光纖通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡（第5版）課件 第7章 PTNSPN分組傳送網(wǎng)絡

第7章PTN/SPN分組網(wǎng)絡內(nèi)容提要7.1PTN的概述7.2PTN基本網(wǎng)元及組網(wǎng)保護7.3PTN在傳輸網(wǎng)的組網(wǎng)應用7.4SPN概述7.5SPN網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)7.6SPN基本網(wǎng)元及組網(wǎng)保護

第7章PTN/SPN分組網(wǎng)絡PTN是基于分組交換面向連接的多業(yè)務統(tǒng)一傳送技術的網(wǎng)絡，PTN已成為全IP化的寬帶網(wǎng)絡核心技術之一，成為數(shù)據(jù)網(wǎng)和傳送網(wǎng)融合發(fā)展的重要方向之一。在PTN技術基礎上，演進出SPTN（軟件定義網(wǎng)絡SDN+PTN），又歷經(jīng)兩代演進而得到SPN（切片分組網(wǎng)絡）。

本章從技術與應用的角度，較詳細地介紹PTN和SPN的基本概念、體系結(jié)構(gòu)、業(yè)務承載與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、網(wǎng)絡安全及在3G、4G、5G傳輸承載網(wǎng)絡中的應用等內(nèi)容。7.1.1PTN的基本概念及特點1．PTN基本概念PTN是實現(xiàn)一種能夠面向連接，以分組交換為核心的，承載電信級以太網(wǎng)業(yè)務為主，兼容傳統(tǒng)TDM、ATM等業(yè)務的綜合傳送技術。它是針對分組業(yè)務流量的突發(fā)性和統(tǒng)計復用傳送的要求而設計的，目前在移動通信3G、4G基站回傳網(wǎng)（從NodeB到RNC之間或eNodeB到分組核心網(wǎng)EPC之間的信息傳輸）的IP化和寬帶化接入傳輸中得到了廣泛應用。目前，PTN己形成傳送-多協(xié)議標簽交換/多協(xié)議標簽交換-傳送架構(gòu)（T-MPLS/MPLS-TP）和運營商骨干網(wǎng)傳輸/運營商骨干橋接-流量工程（PBT/PBB-TE）兩大類主流實用技術，前者是傳輸技術與MPLS技術結(jié)合的產(chǎn)物，后者基于電信級以太網(wǎng)技術。PTN技術的演進線路如圖7-1所示。7.1PTN概述

圖7-1PTN技術的演進線路2．PTN的特點PTN技術基于分組架構(gòu)，PTN網(wǎng)絡是IP/MPLS、以太網(wǎng)和傳送網(wǎng)（如OTN、STM-N、xDSL等）三種技術相結(jié)合的產(chǎn)物，適用于承載電信運營商的無線回傳網(wǎng)絡、以太網(wǎng)專線、L2VPN及IPTV（InternetProtocolTelevision）等高品質(zhì)的多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務。PTN具有如下技術特點。2．PTN的特點

PTN具有如下技術特點。（1）基于全IP分組內(nèi)核。秉承SDH端到端連接、高性能、高可靠、易部署和維護的傳送理念，保持傳統(tǒng)的網(wǎng)絡管理能力，提供時鐘同步。（2）繼承了MPLS的轉(zhuǎn)發(fā)機制和多業(yè)務承載能力。PTN采用端到端PWE3/CES（偽線電路仿真/電路仿真業(yè)務）技術，對包括TDM/ATM/Ethernet/IP在內(nèi)的各種業(yè)務提供端到端的、專線級別的傳輸管道。（3）提供完善的QoS保障能力，將SDH、ATM和IP技術中的帶寬保證、優(yōu)先級劃分、同步等技術結(jié)合起來，實現(xiàn)承載在IP之上的QoS敏感業(yè)務的有效傳送。7.1.2PTN主流技術標準PTN有兩類主流實現(xiàn)技術是T-MPLS和PBT（或PBB-TE）。PTN有兩類主流技術標準，即T-MPLS/MPLS-TP和PBT/PBB-TE。這兩類技術具有類似的功能，都滿足面向連接、可控可管的因特網(wǎng)傳送要求，最初的T-MPLS、PBT兩類技術在后期經(jīng)技術擴展統(tǒng)一到MPLS-TP、PBB-TE。MPLS-TP、PBB-TE在具體細節(jié)上又有一定差別，在標簽轉(zhuǎn)發(fā)和多業(yè)務承載方面的主要區(qū)別如下。一是兩者采用的標簽和轉(zhuǎn)發(fā)機制不同。MPLS-TP采用MPLS的標簽交換路徑LabelSwitchPath，LSP）（局部標簽），在PTN網(wǎng)絡的核心節(jié)點進行LSP標簽交換；PBB-TE采用運營商的MAC地址+VLAN標簽（全局標簽），在中間節(jié)點不進行標簽交換，標簽處理上相對簡單一些。二是多業(yè)務承載能力不同。MPLS-TP采用偽線電路仿真（PWE3）技術來適配不同類型的客戶業(yè)務，包括以太網(wǎng)、TDM和ATM等；PBB-TE目前主要支持以太網(wǎng)專線業(yè)務。

1．MPLS-TP多協(xié)議標簽交換-傳送架構(gòu)(TransportProfileforMPLS，MPLS-TP）是從IP/MPLS發(fā)展而來的。以MPLS-TP為代表的PTN設備，作為IP/MPLS、以太網(wǎng)承載技術和傳送網(wǎng)技術相結(jié)合的產(chǎn)物，是目前CE（CarrierEthernet）的最佳實現(xiàn)技術之一。MPLS-TP是一種面向連接的分組交換網(wǎng)絡技術，利用MPLS標簽交換路徑（LSP），省去MPLS信令和IP復雜功能，支持多業(yè)務承載，獨立于客戶層和控制面，并可運行于各種物理層技術，具有強大的傳送能力（QoS、OAM和可靠性等）。MPLS-TP可以看作是基于MPLS標簽的管道技術，利用一組MPLS標簽來標識一個端到端的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。MPLS-TP的LSP分為兩層，內(nèi)層為MPLS-TP偽線（PW）層，標識業(yè)務的類型（如語音、IP數(shù)據(jù)）；外層為MPLS-TP隧道層（Tunnel），標識業(yè)務轉(zhuǎn)發(fā)路徑。2．PBB-TE運營商骨干橋接-流量工程(ProviderBackboneBridge–TrafficEngineering，PBB-TE)，是從以太網(wǎng)發(fā)展而來的、面向連接的以太網(wǎng)傳送技術。是在運營商骨干橋接（PBB）基礎上發(fā)展而來，解決了運營商和客戶之間的安全隔離，并提供了網(wǎng)路的可擴展性，PBB-TE增加了流量工程（TE）來增強了QoS能力。MPLS-TP技術可兼容以太網(wǎng)架構(gòu)。PBB-TE主要支持點到點的傳送，多點業(yè)務需要借助PBB和PLSB（運營商鏈路狀態(tài)橋接）技術的支持。由于MPLS-TP與核心網(wǎng)絡之間具有天然的互通性，因此目前MPLS-TP已成為PTN的主流實現(xiàn)技術。7.1.3PTN與MSTP和IP/MPLS的性能比較類別MSTPPTN網(wǎng)絡總體成本基于SDH體系，采用剛性管道，不具備分組的彈性和擴展性，帶寬浪費嚴重兼容MSTP/WDM/OTH主要部件，充分適應城域組網(wǎng)需求，適應網(wǎng)絡演進需求，充分保護原有投資。網(wǎng)絡總體成本低面向連接特性基于傳統(tǒng)SDH的面向連接特性相似的SDH面向連接的特性OAM&PS能力基于傳統(tǒng)SDH的OAM&PS，滿足電信級運營的要求相似的SDH的OAM&PS，滿足電信級運營的要求多業(yè)務承載能力②受SDH架構(gòu)限制，難以擴展，不符合網(wǎng)絡分組化融合的趨勢②分組架構(gòu)滿足未來網(wǎng)絡演進、業(yè)務擴展的需求端到端管理能力基于傳統(tǒng)SDH的端到端管理基于面向連接特性提供端到端的業(yè)務/通道監(jiān)控管理同步定時能力不支持時間同步，不能在分組網(wǎng)絡上為各種移動制式提供可靠的頻率和時間同步信息支持時鐘/時間同步，可以在分組網(wǎng)絡上為各種移動制式提供可靠的頻率和時間同步信息表7.1PTN與MSTP的性能比較表7.2PTN與以太網(wǎng)的性能比較類別IP/MPLSPTN網(wǎng)絡總體成本IP/MPLS技術架構(gòu)，協(xié)議處理復雜，設備功耗大，價格昂貴，網(wǎng)絡總體成本很高既可全網(wǎng)部署，也可作為網(wǎng)關接入分組網(wǎng)絡，組網(wǎng)靈活，適應網(wǎng)絡演進需求，充分保護原有投資。網(wǎng)絡總體成本低面向連接特性IP/MPLS技術，繼承了過多IP無連接的特性與SDH面向連接的特性相似OAM&PS能力①OAM主要基于MPLSOAM，在故障管理、性能監(jiān)視等方面與不如PTN的功能強大；②主要依靠RR/FRR，需要軟件控制重新路由，倒換時間偏長，很難達到電信級小于50ms的要求①基于硬件機制實現(xiàn)層次化的OAM，解決了傳統(tǒng)軟件OAM因網(wǎng)絡擴展性帶來的可靠性下降問題，且提供了延時和丟包率性能在線檢測；②保護功能完善，支持面向連接的線形/環(huán)網(wǎng)/網(wǎng)孔形保護。滿足電信級小于50ms的要求多業(yè)務承載能力通過PWE3機制支持現(xiàn)有分組業(yè)務，兼容傳統(tǒng)的TDM、ATM、FR等業(yè)務通過PWE3機制支持現(xiàn)有及未來的分組業(yè)務，兼容傳統(tǒng)的TDM、ATM、FR等業(yè)務端到端管理能力不能很好地提供端到端的管理基于面向連接特性提供端到端的管理同步定時能力不支持時鐘/時間同步，不能在分組網(wǎng)絡上為各種移動制式提供可靠的頻率和時間同步信息支持時鐘/時間同步，可以在分組網(wǎng)絡上為各種移動制式提供可靠的頻率和時間同步信息7.1.4PTN網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)1．PTN的分層結(jié)構(gòu)PTN采用分層結(jié)構(gòu)，如圖7-2所示，其中包括用戶/客戶業(yè)務層、ETH(PTH)通道層和PTN通路層、PTN段層（可選）和物理介質(zhì)層4層結(jié)構(gòu)。圖7-2PTN的分層結(jié)構(gòu)（1）用戶/客戶業(yè)務層?？杀磉_任意客戶信號如以太網(wǎng)、IP/MPLS、TDM、ATM等。（2）PTN通道層（ETH(PTH)通道層）。表示客戶業(yè)務信息的特性，等效于PWE3的偽線層（或虛通道層）。該層封裝客戶業(yè)務進虛通道（VC）層，并傳送虛通道（VC），提供客戶信號點到點、點到多點、多點到多點的傳送，提供OAM、性能監(jiān)控和子網(wǎng)連接（SNC）保護。（3）PTN通路層。該層封裝和復用的虛通道（VC），放進虛通路（VP），并傳送和交換虛通路（VP），提供通過配置的點到點和點到多點虛通路（VP）層鏈路來支持VC層。MPLS-TP的VP層即隧道層。（4）PTN段層。表示相鄰的虛層連接，如SDH、OTN、以太網(wǎng)或者波長通道，主要用來提供虛段（VS）層信號的OAM功能。（5）物理介質(zhì)層：表示所使用的傳輸介質(zhì)，如光纖、銅纜、微波等。

2．PTN的功能平面

PTN的功能平面由3個層面組成，即傳送平面、控制平面和管理平面，如圖7-3所示。圖7-3PTN的功能平面（1）傳送平面?zhèn)魉推矫嫣峁﹥牲c之間用戶分組信息傳送，也提供控制和網(wǎng)絡管理信息的傳送。傳送平面實現(xiàn)對UNI接口的業(yè)務適配、基于標簽的業(yè)務報文轉(zhuǎn)發(fā)和交換、業(yè)務的服務質(zhì)量（QoS）處理、面向連接的操作管理維護（OAM）和保護恢復、同步信息的處理和傳送及線路接口的適配等功能。傳送平面上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)是基于標簽進行的。由于MPLS-TP與PBB-TE的實現(xiàn)技術不同，因而各自所采用的標簽也不同。

（2）控制平面控制平面是由信令網(wǎng)絡支撐的，其中包括能夠提供路由、信令、資源管理等特定功能的一系列控制元件?？刂破矫娴闹饕δ馨ㄍㄟ^信令支持建立、拆除和維護端到端連接的能力；通過選路為連接選擇合適的路由；網(wǎng)絡發(fā)生故障時，執(zhí)行保護和恢復功能；自動發(fā)現(xiàn)鄰居關系和鏈路信息，發(fā)布鏈路狀態(tài)信息，以支持連接建立、拆除及保護恢復功能。

（3）管理平面管理平面實現(xiàn)網(wǎng)元級和子網(wǎng)級的拓撲管理、配置管理、故障管理、性能管理、計費管理和安全管理等功能。

7.2PTN基本網(wǎng)元及組網(wǎng)保護7.2.1PTN基本網(wǎng)元根據(jù)網(wǎng)元在一個網(wǎng)絡中所處的位置不同，PTN網(wǎng)元可分為PTN網(wǎng)絡邊緣網(wǎng)元（PE）和PTN網(wǎng)絡核心網(wǎng)元（P）兩類。PE是與客戶網(wǎng)邊緣設備（CE）直接相連的PTN網(wǎng)元則稱為邊緣網(wǎng)元（PE）。而PTN中進行VP隧道轉(zhuǎn)發(fā)或交換的網(wǎng)元則稱為核心網(wǎng)元（P）。PTN網(wǎng)元在網(wǎng)絡中所處位置如圖7-4所示。圖7-4PTN網(wǎng)元在網(wǎng)絡中所處位置網(wǎng)絡入口標簽邊緣交換路由器（PE）用于識別用戶業(yè)務，進行接入控制，將業(yè)務的優(yōu)先級映射到隧道的優(yōu)先級；標簽轉(zhuǎn)發(fā)或交換路由器網(wǎng)元（P）根據(jù)隧道優(yōu)先級進行調(diào)度；網(wǎng)絡出口PE用于彈出隧道層標簽，還原業(yè)務自身攜帶的QoS信息。圖7-4所示為PTN提供端到端的區(qū)分服務。需要說明的是，PE和P均具有邏輯處理功能。通常對任意給出的VP管道而言，一個特定的PTN網(wǎng)元只能承擔PE或P的一種功能。而對于某一PTN網(wǎng)元所同時承載的多條VP管道而言，該PTN網(wǎng)元可能既是PE，又P。7.2.2PTN網(wǎng)元的功能結(jié)構(gòu)

PTN網(wǎng)元的功能模塊是由傳送平面、控制平面、管理平面及接口構(gòu)成，如圖7-5所示。圖7-5PTN網(wǎng)元的功能模塊示意圖

1．傳送平面接口

傳送平面接口包括客戶網(wǎng)絡接口（UNI）和網(wǎng)絡-網(wǎng)絡接口（NNI）兩類。①UNI：用于連接PTN網(wǎng)元和客戶設備的接口，其中的客戶設備接口可以是FE/GE/10GE等以太網(wǎng)接口，也可以是通道化的STM-1（VC-12）接口或STM-1（VC-4）接口（可選）或者PDHEl或IMA（ATM反向復用）El接口（可選）。②NNI：用于連接兩個PTN網(wǎng)元的接口，分為域內(nèi)接口（IaDI）和域外接口（IrDI），具體可使用GE/10GE接口，也可使用SDH或OTN接口（可選）。

2．控制接口

控制平面由提供路由和信令等特定功能的一組控制元件組成，并用信令網(wǎng)作為支撐。通過控制平面接口可完成控制平面元件之間的互操作及元件之間的通信信息流傳遞。

3．管理接口

PTN管理系統(tǒng)能夠提供端到端、在管理域內(nèi)或域間的故障管理、配置管理和性能管理。通過管理接口可完成用于實現(xiàn)網(wǎng)元級和子網(wǎng)級管理的信息流傳送。7.2.3PTN基本網(wǎng)元的工作過程PTN強調(diào)分組傳送，實施面向連接的多業(yè)務全IP化統(tǒng)一傳送過程，如圖7-6所示。PTN具有支持TDME1/IMAE1/POSSTM-N/STM-N/FE/GE/10GE等多種接口。接入鏈路（AC）定義為CE到PE之間的虛鏈路。圖7-6

PTN多業(yè)務全IP化統(tǒng)一傳送原理圖PWE3是一種端到端的業(yè)務偽線電路仿真技術，是一種業(yè)務仿真機制。PWE3用于在IP或MPLS包交換網(wǎng)絡（PSN）中模擬（仿真）如以太網(wǎng)、ATM、TDM等電信業(yè)務的本質(zhì)特性，并對要傳輸?shù)脑紭I(yè)務提供封裝，在封裝時盡可能真實地模擬業(yè)務的行為和特征，管理時延和順序，并在MPLS網(wǎng)絡中構(gòu)建起標簽交換路徑（LSP）隧道，以透明傳遞客戶邊緣設備的各種二層業(yè)務。PWE3可實現(xiàn)TDM/ATM/IMA的協(xié)議處理、業(yè)務感知和按需配置。接收端對接收到的業(yè)務進行解封裝、幀校驗、重新排序等處理后還原成原始業(yè)務。

為了使兩個客戶網(wǎng)絡邊緣設備（CE1、CE2）能夠在包交換網(wǎng)絡上進行通信，兩個邊緣路由器設備（PE1、PE2）之間需要提供一個或多個偽線通道（PW）。PW實際表示端到端的連接，通過隧道（Tunnel）承載，在PTN內(nèi)部網(wǎng)絡不可見偽線通道（PW）。就像是一條本地AC到對端AC之間一條直連通路，對于CE設備來說，核心網(wǎng)也是透明的。原始數(shù)據(jù)單元（如比特、信元、數(shù)據(jù)報文等）通過接入鏈路AC（AC是CE到PE之間的虛鏈路），傳送而到達PE，并且被封裝進PW報文，然后通過下層包交換網(wǎng)絡承載。PE設備具有對PW報文進行封裝、解封裝，以及其他像報文順序或者定時等PW偽線技術需要的功能。在PTN網(wǎng)絡中，客戶數(shù)據(jù)被分配兩類標簽，即業(yè)務類別的偽線通道（PW）標簽和交換路徑隧道（Tunnel）標簽，如圖7-7所示。圖7-7PTN的兩類標簽示例TDMtoPWE3具有支持透傳模式和凈荷提取模式。在透傳模式下，不感知TDM業(yè)務結(jié)構(gòu)，將TDM業(yè)務視作速率恒定的比特流，以字節(jié)為單位進行TDM業(yè)務的透傳；對于凈荷提取模式感知TDM業(yè)務的幀結(jié)構(gòu)/定幀方式/時隙信息等，將TDM凈荷取出后再順序裝入分組報文凈荷傳送。ATMtoPWE3具有支持單/多信元封裝，多信元封裝會增加網(wǎng)絡時延，需要結(jié)合網(wǎng)絡環(huán)境和業(yè)務要求綜合考慮。EthernettoPWE3具有支持無控制字的方式和有控制字的傳送方式。PTN的MPLS-TP用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程，如圖7-8所示。

圖7-8用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程分為三步一是用戶數(shù)據(jù)進入PTN網(wǎng)絡的標簽邊緣交換路由器PE，被封裝進PW報文，并加上業(yè)務類別的PW標簽號（PW_L）和交換路徑的隧道標簽號（tunnel_Lx）；二是在MPLS網(wǎng)絡中PW報文每經(jīng)過一個標簽交換路由器P時，保留PW標簽號（PW_L）轉(zhuǎn)發(fā)隧道標簽號（如tunnel_Ly、tunnel_L3）；三是當PW報文要離開PTN網(wǎng)絡的PE時，剝離標簽還原成用戶數(shù)據(jù)。

7.2.4PTN組網(wǎng)保護機制

PTN的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及保護機制與SDH網(wǎng)絡相似。這里只對PTN鏈型網(wǎng)絡、環(huán)型網(wǎng)絡和網(wǎng)絡邊緣保護機制作簡單介紹。1．鏈型網(wǎng)絡保護倒換PTN鏈型網(wǎng)絡保護倒換分為單向1+1MPLS-TP路徑保護倒換和雙向1:1MPLS-TP路徑保護倒換兩種。這種保護方式在某種程度上類似SDH的1+1和1:1保護方式。這種模式可應用于如基站回傳以及大客戶專線等重大業(yè)務中，以保障端到端的傳輸質(zhì)量。在單向1+1MPLS-TP路徑保護倒換中，通常情況下，發(fā)端業(yè)務同時輸入到S1工作光纖和P1保護光纖傳送實體中，同時傳輸?shù)浇邮斩?，接收端接收S1工作光纖傳送的業(yè)務信號。當S1工作光纖發(fā)生重大故障后，接收端接收P1保護光纖傳送的業(yè)務信號即“雙發(fā)選收”，如圖7-9所示。圖7-9單向1+1MPLS-TP路徑保護倒換在雙向1:lMPLS-TP路徑保護倒換中，常情況下，業(yè)務信號利用S1工作纖傳送，P1保護纖傳送額外業(yè)務信號。當S1工作纖發(fā)生重大故障后，業(yè)務信號利用P1保護光纖傳送，接收端選擇P1光纖接收業(yè)務信號，如圖7-10所示。圖7-10雙向1：1MPLS-TP路徑保護倒換2．環(huán)型網(wǎng)絡保護倒換

PTN環(huán)型網(wǎng)絡保護倒換分為環(huán)回和轉(zhuǎn)向兩種。環(huán)回保護的工作原理與SDH復用段保護很相似。當檢測到網(wǎng)絡故障導致業(yè)務信號傳送失效時，故障兩側(cè)網(wǎng)元發(fā)出倒換請求，業(yè)務信號將利用倒換開關重構(gòu)的路徑繼續(xù)傳送，當網(wǎng)絡故障清除時，業(yè)務信號依據(jù)APS協(xié)議返回原工作路徑傳送，如圖7-11所示。圖7-11環(huán)型保護倒換3．網(wǎng)絡邊緣保護機制網(wǎng)絡邊緣保護機制即雙歸屬保護機制，其工作原理是：當PTN接入環(huán)與匯聚環(huán)相連時，如果接入環(huán)掛在兩個匯聚網(wǎng)元下就叫歸屬。PTN在與RNC接入連接過程中采用雙歸屬保護，這樣當主用路徑失效時，可將業(yè)務切換到保護路徑進行傳送（類似雙發(fā)選收），在此過程中保證業(yè)務不中斷，其組網(wǎng)模型如圖7-12所示。圖7-12雙歸屬保護倒換7.3PTN在傳輸網(wǎng)的組網(wǎng)應用傳送網(wǎng)從MSTP到PTN是大勢所趨。在網(wǎng)絡向全IP化演進的大背景下，在終端如手機、PC已經(jīng)以IP為基礎實現(xiàn)各種各樣的業(yè)務接入，PTN出現(xiàn)是必然的?；赑TN網(wǎng)元設備，PTN的具體組網(wǎng)策略已成為各移動運營商關注的焦點。一個完整的全程全網(wǎng)，大概分為接入網(wǎng)（接入層）、城域網(wǎng)（核心層/匯聚層）、骨干網(wǎng)。對于骨干網(wǎng)的干線傳輸一般采用SDH設備、OTN設備或DWDM設備。PTN的優(yōu)勢非常適用于城域網(wǎng)的核心層/匯聚層、接入層IP化業(yè)務量大、突發(fā)性強的特點，如圖7-13所示。圖7-13PTN在移動傳輸網(wǎng)絡中的應用定位正在研究新型PTN技術在省內(nèi)核心層組網(wǎng)的使用方案，如圖7-14所示。圖中的地市核心層PTN網(wǎng)絡與省會城市核心層PTN網(wǎng)絡的傳輸連接，是通過OTN干線系統(tǒng)匯聚，再通過OTN通道完成傳輸。圖7-14新型PTN核心層組網(wǎng)方案在地市核心層網(wǎng)絡至省會城市核心層網(wǎng)絡，省干線網(wǎng)絡都可以全部采用PTN組網(wǎng)，PTN分組傳送平面進行獨立規(guī)劃和維護。地市核心層PTN省干線網(wǎng)絡與省會城市核心層PTN網(wǎng)絡的傳輸連接，是通過PTN省干線環(huán)網(wǎng)完成傳輸。如圖7-15所示。圖7-15環(huán)型PTN省干線和核心層組網(wǎng)方案客戶邊緣設備（CE）連接邊緣交換路由器網(wǎng)元（PE），PE通過偽線通道（PW）連接核心側(cè)交換PE設備（S-PE）。S-PE在MPLS-TP核心網(wǎng)中通過PW相互連接。PTN技術在電信級MPLS-TP匯聚網(wǎng)絡和MPLS-TP運營級以太網(wǎng)組網(wǎng)的應用，如圖7-16所示。圖7-16MPLS-TP運營級以太網(wǎng)組網(wǎng)應用根據(jù)PTN現(xiàn)有網(wǎng)元設備，PTN的應用主要定位于移動基站回傳信號的組網(wǎng)應用，如圖7-17所示。結(jié)合5G回傳網(wǎng)絡的特征，我國四大運營商都已明確前期的5G回傳網(wǎng)絡技術路線選擇，中國移動的5G新建傳輸網(wǎng)絡將采用切片分組傳送（SPN）技術方案；中國電信和中國聯(lián)通在城域主要采用現(xiàn)網(wǎng)IPRAN擴容或新建IPRAN增強SR（SegmentRouting，段路由）和EVPN（EthernetVirtualPrivateNetwork，以太網(wǎng)VPN）技術方案，在省內(nèi)干線主要采用IP承載網(wǎng)overWDM/OTN的聯(lián)合組網(wǎng)方案。圖7-17PTN在3G、4G移動通信組網(wǎng)應用7.4SPN概述中國移動在4G時代大規(guī)模部署了PTN設備，構(gòu)建了自接入網(wǎng)至核心網(wǎng)的一整套完善的PTN網(wǎng)絡，較好地實現(xiàn)了LTE業(yè)務的回傳及承載。隨著5G時代電信業(yè)務帶來巨大變化對承載網(wǎng)提出了高帶寬可擴展、低時延、大連接、基礎業(yè)務時間同步、業(yè)務靈活切片、智能管控等多種承載需求，有的PTN網(wǎng)絡目前難以滿足未來5G業(yè)務發(fā)展的承載需求?；诖?，運營商主動尋求面向5G業(yè)務的新的承載技術及方案體系，中國移動主導的切片分組網(wǎng)絡（SlicingPacketNetwork，SPN）技術應運而生。7.4.1SPN的基本概念及特點1.SPN的基本概念切片分組網(wǎng)絡（SPN）是中國移動聯(lián)合華為等設備廠商面向5G承載提出的創(chuàng)新切片分組傳送技術體系，是對分組傳送網(wǎng)PTN技術的繼承，并在此基礎上進行了增強和創(chuàng)新。SPN是面向業(yè)務的內(nèi)網(wǎng)安全解決方案，即加密虛擬網(wǎng)絡。SPN是一種新型綜合業(yè)務承載網(wǎng)，融合了L0~L3層技術，同時提供端到端硬隔離管道和分組交換能力。SPN由三個子層構(gòu)成：負責L2和L3轉(zhuǎn)發(fā)的切片分組層（SPL）支持MPLS-TP和分段路由（SR）技術；負責L1轉(zhuǎn)發(fā)的切片通道層對應城域傳送網(wǎng)(MTN)的段層和通路層，并對應ITU-TG.mtn相關標準；負責L0傳輸?shù)那衅瑐魉蛯犹峁┪锢斫橘|(zhì)的光傳輸接口服務。SPN采用軟件定義網(wǎng)絡（SDN）架構(gòu)，具備業(yè)務靈活調(diào)度、高可靠性、低時延、高精度時鐘、易運維、嚴格QoS保障等屬性，同具備管控MTN硬切片和分組軟切片能力。2.SPN的特點

面向5G新需求，具有以下特點:（1）面向大帶寬和靈活轉(zhuǎn)發(fā)需求，引入L3靈活調(diào)度及DWDM光層，同時融合一層到三層的轉(zhuǎn)發(fā)能力；（2）滿足超低時延及垂直行業(yè)隔離需求，需同時支持軟、硬隔離切片，融合TDM和分組交換；（3）引入了SDN架構(gòu)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離，利用集中化的控制面實現(xiàn)全局視角的業(yè)務調(diào)度。同時，SPN兼容已有的分組功能，并針對5G需求引入新功能和提升性能。7.4.2SPN技術標準據(jù)悉，中國移動現(xiàn)已聯(lián)合中國信通院、華為、中興、烽火、博通、VIAVI等國內(nèi)外成員向ITU-T提交了數(shù)百篇SPN文稿，致力于推動SPN核心技術被國際標準采納。經(jīng)過幾年時間的推動，SPN在ITU-T形成了MTN系列標準，包括MTN接口（G.8312）、架構(gòu)（G.8310）、設備（G.8321）、保護（G.8331）、管控（G.8350）、同步（G.mtn-sync）和演進（G.sup.mtn-migration）等7項標準，標志著SPN的核心技術MTN成為ITU-T的下一代傳送網(wǎng)技術體系，SPN也首次實現(xiàn)了我國整體原始創(chuàng)新技術在ITU-TSG15的國際標準化。截止2023年，G.mtn-sync標準最終獲得通過并發(fā)布。SPN/G.MTN系列的技術標準體系已基本形成。圖7-18SPN/MTN系列的技術標準7.4.3SPN與PTN性能比較網(wǎng)絡分層主要功能PTNSPNSPN的創(chuàng)新點L2和L3分組轉(zhuǎn)發(fā)層網(wǎng)絡連接、OAM、保護、統(tǒng)計復用和QoS保障能力。MPLS-TP（直向傳送的隧道技術）SR-TP（面向傳送的分段路由技術）SR-BE（盡力而為的分段路由技術）SPN引入SR-TP實現(xiàn)可管可控的L3隧道，構(gòu)建端到端L3的部署業(yè)務模型，并引入集中管控L3控制平面。SPN通過管控融合SDN平臺，實現(xiàn)對網(wǎng)元物理資源（如轉(zhuǎn)發(fā)，計算，存儲等資源)進行邏輯抽象和虛擬化，形成虛擬資源，并按需組織形成虛擬網(wǎng)絡，呈現(xiàn)一個物理網(wǎng)絡、多種組網(wǎng)架構(gòu)網(wǎng)絡形態(tài)，為用戶提供了一個開放，靈活，高效的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)。L1TDM通道層TDM通道隔離、調(diào)度復用、OAM和保護功能。TDM通道MTN通道服務于網(wǎng)絡切片所需的硬管道隔離，提供低時延保證。在SPN技術體系中為SCL(切片通道層)。L1數(shù)據(jù)鏈路層提供L1通道到光層的適配以太網(wǎng)以太網(wǎng)和FlexE(靈活以太網(wǎng))、MTN段層技術SPN引入FlexE接口，在以太網(wǎng)技術的基礎上實現(xiàn)了業(yè)務速率和物理通道速率的解耦，物理接口速率不必再等于客戶業(yè)務速率，可以是靈活的其它速率。MTN段層技術借鑒了FlexE的設計邏輯，保留了對于移動承載場景中的必要功能，未來可能會支持新的接口功能，例如支持新的接口粒度，提升接口效率和鏈路可靠性等。L0光傳輸層物理層，提供光接口或者多波長傳輸、調(diào)度和組網(wǎng)灰光或者DWDM彩光灰光或DWDM彩光SPN引入以太網(wǎng)灰光PAM4(4級脈沖幅度調(diào)制）技術，并結(jié)合WDM(波分復用）技術實現(xiàn)城域和本地網(wǎng)傳輸成本優(yōu)化。SPN與PTN的主要功能及特點比較如表7.3所示。表7.3SPN與PTN的比較7.5SPN網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)

SPN基于以太網(wǎng)傳輸架構(gòu)，繼承了PTN傳輸方案的功能特性，并在此基礎上進行了增強和創(chuàng)新，主要創(chuàng)新點在于SPN在以太網(wǎng)物理層中增加一個輕量化的TDM層，在當前分組技術不變的情況下，分組設備也能獲得網(wǎng)絡切片之間硬隔離與確定性低時延轉(zhuǎn)發(fā)的能力。由于支持分組與TDM的融合、支持低時延和網(wǎng)絡切片、兼容以太網(wǎng)生態(tài)鏈、具備成本大幅優(yōu)化空間，SPN一經(jīng)提出便受到產(chǎn)業(yè)界的廣泛關注和支持。7.5.1SPN分層結(jié)構(gòu)SPN采用ITU-T的網(wǎng)絡分層結(jié)構(gòu)模型，對網(wǎng)絡架構(gòu)進行分層建模，分為切片分組層（SlicingPacketLayer，SPL）、切片通道層（SlicingChannelLayer，SCL）、切片傳送層（SlicingTransportLayer，STL），以及時間/時鐘同步平面和管理/控制平面，如圖7-19所示。該模型以以太網(wǎng)為基礎技術，支持對IP、以太網(wǎng)、恒定比特率（CBR）業(yè)務的綜合承載。圖7-19SPN網(wǎng)絡分層結(jié)構(gòu)模型（1）切片分組層（SPL）：SPL實現(xiàn)對IP、Ethernet、CBR業(yè)務的尋址轉(zhuǎn)發(fā)和承載管道封裝，提供L2VPN、L3VPN等多種業(yè)務的分組交換和轉(zhuǎn)發(fā)能力。SPL基于IP/MPLS/802.1Q/物理端口等多種尋址機制進行業(yè)務映射，提供對業(yè)務的識別、分流和QoS保障處理。對分組業(yè)務，SPL層基于分段路由（SR）的增強SR-TP（SegmentRoutingTransportProfile–TrafficEngineering，基于流量工程的段路由傳送子集)隧道，提供面向連接的業(yè)務承載；（2）切片通道層（SCL）：可為網(wǎng)絡業(yè)務切片提供端到端通道化硬隔離，通過創(chuàng)新的切片以太網(wǎng)（SE）技術，對以太網(wǎng)物理接口、FlexE(FlexEthernet，靈活以太網(wǎng))綁定組實現(xiàn)時隙化處理，提供端到端基于以太網(wǎng)的虛擬網(wǎng)絡連接能力，為多業(yè)務承載提供基于L1的低時延、硬隔離切片通道，提供基于SE通道的OAM和保護功能，可實現(xiàn)端到端的切片通道層的性能檢測和故障恢復能力。（3）切片傳送層（STL）：基于IEEE802.3以太網(wǎng)物理層技術和OIFFlexE技術，實現(xiàn)高效的大帶寬傳送能力。OIFFlexE技術兼容的以太網(wǎng)物理層包括50GE、100GE、200GE、400GE等新型高速率以太網(wǎng)接口，利用廣泛的以太網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，支撐低成本大帶寬建網(wǎng)，支持單跳80km的主流組網(wǎng)應用。對于帶寬擴展性和傳輸距離存在更高要求的應用，SPN在切片傳送層采用以太網(wǎng)+DWDM的技術，實現(xiàn)10Tbit/s級別容量和數(shù)百千米的大容量長距離組網(wǎng)應用。（4）時間/時鐘同步平面：在核心節(jié)點支持部署高精度時鐘源，具備基于IEEE1588v2的高精度時間同步傳送能力，可滿足5G基本業(yè)務的同步需求。另外，還需要支撐5G協(xié)同業(yè)務場景的高精度時間同步。（5）管理/控制平面：具備面向SDN架構(gòu)的管理、控制能力，通過標準化的模型、接口，提供業(yè)務和網(wǎng)絡資源的靈活配置服務，并具備自動化和智能化的網(wǎng)絡運維能力。7.5.2SPN技術特征（1）以太網(wǎng)內(nèi)核。以太網(wǎng)技術（IEEE802.3以太網(wǎng)、OIF靈活以太網(wǎng)、切片以太網(wǎng)）為基礎，提供低成本、大帶寬承載管道。（2）多層網(wǎng)絡技術融合。利用IP、以太網(wǎng)和光的高效融合，實現(xiàn)從L0～L3的多層次組網(wǎng)，構(gòu)建多種類型的管道提供能力。通過以太分組包調(diào)度，支持分組業(yè)務的統(tǒng)計復用和靈活連接調(diào)度；通過切片以太網(wǎng)碼流調(diào)度，提供極低時延的業(yè)務承載管道；通過光層波長調(diào)度，支持大帶寬平滑擴容和大顆粒業(yè)務傳輸。（3）軟硬切片。同時提供“高可靠硬隔離的硬切片”和“彈性可擴展的軟切片”能力，具備在一張物理網(wǎng)絡上進行資源切片隔離，形成多個虛擬網(wǎng)絡，為多種業(yè)務提供差異化SLA（ServiceLevelAgreement，服務等級協(xié)定）的承載服務能力。硬切片為專線和超高可靠低時延通信（uRLLC）等業(yè)務提供低時延和帶寬保障。軟切片為增強移動寬帶（eMBB）、海量機器類通信（mMTC）等分組業(yè)務提供大帶寬和差異化SLA服務。（4）SDN集中管控。實現(xiàn)開放、敏捷、高效的網(wǎng)絡運營和運維體系，以及運維自動化、感知網(wǎng)絡狀態(tài)和網(wǎng)絡自優(yōu)化能力。同時，基于SDN管控融合架構(gòu)提供簡化網(wǎng)絡協(xié)議、開放網(wǎng)絡、跨網(wǎng)絡域/技術域的業(yè)務協(xié)同等能力。（5）電信級可靠性。具備網(wǎng)絡級的分層OAM和保護能力，支持對網(wǎng)絡中各邏輯層次、各類網(wǎng)絡連接、各類業(yè)務通過OAM進行監(jiān)控，實現(xiàn)全方位網(wǎng)絡保護，支撐高可靠的承載服務。（6）高精度同步。具備帶內(nèi)同步傳輸能力，實現(xiàn)高可靠、高精度、高效率的時鐘和時間同步傳輸。7.6SPN基本網(wǎng)元及組網(wǎng)保護7.6.1SPN基本網(wǎng)元根據(jù)在骨干和城域傳送網(wǎng)的應用位置，SPN網(wǎng)元可分為核心層網(wǎng)元、匯聚層網(wǎng)元和接入層網(wǎng)元三類設備形態(tài)。SPN網(wǎng)元分類與PTN網(wǎng)元的分類非常類似，根據(jù)SPN網(wǎng)元在一個網(wǎng)絡中所處的位置，SPN網(wǎng)元可分不同種類的網(wǎng)元設備。由圖7-20可知，5G基站gNodeB連接至SPN接入網(wǎng)的網(wǎng)元UPE（Userfacing-ProviderEdge，靠近用戶側(cè)的PE設備），然后通過接入網(wǎng)接入到SPN匯聚網(wǎng)的網(wǎng)元SPE（ServiceProvider-endEdge，運營商側(cè)PE設備），SPN匯聚網(wǎng)的網(wǎng)元SPE再接入到SPN核心網(wǎng)的網(wǎng)元NPE（NetworkProvider-endEdge，靠近網(wǎng)絡的PE設備）設備，最后接到地市核心網(wǎng)的UPF（用戶面功能實體）。這里的PE為網(wǎng)絡邊緣路交換由器網(wǎng)元設備。圖7-20SPN網(wǎng)元在網(wǎng)絡中所處的位置7.6.2SPN網(wǎng)元的功能結(jié)構(gòu)

SPN網(wǎng)元的功能結(jié)構(gòu)是由轉(zhuǎn)發(fā)平面、管理平面和控制平面及相應接口構(gòu)成，其功能模塊如圖7-21所示。圖7-21SPN網(wǎng)元的功能模塊結(jié)構(gòu)1．轉(zhuǎn)發(fā)平面及接口轉(zhuǎn)發(fā)平面包括電傳送層的分組轉(zhuǎn)發(fā)和交換、S-XC交叉、OAM、保護、QoS、同步功能模塊以及光介質(zhì)層功能模塊。轉(zhuǎn)發(fā)平面接口包括客戶網(wǎng)絡接口（UNI）和網(wǎng)絡-網(wǎng)絡接口（NNI）兩類。在轉(zhuǎn)發(fā)平面接口采用UNI和NNI接口與其他設備相連。在管理和控制平面通過帶外管理接口、控制接口與網(wǎng)絡管控系統(tǒng)相連，或通過UNI和NNI的帶內(nèi)DCN與其他設備相連。UNI是用于連接SPN網(wǎng)元和客戶設備的接口，其中的客戶設備接口可以是TDM接口、FE/E/10GE以太網(wǎng)接口等。NNI是用于連接兩個SPN網(wǎng)元的接口，分為以太網(wǎng)接口和MTN接口,也可使用SDH或OTN接口（可選）。2．管理平面及接口

SPN管理系統(tǒng)致力于提供全面的端到端管理功能，涵蓋配置管理、故障管理、性能管理和安全管理，無論是在單一管理域內(nèi)還是跨域管理。通過管理平面的接口，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)元級別和子網(wǎng)級別的信息流有效傳遞，確保管理任務的高效執(zhí)行。3．控制平面及接口

SPN控制平面由一系列控制元件構(gòu)成，這些元件負責執(zhí)行拓撲路由、控制信令和資源管理等關鍵功能，并以信令網(wǎng)絡為支撐。控制平面的接口允許控制元件之間進行無縫互操作，同時確保信息流在各個元件間的順暢傳遞，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡的高效運作和精確控制。7