PBB/VPLS双栈技术及其效率分析_网络融合

论文导读:：如果两个城域网分别采用VPLS技术和PBB技术。。双栈技术分析。那么在网络融合的过程中就不可避免地出现一些问题。
论文关键词：PBB，VPLS，双栈，网络融合
 

1 引言

随着以太网的应用不断地发展，以太网的应用领域逐渐从规模较小的局域网走向规模较大的城域网。近年来，提出了CE（Carrier Ethernet）的概念，即满足电信级需求的、面向连接的以太网技术。IEEE制定了802.1ah标准，与此相关的技术称为PBB技术（Provider Backbone Bridges 运营商骨干桥接技术）。VPLS（Virtual Private LAN Service，虚拟专用局域网业务）是另一种城域以太网技术，并且应用得较为广泛。如果两个城域网分别采用VPLS技术和PBB技术，那么在网络融合的过程中就不可避免地出现一些问题，如帧格式之间的转换、网络的互通性等。利用PBB/VPLS双栈技术可以在对现有网络的拓扑结构不做过多改动的基础上，实现这两种网络和融合。

2 PBBVPLS技术分析

2.1 PBB技术特点

PBB又称为MAC-in-MAC，提供的是一种对用户报文透明传输的、面向连接的、点到点的二层VPN服务^【1】。其工作的机制就是将用户的二层报文当做数据部分封装在以太网帧中，穿越公网，从一个站点传输到另一个站点，为用户报文提供透明传输服务。在骨干网上网络融合，通过STP协议消除环路。PBB技术的关键是在MAC-in-MAC封装中，增加一个24 bit的I-SID，以标识不同的VPN实例^[2]。PBB网络中报文封装的过程如下图所示：

图1 PBB公/私网报文转换

Fig.1 PBB public-private networktransition

(1)私网报文收发模块：接收到该报文之后，根据报文的具体内容，生成与报文相关的具体信息，例如：私网报文的DA（Destination Address），报文所属的VPN等。并将这些内容送到报文解封装模块，同时学习私网报文的SA（Source Address）怎么写论文。

(2)报文封装/解封装模块：根据私网报文收发模块生成的信息，将私网报文封装成PBB公网报文，并将公网报文传到公网报文收发模块。

(3)公网报文收发模块将封装好的PBB报文发送到对应的物理端口。

对端PE设备接收到PBB报文，根据I-SID字段的内容判断出公网报文所属的VPN，将私网报文从公网报文中剥离，转发到相应的VPN中去。除此之外，还建立一条与源PE设备之间的、逻辑上的连接，称为“上行链路”，主要内容包括：物理端口号、所属的VPN实例、PBB报文的B-SMAC等。学习用户报文的SA，并使之与“上行链路”绑定。

当PE从站点接收到的私网报文的DA为已知单播的时候，通过查找FDB（ForwardingDatabase）表，可以找到对应的“上行链路”，然后将根据“上行链路”的具体信息，将报文封装成单播PBB报文，从具体的物理端口转发。否则，以广播的形式转发报文，以确保每个PE设备都收到一份。

2.2 VPLS技术特点

VPLS（VirtualPrivate LAN Service，虚拟专用局域网业务）技术也是一种VPN技术，可以提供点到点、点到多点的、面向连接的二层VPN服务，VPLS的基础是MPLS^[3]。VPLS网络的边缘的PE设备，将用户报文压入两层MPLS标签后转发。其中最外层的MPLS 标签（称为Tunnel标签）标识了报文在骨干网中的传输路径，将报文从一个PE沿着已建立的LSP（Label Switched Path）传递到另一个PE；而内层的MPLS标签（称为VC标签）则用于区分不同的VPN。

在VPLS网络结构如图2所示：

图2 VPLS网络结构图

Fig.2 VPLS network blockdiagram

PE1和PE3之间首先通过路由协议网络融合，例如：OSPF，保证链路的连通性，然后通过公网设备的MPLS功能建立一对到达对方的LSP，构成一条VPLS隧道。PE1和PE3通过BGP、LDP等信令协议，并将分配的VC标签通告给对方。

在VPLS网络中，PE之间的连接都是事先建立好的，当PE设备接收到用户报文后，首先确定报文所属的VPN，然后分配一个VC标签进行标识，最后根据用户报文的DA，决定报文的转发方式。如果用户报文是已知单播，则分配一个Tunnel标签，将报文封装成VPLS报文，沿着特定的LSP转发到对端，对于未知单播或广播报文，PE设备向所有的VPLS隧道中转发一份^[4]。

在用户报文的MAC地址学习和查找方式上，和PBB网络有一定的相似之处，都是将用户私网报文的SA和特定的公网链路绑定，并通过查找FDB表，找到对应的公网链路，然后将报文封装好，转发出去。

2.3 PBB/VPLS双栈技术分析

PBB/VPLS双栈技术通过对VPLS报文与PBB报文的相互转换，达到融合两种不同网络的目的。其核心思想是将PBB报文中的I-SID与VPLS报文中的VC标签进行映射，在改变报文封装方式的同时，又确保报文只在其所属的VPN中转发。其工作机制如图3所示：

图3 PBB/VPLS双栈设备工作机制

Fig.3 dual stacks of PBB/VPLSequipment work mechanism

(1)VPLS报文收发模块接收到VPLS报文，将报文解封装，学习用户报文的MAC地址，并将用户报文的SA与公网链路关联，生成与报文相关的信息后网络融合，将这些信息交予报文转换模块处理。

(2)报文转换模块根据之前生成的与报文相关的信息中的VC标签值，查找相应的VPN实例；并根据用户报文的DA，查找与之相应的“上行链路”；根据VPN实例中的信息以及用户报文DA对应的“上行链路”，基本上可以确定PBB报文的封装形式。封装好的报文交予PBB报文收发模块处理。

(3)PBB报文收发模块收到生成的PBB报文后，根据PBB报文的B-DMAC找到相应的端口转发出去。

3 PBB/VPLS双栈网络的效率分析

各站点的主机之间互学MAC地址的过程中，必然会产生大量的ARP广播报文在公网上传输，给设备带来不小的压力。因此，可以从各站点主机互相学习MAC地址的角度，分析公网设备转发私网ARP报文的总次数，寻找一种有效的方法，减少公网设备转发报文的总次数，提升网络的效率。

3.1 VPLS网络的效率

在VPLS网络中，对于某个VPN实例A，假设每个PE设备都有VPN A的服务实例，共有N（N>=2）个PE设备，每台PE设备连接的主机数分别为K_1...K_N,每个PE设备之间都要建立一对LSP，为了简化计算，假定这两条LSP在公网中的路径是一样的。用户报文通过PE_i转发到PE_j，被公网设备转发的次数记为L_ij，且L_ii=0怎么写论文。与PE_i相连的站点中的K_i个主机都获得其他所有主机的MAC地址的过程可以分为两步：

(1)K_i个主机之间互相获取MAC地址。

(2)K_i个主机获取其他K-K_i个主机的MAC地址。由于K₁.....K_i-1个主机的MAC地址在这些主机学习与PE_i相连的K_i个主机的过程中，已经被K_i个主机学习到，故只需要学习个主机的MAC地址。

第一步：K_i个主机发送个ARP请求报文，每个报文需要公网设备转发的次数为：；ARP应答报文都是在私网中以单播的形式转发，不需要通过公网设备。所以公网设备转发的总次数为：。

第二步：K_i个主机都要学习其他个主机的MAC地址，ARP请求报文总数为：，每个ARP请求报文需要发送到所有其他PE设备，需要公网设备转发的次数为：，因此公网设备转发报文总的次数为： ，ARP应答报文以单播的形式转发网络融合，公网设备转发ARP应答报文的次数为：。总次数P_A为：

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