运营商以太网基础知识

本文是EXFO运营商以太网基础系列讲座的——网络与服务性能测试综合指导——的一部分，该系列讲座包括6大模块，旨在帮助您进行运营商以太网服务测试。

 

 

 

 

 

由于技术要求复杂的商业用户和住宅用户不断对优质、高带宽数据服务（如语音和视频）提出新的需求，全球的运营商必须发展他们的传输基础设施才能支持这些带宽和质量密集型服务。全 IP 核心网已不再足以满足需求了；运营商现在必须以经济高效并且又能保证质量的方式将其 IP 融合扩展到边缘网/城域网。

什么是运营商以太网？

一直以来，以太网都被看做是局域网环境中成本低廉的可扩展数据联网解决方案；然而，对当今服务提出的严格服务质量 (QoS) 预期要求运营商提供的解决方案既利用以太网的成本效益，而又不牺牲面向连接的（虽然昂贵）时分复用 (TDM) 解决方案（如 SONET/SDH）的优点。

在服务开通时立即进行全面的以太网测试现在对于确保服务质量并提升客户满意度至关重要。客户服务等级协议 (SLA) 通过主要的归档网络可用性和平均修复时间 (MTTR) 等易于验证的值，限定了某些必须满足的性能标准。然而，证明以太网性能标准的难度不小，仅凭一个 PING 命令难以精确地完成对性能可用性、传输延迟、链路突发性和服务完整性的评判工作。因此，运营商以太网是以太网的扩展，让运营商能够提供优质的以太网服务。

传输媒体

下图列出了运营商以太网网络中使用的不同媒体，并指明了其通常的部署位置：

铜缆

迄今为止，铜缆（即绝缘的铜绞线）由于现有的广泛部署和相对低廉的成本，仍然是运营商以太网中使用最广泛的媒体之一。铜缆几乎无处不在，因为它是为家庭和企业提供简易老式电话服务 (POTS) 的最佳媒体。利用该基础设施，运营商在以最高为 1 千兆比特每秒 (Gbit/s) 的较低速率流量占领市场并传输较高速率流量（某些情况下最高可达 10 Gbit/s）的同时，可以避免构建昂贵的新网络。以太网固有的可扩展性为运营商提供了高度灵活的平台，可以为较小型的企业、分公司、移动电话基站和其他站点提供增值服务。但是，铜缆会受到电磁干扰和串扰的影响，这可能会对数字数据的可靠传输产生不利影响；而且在高速率情况下，问题会更加严重。

微波

以太网还用于移动回传、从信号塔到交换局或各交换局之间的距离。使用的介质实际上是无线微波。微波射频是无线运营商首选的基础设施。具有以太网功能的微波正在成为无线基础设施中越来越重要的组成部分。基站站点对带宽的更高需求以及对于显著降低回传数据流量的运营成本的要求，促使人们对微波的兴趣日益高涨。无线产业的增长再加上移动回传的持续发展，只会增加使用微波射频作为传输介质的情况。

光纤

由于光纤可以承载的信息远远高于铜缆，因此运营商以太网运营商通常会在距离很长的情况下或在网络核心内使用光纤来传输高速率流量（通常为 1 Gbit/s 或更高）。光纤通常与 SONET/SDH、密集波分复用 (DWDM) 或光传送网 (OTN) 结合使用。光纤布线的初始成本可能更高，但是即使用最快的速率传输，依然可以完全抵抗串扰和电磁干扰，因此，可以提供可靠得多的数据传输。随着对带宽和速率的需求日益上升，在网络上（甚至是企业站点上）应用光纤的需求也在不断增长。然而，光纤的主要问题是其部署和维护成本较高。

运营商以太网服务

城域以太网论坛 (MEF) 所定义的两种基本以太网服务类型为：

以太网线路 (e-Line)

在实现点对点连接的同时，E-Line 服务还用于创建以太网专线服务、基于以太网的 Internet 接入服务以及点对点 (P2P) 以太网 VPN。

E-Line 变量

• 以太网专线

此服务包含使用专用带宽的 P2P 连接，该连接实际上是级联的 SONET/SDH 通道或是数据包交换网络中的保留数据包带宽。在以太网层上，不同用户的以太网帧严格保持独立，从而使得每个用户在任何时候都有可用的约定带宽（也称为承诺信息速率 (CIR)）。在这点上，以太网专线非常类似于传统的基于 TDM 的专线，但以太网专线具有给用户和网络操作人员的边缘设备提供本地以太网接口这一优势。类似于典型的 TDM 专线，通过部署以太网专线可以支持许多不同的运营商服务，如以太网 Internet、网络服务接入或 LAN 到 LAN 互连，在 LAN 到 LAN 时允许用户拥有一个或两个连接端的互连。以太网专线是部署方法最简单的 E-Line 服务。运营商通常通过多业务服务平台 (MSPP) 提供这些服务，MSPP 在用户的网络和运营商的 SONET/SDH 传输网络之间起着分界线的作用。

• 以太网虚拟专线

对于以太网虚拟专线，规则稍有不同。在此服务中，用户仍可获得点对点连接，但连接是通过共享带宽而不是专用带宽。此共享带宽可以是传输网络中的 TDM 通道或是数据包交换网络中交换机和路由器的交换结构带宽。这种服务可以以尽力而为的方式提供，也可以使用指定 CIR 和其它关键网络参数（如延迟）的 SLA 来提供。该服务非常类似于帧中继以及其使用永久虚拟电路 (PVC) 创建网络的模型。MEF 将以太网虚拟专线服务定义为两个用户之间的 P2P 以太网虚拟连接 (EVC)。可将多个 EVC 合并以形成集中星型架构，在此架构中，多个远程办公室均要求接入到总公司，或者多个用户均要求从操作员的接入点 (POP) 接入到管理服务。

以太网 LAN (e-LAN)

E-LAN 服务可以实现多点对多点（任何点对任何点）的连接，设计用于多点以太网 VPN 和本地以太网透明 LAN 服务。

E-LAN 变量

• 以太网专用 LAN

以太网专用 LAN (EPLAN) 服务通过专用带宽提供多点连接，即它可连接两个或多个用户。从一个用户站点发送的用户数据可在一个或多个其他用户站点接收到。每个站点连接到多点对多点的以太网虚拟电路 EVC，并且使用专用资源来防止不同用户的以太网帧多路复用在一起。添加的新站点连接到相同的多点 EVC，从而简化供应和服务激活。从用户的观点来看，EPLAN 使得多个 LAN 站点似乎成为了单个非常大的 LAN。

• 以太网虚拟专用 LAN

在过去的两年里，以太网虚拟专用 LAN (EVPLAN) 经历了数次更名，从虚拟专用 LAN 服务 (VPLS) 到透明 LAN 服务 (TLS)，再到虚拟专用交换网络 (VPSN)。无论如何称呼它，EVPLAN 都是在以太网边缘设备之间提供第 2 层多点连接的网络服务。通过使用 VLAN 标签的封装技术或其他封装技术（如 MPLS）完成用户区分。EVPLAN 对运营商而言是有成本效益的服务，因为它能充分利用网络中的共享传输带宽。但是，由于它是多点服务，因而管理比较复杂。操作员必须实现保护、带宽简档、拥塞管理、缓冲等操作；相比于 P2P 服务，所有这些方面在 EVPLAN 中的实现更为复杂。

运营商以太网应用

运营商以太网服务主要用于以下两种情况：

商业服务

在企业中部署运营商以太网服务的需求将随着越来越高的带宽要求而持续增长；这是由企业的需求所驱动，不仅仅是数据服务需求，还包括通过网络的语音和视频服务需求。

站点到站点的访问、数据中心、服务器整合、灾难恢复、面向服务的架构、Internet 接入、软件即服务 (SaaS) 以及融合网络仅仅是需要高带宽和低延迟的其中一小部分应用。

商业服务使用以太网最主要的优势是降低成本。标准化服务的全球可用性降低了实施成本。IT 部门对以太网的熟悉也使得运营商以太网服务的实施更加轻松，成本也更加低廉。本质上，运营商以太网将以太网成本模型的优势引入到城域网和广域网中。新的应用要求高带宽和低延迟，因为其高昂的成本，这在以前是不可能实现或者禁止实施的，而现在可以轻松实现。

运营商以太网的另一个主要优势是性能。部分原因是由于其本质，以太网需要更少的处理便可运营和管理。它们同时还能以高于其他技术的带宽运行。由于其延迟和延迟变化均很低，因此这也是最适合语音、视频和数据的解决方案。运营商以太网服务还能够提供较高的灵活性，对于本质上具有不可预测的不同带宽需求的应用（例如站点到站点的访问）而言，这是理想之选。

移动回传服务

随着回传网络基础设施发展为支持基于数据包的传输，移动运营商面临着从管理网络性能转变为管理服务性能带来的众多挑战。采用简单的 Ping 命令来测试网络已不再适用。因为运营商限制不仅要评估网络性能，而且还必须根据每一项服务来持续验证和测量关键性能指标。

在当前以及以后的数年中，回传网络都将由 E1/T1（用于语音）和以太网/IP（用于数据服务）技术的组合构成。这种混合网络技术通过增加非实时数据的信息流，从而为突破潜在的信息流瓶颈提供了经济的解决方案。

随着运营商以太网的日益成熟，无线回传终将转变为完全基于数据包；这会简化网络架构，降低成本，并且为通过以数据为中心的应用来实现预期增长提供了必需的可扩展性。

关键性能指标

关键性能指标 (KPI) 是用于指示特定信息流类别的最低性能的特定信息流特性。以下 KPI 会直接影响回传网络的性能。

• 帧延迟或时延是帧或数据包从离开发送端口的时刻起到抵达目标端口时刻之间的时间差。该指标对语音或视频等实时数据的质量有着直接影响。管理服务（如同步协议）负责 BSC 和移动设备之间的通信，其响应时间必须非常短。这将有助于确保高质量的语音传输、小区切换、信令和可靠连接。
• 帧丢失对于所有实时服务（如语音或实时视频）以及信息流控制的同步和管理而言都是一个严重的问题。丢包会导致糟糕的感知质量，而丢失控制数据包会增大时延，并且还可能导致连接故障甚至通话中断。
• 带宽是指可以转发的最大数据量。该测量值是一秒钟测量窗口内转发的信息流总量的比率。对于不同的性能保证，带宽可以为“承诺值”，也可以为“超额值”。
• 帧时延变化（或数据包抖动）是指数据包传输的到达时间之间的变化。在数据包通过网络传输期间，它们通常会排队等待，并以突发方式被发送至下一跳。可能发生随机优先级排序，从而导致数据包以随机速率发送。因此设备会以不规则的时间间隔接收到数据包。抖动会对终端节点的接收缓冲区造成压力，如果抖动幅度过大，则会造成该缓冲区使用过度或使用不充分。实时应用对于数据包抖动尤为敏感。因此，设计了缓冲区来存储一定数量的视频或音频数据包，然后以固定时间间隔对这些数据包进行处理，从而向最终用户提供流畅无误的传输。抖动过大会影响体验质量 (QoE)，因为抵达速率较快的数据包会导致缓冲区溢出而丢失数据包；而抵达速率较慢的数据包会使缓冲区处于空状态，从而出现静止图像或没有声音的情况。

关键技术概述

MPLS

IP/多协议标签交换 (MPLS) 这一 IEEE 标准是一种建立的传输方法，可以在全 IP 骨干网中从多个协议（ATM、帧中继、以太网等）透明地交换数据（数据包或帧）。由于完全支持服务等级 (CoS) 和虚拟 LAN (VLAN)，因此对于希望延长核心网络中基于 TDM 的传统服务寿命的运营商而言，MPLS 是理想之选。目前正在修改该标准以增加流量工程能力 (MPLS-TP)，这将使得 IP/MPLS 可以支持将解决方案扩展至城域边缘外所需要的高级服务质量。

MPLS-TP

由于逐渐迁移至基于数据包的服务这一趋势，传输网络在让运营商能够利用其已安装的传输基础设施投资的同时，必须还要涵盖数据包承载功能的条款。MPLS 传输配置 (MPSL-TP) 是 MPLS 的衍生，设计用于传输网络。它支持数据包传输网络服务所需的性能和功能，以及将 MPLS 的数据包体验与现有传输网络的操作体验和实践相结合的操作。MPLS-TP 使基于数据包的传输网络的部署能够高效扩展，以便使用简单且经济有效的方式来支持数据包服务。

PBB-TE

支持流量工程的运营商骨干桥接技术或 PBB-TE（也被称为 PBT）是另一种基于以太网的实施，通过禁用泛洪/广播和生成树协议功能，实现对全 IP MAN 和核心网络中的面向连接的传输服务进行运营商级部署和管理。这是通过使其面向连接而实现的 MAC-in-MAC 的演变。PBB-TE 将以太网服务层与网络层分隔开；其灵活性还允许运营商开始提供本地以太网和基于 MPLS 的服务，即虚拟专用线路服务 (VPWS) 或虚拟专用 LAN 服务 (VPLS)（如果需要的话）。

PTN

分组传输网 (PTN) 是以传统 TDM 技术中最优元素和新兴分组技术为基础而设计出的下一代网络。它通常按两层进行部署。在接入层，PTN 将 TDM 和数据包融合到 PTN 云中，从而实现多业务的融合。TDM 数据包在 PTN 云中以数据包的形式进行封装和转发，而以太网/IP 本地数据包也在同一 PTN 云中进行封装和转发。

PTN 网络能够利用 TDM 网络的故障检测功能以及弹性实现分组技术的高效数据传输，从而克服运营商面临的众多挑战。运营商现在可以利用以太网和 TDM 技术的固有优势，如经济高效、灵活性、多服务应用以及服务质量。

PWE3

伪线路边缘到边缘仿真 (PWE3) 是模拟 ATM、帧中继或以太网等服务在分组交换网络 (PSN) 上的基本属性的机制。PWE3 仅提供模拟线路所需要的最低功能。从客户角度而言，可以认为是不共享的链路或所选服务的电路。PW3 用于指定在 PSN 上模拟的服务的封装、传输、控制、管理、交互和安全性。

为了最大程度提升资产的收益并将运营成本降至最低，很多运营商都在探讨如何将多种服务产品和流量类型的提供整合至单个 IP 优化型网络。PWE3 是一种可行的解决方案，因为它通过 IP 网络模拟以太网帧格式。

线路模拟服务

线路模拟服务 (CES) 是用于通过异步网络（如 ATM、以太网）来承载 T1/E1 服务的技术。本文将重点具体介绍在以太网上的线路模拟 (CESoS)。运营商现在可以通过 CESoS 管理和部署时分复用 (TDM) 专线，以及公共交换电话网 (PSTN) 终端或企业端点之间的端点。利用该技术，运营商现在可以使用 TDM 应用来利用以太网固有的优势，例如：灵活性、经济高效和简便。

以太网 OAM

以太网 OAM 吸收并包括了一些现有标准，如 IEEE 802.1ag（用于连通性故障管理 (CFM)）、ITU-T Y.1731（用于性能监测）、802.3ah 或 EFM（第一英里以太网，用于接入网络的链路监测、故障信号传输以及远程环回）。

OAM 标准用于对网络进行故障排除、检测性能、配置验证和安全性管理。OAM 功能允许网络操作员测量 QoS 属性，如可用性、帧延迟、帧延迟变化（抖动）和帧丢失。以太网 OAM 还可以提供远程环回，远程环回是对网络进行故障排除时经常使用的功能，其中所有传入流量都会立即反射回链路。

在设备层级，OAM 协议生成消息，操作人员可以利用这些消息来帮助识别网络中的问题。如果存在故障，则 OAM 生成的信息可以帮助操作员对网络进行故障排除，以查找故障、识别受影响的服务并采取相应措施。另外，因为保证客户的服务正常运行非常重要，所以操作员必须能够证明服务的正常运行，这通常以 SLA 来衡量，而操作员必须进行性能测量才能满足客户的 SLA。最后，管理功能包括收集计费数据（用于计费）和网络使用数据（用于容量规划试验）。

有效的端到端服务控制还能够让运营商避免查找和控制故障所需的、成本昂贵的上门服务，从而有助于降低维护成本。因此，固有 OAM 功能是任何运营商级技术中的必备功能，也是智能以太网终端设备所“必须”具备的功能。

同步

在网络转向采用以太网作为传输技术的过程中，同步仍然是主要问题。由于以太网和 TDM 技术仍然共同存在，因此线路模拟服务 (CES) 等技术能够将 TDM 信息流映射到以太网基础设施上（反之亦然），从而使网络运营商平稳地转换到全分组网络。

要将这两项技术互相连接，频率同步就至关重要，因为 TDM 技术的频率偏移容限相对于异步以太网技术而言限制严格得多。以太网依赖于廉价的保持振荡器，可以停止传输信息流或缓冲区数据，而 TDM 技术则依赖于连续传输，并且存在同步基准。同步以太网可以确保物理层的频率同步，从而解决了这些问题。

然而，由于 SyncE 是基于第 1 层的同步技术，因此需要启用同步路径上所有端口的 SyncE（功能）。路径上未启用 SyncE 的任何节点均会自动中断从该节点的同步。对于在主同步单元和需要同步的边缘设备之间有多个以太网端口的网络运营商而言，这就存在问题，因为必须在所有端口上启用 SyncE 才能同步至边缘。由于硬件和软件升级会大幅提升总体拥有成本，因此这些需求会增加部署的成本。另外，SyncE 仅关注频率同步，而不保证相位同步；但是可以在一定程度上通过 SyncE 评估相位要求。

很多服务都需要同步，但是如今的无线基站在频率和时间分布方面存在最大的风险。信号塔和手机之间的空中接口的频率稳定性可以支持在邻近的基站之间传送呼叫而无需中断通话。因此，基站之间的同步对于操作员可以提供的 QoS 至关重要。

之后推出的数据包同步技术是精确时间协议 (PTP)，也称为“IEEE 1588v2”，该技术通过在数据包网络中不断交换包含适当时间戳的包，来提供高精度的时钟信号。在该协议中，被称为“主时钟”的高精度时钟源生成时间戳声明并响应边界时钟的时间戳请求，从而确保边界时钟和从时钟与主时钟精确对时。通过依赖于保持功能、集成时钟的精度以及启用了 PTP 的设备之间的时间戳连续交换，可以将频率和相位精度保持在亚微秒数量级，从而确保网络中的同步。除了能够确保频率和相位同步之外，ToD 同步还能确保启用了 PTP 的所有设备均采用正确的时间得到同步（基于协调世界时 (UTC)）。

PTP 的最大优点在于，它是一项基于数据包的技术，只有边界时钟和从时钟需要了解数据包的性质，因此同步数据包与其他任何数据包一样在网络中转发。这一灵活性降低了拥有成本，因为网络的主要升级仅仅局限于同步设备；相反，SyncE 方法则既要求升级同步设备，又要求根据 SyncE 规格升级链路上的所有以太网端口。

即将发布：运营商以太网测试技术和方法，将介绍使用全新 ITU-T Y.1564 的下一代运营商以太网测试，以及基于以太网的 BERT 和运营商以太网的服务生命周期管理的关键元素。