許夢(mèng)平，譚欽紅，諶 登，唐媛媛，吳 聰，郭英超

(1.重慶郵電大學(xué)信號(hào)與信息處理重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400065;2.上海欣諾通信技術(shù)有限公司，上海 201613;3.武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430070

TR－101是適用于寬帶接入網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，它按照TR－025和TR－059的架構(gòu)規(guī)劃出了一種如何將基于以太網(wǎng)匯聚網(wǎng)絡(luò)接入到ATM匯聚網(wǎng)絡(luò)的方案，并提出了一種支持TR－058運(yùn)營(yíng)需求的以太網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ?。隨著寬帶接入技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，在接入節(jié)點(diǎn)的用戶端口上實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)的劃分已成為接入設(shè)備的一個(gè)基本功能，而在端口對(duì)不同業(yè)務(wù)的劃分，其中關(guān)鍵的技術(shù)就是VLAN。

VLAN是為解決以太網(wǎng)的廣播問題和安全性而提出的一種協(xié)議，它在以太網(wǎng)幀的基礎(chǔ)上增加了VLAN頭，用VLAN ID把用戶劃分為更小的工作組，限制不同工作組間的用戶互訪，每個(gè)工作組就是一個(gè)VLAN。并且它是一種將局域網(wǎng)設(shè)備從邏輯上劃分為一個(gè)個(gè)網(wǎng)段，從而實(shí)現(xiàn)虛擬工作組的新興數(shù)據(jù)交換技術(shù)[1]。

目前，在VLAN技術(shù)中一種重要而又復(fù)雜的技術(shù)就是基于IEEE 802.1q的tag VLAN。相對(duì)于在交換機(jī)上讓一個(gè)或者多個(gè)交換機(jī)端口形成一個(gè)靜態(tài)的VLAN來說，它更具有靈活性。對(duì)于tag VLAN，它是通過在以太網(wǎng)幀中添加VLAN標(biāo)簽來動(dòng)態(tài)決定數(shù)據(jù)流的流向。下面將進(jìn)一步探討tag VLAN。

1 基于以太網(wǎng)聚合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在TR－101架構(gòu)下，基于以太網(wǎng)寬帶網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[2]如圖1所示。在該架構(gòu)下，U型接口處的功能與接入?yún)f(xié)議是完全兼容的，另外在特定的功能下，接入?yún)f(xié)議允許包含服務(wù)等級(jí)功能，這將比ATM聚合網(wǎng)絡(luò)更具優(yōu)勢(shì)。并且在該情形下，建議在物理端口采用多VLAN布局形式，這樣更能增加數(shù)據(jù)流傳輸?shù)撵`活性。

圖1 基于以太網(wǎng)聚合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2 VLAN體系架構(gòu)業(yè)務(wù)模型

TR－101中，VLAN的需求規(guī)范是參考IEEE 802.1ad SVLAN模型和標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合xDSL寬帶接入所特有的功能模型來制定的。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所能支持的VLAN功能對(duì)于組網(wǎng)規(guī)劃和應(yīng)用有著巨大的影響，VLAN的規(guī)劃和分配情況十分靈活，可能的組網(wǎng)情況也很多。一般典型的組網(wǎng)方式有3種:用戶側(cè)多PVC(Permanent Virtual Circuit)多業(yè)務(wù)組網(wǎng)、用戶側(cè)單PVC tagged方式多業(yè)務(wù)組網(wǎng)和用戶側(cè)單PVC untag/priority tag方式多業(yè)務(wù)組網(wǎng)[2]。

2.1 用戶側(cè)多PVC多業(yè)務(wù)組網(wǎng)

在這種模式下，用戶端設(shè)備與接入節(jié)點(diǎn)之間通過配置多條VC鏈路實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)接入，網(wǎng)絡(luò)模型如圖2所示。這里要求用戶端設(shè)備具有將不同的業(yè)務(wù)流映射到不同的PVC的能力。在這種情形下，業(yè)務(wù)流通常以u(píng)ntag方式發(fā)送，從而接入節(jié)點(diǎn)可以使用用戶側(cè)邏輯PVC端口來進(jìn)行VLAN映射，并打上不同的優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽。

圖2 多PVC多業(yè)務(wù)組網(wǎng)

當(dāng)多PVC僅僅用來傳輸帶標(biāo)簽的IEEE 802.1q CoS(Class of Service)時(shí)，在同一個(gè)接入點(diǎn)可能存在多條PVC映射到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)VLAN的情形。這種情形下，下行方向的幀在節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，將不能僅僅依賴VLAN標(biāo)簽或者M(jìn)AC(Media Access Control)轉(zhuǎn)發(fā)表，而且還要使用接收幀中的 VLAN P－bit。

2.2 用戶側(cè)單PVC untag/priority tag方式多業(yè)務(wù)組網(wǎng)

這種情形下，在接入節(jié)點(diǎn)與用戶端設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流將采用untag/priority tag方式傳送。若接入?yún)f(xié)議是基于ATM(Asynchronous Transfer Mode)的，則一條單ATM PVC將建立，并且通常在每一個(gè)用戶端口存在相等的VPI/VCI(Virtual Path/Channel Identifier)值。為了能夠區(qū)分業(yè)務(wù)，接入節(jié)點(diǎn)必須能夠根據(jù)以太網(wǎng)類型或在接入節(jié)點(diǎn)內(nèi)部保存的靜態(tài)配置來決定VLAN的分配，從而使得不同的業(yè)務(wù)能夠映射到不同的VLAN中，業(yè)務(wù)模型如圖3所示。

對(duì)于用戶端來說，基于協(xié)議/以太網(wǎng)類型的傳入業(yè)務(wù)流將被映射到不同的VLAN。該業(yè)務(wù)流中可能存在包含一個(gè)空的VID和P－bit位的標(biāo)簽。在攜帶Priority－Tagged的 N∶1 中，Priority－Tagged 將在網(wǎng)絡(luò)端被 S－Tag所替換，而Priority－Tagged的CoS也可能被映射到S－Tag中的CoS中。而對(duì)于1∶1情形，如果對(duì)于某一節(jié)點(diǎn)來說S－Tag并不是唯一的，那么對(duì)于之前Priority－Tagged中空的VID必須被特定的C－VID替換，因此，對(duì)于某一節(jié)點(diǎn)來說，將標(biāo)記唯一的一對(duì)S－Tag和C－Tag。

圖3 單PVC untag/priority tag方式多業(yè)務(wù)組網(wǎng)

2.3 用戶側(cè)單PVC tagged方式多業(yè)務(wù)組網(wǎng)

在用戶側(cè)單PVC中，若要區(qū)分更加復(fù)雜的業(yè)務(wù)流，應(yīng)該是在用戶端設(shè)備通過設(shè)置IEEE 802.1Q標(biāo)簽來處理，業(yè)務(wù)模型如圖4所示。這種方式要求在接入節(jié)點(diǎn)和用戶端設(shè)備之間配置trunk連接，接入節(jié)點(diǎn)應(yīng)能夠?qū)⒔尤攵丝谔幍腣LAN信息翻譯成不同的C－Tag和S－Tag或者僅僅STag，同時(shí)支持在接入點(diǎn)處配置一樣的VLAN ID。另外，支持在U型接口采用雙標(biāo)簽來區(qū)分更加復(fù)雜的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

圖4 單PVC tagged方式多業(yè)務(wù)組網(wǎng)

在VDSL2(Very High Speed Digital Subscriber Line 2)技術(shù)大量應(yīng)用之后，這種模式將是主流的組網(wǎng)方式。此時(shí)多業(yè)務(wù)無法再通過ATM技術(shù)中的PVC來區(qū)分業(yè)務(wù)，最好的選擇是在用戶側(cè)使用VLAN Tag作為擴(kuò)展邏輯通道。

3 接入點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制

不管是哪種組網(wǎng)模式，都存在著業(yè)務(wù)流在網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備中的轉(zhuǎn)發(fā)。在TR－101系統(tǒng)架構(gòu)下，在網(wǎng)絡(luò)的接入節(jié)點(diǎn)應(yīng)支持兩種不同的的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制:基于N∶1 VLAN和基于1∶1 VLAN。以下對(duì)這兩種情形作一些說明。

3.1 基于N∶1 VLAN

根據(jù)這種機(jī)制，接入節(jié)點(diǎn)被看作是一個(gè)VLAN橋，每一個(gè)N∶1 S－Tag是區(qū)分虛擬橋的實(shí)例，每一個(gè)虛擬橋呈現(xiàn)獨(dú)立的源MAC學(xué)習(xí)和幀轉(zhuǎn)發(fā)處理。在上行方向上，對(duì)于N∶1 VLAN，用戶端設(shè)備的職責(zé)是增加一個(gè)S－VID(S標(biāo)簽的VLAN ID)標(biāo)簽或者轉(zhuǎn)換一個(gè)傳入的S－VID標(biāo)簽。所以，在R/S接口總是存在一個(gè)S－VID標(biāo)簽;而網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在傳輸上行的幀時(shí)并不更改S－VID標(biāo)簽。在下行方向上，實(shí)質(zhì)上呈現(xiàn)一個(gè)相反的操作，在上行方向的幀中S－VID和MAC地址能夠被學(xué)習(xí)到，用戶端設(shè)備將移除或者轉(zhuǎn)換此標(biāo)簽，然后基于MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)此幀到一個(gè)合適的U型接口(面向用戶的接口)[3]。

3.2 基于1∶1 VLAN

在1∶1 VLAN情形下，用戶端口與某一VLAN之間的業(yè)務(wù)流的轉(zhuǎn)發(fā)存在著一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。在上行方向上，某一端口接收的幀添加一個(gè)或者雙VLAN標(biāo)簽，然后傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò);在下行方向上，從網(wǎng)絡(luò)接收到的幀被剝除一個(gè)或者兩個(gè)VLAN標(biāo)簽，并轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口[3]。

在上行方向上，用戶端設(shè)備總是添加一個(gè)標(biāo)簽到無標(biāo)簽的幀或者轉(zhuǎn)換一個(gè)傳入的Q－Tag。對(duì)于單標(biāo)簽VLAN，用戶端設(shè)備主要是添加一個(gè)S－VID或者轉(zhuǎn)換一個(gè)傳入的標(biāo)簽為S－VID，而網(wǎng)絡(luò)設(shè)備則是透明轉(zhuǎn)發(fā)或者轉(zhuǎn)換S－VID標(biāo)簽為一個(gè)新的S－VID標(biāo)簽;在雙標(biāo)簽VLAN中，用戶端主要是分配一個(gè)C－VID標(biāo)簽或者轉(zhuǎn)換傳入的標(biāo)簽為一個(gè)C－VID標(biāo)簽，而網(wǎng)絡(luò)設(shè)備則增加S－VID標(biāo)簽。

在下行方向上，實(shí)質(zhì)上是相反的操作。對(duì)于單標(biāo)簽VLAN，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備透?jìng)骰蛘邔－VID標(biāo)簽轉(zhuǎn)換為C－VID標(biāo)簽;對(duì)于雙標(biāo)簽VLAN，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備移除外層的標(biāo)簽或者轉(zhuǎn)換S－VID標(biāo)簽為C－VID標(biāo)簽，而用戶端設(shè)備移除或者轉(zhuǎn)換C－VID，最后轉(zhuǎn)發(fā)此幀到相應(yīng)的用戶端口[4]。

4 VLAN端口

在TR－101中，依據(jù)TLS(Transparent LAN Service)服務(wù)劃分，在接入節(jié)點(diǎn)上VLAN端口可以分為兩種類型:支持TLS服務(wù)的VLAN透明端口和不支持TLS服務(wù)的非VLAN透明端口[5]。在業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)和處理流程上，這兩種端口存在著明顯的不同，具體如圖5所示。

圖5 VLAN端口業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)發(fā)

4.1 VLAN 透明端口

在VLAN的透明端口一般可以同時(shí)支持TLS數(shù)據(jù)流和非TLS數(shù)據(jù)流，TLS數(shù)據(jù)流一般為帶VLAN標(biāo)簽、untagged或priority tagged三種，而非TLS數(shù)據(jù)流只能是帶VLAN標(biāo)簽的業(yè)務(wù)流。在VLAN透明端口上可以配置一個(gè)VLAN成員表，在其中定義了端口所屬的VLAN列表。在上行方向上，當(dāng)收到untagged或priority tagged的TLS業(yè)務(wù)流時(shí)，交換機(jī)直接打上端口所配置的S－Tag標(biāo)簽并轉(zhuǎn)發(fā);當(dāng)收到帶標(biāo)簽的業(yè)務(wù)流時(shí)，交換機(jī)將取出業(yè)務(wù)流中標(biāo)簽信息，判斷其是否屬于透明端口上定義的VLAN成員表，如果不屬于VLAN成員表，則直接打上S－Tag后轉(zhuǎn)發(fā)，反之將查詢VLAN翻譯表進(jìn)行VLAN翻譯，找到匹配表項(xiàng)后進(jìn)行VLAN替換并轉(zhuǎn)發(fā)。通常VLAN翻譯的方式存在兩種:一種是定義SVID替換用戶側(cè)的CVID;第二種是定義SVID和CVID，用CVID替換用戶側(cè)VLAN信息后再添加SVID。在下行方向上，TLS業(yè)務(wù)流將S－Tag剝除后直接向相應(yīng)的用戶轉(zhuǎn)發(fā);非TLS業(yè)務(wù)流則進(jìn)行S－Tag或者S－Tag+C－Tag的翻譯還原后再轉(zhuǎn)發(fā)相應(yīng)的用戶。

4.2 VLAN非透明端口

同樣，對(duì)于VLAN非透明端口，當(dāng)接收到untagged或者priority tagged時(shí)，不管端口有沒有配置相應(yīng)的VLAN映射，端口都將添加SVID或者SVID+CVID。只是在配置VLAN映射的端口時(shí)，標(biāo)簽是由不同的協(xié)議類型來決定的，反之則是端口的默認(rèn)標(biāo)簽。而當(dāng)收到tagged業(yè)務(wù)流時(shí)，若業(yè)務(wù)流的VLAN不屬于端口的VLAN列表，則業(yè)務(wù)流直接被丟棄;反之則根據(jù)VLAN翻譯表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，其中在VLAN非透明端口的VLAN翻譯也存在兩種情況，并與VLAN透明端口的翻譯是一致的[6]。

5 總結(jié)

在TR－101中對(duì)VLAN技術(shù)的規(guī)范，有助于增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全性，起到用戶數(shù)據(jù)隔離的作用，可以減少網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)流擁堵的情形，提高網(wǎng)絡(luò)性能。并且對(duì)于支持VLAN的各交換設(shè)備起到統(tǒng)一、規(guī)范的作用，增強(qiáng)設(shè)備間的兼容性。

[1]陳偉.數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[M].武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2004.

[2]End to End Architecture Working Group .TR－101 issue 2:migration to ethernet－based broadband aggregation [EB/OL].[2011－12－01].http://www.broadband－forum.org/technical/trlist.php.

[3]Fiber Access Network Working Group.TR－200 corrigendum 1:using epon in the context of TR－101[EB/OL].[2011－12－01].http://www.broadband－forum.org/technical/trlist.php.

[4]Q/CT2361—2011，中國(guó)電信 EPON 設(shè)備技術(shù)要求(V3.0)[S].2011.

[5]中興通訊股份有限公司.TR－101 組網(wǎng)技術(shù)白皮書(V1.0)[S].2007.

[6]喻勝.EPON+EoC 場(chǎng)景下的端到端 VLAN 規(guī)劃[EB/OL].[2011－12－15].http://www.c114.net/topic/3073/a644683.html.