“超级”以太网—VPLS技术及应用综述一(图)

2019-11-04 20:39:34

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供稿：网友

　　不仅拥有以太网架构的全部益处，而且同传统的以太网相比，具有更好的可扩展性、可靠性及QoS等能力，这个超以太网一级的就是VPLS（虚拟专用局域网服务）。VPLS集以太网和MPLS的优点于一体，使用户从中受益。
　　
　　VPLS为何而生
　　
　　二十多年来，以太网交换技术一直统治着局域网，同时ip路由技术统治着运营商网络。在这一时期，以太网不断扩展带宽，并且凭借其简单性和性价比，确立了自己作为城域和广域网首选基础设施技术的地位。用户和运营商对以太网表现出强烈的需求，促使以太网坚定地向统治局域网和广域网基础设施的方向发展。
　　
　　用户由于以太网能够满足他们的要求而喜欢它。这些要求包括：
　　
　　为提高生产力，整个企业需要更高的带宽；
　　
　　全球化造成的更大的地理距离必须通过更快速的网络连接；
　　
　　在企业内部所有位置提供以太网应用和服务，以最大限度地减少IT和培训费用的需要；
　　
　　要求网络迅速适应不断变化的业务所需的服务灵活性；
　　
　　支持非基于IP的要害传输流；
　　
　　消费者需要的一揽子服务：带宽、电话、广播视频、视频点播。
　　
　　同样，运营商因以太网能够满足他们的业务需要而喜欢它。这些要求包括：
　　
　　通过满足最终用户的需要，增加用户忠诚度；
　　
　　减少资本支出，因为以太网端口具有比其他技术更高的性价比；
　　
　　减少运营费用，因为以太网更灵活，配置起来更轻易；
　　
　　实现新的服务来获得更多的收入和增加利润。
　　
　　上述用户需要与运营商业务需要的结合点，是以太网服务发展的新趋向，这正是VPLS诞生的背景。
　　
　　Internet的出现以及采用新技术而带来的生产力提高，导致对更高带宽和服务的需求。企业需要更高带宽的定制服务，而消费者则需要像宽带连接和视频点播等服务。运营商必须在他们的目标市场需求与他们业务的现实之间取得平衡。
　　
　　对部署新服务的系统分析证实，ATM、SONET/SDH等传统技术，尽管为人们所熟悉，但与运营商对自己网络的设想并不吻合。它们建立在昂贵的基础设施上，基础设施扩展时需要巨额投资。此外，复杂的治理和所有这些技术之间的多次切换会造成巨额运营开销。
　　
　　以太网服务的市场机会是显而易见的，而且已经出现。来自企业、用户和调查研究的反馈展现了一个高速增长的市场。众多早期采用者在部署这些服务上已经取得了成功。运营商面临如何回应这些市场变化的挑战。VPLS和以太网基础设施一道，为运营商推出新服务并实现赢利提供了最好的解决方案。降低资本和运营费用的好处，将迅速改善运营商的收入。此外，利用已有网络的能力确保运营商对老技术的投资，可以创造更多的回报。
　　
　　VPLS概述
　　
　　VPLS是一种可以在以太网上提供上述诸多服务的解决方案。它利用以太网和MPLS的组合，来满足运营商和用户的需求。VPLS使分散在不同地理位置上的用户网络可以相互通信，就像它们直接相互连接在一起一样，即广域网变成对所有用户位置是透明的。这种功能是由MPLS 2层VPN解决方案实现的。
　　
　　在VPLS网络中，每个用户位置连接在MPLS网络上的一个节点上。对于每一个用户或虚拟专用网来说，由逻辑的点对点连接构成的完整网络是在骨干MPLS网络上建立的。这使一个用户位置可以直接看到属于这位用户的其他所有位置。惟一的MPLS标记用于将一位用户的传输流与另一位用户的传输流隔离，并且用于将一项服务与另一项服务相分离。
　　
　　这种分割使用户可以从提供商那里获得多种服务，而每一个服务都是为最终应用定制的。例如，某位用户的服务集合可以由VoIP、Internet接入以及可能两个或更多的VPN服务构成。第一个VPN服务可以在所有企业位置之间提供“宽数据”连接性并可为所有雇员所使用。而第二个VPN服务可以被限制在一个位置子集合之间进行的某些金融交易上。所有这些服务都是通过VPLS惟一配置的，因此使它们具有独特的质量保障和安全属性。
　　
　　在VPLS网络中，在各个PE(运营商网络边缘)之间建立全网状的MPLS LSP(标记交换路径)，将二层以太网帧通过MPLS进行封装，通过MPLS交换将用户以太网流量在各个PE之间进行转发，并与CE（用户边缘设备）连接，从而建立一个点对多点的以太网VPN。
　　
　　PE设备将客户的以太网帧封装到MPLS包内，MPLS包头包含两层标记，其中外层标记Tunnel Label标识用来承载MPLS LSP，内层标记VC Label则代表不同虚拟电路，也就是不同的VPLS流量，这是一种伪线的封装格式。因此在目的端PE(提供商边缘路由器)设备终结LSP并弹出外层标记之后，将会根据内层VC Label来确定是属于哪个VPLS实例的流量。
　　
　　VPLS技术包括两个层面：信令控制层和数据转发层。
　　
　　其中信令控制层的主要作用是通过使用信令协议在PE之间建立相应的虚拟电路，换句话说，也就是对标识VPLS实例的VC标记进行交换，使得各个PE设备能够将VC标记映射到不同的VPLS实例，从而对所收到的MPLS封装的流量进行识别。
　　
　　在数据转发层，每个PE为每个VPLS服务实例维护一个转发信息库（FIB），并且把已知的MAC地址加入到相应的FIB表中。所有流量都基于MAC地址进行交换，未知的数据包（如目的MAC地址仍未知）将广播给所有参与该VPN的PE，直至目的站响应且与该VPN相关的PE学习到该MAC地址。
　　 “超级”以太网—VPLS技术及应用综述一(图)

　　VPLS的基本参考模型如图1所示。客户站点通过服务提供商网络连接起来，服务提供商网络就像是一台能够学习的二层交换机。网络中所有的PE用一个由隧道构成的全网格连接在一起，每条隧道承载多条虚线路。虚线路是为一对PE之间的每一个提供的服务建立的点到点连接结构。根据位置和客户站点的数据，为客户/服务建立的虚线路的数量可以从一个（用于只有两个位置的客户）到全网格（用于拥有连接在每一个PE的位置的客户）。
　　
　　网络中的每一个PE能够建立连接其他每个PE的隧道，并可以通过信令建立穿过这些隧道的虚线路。当网络向最终用户提供二层服务时，每个PE可以学习所有本地连接的MAC地址，并将学习到的远程地址与一条虚线路建立关联。所有未知的单播、多播和广播包被传送给所有参与客户VPN的PE。多播包像广播包那样处理，被传播给客户VPN中的所有PE。
　　
　　这种网络模型假设服务（或VPLS实例）中的所有PE以一个虚线路全网格连接在一起，这种全网格消除了保持网络无环路的需要。
　　
　　为了确保这种拓扑结果没有环路，需要类似水平分割的概念：没有PE向一个PE转发它从另一个PE接收到的数据包。这种作法突破了其他基于生成树的网络所碰到的可伸缩限制。目前这一网络模型正作为VPLS草案的一部分，由IETF的L2VPN工作组进行标准化。
　　
　　对于运营商来说，将以太网和MPLS组合在一起的好处多多。他们可以马上从部署以太网基础设施更低的资本开支中受益。但是，简单的以太网交换网络在服务可伸缩性（由于V局域网 ID的限制）和可靠性（生成树不能很好地扩展）上存在局限性。这些限制性被MPLS所解决。
　　
　　MPLS提供多种解决方案，这些解决方案不仅提供大规模的可伸缩性和多种可靠性选择，而且还带来其他好处。例如，MPLS的动态信令有益于更迅速地改变和重新配置服务。其流量工程功能使提供商可以在整个网络上支持服务水平保证。因此，它不仅满足可伸缩性和可靠性的需要，而且还提供可以进一步减少费用的运营优势。

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