基于PBB 的运营商以太网MPLS-TP QoS 优化部署策略*

肖 斌

（上海市信息网络有限公司，上海 200081）

0 引言

网络的蓬勃发展带动了各行业的进步，从单一实体商务发展出和互联网结合的多样化业务模式，如物联网、电商、电子金融以及远程医疗等。这些业务都离不开数据实时、有效、安全的通信传输[1]。因此，无论是互联网还是专线、无线网络，所需承载的数据根据用户的需求及时转发到其目的地是衡量该网络快速、安全必不可少的一个重要指标。

基于运营商骨干桥接（Provider Backbone Bridge，PBB）技术的 运营商 以太网（Carrier Ethernet，CE）技术在大型城域网络中有着广泛应用[2]。当网络运行过程中需要传输某些有特殊需求的数据时，特殊情况下出现的异常会致使用户收到的数据出现错误或丢失，造成用户实际应用业务无法正常开展。由于当今网络应用在电子商务中的重要性，该问题逐渐凸显，影响了一些对安全性、及时性比较敏感的用户数据，对网络的安全、可靠传输带来的安全隐患。

1 网络传输中受MPLS-TP QoS 的影响

1.1 网络传输基本特点

在网络通信中，无论是有线网络还是移动网络，由于承载网络传输IP 分组业务时存在的效率低、配置复杂、灵活性差等问题，导致其已经无法满足全业务增长的需求，同时增加了运营商的传输成本。网络基于传输技术的发展，无论是CE 融合传统传送网还是分组传送网（Packet Transport Network，PTN），都是通过优化多业务传送平台（Multi-Service Transport Platform，MSTP）的有效传输，使其更高效地实现数据传输。

CE 融合传送网以高速交换为架构，万兆链接至汇聚。虚拟专用局域网（Virtual Private Lan Service，VPLS）点到点布局，通过PBB 技术辅以快速环网保护协议（Rapid Ring Protection Protocol，RRPP）再加环网保护，支持MPLS、VPLS、MPLSTP 等多协议栈，使得CE 传送网具备带宽高、维护性高和服务质量高等特征，同时融合了传统传送网的优势。

PTN 分组传送网是基于分组转发的、面向连接的多业务传送技术[3]，结合了IP 和多协议标记交 换（Multi-Protocol Label Switching，MPLS）、以太网承载技术（Provider Backbone Bridge-Traffic Engineering，PBB-TE）、传送网，优化分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求，通过采用分组、面向连接的多业务统一传送[4]。

1.2 MPLS-TP QoS 对网络传输的影响

在网络传输中，通常需要由路由器对数据做出一个选择，在其允许通过的数据中携带有服务优先等级的信息。此时，为了处理相关数据，网络将采用合适的方法将用户边缘路由器的数据服务优先级传输到服务商，同时网络设备将根据客户的服务优先级拆分相应的转发服务。PTN 网络一般采用3 种不同的MPLS 业务类型（Class of Service，CoS）处理模式。不同模式对优先等级产生的影响略有不同。

1.3 MPLS-TP QoS 管道模式

1.3.1 Uniform 模式

如图1 所示，在使用Uniform 模式时，授信数据包会从用户侧携带包含DSCP 等级的QoS 服务质量信息，由汇聚层设备将用户侧携带报文的CoS 值直接复制到MPLS 外层标签的EXP 字段中[4]。当核心设备收到由PE 转发的数据包后，数据在进入MPLS 域时会将外层EXP 标签重新标记，并赋予承载网自身的QoS 优先级策略[5]同等值后进行转发。在经过上述反向传输到达对端设备时，它仍旧保持其修改后的优先级，也就是说已不再保留用户原先的优先级。

1.3.2 Pipe 模式

如图2 所示，在使用Pipe 模式运行时，设备将忽略用户携带的QoS 值，在汇聚设备上为MPLS 外层标签的EXP 字段重新赋值。入PE 设备和出PE设备都是按照承载网自身的QoS 优先级策略进行报文的转发，直到数据包到达用户接收端时，还原成其原来的QoS 值转发。

1.3.3 Short-pipe 模式

如图3 所示，在使用Short-pipe 模式时，相对于Pipe 模式有一些变化和改进。在用户数据包进入核心设备前，运行方式和Pipe 模式相同。在数据包出核心进入汇聚设备前，设备已恢复用户原有数据的QoS 值。在到接收端之前，网络设备按照用户封装的DSCP 等级进行优先转发。这种模式的优点在于承载网络可以根据自身情况规划QoS，不影响和改变用户自身的QoS。出接口使用用户的QoS 优先级进行转发，加强了用户数据转发的可控性，能更好地满足高要求业务的需要，但削弱了承载网对数据的可控性。

图1 Uniform 模式

图2 Pipe 模式

2 网络部署测试分析

为找出验证此类偶然性异常的问题，以常用网络为基础模拟测试环境，测试在不同设备网络中或跨设备网络中传输时对此类数据的影响情况。测试所用的组网设备类型选取ZTE 的PTN 设备和H3C的CE 设备。

相关测试中，设备发送带QoS 的数据包，在QoS 数据包中设定DSCP 优先等级，模拟测试在承载网络的不同位置发送数据包后，经过传输在目标位置接收该数据包是否会有变化。

图3 Short-pipe 模式

2.1 单一网络组网的测试环境

2.1.1 PTN 设备测试环境

测试所用的PTN 网络环境是以ZTE 6500 设备组建核心层和汇聚层，62 系列、63 系列、61 系列设备组成接入环，设备之间以PW3（隧道+伪线）的方式互联。网络拓扑结构如图4 所示。

图4 PTN 设备测试环境拓扑结构

该环境中，测试用户电路在不同业务接入方式下所发送的数据包情况。

业务接入方式有以下3 种：

（1）发送数据设备是在同环的汇聚设备上接入，接收数据端（下文统称为用户端）在环上的某台接入设备上（图4 中虚线表示）；

（2）发送数据设备是在其他汇聚设备上接入，用户端则在不同接入环上的某台设备上（图4 中长短虚线表示）；

（3）发送数据设备和用户端分别连接在不同的接入环上的设备（图4 中实线表示）。

在PTN 网络环境测试带有QoS 等级的DSCP：CS4 数据包。测试不同的3 处发送节点接收到的数据包，发现内容DSCP 等级均未发生变化。发送端数据包情况和接收端数据包情况，如图5 和表1所示。

图5 发送端和接收端数据包情况

表1 PTN 网内测试情况

2.1.2 CE 设备环境

测试所用的CE 网络环境以H3C 9508 双设备堆叠后组成核心层和汇聚层。互联中继采用PBB 协议。5800、5560 设备作为接入使用，通过RRPP 协议组成环状结构。网络拓扑如图6 所示，以测试用户在不同的业务接入方式下所发送的数据包情况。

根据业务接入方式的不同，进行如下测试。

（1）发送数据设备连接同环的汇聚设备，用户端在环上的某台接入设备上（图6 中虚线表示）测试带有DSCP：CS5 数据包通过网络传输后接收到的数据包，发现未发生变化。

（2）发送数据设备是在其他汇聚设备上接入，用户端则在不同接入环上的某台设备上（图6 中长短虚线表示），同样测试带有DSCP：CS5 数据包，测试结果发生变化。

（3）数据发送设备和接收设备分别连接在不同的接入环上（图6 中实线表示），以同样的方式测试，结果同样发生了改变，见表2 和图7。

图6 CE 设备测试环境拓扑

表2 CE 网内测试情况

图7 接入方式（3）的数据包情况

2.2 跨网络组网的测试环境

将上述两个网络采用静态聚合端口互联方式进行联通，将发送端和接收端分别连接在两张网的一边，如图8 所示，其中左侧为数据发送，右侧为收到的数据情况。测试数据包在经过不同网络后是否发生改变时，同样发送DSCP：CS5 数据包作为数据源，发现在用户端收到的包发生了变化，变成了CS0。为确认数据的变化，将接收点前移到95 系列设备端口上查看，结果收到的数据包未发生变化仍然是CS5。跨网络组网测试结果，如图9 所示。

图8 跨网络组网

图9 跨网络组网测试结果

3 对MPLS-TP 的优化部署

3.1 优化方案的设定原则

根据上述相关测试和MPLS-TP 运行模式的分析，以CE 网为例的设备组成的大型网络在转发数据包时出现的问题优化需关注以下方面。

（1）基于PBB 技术的CE 网络，在建网时核心到汇聚间运行的PBB 协议，对QoS 转发策略是默认的Uniform 模式。在出现有等级不同的数据包时，这会更改数据的优先等级，从而影响传输数据。

（2）在已投入运营的网络中，对相关设备的策略转发进行修改，需在不影响网络安全运行且不中断现有业务的前提下，优化升级在网设备。

以上情况在实际部署中需要优先保证，因此对优化部署制定了相应的规范。

（1）在设备负载量低、业务低谷的时段进行优化部署。为了保证网络安全对相关设备的操作可逆，在部署前对设备原有配置进行备份，以便在影响设备运行和大量用户业务时可以及时回退恢复网络。

（2）先对其中一组汇聚组设备和核心端口进行配置，在监控设备及业务正常后，逐一部署剩余设备端口。

（3）在网络中的特定端口开通临时测试线路，发送和接收数据包，观察部署时业务的情况，并对设备性能进行24 h 人为监控

对于大型传输网络来说，在使用Pipe 模式或Short-Pipe 模式时，会影响网络的承载。在使用Pipe 模式时，所有用户的数据在传输网络中都是以承载网设置的MPSL-TP QoS 策略来等价传输的，对设备来说可控性相对较高。由于数据是等价的，对设备来说处理的负载相对一般。但是，如果使用Short-Pipe 模式，数据在出核心设备时就以用户自己的MPSL-TP QoS 策略替代承载网的策略进行优先劣等的传输。一方面会使设备的处理量突增，另一方面如果有大量此类优先数据需要传输，会使其他低等级的数据滞留，导致等待排队传输或失效后被设备丢弃。在大型传输网络中，这种情况还会降低设备对数据的可控性，随之会导致部分用户的业务出现时延大或丢包等现象。因此，此次的优化采用Pipe 模式，给予网络一定的可控性，同时不会影响普通用户和特殊用户的数据传输。

3.2 部署相关优化方案

部署相关优化是要在已投入运营的网络中。因此，在对网络中的任何操作都有可能会危及到网络的正常运行，需要修改CE 网络核心、汇聚局层互联采用的PBB 技术中的MPLS-TP QoS 模式。模式更改会对网络中的数据造成一定影响，因此需采用以下处理流程来减少过度时对网络的影响。

（1）在网络承载的低谷期当天的24 时至第二天凌晨6 点进行优化部署。

（2）对在网设备进行划组，如表3 所示。同一堆叠的两台设备安排在不同的两组里，分别进行优化，将业务负担高的多台设备分开在不同的组里，以减少修改时网络数据传输能力的影响。需逐一在每组设备互联中继接口上配置QoS Pipe 模式命令，其中表3 中的字母组合代表不同的节点名称。

表3 分组情况

（3）监控修改时设备物理性能的变化和传输数据是否切换至还未优化的设备上，以保障用户业务的正常使用。

（4）在部署完成后测试带有MPLS-TP QoS DSCP 等级的数据包，确认修改后全部设备是否还会对此类数据包头进行修改。

通过上述优化部署，可排除相关问题，从而更好地支撑用户高端数据业务传输承载。

4 结语

本文中的优化部署针对基于PBB 的运营商以太网，在初始状态中对一些特定数据包在通信过程中受影响的问题，提出了基于传输网络正常运维和设备承载能力等方面整体优化的部署方案。一方面，针对网络传输过程中的MPLS-TP QoS 中DSCP 等级被修改的问题，通过不同模拟环境测试验证了在特定网络传输中包含指定的数据包会受影响的问题。另一方面，结合MPLS VPN 网络中对MPLS-TP QoS工作模式的分析，提出对CE 网络核心及汇聚互联的优化部署方案。通过实际的部署应用，排除了用户在不同等级QoS 数据传输中的有效性，保障了网络的优化和安全运行。