分组移动回程并非二层交换

二层交换的含义

以太网是到目前为止在家庭和办公室中最常用的协议  。连接非常简单，只需将电脑接到家庭办公交换机上，或者办公室墙壁上的RJ45插座上  。为了允许数据分组找到其目的地，在数据面和控制面背后运行着多种协议和技术  。这些统称为二层交换或桥接  。数据面的基本特点包括：

1.基于MAC目的地址和VLAN ID前转

2.MAC源地址学习与老化

3.未知MAC地址的洪泛

4.组播与广播

5.VLAN成员集

6.VLAN处理(插入/替换/移除服务标签和客户标签)

端口过滤或隔离

以太网交换设备可以支持以上大多数功能，而且这些设备广泛应用于网络设备中，实现分组交换  。网络设备设计人员都熟悉交换设备以及如何使用  。

我们现已进入分组移动回程的时代，运营商正在建设分组交换网络，用于将分组从基站传送到RNC  。分组与LAN环境中的交换方式不同，而且标准以太网交换设备未提供充足的功能  。分组移动回程的一种常用技术是分组传输网络 (PTN)  。本文介绍二层交换和PTN交换之间的几点明显区别  。

前转

标准二层交换机将把一个分组从一个以太网端口前转到另一个  。交换在物理端口间进行  。

网络边缘的PTN交换机有两个方面，分别是用户接口和网络接口  。用户接口连接以太网端口上的用户流量  。网络接口通过伪线 (PW) 和隧道(即LSP)与网络设备连接  。许多PW通向同一个LSP，而许多LSP可能通向同一个物理端口  。分组在用户端口间交换，或者在用户端口和PW间交换  。尽管前转方法与二层交换机相似，但PTN增加了一个新的维度，即虚拟PW端口  。

封装

在二层交换中，分组格式通常保持不变  。大多数分组编辑工作仅在VLAN字段中进行  。入站和出站分组可以携带0、1或2个VLAN  。VLAN处理规则必须足够灵活，以处理任意组合  。

对于PTN交换，用户分组在交换到PW端口后必须封装到PW有效荷载中  。PW分组可以有非常复杂的格式，包括外部二层头、外部VLAN、LSP标记、PW标记、控制字和内部MAC或IP帧  。交换机需要首先分类外部二层头和标记，以识别PW以及PW标记的协议  。之后，内部帧(以太网或IP)才可以被提取或前转  。这种MAC-MPLS-MAC格式对分组处理提出了一个严峻的挑战  。有些功能(例如分类)需要利用两次，第一次用于外部MAC，然后用于内部MAC  。有些基于管道的架构可能难以满足这些要求  。

前转表

二层交换机使用MAC目的地址和VLAN搜索前转表  。一般情况下，一台二层交换机只有一个表  。

PTN交换机需要多个前转表才能支持多个用户  。搜索将分两步进行  。第一步是识别前转表，而第二步是定位表中的前转规则  。

保护

以太网的性质是“尽力而为”，因此，保护并不是需要关注的问题  。这对LAN环境已经足够好，但对于运营商网络绝对不够  。运营商习惯于享受到SONET/SDH中的APS(自动保护交换)支持能力，并将这一想法运用到PTN  。

首先，PW和LSP需要1:1和1+1保护  。在主PW出现故障时，该PW中的所有流量需要在50毫秒内切换到备用PW  。与此相似，在主LSP出现故障时，该LSP中的所有PW将在50毫秒内切换到备用LSP  。然后，环网保护要求环网上的所有流量在环网出现故障时重新路由  。对于网状网络技术，快速重路由 (FRR) 也是一种保护机制，用于保证在链路故障时的快速恢复  。

所有这些保护机制都要求数据面检查保护状态，并且做出前转决策  。1+1保护状态下需要分组复制  。CPU干预应完全避免，或者尽量保持最低水平  。这对数据路径的设计提出了挑战  。

OAM

与保护一样，OAM是传统二层交换忽略的另一个方面，而从运营商角度讲，这是一项必须的功能  。PW和LSP级都需要CFM和PM，目的是支持APS，并保证遵守服务等级协议 (SLA)  。连接检查 (CC) 是检测任何故障和触发APS的关键  。延迟和损耗测量是满足SLA的重要证据  。

过去，OAM功能可与数据面处理分开，并单独处理  。现在的趋势是，OAM越来越与数据面整合  。例如，CC分组应尽可能多地实现最短的故障检测时间  。但是，更高的分组速率要求更高的性能支持，因此最好在数据面处理CCM  。延迟测量(DM) 要求硬件能够插入时间戳  。损耗测量 (LM) 利用数据路径统计结果  。将DM和LM集成到数据面设计中具有重要意义，而这对数据面处理器提出了新的要求  。

二层和三层

过去，交换机进行二层前转，而路由器进行三层前转  。这些是不同的装置和设备，并用在不同的网络中  。

PTN成为一个服务类型  。运营商当然希望在同一个分组网络同时支持二层和三层服务  。因此，来自用户接口的以太网和IP网络流量将通过PTN接受和传输  。由于这个原因，PTN交换机需要能够提供二层和三层服务  。对于二层服务，它将基于前转数据库把以太网分组交换到PW  。对于三层服务，它将根据路由表把IP分组路由给PW  。处理二层交换和三层路由的能力是一个巨大差异  。

水平分割

众所周知，PTN交换机将在用户端口和PW之间进行分组交换  。通常，这必须遵守一些额外的前转规则  。例如，在网状网络中不允许两个PW之间的前转  。另外，从一个用户端口组向另一个用户端口组的前转也不允许  。这种基于PW或端口的前转规则是水平分割的基础  。

服务质量

服务质量是一套特性，用于增强对SLA的遵从  。它可能包括：策略、整型、日程安排、流量管理、拥塞控制、评论，简言之，与二层交换机相比，PTN交换机要求更全面、更先进的服务质量特性  。

同步

除了数据外，运营商还希望将时间信息传输给基站  。时间信息可能是频率、阶段或者一天内的时间  。IEEE 1588协议是实现这一目的的良好备选协议  。然而，IEEE 1588的成功在很大程度上依赖于分组网络本身，尤其是网络延时变化  。如果1588分组遇到过多的延时变化或者不对称延时，它就不可能从1588分组中恢复准确的时间信息  。解决这个问题的方法有两种：

(1) 设计网络时说延时变化保持极小的水平

(2) 在每个网络节点上支持透明时钟，这样，通过网络的延时是已知的，而且可以补偿  。

在许多情况下，第2个选项更容易实现，这使得PTN对于支持透明时钟的要求降低  。从硬件角度讲，交换机需要计算交换机中1588分组的等待时间，从分组头的一个专用字段中读取一个数值，将等待时间加到该值中，并写回分组中  。所有这些都在分组传输的过程中进行  。

结论

我们已经讨论了二层交换和PTN交换，并从特性和功能方面确定了许多关键区别  。二者之间还有许多区别  。二层交换机已经成熟，并且被网络设备设计人员所熟知  。PTN交换机是一种针对分组移动回程的新兴技术，具有光明的前景  。尽管两者都基于分组交换，但区别也很明显  。PTN交换机可以视为一个超集，它基本包含二层交换机的所有功能，但也增加了更多的功能  。

分组移动回程这方面，运营商不仅需要二层交换  。它们还需要更强大、更灵活的数据面处理器，以满足这些要求  。由于PTN和其它技术仍是新技术，而且许多协议和标准尚未完全得到认可，因此，选择可编程、可升级的数据面解决方案非常重要  。