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的关键传输流；

　　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，配置起来更容易；

　　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明，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，复杂的管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。

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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。

　　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遇到的可伸缩限制。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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VPLS标准

　　VPLS的部署正如雨后春笋在世界各地如火如荼地进行，并得到了运营商和厂商的广泛支持。在这个过程中，标准的作用尤其重要。

　　IETF是制定VPLS的主要标准组织。经过近几年的发展，VPLS的标准已经趋向稳定，相关的草案已经收录到工作组文件中，标准化已为时不远。目前VPLS标准有两个主要流派，其区别主要体现在信令协议的选择上，一种主张采用LDP（标记分发协议）进行标记分配，一种主张采用BGP进行标记分配，两种标准间不具备可互通性。从主流数据设备厂商对协议的支持情况看，基于LDP的VPLS由于其实现简单，目前已经成为主流。而基于BGP的VPLS只有少数厂家设备支持。

　　目前有关VPLS的实现标准被统一写入了新推出的L2VPN工作组标准草案，主要包括9项标准，即二层虚拟专用网(L2VPN)框架，运营商提供的二层虚拟专用网业务要求，虚拟专用局域网业务，MPLS上的虚拟专用局域网业务，L2VPN信令的支持模型和端点标识符，只支持IP的局域网业务(IPLS)，VPLSOAM要求和框架，VPLS应用等等。

　　LDP标记分发协议

　　LDP标记分发协议用于建立、维护和拆除服务提供商网络中的线路。全网格LDP会话在网络中的PE之间建立，不同的虚线路跨过这些会话由信令来建立。虚线路建立是由一个PE发起的，这个PE向另一个PE发送标记映射消息。这个消息通知一个LSP进入发起会话的PE。如果远端PE收到这条消息，它向相反的方向发出同样的消息。每个LSP是无方向的，虚线路需要两个有信令的LSP，每个方向一个。

　　利用LDP作为信令建立虚线路的标准正由IETF的PWE3工作组制定。

　　分级VPLS

　　分级VPLS（HVPLS）是对VPLS的进一步扩展。随着对基于VPLS的服务需求的增长，对PE之间的全网格隧道的需要也大幅增加。为满足需要，VPLS标准允许利用一种集中星型的布局建立分级结构。全网格隧道在中枢站点（被指定为PE）之间保持。CE设备连接在一台MTU路由器上，路由器连接在一台PE路由器上，因此提供了分层结构。

　　VPLS不仅可用于提供城域以太网服务，而且还可用于互联基于不同技术（如下一代SDH或弹性包环RPR）的城域网。本文讨论的VPLS草案预计将成为RFC。

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向VPLS演进

　　如图2所示，VPLS不仅可用于提供城域以太网服务，而且还可以被用于与已有的ATM与帧中继接入网以及运行在多种核心技术（如下一代SONET/SDH和密集波分复用DWDM）上的IP-VPN核心网互联。

　　对于拥有已有生产基础设施的运营商来说，投资保护、人员的重新培训以及收入自蚀（revenue cannibalization）是做决策需要重点考虑的问题。VPLS可以通过实现从已有基础设施向下一代以太网基础设施平滑的过渡，简化这一变数。VPLS可用于将ATM/FR与以太网互联起来，不管使用什么接入技术都可以提供同样的服务。因此，运营商可以在一个可控的过程中将以太网引进他们的网络，不必同时升级每一个位置。同样，用户可以在需要以太网的位置上切换到以太网上，并继续在其他位置上使用已有的ATM/FR和TDM连接。运营商可以集成他们的VPLS和IP VPN服务，来提供互联（inter）和内联(intra)城域VPLS服务。

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从MPLS到VPLS

　　对于已经部署了MPLS网络的用户来说，让我们探讨一下从MPLS到VPLS的演进过程。

　　第1阶段：MPLS

　　广域网路由器无法以线速进行最长前缀匹配查找，因此MPLS得以应用。通过在MPLS网络入口处标记IP包，沿路径的额外的跳只需进行标记查找而不是最长前缀查找，使操作过程得以简化。这种操作与ATM中的线路识别符（VCI）交换类似。这些被称作MPLS标记的标记实际上被用作建立线路，以这种能力为基础，流量工程（TE）是最先利用MPLS的应用之一。此外，在运营商网络内分解环路方面，运行OSPF和ISIS等标准路由协议的能力相对STP是一个很大的改进。这些协议允许扩展设备携带流量特性，使流量工程和服务质量成为可能。MPLS的这些特性使IP可以同时实现流量工程和服务质量支持。

　　第2阶段：以太网Martini和VPLS

　　Martini线路提供用户流量分离和点到点连接的传输隧道多路复用不同用户的能力。传输隧道是根据RSVP-TE或是LDP建立。

　　VPLS提供了多点连接，并使局域网到局域网业务成为可能，这是通过提供单用户多播域来实现的，所有供应商边缘路由器全部为网状，不需要运行生成树协议就可提供优化站到站可达性，避免了环路的产生。多播流量被看作广播流量，因此在所有属于具体客户实例的端口得以复制。

　　第3阶段：分级VPLS（HVPLS）

　　操作分级VPLS使建立双层或三层分级网络成为可能。新系列的MPLS交换机也被称作多住户单元（MTU）交换，应用在网络的接入端以将用户流量集中。建立一个分级拓扑结构使进一步优化广播和多播流量的流量复制成为可能，从而可以实现高效视频分配等应用。在集成链路上运行MPLS的能力也使VPLS业务可从1Gbps升级到多Gbps，同时为链路故障提供了额外的弹性。

　　第4阶段：域间/提供商间HVPLS

　　现有的VPLS规范将被扩展以提供域间和提供商间的连接。VPLS规范说明可在边界PE（BPE）间建立域间连接，可以使用BGP VPN运营商的运行模型连接VPLS域，这是通过现在一些运营商所采用的终止准线路直接进入RFC2547虚拟路由和前向事例（VRF）或映射802.1Q VLAN来实现。

　　MPLS ATM/FR联盟规定的以太网、ATM和帧中继的相互配合的升级将允许端到端提供OAM和服务质量。因此，通过匹配流量特性和映射OAM流量，端到端路径可被看作逻辑连接。

MPLS/VPLS逐步实施

特征

运营商的效益

第1阶段

· MPLS隧道效应

· 动态信令

· 后备LSP

· 流量工程

· 服务质量

· 快速恢复

第2阶段

· Martini PW

· VPLS

· FR、ATM终止

· VPL

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