為了解決基于MPLS的以太網(wǎng)(EoMPLS)和擴(kuò)展VLAN(包括802.1Q隧道,稱為Q-in-Q)解決方案的VPN管理問題,人們提出了GOE方法,GOE將改進(jìn)的MPLS VPN功能和以太網(wǎng)方案的低成本及用戶熟悉的操作環(huán)境相結(jié)合,為下一代以太網(wǎng)VPN提供了一種具有成本效益的可擴(kuò)展解決方案,本文詳細(xì)描述它的傳輸機(jī)制和路由機(jī)制笨迂。

許多運(yùn)營商和服務(wù)提供商正在城域網(wǎng)(MAN)中積極推出基于以太網(wǎng)的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VPN)服務(wù),希望以一種具有成本效益的方式來滿足企業(yè)網(wǎng)絡(luò)市場的需要舆骚。在MAN中構(gòu)建具有成本效益的VPN解決方案可采用三種基于數(shù)據(jù)包的交換方式,即彈性數(shù)據(jù)包環(huán)路(resilient packet ring, RPR)迄岸、基于MPLS的以太網(wǎng)(EoMPLS)和擴(kuò)展VLAN(包括802.1Q隧道,稱為Q-in-Q)谍售。

PRP方案可為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀提供快速的保護(hù)/恢復(fù)機(jī)制,但只適用于環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,對網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)有著極大的限制眨额。EoMPLS和Q-in-Q對網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)沒有任何限制,因此易于在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中鋪設(shè)。點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)可逐漸升級成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)或環(huán)狀網(wǎng)絡(luò),無需進(jìn)行詳細(xì)的考察,也不用預(yù)測未來需求学掉。

通過MPLS隧道,EoMPLS可支持快速網(wǎng)絡(luò)提供笋再、故障恢復(fù)、VPN和通信量工程等性能姐阎。不過它需要昂貴的路由器平臺來提供基于以太網(wǎng)的VPN服務(wù)并執(zhí)行復(fù)雜的VPN管理協(xié)議畅镐。

在Q-in-Q的基礎(chǔ)上,用戶可將VLAN標(biāo)記數(shù)據(jù)幀與提供商VLAN標(biāo)記一起傳輸,以一種具有成本效益的方法解決以太網(wǎng)固有的擴(kuò)展局限性問題。然而,這種方法不支持不同VLAN中單個用戶復(fù)制私人MAC地址的功能,也不支持MPLS特征编漆。Q-in-Q也存在與VPN管理有關(guān)的擴(kuò)展局限性問題,同時它的網(wǎng)絡(luò)利用率也低于EoMPLS践桂。

為了解決現(xiàn)有EoMPLS和Q-in-Q解決方案的VPN管理問題,即EoMPLS的高節(jié)點(diǎn)成本和Q-in-Q的低利用率問題,人們提出了GOE方法。GOE將改進(jìn)的MPLS VPN功能和以太網(wǎng)方案的低成本及用戶熟悉的操作環(huán)境相結(jié)合,為下一代以太網(wǎng)VPN提供了一種具有成本效益的可擴(kuò)展解決方案跌蛔。

GOE傳輸機(jī)制

GOE的目標(biāo)是對Q-in-Q VLAN標(biāo)記進(jìn)行簡單擴(kuò)展來實(shí)現(xiàn)EoMPLS的某些功能,從而提供一種簡單的级汹、具有成本效益的以太網(wǎng)VPN/虛擬專用LAN服務(wù)(VPLS)。

圖1所示為基于GOE的運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò),它包括GOE核心網(wǎng)和邊緣節(jié)點(diǎn)盒卸。圖1和圖2所示為進(jìn)入用戶數(shù)據(jù)幀和采用GOE封裝的傳輸數(shù)據(jù)幀在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)上的單播和廣播幀格式骗爆。GOE邊緣節(jié)點(diǎn)接收帶有或不帶IEEE 802.1D VLAN標(biāo)記(1)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀,并將一個GOE報頭立即壓入到以太網(wǎng)源MAC地址域的后面。

GOE報頭是一種靈活可擴(kuò)展的蔽介、長度可變的報頭結(jié)構(gòu)摘投。GOE報頭包括強(qiáng)制標(biāo)記(mandatory tag)和可選標(biāo)記(optional tag)。強(qiáng)制標(biāo)記包括傳輸標(biāo)記或源標(biāo)記虹蓄∠簦可選標(biāo)記包括一個客戶ID標(biāo)記,其它的保留到以后使用。每個標(biāo)記均帶有用于指定標(biāo)記類型的802.1Q 16位TPID域,以及用于指定數(shù)值的802.1Q 16位TCI域薇组。這點(diǎn)與目前VLAN標(biāo)記信息的編碼方法兼容外臂。

要想使GOE節(jié)點(diǎn)方便地與原有的以太網(wǎng)交換機(jī)兼容,強(qiáng)制標(biāo)記必須與原有VLAN/VMAN標(biāo)記使用相同的TPID。通過將TCI中未用的優(yōu)先權(quán)位指定為不同的標(biāo)記類型,可實(shí)現(xiàn)GOE的專有操作律胀。

傳輸標(biāo)記和源標(biāo)記分別是GOE在單播和廣播路由中的關(guān)鍵元素宋光。客戶ID標(biāo)記是識別客戶并執(zhí)行客戶專用通信量處理的唯一信息炭菌。將傳輸和客戶信息分拆到不同的標(biāo)記域中可將網(wǎng)絡(luò)和客戶管理分開,從而簡化并擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)操作罪佳。

與目前VLAN標(biāo)記所用的方法不同,GOE傳輸標(biāo)記使用目的節(jié)點(diǎn)地址,從而使GOE創(chuàng)建的傳輸表形成與MPLS路徑類似的單方向路徑。盡管MPLS與ATM網(wǎng)絡(luò)使用同樣的虛擬電路機(jī)制(即面向連接的模式),GOE傳輸卻是基于目的節(jié)點(diǎn)地址(即無連接模式)的,這點(diǎn)與IP網(wǎng)絡(luò)類似位满。

這一方案的基本思路是:VLAN ID并不象從前那樣分配給以太網(wǎng)端口,而是分配給以太網(wǎng)交換機(jī),使VLAN標(biāo)記可用作一個路由地址锉择。換言之,VLAN ID成為一種IP地址,以太網(wǎng)交換機(jī)可使用與IP路由器類似的方法對其進(jìn)行處理。VPN路徑可由生成樹協(xié)議(STP)以一種無連接方式建立,如下所述艘励。為了支持大規(guī)模的VPN,我們?yōu)槊總€以太網(wǎng)交換機(jī)分配一個以多堆棧VLAN(如圖1所示)表示的分層地址,從而輕易地創(chuàng)建多層等級聂闺。尤其是在大規(guī)模的VPN網(wǎng)絡(luò)中,通過在每一層結(jié)合IEEE 802.1s和802.1w,便可實(shí)現(xiàn)層次化的多個快速生成樹。

GOE路由機(jī)制

GOE使用現(xiàn)有的多生成樹協(xié)議(MSTP,基于STP的IEEE 802.1Q),可為不同的VLAN創(chuàng)建多個生成樹。GOE還利用現(xiàn)有的快速STP(RSTP,802.1w)進(jìn)行快速的故障恢復(fù)咨捕。通過結(jié)合MSTP和RSTP,從任一節(jié)點(diǎn)到每個目的節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建生成樹,GOE可利用它為每個VLAN標(biāo)記保存的端口狀態(tài)來給GOE數(shù)據(jù)幀創(chuàng)建傳輸表闰收。這些樹還通過RSTP提供自動快速故障恢復(fù)功能。無需修改任何協(xié)議,只要簡單地改變配置參數(shù)便可實(shí)現(xiàn)這些功能础川。我們將之稱為每目標(biāo)多快速生成樹協(xié)議(PD-MRSTP),它與原有的以太網(wǎng)交換機(jī)完全兼容淀税。

圖3所示為PD-MRSTP構(gòu)建的多生成樹/路由表,其中兩個不同的根E1(ID=3000)和E2(ID=3002)創(chuàng)建不同的生成樹。PD-MRSTP在路由和故障恢復(fù)上有幾個優(yōu)勢:

1.優(yōu)化的路由韵绿；即,從任何節(jié)點(diǎn)到目的的路由都最短狂篇、最寬。

2.根故障恢復(fù)處理有所增強(qiáng)赁栈。

3.與原來使用MSTP的以太網(wǎng)交換機(jī)完全兼容岗屏。

通過PD-MRSTP創(chuàng)建的傳輸表如圖3中的第三項(xiàng)所示。PD-MRSTP使用兩種由RSTP管理的端口信息,以便創(chuàng)建傳輸表:

1.端口角色:指定的或選擇的根漱办。

2.端口狀態(tài):傳輸这刷、學(xué)習(xí)或丟棄。

任一交換機(jī)上的根端口都是到其它端口根節(jié)點(diǎn)的最佳路徑(最短娩井、最寬)暇屋。狀態(tài)為傳輸?shù)亩丝趦H用于傳輸數(shù)據(jù)。

圖4所示為單播和廣播傳輸表洞辣。例如,假設(shè)在某個實(shí)例中節(jié)點(diǎn)E2是GOE入口邊緣,節(jié)點(diǎn)E1是GOE出口(目的)邊緣咐刨。由于GOE邊緣節(jié)點(diǎn)E2將一個包含了目的節(jié)點(diǎn)ID的GOE傳輸標(biāo)記(3000)壓入到以太網(wǎng)幀中,根端口和傳輸狀態(tài)便被設(shè)置為一個帶有根節(jié)點(diǎn)ID(即目的節(jié)點(diǎn))的輸出端口(用“Out”表示)。

此外,RSTP也管理著一個可選輸出端口(用“Aout”表示),這一端口用于物理鏈接的快速故障恢復(fù)扬霜《瘢基于這種可選的端口管理結(jié)構(gòu),無論有多少個運(yùn)行生成樹,GOE都可為帶可選端口的輸出端口提供極短的故障恢復(fù)時間。此外,我們可對RSTP樹進(jìn)行重組來升級不帶可選路由的輸出端口畜挥。

另一方面,廣播路徑也由在GOE交換機(jī)和現(xiàn)有以太網(wǎng)交換機(jī)上運(yùn)行的生成樹端口狀態(tài)決定仔粥。如果一個節(jié)點(diǎn)希望向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送廣播幀,它便選擇一個生成樹,以自己為根節(jié)點(diǎn)向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送。這種傳輸方向便是廣播路徑蟹但。廣播幀被發(fā)送到生成樹上所有狀態(tài)為“轉(zhuǎn)發(fā)”的指定端口。圖4所示為管理廣播樹的每個GOEM標(biāo)記的廣播傳輸表,它表示了一個廣播輸入(以“BPOUT”表示)决太。

值得注意的是,GOE標(biāo)記數(shù)據(jù)幀必須沿著為每個節(jié)點(diǎn)ID(VLAN ID)創(chuàng)建的生成樹傳輸蓉厕。由于原始VLAN標(biāo)記指定了雙向路徑和多點(diǎn)對多點(diǎn)共享樹路徑,在每個VLAN路徑中還會繼續(xù)使用目的MAC地址來決定單VLAN路徑在匯合點(diǎn)的輸出端口。換言之,現(xiàn)有的以太網(wǎng)交換機(jī)同時使用VLAN標(biāo)記和目的MAC地址進(jìn)行傳輸晴灿。另一方面,GOE傳輸標(biāo)記只使用VLAN標(biāo)記進(jìn)行單向傳輸,而在傳輸輸入中無需保留目的MAC地址杉漓。

供稿:NEC公司

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