支持透明時(shí)鐘的要求降低。從硬件角度講，交換機(jī)需要計(jì)算交換機(jī)中1588分組的等待時(shí)間，從分組頭的一個(gè)專用字段中讀取一個(gè)數(shù)值，將等待時(shí)間加到該值中，并寫(xiě)回分組中。所有這些都在分組傳輸?shù)倪^(guò)程中進(jìn)行。
結(jié)論
我們已經(jīng)討論了二層交換和PTN交換，并從特性和功能方面確定了許多關(guān)鍵區(qū)別。二者之間還有許多區(qū)別。二層交換機(jī)已經(jīng)成熟，并且被網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)計(jì)人員所熟知。PTN交換機(jī)是一種針對(duì)分組移動(dòng)回程的新興技術(shù)，具有光明的前景。盡管兩者都基于分組交換，但區(qū)別也很明顯。PTN交換機(jī)可以視為一個(gè)超集，它基本包含二層交換機(jī)的所有功能，但也增加了更多的功能。
分組移動(dòng)回程這方面，運(yùn)營(yíng)商不僅需要二層交換。它們還需要更強(qiáng)大、更靈活的數(shù)據(jù)面處理器，以滿足這些要求。由于PTN和其它技術(shù)仍是新技術(shù)，而且許多協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)尚未完全得到認(rèn)可，因此，選擇可編程、可升級(jí)的數(shù)據(jù)面解決方案非常重要。
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