以太網技術和業務的標準化現狀

2019-11-03 19:21:37

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供稿：網友

荊瑞泉李東穎

　　摘要：國際上許多標準化組織都在對以太網技術和業務進行標準化。介紹了ITU-T、IETF、MEF和IEEE等幾個主要的標準化組織在以太網標準方面的進展情況，使讀者對以太網的標準化現狀有一個比較全面的了解。

　　關鍵詞：以太網，業務，標準

　　以太網取得成功的主要因素包括良好的標準化、互通性、經濟性和易用性。如今，人們試圖將以太網擴展到城域網甚至廣域網，采用與ip一致的以太網幀結構，實現不同網絡之間的無縫連接，而且中間不需要任何格式轉換，形成從局域網、接入網、城域網到廣域網一致的以太網結構。

　　雖然以太網有諸多的優點，但是要使其成為真正的電信級技術以替代傳統的幀中繼和ATM，還需克服自身的局限性，如：缺乏端到端的QoS保證 網絡故障恢復較慢 缺少業務性能監視和OAM能力，可擴展性差等。

　　以太網既可以作為一種傳送和承載技術，也可以作為一種業務提供給用戶。許多網絡技術都可以支持以太網業務，如SDH、ATM、WDM和IP/MPLS等。目前，關于以太網業務還沒有統一的標準，各個標準組織和廠商提出了各種各樣的以太網業務，如EPL、EVPL、VPWS、VPLS、ELSAN和TLS等等。標準的不統一對以太網業務的應用和推廣都很不利，因為這使得運營商、設備廠商和網絡用戶對不同的以太網業務有不同的理解。針對這種情況，本文將比較全面地介紹國際上主要標準組織，包括ITU-T、IETF、MEF和IEEE，關于以太網業務和技術的標準化現狀。

　　一、ITU-T標準現狀

　　ITU-T是國際上最重要的電信行業標準化組織，國際上大的運營商和設備制造商都非常重視ITU-T的標準。ITU-T主要關注運營商網絡的體系結構，因此其關于以太網技術和業務的標準重點是規范如何在不同的傳送網上承載以太網幀，包括SDH、OTN、ATM和MPLS等。ITU-T與以太網相關的標準主要由SG15和SG13研究組負責制訂。

　　ITU-T SG15 WP3工作組負責制訂傳送網承載以太網的標準，目前正在制訂的標準包括：

　?。?）以太網層網絡體系結構G.8010

　　G.8010基于IEEE 802.1D、 802.1Q、 802.3 和802.1ad標準，使用G.805和G.809定義的建模方法描述以太網的功能結構。其中描述的以太網功能結構從網絡角度出發，包括以太網分層結構、客戶特性信息、客戶層／服務層關聯、網絡拓撲和分層網絡功能等。通過這種功能結構提供以太網信號的傳輸、復用、路由、監視、性能評價和網絡生存性。該建議不包含以太網使用的服務層網絡功能結構，這些功能結構在其它的建議或IETF標準中定義。基本的以太網分層結構包括以太網MAC層網絡（面向無連接）和以太網PHY層網絡（面向連接）。

　?。?）以太網業務框架G.8011

　　該建議定義了一種描述以太網業務的框架，這種框架由網絡結構拓撲和特征屬性構成。該建議定義的以太網業務由G.8010描述的通用層網絡結構支持，與特定的網絡實現技術無關。G.8011從運營商網絡的角度定義了以下幾種類型的以太網業務：

　?、僖蕴W專線（EPL）：EPL有兩個業務接入點，實現對用戶以太網MAC幀進行點到點的透明傳送。不同用戶不需要共享SDH帶寬，因此具有嚴格的帶寬保障和用戶隔離，不需要采用其它的QoS機制和安全機制。由于是點到點傳送，因此不需要MAC地址學習。

　?、谝蕴W虛擬專線（EVPL）：EVPL與ＥＰＬ的主要區別是不同的用戶需要共享SDH帶寬因此需要使用VLAN ID或其它機制來區分不同用戶的數據。如果需要對不同用戶提供不同的服務質量，則需要采用相應的QoS機制。如果配置足夠多的帶寬資源，則EVPL可以提供類似EPL的業務。

　?、?以太網專用LAN（EPLAN）：EPLAN至少具有兩個業務接入點。不同用戶不需要共享SDH帶寬，因此具有嚴格的帶寬保障和用戶隔離，不需要采用其它的QoS機制和安全機制。由于具有多個節點，因此需要基于MAC地址進行數據轉發并進行MAC地址學習。

　?、芤蕴W虛擬專用LAN（EVPLAN）：EVPLAN與EPLAN的主要區別是不同的用戶需要共享SDH帶寬。因此需要使用VLAN ID或其它機制來區分不同用戶的數據。如果需要對不同用戶提供不同的服務質量，則需要采用相應的QoS機制。

　?。?）傳送網承載以太網的體系結構G.8012.x

　　這一系列建議定義通過傳送網連接兩個或多個以太網接口，提供各種以太網業務的功能結構。承載以太網業務的傳送網可以是SDH、ATM、PDH、MPLS或OTN等。G.8012.１定義以太網專線業務，計劃在2004年4月的ITU-T SG15會議上通過。其它的業務類型將在后續的建議中定義。通過這種方式可以加快建議的制訂進程。

　?。?）以太網傳送網設備功能塊特性G.eequ

　　該建議定義用于支持以太網業務的傳送網設備的功能需求。以太網傳送網設備需要支持G.8012.ｘ定義的以太網傳送業務和UNI/NNI接口，滿足G.8010定義的以太網層網絡體系結構，以及Y.17ethperf和Y.17ethoam定義的以太網傳送性能監視和OAM能力等。該建議與關于SDH設備功能塊特性的G.783建議相類似。

　?。?）以太網業務復用G.ESM

　　該建議定義在傳送網上進行以太網業務復用的功能和結構，稱為XYZ層。利用不同方式的業務提供商（SP）封裝，在運營商的網絡中至少有4種方法可以進行以太網業務的復用和交換：使用SP以太網（MAC－in－MAC）進行MAC交換；使用SP橋接（Q-in-Q）進行鏈路復用；使用GFP的擴展頭提供運營商地址和流標簽；使用各種MPLS解決方案（MPLS L2 VPN和PWE3等）。目前該建議的具體內容還在討論之中。

　?。?）多承載和多運營商環境中的業務管理結構G.asm

　　該建議最初是想定義端到端的SDH承載以太網業務的管理，目前其范圍擴展到了對客戶專線業務（CPLS）管理結構的定義。CPLS可以是傳統的SDH和PDH專線，也可以是以太網專線。該建議還定義用于完成管理任務的管理參數、格式和協議等。

　　（7）MPLS層網絡結構G.mta

　　該建議使用G.805描述的建模方法描述MPLS網絡的功能結構。MPLS網絡功能從網絡角度出發，包括MPLS網絡分層結構、客戶特征信息、客戶層／服務層關聯、網絡拓撲和分層網絡功能等。通過這種功能結構提供MPLS信號的傳輸、復用、路由、監視、性能評價和網絡生存性。

　　ITU-T SG13 WP3主要研究以太網的性能和流量管理，目前主要關注的是以太網OAM。已經和正在制訂的標準包括：

　?。?）以太網OAM需求Y.1730

　　該建議提供用于以太網用戶平面OAM功能的動機和需求。其范圍包括點到點和多點到多點以太網連接的OAM功能需求，連接類型可以是專用和共享兩種方式。該建議不涉及OAM的行政管理方面。

　?。?）以太網OAM機制Y.17ethoam

　　該建議是Y.1730提出的以太網OAM需求的一個具體實現方法。以太網OAM機制包括故障管理（如環回、連接監視、通道蹤跡和AIS/RDI等）、性能測量和發現。該建議還定義了用于以太網OAM的以太網幀格式。

　　二、IETF標準現狀

　　在以太網標準方面，IETF主要研究如何在分組網絡（如IP／MPLS）中提供以太網業務。與以太網標準相關的工作組主要是端到端虛擬線模擬（PWE3：Pseduo Wire Emulation Edge-to-Edge）工作組和L2VPN工作組。

　　1.PWE3

　　PWE3是一種在分組交換網絡（PSN）上模擬各種點到點業務的機制，被模擬的業務可以是TDM專線、ATM、FR或以太網等。PWE3利用PSN上的隧道機制來模擬一種業務的必要屬性，這里的隧道稱為虛擬線（PW）。采用PWE3機制，運營商可以將所有的傳送業務轉移到一個融合的網絡（如IP/MPLS）之中。從用戶的角度來看，可以認為PWE3模擬的虛擬線是一種專用的鏈路或電路。PWE3將是提供許多以太網業務的基本構成元素，如各種L2 VPN和傳送網承載的以太網業務。但是PSN在QoS方面的某些不足（如時延和抖動）可能使得一些應用無法在虛擬線上承載。

　　IETF PWE3工作組目前正在制訂業務封裝和業務模擬的標準。PWE3協議側重于特定業務的端到端模擬和維護，而不是規范隧道的創建和放置。PWE3封裝使用的隧道技術包括IP、L2 TP或MPLS，并對這些PSN使用相同的技術規范。

　　PWE3對于運營商的重要意義在于能夠在統一的IP／MPLS網上承載PPP/HDLC、FR、ATM和以太網等各種業務；突破了傳統以太網4096個VLAN數量的限制；可以實現與其它封裝方法的共存，實現不同業務的互連互通。由于虛擬線技術不僅限于用來提供以太網業務，因此與只針對以太網業務的L2 VPLS相比，它將有更為廣泛的應用前景。

　　2. L2 VPN

　　L2 VPN工作組負責制訂由運營商提供的L2 VPN實施方案。L2 VPN工作組并不制訂新的協議，而是對現有的協議提出功能需求。例如該工作組不會制訂新的封裝機制，而是使用PWE3工作組制訂的封裝協議。L2 VPN工作組目前正在制訂以下標準：

　?、偬摂M專線業務 VPWＳ：在IP／MPLS網上提供L2點到點連接業務，如PPP/HDLC、FR、ATM和以太網業務等。該標準主要基于著名的Martini草案。

　　②虛擬專用LAN業務（VPLS）：在IP／MPLS網上模擬LAN業務，在廣域網范圍實現以太網設備的互聯。VPLS可以通過MPLS或VLAN堆疊（Q-in-Q）來實現。從用戶的角度來看，VPLS使得運營商的網絡看起來類似一個VLAN。一個VPLS具有特定的SLA，保護屬性和可用性屬性，MAC地址學習能力和數據轉發能力。VPLS的應用可能會對傳統的FR和ATM業務產生影響。

　?、壑恢С諭P的L2 VPN：在IP／MPLS網上提供只支持IP的L2 VPN業務，實現IP設備的互聯。用戶的IP設備可以看作是連接到一個LAN，或是一個點到點的電路。

　　三、MEF標準現狀

　　為了使以太網標準符合運營商的要求，在2001年6月成立了作為工業實體的城域以太網論壇（MEF）。MEF的目的是保證各種已應用和未應用技術之間的互操作性，并對那些不受關注或很少受到關注的以太網局限性進行研究，最終使其成為電信級技術。MEF的主要目標是定義一個電信級的城域以太網（MEN）體系結構，主要包括以下4個方面：MEN體系架構，MEN提供的業務，以太網的傳送和協議，MEN的管理。

　　MEF認為城域以太網包含以太網傳送和以太網業務兩個方面。以太網的承載和傳送可以采用ITU-T、IETF和IEEE等標準組織制訂的技術規范，如SDH、ATM、RPR和MPLS等。 MEF目前主要側重于對以太網業務的定義，包括以太網業務的類型、屬性和參數等。與ITU-T不同的是，MEF從用戶的角度來定義以太網業務。

　　MEF對以太網業務的標準化采用分階段的方式進行，其中第１階段包括３個技術規范。

　?、僖蕴W業務模型（ESM）：該技術規范在2003年9月已經正式發布（MEF1.0）。主要內容包括：定義以太網業務的構成模塊，如物理接口、帶寬描述、業務幀傳送和業務復用等；定義用于以太網UNI和以太網虛連接（EVC）的業務屬性和參數。但是該規范沒有定義具體的以太網業務。

　　②以太網業務定義（ESD）：該規范定義如何用ESM的以太網業務構成模塊生成具體的以太網業務。ESD首先定義了以太網線（E-line）和以太網LANE-LAN兩種業務類型，然后給出了由這兩種業務類型生成的業務實例，如以太網專線、以太網虛擬專線和以太網互聯網接入（EIA）等。

　?、垡蕴W流量管理（ETM）：該規范定義流量管理和業務性能屬性／參數，用來生成基于CoS的SLA。業務性能參數包括可用性、幀時延、幀抖動和幀丟失等，這些參數適用于802.1p的分類業務流或按端口的業務分類。

　　E-line業務指在兩個UNI之間提供點到點的以太網連接服務。Ｅ－LAN業務指在兩個或多個UNI之間提供多點到多點的以太網連接服務，它使得MEN看起來就像一個網橋，實現單播、組播及廣播幀的轉發。這兩種業務類型的實現都可以基于SDH、以太網、RPR和MPLS等技術。

　　MEF下一步的標準化工作包括：進一步標準化以太網業務參數和相關屬性。定義運營商級的基于以太網的城域傳送技術，包括對城域以太網體系結構、協議和管理的規范。具體規范的內容包括EVC保護、QoS和以太網NNI，以及獨立于底層傳送技術的端到端以太網業務的OAM＆P。定義以太網上的電路模擬、城域以太網的EMS和NMS。

　　四、IEEE標準現狀

　　IEEE主要關注以太網技術標準的制訂，而不是以太網業務標準的定義。IEEE目前正在制訂的以太網標準主要包括：

　?。?）802.１ad運營商橋接

　　802.1ad在802.1Q（VLAN）的基礎上實現了VLAN堆疊，也稱為Q-in-Q。使用VLAN堆疊，在運營商網絡的邊界處為用戶的數據幀加上一個運營商的VLAN ID。這種方式能實現VLAN標識透明，即客戶的VLAN與服務提供商使用的VLAN相互獨立，并可將VLAN的數目擴展到4096×4096。

　　802.１ad采用多生成樹技術將用戶的生成樹保護與運營商的保護方法相分離。這樣不同的STP域互不干擾，從而提高網絡整體的可靠性和擴展性。多STP技術就是在每個VLAN中運行一個STP。

　　另外，802.1ad還允許以隧道方式透傳用戶的L2控制協議。長遠來看，802.1ad將成為構成VPLS業務的功能組件。

　?。?）802.1w快速生成樹

　　快速STP主要解決STP存在的自愈時間慢的問題?？焖賁TP的工作方式同802.1d類似，只是在鏈路切換時省卻了802.1d所需的端口傾聽和學習的過程，而只有端口關閉和打開的過程。這樣，在主干鏈路失效時可以更加快速地聚合到新的鏈路，它的自愈時間能達到1～２s。這對于運營商提供基于以太網的業務非常重要。

　?。?）802.3ad鏈路匯聚

　　鏈路匯聚是指將以太網交換機上的多個物理端口匯聚成一個邏輯端口。這種機制對于運營商有非常重要的意義。

　　①將交換機之間的多個物理連接作為一條邏輯連接來管理，簡化網絡管理。

　　②在一條邏輯連接內的不同連接之間實現負載均衡和共享。

　?、蹖崿F了對物理端口和鏈路的保護，即當部分端口或鏈路失效時，邏輯連接仍能以較低的速率工作。

　?、苓\營商可以靈活地提供不同速率的以太網連接。

　?。?）802.3ah EFM

　　該標準主要定義用于用戶接入部分的以太網物理層規范，包括銅線、PON和光纖等，以及接入部分的以太網OAM。EFM定義的OAM用于監視鏈路運行狀態，如自動發現和連通性驗證，時延、抖動和丟包率測試等，以及改善故障定位能力。EFM通過定義以太網OAM協議數據單元（PDU）來實現OAM功能，包括遠端環回、事件通告和鏈路狀態信息上報等。該標準定義的OAM機制只適用于單一鏈路，而不能實現端到端的OAM機制。

　?。?）802.17 RPR

　　彈性分組環（RPR）是一種基于MAC層的新技術，正在由IEEE 802.17工作組進行標準化。RPR能夠提供多種業務在環形拓撲結構上的高效傳送，是專門針對運營商的需求而開發的一種分組傳送技術。RPR技術吸收了以太網的經濟性和SDH系統50ms環保護特性。RPR技術具有以下特點：媒質獨立性，空間復用和統計復用，具有擁塞控制機制和公平算法，支持業務分類和QoS機制。RPR標準的關鍵技術已經完成，目前已進入最后表決階段，預計2004年可以正式發布。

　　雖然RPR的標準還沒有最終完成，但是已經有許多設備廠商提供不同類型的產品。RPR技術的應用分三種方式：一是通過引入支持RPR功能的線路接口板對IP設備進行升級支持環網保護，提高IP網絡的可靠性；二是獨立式RPR設備，可以同時支持數據和TDM業務，主要用于城域網的接入層；三是與MSTP設備相結合，增強MSTP對數據業務的支持能力，使其同時具有SDH和RPR的優勢，適用范圍更廣泛。

　　五、結語

　　隨著ADSL和以太網等寬帶接入技術的推廣和應用，寬帶互聯網進入了快速發展的時期，運營商和設備制造商對以太網業務越來越重視。國際上各個標準化組織從不同的角度對以太網技術和業務進行了標準化。在應用這些標準時，應綜合考慮不同標準組織的標準和規范。

　　
摘自　中國電信網

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