PTN关键技术VPLS技术白皮书Word格式文档下载.docx
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在过去的十年，以太网技术得到了迅速的发展和广泛的应用，速率从iom到ioom到iooom部署成本也越来越低。
以太网技术不但
在企业网得到广泛应用，在运营网络，特别是MAN（城域网）也日渐增多。
由于的高带宽和低成
本，以太网有很强的竞争力，为了能在MAN/WA上提供类似以太网的多点服务，VPLS应运而生。
2技术简介
VPLS即VirtualPrivateLANServices（虚拟专用LAN业务），是一种在MPL网络上提供类
似LAN的—种业务，它可以使用户从多个地理位置分散的点同时接入网络，相互访问，就像这些点直接接入到LAN上一样。
VPLS使用户延伸他们的LAN到MAN甚至WA上。
图1是一个VPLS勺典型组网图。
加入VPLS的接口支持广播，转发和过滤以太网帧。
PE之间通
过PW（PseudoWire）互相连接，对客户形成一个仿真LAN每个PE不但要学习从PWO勺以太网报
文的MA（地址，也要学习所连接CE来的MA（地址。
PW!
常使用MPLS隧道，也可以使用其他任何隧道，如GRE,L2TPV3,TE等。
PE!
常是MPL边缘路由器，并能够建立到其他PE的隧道。
图1VPLS典型组网图
2.1VPLSPV建立的两种信令方式
PW隧道的建立常用有两种信令：
LDP（draft-ietf-l2vpn_vpls_ldp_xx）和MP-BGP
（draft-ietf-l2vpn_vpls_bgp_xx）。
采用LDP乍信令时，通过扩展标准LDP的TLV来携带VPLS勺信息，增加了128类型和129类型的
FECTLV。
建立PW时的标签分配顺序采用DU（downstreamunsolicited）模式，标签保留模式采
用liberallabelretention。
用来交换VC言令的LDP连接需要配置成Remote方式
下图是一个采用LDP方式作信令的PV建立与拆除的典型过程。
当PE1配置了一个VSI（Virtual
SwitchInstanee）并指定PE2为其peer后，如果PE1与PE2间的ldpsession已经建立就会分配一个
标签并给PE2发送mapping消息。
PE2收到mapping消息后检查本地是否也配置了同样的VSI,如果配置了，并且vsiid与封装类型都相同，则说明这两个PE上的vsi都在一个vpn，如果彼此接口参数都一致，则PE2端的PV就建立起来了。
PE1收到PE2的mapping消息后作同样的检查和处理。
当PW不想再转发PE2的报文（例如用户撤销指定PE2为peer）时，它发送withdraw消息给PE2,
PE2收到withdraw消息后拆除PW并回应release消息，PE1收到release消息后释放标签，拆除PW
配置一个凋i,井指圭PEi^peer
接口琴数匹配*PWup
撒誚PW，
PWdown
图2用LDP乍信令时PW勺建立/拆除过程
采用BG作信令时，利用BGP勺多协议扩展（RFC2283传递VPLS成员信息。
其中MP-reach和MP-unreach属性传递vpls的标签信息，接口参数信息在扩展团体属性中传递，VPN成员关系靠
RD（routedistinguish）和VPN-TARGE来确定，RD^DVPN-TARGET在扩展团体属性中传递。
下图是一个采用BG方式作信令的PV建立与拆除的典型过程。
SwitchInstanee），建立了到PE2的BGPsession，并且在改session上使能VPLS地址族后，如果
PE1与PE2间的BGPsession已经建立就会分配一个标签并给PE2发送带MP-REAC属性的update消
息。
PE2I攵到update消息后检查本地是否也配置了同样的VSI,如果配置了并且VPN-TARGE匹配（与
L3VPN勺匹配含义相同），则说明这两个PE上的VSI都在一个VPN如果此时接口参数都一致则PE2
端的PV就建立起来了。
PE1I攵到PE2的update消息后作同样的检查和处理。
当PW不想再转发PE2的报文（例如用户撤销指定PE2为peer）时，它发送带MP-UNREACH性
的update消息给PE2,同时拆除PW释放标签。
PE2|攵到update消息后拆除PW
图3用LDP乍信令时PW勺建立/拆除过程
采用LDP协议比较简单，对PE设备要求相对较低，LDP不能提供VPN成员自动发现机制，需要手工配置；
采用BGP协议要求PE运行BGP对PE要求较高，可以提供VPN成员自动发现机制，用户使用简单。
其次，LDF方式需要在每两个PE之间建立remotesession，其session数与PE数的平方成正比；
而用BG方式可以利用RR（RouteReflector）降低bgp连接数，从而提高网络的可扩展性。
第三，LDP方式分配标签是对每个PE分配一个标签，需要的时候才分配；
BGF方式则是分配一
个标签块，对标签有一定浪费。
第四，LDP方式在增加PE寸需要在每个PE上都配置到新PB的PV；
而bgp方式只要PE数没有超过标签块大小就不需要修改PEh的配置。
只需配置新的P巳第五，在
跨域时，LDP方式必须保证所有域中配置的VPLSinstanee都使用同一个VSIID值空间，BG方式采用vpntarget识别VPf关系，需要相同的VPNTARGE空间。
信令方
属性7-1式,.
LDP方式
BG方式
对PE勺能力要求
一般
高
支持自动发现
否
是
属性式
LDF方式
实现复杂度
低
可扩展性
差
好
标签利用率
配置工作量
大
小
跨域时的限制
表1VPL沖两种信令方式的比较
综合上述特点，BG方式适合用在大型网络核心层，PE本身运行BG以及有跨域需求的情况。
LDP方式适合用在VPLS勺site点比较少，不需要或很少跨域的情况，特别是PE不运行BGP勺时候。
当VPLS网络比较大时（节点多，地理围大），可以采用两种方式结合的HVPLS（分层VPLS:
hierarchicalVPLS），核心层使用BGPT式，接入层使用LDP方式。
2.2报文转发
整个VPLS^络就像一个巨大的交换机，它通过在每个VPN的各个SITE之间建立PVV并通过PW
将用户二层报文在站点间透传。
对于PE设备，它会在转发报文的同时学习源MA并建立MA转发表项完成MA（地址与用户接入接口（AC）和虚链路（PW）的映射关系。
对于P设备，只需要完成依据MPLS标签进行MPLS专发，不关心MPL报文部封装的二层用户报文。
2.2.1VPLS网络的基本传输构件
VPLS网络的基本传输构件及作用如下：
1）接入链路（AttachmentCircuit,AC）:
CE到PE之间的连接链路或虚链路。
ACk的所有
用户报文一般都要求原封不动的转发到对端SITE去，包括用户的二三层协议报文。
2）虚链路（PseudoWire,PV）:
简单的说，虚连接就是VC加隧道，隧道可以是LSP,L2TPV3,
或者是TE。
虚连接是有方向的，VPLS^虚连接的建立是需要通过信令（LDP或者BGP来传递VC信息，
然后通过VSI管理来将VC信息和隧道管理，形成一个PWPW对于VPLS系统来说，就像是一条本地
AC到对端AC之间的一条直连通道，完成用户的二层数据透传。
3）转发器（Forwarders）:
PE|攵到ACh送的数据帧，由转发器选定转发报文使用的PW转
发器事实上就是VPLS的转发表。
4）隧道（Tunnels）:
用于承载PW一条隧道上可以承载多条PW一般情况下为MPL隧道。
隧道是一条本地PE与对端PE之间的直连通道，完成PE之间的数据透传。
5）封装（Encapsulation）：
PW上传输的报文使用标准的P圍装格式和技术。
PV上的VPLS
报文封装有两种模式：
Tagged和RaW莫式。
6）PW信令协议（PseudoWireSignaling）：
PW信令协议是VPLS勺实现基础，用于创建和维护PWPW信令协议还可用于自动发现VSI的对端PE设备。
目前，PW!
令协议主要有LDF和BGR
7）服务质量（QualityofService）:
根据用户二层报文头的优先级信息，映射成在公用
网络上传输的QoS优先级来转发，这个一般需要应用支持MPLSQOS
VPLS基本传输构件在网络中的位置如图4所示：
图4VPLS基本传输构件
以CE倒CE3的VPN1报文流向为例，说明基本数据流走向：
CE1上送二层报文，通过AC接入PE1,PE1攵到报文后，由转发器选定转发报文的PW系统再根据PW勺转发表项压入PV标签，并送到外
层隧道（PW标签用于标识PW然后穿越隧道到达PE2）,经公网隧道到达PE2,PE2的利用卩丽签转发报文到相应的AC,将报文最终送达CE3。
MA（地址学习与泛洪
VPLS勺控制面并不需要通告和分发可达信息，而让数据面上的标准桥接功能的地址学习来提
供可达性。
和以太网交换机一样，在VPLS里，对收到未知单播地址、广播地址和组播地址的以太
报文都采用flood方式，将收到的报文转发到其余所有端口（本地VSI下的所有端口和PW。
如果
需要提高供组播的效率，PE需要采取其他方法，比如IGMPsnooping,PIMsnooping等
1）源MA（地址学习
为了能转发报文，PE需要能建立MA转发表。
与BGPVP不同，BGPVP使用路由发布机制建立路由表，工作在控制平面，VPLS使用标准桥学习功能建立转发表，由转发平面来完成。
建立MAC
转发表的方式是MA（地址学习，包括对用户侧来的报文的学习和从PW来的报文的学习。
从入PW上
学习到的MA地址的出接口要设置成这个PW对应的出PWMA（地址学习过程包含两部分：
a）跟P啖联的远程MA（地址学习
由于PW由一对单向的VCLSP组成（只有两个方向的VCLSP都UP才认为PW是UP的），当在入方向的VCLSP上学习到一个原来未知的MA（地址后，需要PV将此MA（地址与出方向的VCLSP形成映射关系。
b）跟用户直接相连端口的本地MA地址学习
对于CE上送的二层报文，需要将报文中的源MA学习至UVSI的对应端口上。
PE的地址学习与泛洪过程如图5所示:
VSI
MAC
PORT
VPN1
A
PW1
B
vlan10,port1
ARP回应
9
macB,IP1.1.1.3
图5PE的地址学习与泛洪过程
2）MA（地址老化
PE学习到的远程MA地址需要有老化机制来移除与V（标签相关的不再使用的表项。
在接收到报文时根据源地址重置与它对应的老化定时器。
同样的，本地VSI的所有学习到的MA地址都需要
老化。
环路消除
在以太网上，通常使用STP来避免可能形成的转发环路。
VPLS^使用水平分割来消除PE间的
环路，即：
从PE收到的报文不转发到其他P巳与此同时P日间采用全连接，PE间全连接和水平分割一起保证了VPLS专发的可达性和无环路。
当CE有多条连接到PE,或连接到一个VPLSVPN勺不同CE间有连接时，VPLS不能避免环路发生，需要使用其他方法，如STP等来避环。
3关键技术
3.1MAC地址学习
MAC地址学习是VPLS中重要的指标之一，在电信网络中，如果发生了环网的倒换，原来的
流量是顺时针，倒换后变成逆时针，如果每秒学习500个MAC包，则学习典型的64K个MAC地
址的时间是128秒，这样在重新学习完MAC地址之前的表现是：
要么是流量发错方向（仍按顺时
钟走），要么是广播。
无论哪种情况，都会引起丢包。
而电信的典型切换时间是50ms那么，
MAC地址学习能力多强合适？
设备MAC地址容量典型为64KMAC地址时，64KMAC地址在50ms
完成倒换，学习能力要求为：
64K/50ms=1.28M次/秒；
当为16KMAC地址，学习能力要求为：
16K/50ms=320K次/秒。
3.2PE数增大时PW全连接问题
无论是以BGP方式，还是LDP方式为信令的VPLS为了避免环路，其基本想法都是在信令上建立所有站点的全连接，LDP建立所有站点之间的LDP会话的全连接，BGP也一样。
在进行数
据转发时，对于从PW来的报文，根据水平分割转发的原理，将不会再向其他的PW转发。
假设有
100个站点，站点间的LDP会话数目将是4950个。
在协议draft-ietf-l2vpn_vpls_ldp_xx中引
入了HVPLS层次化的VPLS方案）。
根据协议draft-ietf-l2vpn_vpls_bgp_xx同样也能演化出
HVPLS方案。
1）LDP方式的HVPLS
HVPLS的核心思想是通过把网络分级，每一级网络形成全连接，分级间的设备通过QinQ或
者PW来连接，连接的两端，上端叫SPE（SuperPE）或者P-PE（ProviderPE），下端叫UPE（UserPE）,不同层次的PE之间没有全连接，所以SPE与UPE之间的数据转发不遵守水平分割，而是相互转发。
a）H-VPLS的PW接入方式
图6H-VPLS的LSF方式接入
如图6所示，UPE作为汇聚设备，它只跟P-PE1建立一条PW接入链路U-PW跟其他所有的
对端都不建立虚。
数据转发流程如下：
UPE1负责将CE上送的报文发给P-PE1，同时打上U-PW
对应的多路复用分离标记（MPLS标签），P-PE1收到报文后，根据多路复用分离标记判断报文所属的VSI，再根据用户报文的目的MAC打上N-PW对应的多路服用分离标记转发报文。
P-PE1从
N-PW侧收到报文后，打上U-PW对应的多路复用分离标记将报文发送给UPEUPE再将报文转发
给C吕
如果CE1与CE2为本地CE之间交换数据，由于UPE本身具有桥接功能，UPE直接完成两者间的报文转发，而无需将报文上送P-PE。
不过对于目的MAC未知的首包或广播报文，UPE在通过
桥广播到CE2的同时，仍然会通过U-PW转发给P-PE，由P-PE来完成报文的复制并转发到各个对端C吕
b）H-VPLS的QinQ接入方式
图7H-VPLS勺QinQ方式接入
如图7所示，UPE为标准的桥接设备，在CE接入端口使能QinQ,打上VLAN-TAG乍为多路复
用分离标记，在UPE与P-PE之间通过QinQ隧道将报文透传到PE1上,PE1根据UPE打的VLAN-TAG判断所属的VSI，再根据用户报文的目的MAC丁上PW对应的多路服用分离标记（MPLS标签）进
行转发。
PE1从PW侧收到报文后，根据多路复用分离标记（MPLS标签）判断报文所属的VSI,
再根据用户报文的目的MAC打上VLAN-TAG通过QinQ隧道将报文转发给UPE由UPE将报文转发给C吕
如果CE1与CE2为本地CE之间交换数据，由于UPE本身具有桥接功能，UPE直接完成两者间的报文转发，而无需将报文上送PE1。
不过对于目的MA未知的首包或广播报文，MT在通过桥广播到CE2勺同时，仍然会通过QinQ隧道转发给PE1，由PE1来完成报文的复制并转发到各个对端C吕
2）BGP方式的HVPLS
a）H-VPLS的MP-EBGP^入方式
BGPHVPLS
图8MP-EBG方式下的HVPL方案
在LDPHVPLSa案中，UPE和P-PE之间采用的是LDP+IGP的方式来建立PV，这种方式在城域
网中出现跨多个自治系统域的时候就会出现问题，因为自治系统域之间的路由器SPE,UPE＞间无
法运行IGP+LDP。
因此只能采用MP-EBG方案来解决。
如上图8,在UP罰SPE之间运行MP-EBGP信令上使用draft-ietf-l2vpn_vpls_bgp_xx建立PVV
转发上在BG邻居中采用针对水平分割去使能设置（UPE,SPE匀设置），或者BGPVSI采用针对VEID的水平分割去使能标志，即：
UPE攵到其他PE发送的报文后允许向SPE发送，SPE攵到其他PE的报文后允许向UP/送。
这样就可以实现HVPLS
b）H-VPLS的LDP接入BGP方式,BGP方式混合接入，大域采用BGP路由反射器
图9LDPPM接入,MP-EBG方式接入以及BGPR方式下的HVPL方案
在上图中，低层次的VPLS可以采用LDP方式组成全连接，然后因为和高层次的VPLS在同一个AS域，因此可以采用LDPPW方式接入BGPVPLS骨干网因为PE数量仍然庞大，因此采用BGPRR来减少全连接数量，通过RR反射来间接的达到逻辑上的全连接。
而如果低层次的VPLS和高
层次所在的AS不在一个域，则仍然可以采用MP-EBGP方式，上图是一个LDPPW接入，MP-EBGP
接入以及骨干采用BGP勺一个混合组网模型。
3.3VPLS可靠性
3.3.1CE接入的可靠性
3.3.1.1CE双归
CE可以接入两个
类似L3VPN为了保证接入用户在接入点设备PE失效后，仍然不中断业务,
PE设备，一主一备，在主用的设备失效后，可以自动切换到备用的设备上。
CE双归解决的是PE失效的可靠性问题。
3.3.1.2利用FRR保护接入可靠性
当采用ME-VPLS（MPLS-Edge-VPLS时，用户CB也使用PV接入PE,此时可以采用FRR保护PW
3.3.2HVPLS的可靠性
在HVPL中，UPE^以双归接入SPE采用主备用方式，在一个PV失效后，可以立即切换到另
外一个PW，参考下图：
图10HVPLS^PW双归情况下的保护
上图中，UPE接入两个P-PE，一个为主，一个为备用，在主用的发生故障后，会切换到备用
的上面。
3.3.3PE间链路的可靠性
PE之间的链路需要保护的是构建PW勺隧道，隧道的保护分为两种类型，一种是承载隧道本身
的物理链路的保护，一种是通过协议来在不同的物理链路进行备份。
RPR弹性分组环）为一个双
环结构，物理上，环的一个方向失效后，可以通过另外一个方向迂回，因此如果隧道本身建立于这样的物理链路上就自动增加了保护。
另外，可以通过上层协议，例如RSVP-TEb、议来保护隧道，就是采用RSVP-TE勺FRR（快速重路由技术），在链路发生故障时，迅速切换，保证端到端的隧道保护。
3.4VPLS的环路避免
3.4.1基本组网条件下的环路避免
为了避免环路，基于以太网的二层网络都要求运行STP协议，但是VPLS的STP协议不应该
参与到ISP的网络中去。
VPLS中，为了避免网络收敛慢，和拓扑设计过于复杂，使用’全连接’和‘水平分割转发’来避免在ISP网络上跑用户STP协议。
每个PE必须为每一个VPLS转发实例创建一棵到该实例下的所有其他PE路由器的树。
每个PE路由器必须支持“水平分割”策略来避免环路，即PE不能在具有相同VPLS实例的PW之间转发报文（由于在同一个VPLS实例中每个PE直连）。
从此意义上讲，’水平分割转发’的意思就是从公网侧PW收到的数据包不再转发到
其他PW上，只能转发到私网侧。
但是对分层VPLS的UPE,SPE之间转发是个特例。
对于用户来说，他在VPLS^网跑STP协议是允许的，所有的STP的BPD报文只是在ISP的网络上透传。
3.4.2HVPLS组网条件下的环路避免
为了避免环路，使用如下方法：
在核心层，PE之间全连接，PE间转发采用水平分割
边缘层与核心层之间，有两种拓扑：
UPE到SPE勺连接只有一条。
此时，两级网络层次之间是一种树形拓扑结构，即二级网络的每个域之间不能之间相通，一个UPE^接入到一个SPE同时，不同site的CE之间要求无连接。
这种方式天然避免了环路，但是UPE1USPE存在单点失效问题。
如果UP双归接入SPE则必须采取其他机制保证无环，例如采用BGP言令时由BG的路由选择完成选路，使UPE^有一条到SPE活动路由。
SpanningTree
此外，如果CE环路无法避免，则需要采用MSTP（Multiple-instanee
Protocol）。
4典型应用
4.1利用VPLS进行综合组网
MPLSVPLS是城域网中的重要技术，通过它可以互连各种现有以太网技术构建的企业网，VPLS
以其低廉的价格和可靠性越来越受到运营商的青睐。
PE2
MPLS
PE3
CE3
CE1
运营商的全国骨干网
PE1
CE2
客户A的深圳分部
客户A的北京分部
图11VPLS勺典型应用
工A
客户A的上海分部
上图是一个典型的VPLS^用，骨干网采用RPR环来构建，RPF可以保护PV，保证VPLS业务在公网上传递的高可靠性。
各个接入的局域网采用环状网接入各个城市间的网络。
运营商建立了一个
全国骨干网，提供了VPLS业务，客户A有三个分部分别分布在北京、上海和。
为了给客户A提供VPLS
业务，运营商在北京、上海和建立了三个接入VPLS业务的设备PE1、PE2和PE3,这样，通过VPLS
运营商就可以给客户A提供跨域广域网的LAN业务，对客户A而言，组网简单、方便、不需要改变自己原有的企业网规划（包括路由计划）。
采用VPLS提供业务时扩展也很方便，假设客户A业务
运营商只需要在的PE设备上配置一个
发展需要在建立分部并且将分部联入公司总部和其他分部，
VSI，进行简单配置就可以了。
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