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VPLS技术介绍.pdf(260.53 KB)
VPLS（Virtual Private LAN Service，虚拟专用局域网服务）是在公用网络中提供的一种点到多点的L2VPN业务。VPLS使地域上隔离的用户站点能通过MAN（Metropolitan Area Network，城域网）或WAN（Wide Area Network，广域网）相连，并且使各个站点间的连接效果像在一个LAN中一样。
VPLS也称TLS（Transparent LAN Service，透明局域网服务）或Virtual Private Switched Network Service（虚拟专有交换网络服务）。
VPLS提供二层VPN服务。在VPLS中，用户是由多点网络连接起来，不同于传统VPN提供的P2P（Point to Point，点到点）的连接服务。VPLS实际上就是在PE上创建一系列的虚拟交换机租借给用户，虚拟交换机的组网和传统交换机完全相同，这样，用户就可以通过MAN（Metropolitan Area Network，城域网）或WAN（Wide Area Network，广域网）来实现自己的LAN（Local Area Network，局域网）。
l CE（Custom Edge Router）
直接与服务提供商相连的用户边缘设备。
l PE（Provider Edge Router）
服务提供商网络上的边缘设备，与CE相连，主要负责VPN业务的接入。它完成报文从私网到公网隧道，并从公网隧道到私网的映射与转发。PE可以细分为UPE和NPE。
l UPE（User facing-Provider Edge）
靠近用户侧的PE设备，主要作为用户接入VPN的汇聚设备。
l NPE（Network Provider Edge）
网络核心PE设备，处于VPLS网络的核心域边缘，提供在核心网之间的VPLS透明传输服务。
l VSI（Virtual Switch Instance）
虚拟交换实例，通过VSI，可以将VPLS的实际接入链路映射到各条虚链接上。
l PW（Pseudo Wire）
虚链路，在两个VSI之间的一条双向的虚拟连接，它由一对单向的MPLS VC（Virtual Circuit，虚电路）构成。
l AC（Attachment Circuit）
接入电路，指连接CE与PE的链路，对应的接口可以是实际的物理接口，也可以是虚拟接口。AC上的所有用户报文一般都要求原封不动的转发到对端Site（站点）去，包括用户的二、三层协议报文。
l QinQ（802.1Q in 802.1Q）
一种基于802.1Q封装的隧道协议，能够提供点到多点的L2VPN服务机制。它将用户私网VLAN TAG封装在公网VLAN TAG中，最终报文带着两层TAG穿越服务提供商的骨干网络，从而为用户提供一种较为简单的二层VPN隧道。
l Forwarders
转发器，PE的一种。PE收到AC上送的数据帧，由转发器选定转发报文使用的PW，转发器事实上就是VPLS的转发表。
l Tunnel
隧道，用于承载PW，一条隧道上可以承载多条PW，一般情况下为MPLS隧道。隧道是一条本地PE与对端PE之间的直连通道，完成PE之间的数据透明传输。
l Encapsulation
封装，PW上传输的报文使用标准的PW封装格式和技术。PW上的VPLS报文封装有两种模式：Raw和Tagged模式。
l PW Signaling
PW信令协议 ，VPLS实现的基础，用于创建和维护PW。PW信令协议还可用于自动发现VSI的对端PE设备。目前，PW信令协议主要有LDP和BGP。
l QoS（Quality of Service）
服务质量，根据用户报文头的优先级信息，映射成在公用网络上传输的QoS优先级来转发。
图1为VPLS典型组网示意图，图中简单显示出以上所涉及的各基本概念。
图1 VPLS典型组网示意图
VPLS的控制平面并不需要通告和分发可达信息，而是通过数据平面上的标准桥接功能的地址学习来提供可达性。每个PE设备会维护一张桥MAC地址表。
(1) 源MAC地址学习
MAC地址学习过程包含两部分：
l 与PW关联的远程MAC地址学习
PW是由一对单向的VC LSP组成（只有两个方向的VC LSP都up才被认为PW是up的）。当在入方向的VC LSP上学习到一个原来未知的MAC地址后，需要PW将此MAC地址与出方向的VC LSP形成映射关系。
l 与用户直接相连端口的本地MAC地址学习
对于CE上传送的报文，需要将报文中的源MAC地址学习到VSI的对应端口上。
PE的MAC地址学习与泛洪过程如图2所示：
图2 PE的MAC地址学习与泛洪过程
(2) MAC地址回收
动态学习到的MAC地址必须有刷新和重学习的机制。在VPLS相关草案中提供一种动态学习的方法，即使用地址回收消息。地址回收消息中携带MAC TLV，收到这个消息的设备根据TLV中指定的参数进行MAC地址的删除或者重新学习这些MAC地址。如果TLV中指定的MAC地址为NULL，则删除此VSI下所有MAC地址，但不删除收到这个消息的PW上学习到的MAC地址。
在拓扑结构改变时为了能快速移除MAC地址，可以使用地址回收消息。地址回收消息分为两类：带有MAC地址列表的和不带MAC地址列表的。
如果在一条备份链路变为活动状态后，收到带有重学习MAC表项的通知消息，PE将更新VPLS实例的FIB表中对应的MAC表项，并将此消息发送给其他相关的LDP会话直连的PE。如果通知消息中包含空的MAC地址TLV列表，表示告知PE移除指定VPLS实例中的所有MAC地址（从发送此消息的PE处学习到的MAC地址除外）。
(3) MAC地址老化
PE学习到的与VC标签相关但是不再使用的远程MAC地址需要有老化机制来移除。老化机制使用了MAC地址对应的老化定时器。在接收到报文并处理时，根据报文中的源MAC地址，如果这个源地址启动了相应的老化定时器，则PE重置该老化定时器。
为了避免环路，一般的二层网络都要求使能STP（Spanning Tree Protocol，生成树）协议。但是对使用VPLS的用户来说，不会感知到ISP的网络，因此在私网侧使能STP的时候，不能把ISP的网络考虑进来。VPLS中，使用全连接和水平分割转发来避免在ISP上使用VPLS私网侧的STP协议。
VPLS环路避免的方法如下：
l PE之间逻辑上全连接（PW全连接），也就是每个PE必须为每一个VPLS转发实例创建一棵到该实例下的所有其他PE的树。
l 每个PE设备必须支持水平分割策略来避免环路，即PE不能在具有相同VPLS实例的PW之间转发报文（由于在同一个VPLS实例中每个PE直连），也就是说，从公网侧PW收到的数据包不再转发到其他PW上，只能转发到私网侧。
l 对于同一个VSI内的PE设备，可以通过手工配置来指定远程PE地址，也可以通过其他的自动发现机制。目前，可以通过LDP和BGP来自动发现VSI对端PE，同时这两种协议也可以作为PW信令协议来创建PW。
l PW主要工作是分配一个多路复用分离标记（VC标签），并将分配的VC标签通告给对端PE。除了标签的分发，PW信令协议还用于通告VPLS系统相关参数，例如PW ID、控制字和接口参数等。通过PW信令协议，可以在各PE之间建立全连接的PW，用于VPLS服务。
AC上的报文封装方式由用户的VSI接入方式决定。用户接入方式可以分为两种：VLAN接入和Ethernet接入。其含义如下：
l VLAN接入：CE发送给PE或PE发送给CE的以太网帧头带有一个VLAN TAG，该TAG是一个服务提供商网络为了区分用户而要求用户压入的“服务定界符”。我们把这个作为服务定界符的TAG称为P-TAG。
l Ethernet接入：CE上送或PE下行的以太网帧头中没有服务定界符，如果此时帧头中有VLAN TAG，则说明它只是用户报文的内部VLAN TAG，对于PE设备没有意义。这种用户内部VLAN的TAG称为U-TAG。
至于用户的VSI接入方式，可以使用配置的方式来指定。
PW上的报文封装方式也可以分为两种：Raw模式和Tagged模式。
l Raw模式下，P-TAG不在PW上传输：对于CE侧的上行报文，如果收到带有服务定界符的报文，则将其去除后再压入两层MPLS标签后转发；如果收到不带服务定界符的报文，则直接压入两层MPLS标签后转发。对于PE侧的下行报文，根据实际配置选择添加或不添加服务定界符后转发给CE，但是它不允许重写或移除已经存在的任何TAG。
l Tagged模式下，上送到PW的帧必须带P-TAG传输：对于CE侧的上行报文，如果收到带有服务定界符的报文，不去除P-TAG直接上送压入两层MPLS标签后转发；如果收到不带服务定界符的报文，则添加一个空TAG后上送再压入两层MPLS标签后转发。对于PE侧的下行报文，根据实际配置选择重写、去除或保留服务定界符后转发给CE。
根据协议规定，缺省情况下PW使用Tagged模式对报文进行封装。
H-VPLS（Hierarchy of VPLS，分层VPLS），延伸服务提供商的VPLS接入范围和降低成本。
l H-VPLS对MTU-s（(Multi-Tenant Unit switch，汇聚设备)的要求比较低，层次鲜明，分工明确。
l H-VPLS能够减少PE全连接带来的逻辑复杂度和配置管理的复杂度。
l H-VPLS的LSP方式接入
图3 H-VPLS的LSP方式接入
如图3所示，UPE作为汇聚设备MTU-s，它只跟NPE1建立一条虚链接接入链路U-PW，跟其他所有的对端都不建立虚链接。
数据转发流程如下：
(1) UPE负责将CE上送的报文发给NPE1，同时打上U-PW对应的多路复用分离标记（MPLS标签）；
(2) NPE1收到报文后，先根据多路复用分离标记判断报文所属的VSI，再根据该报文的目的MAC压入N-PW对应的多路复用分离标记，然后转发该报文；
(3) NPE1从N-PW侧收到报文后，打上U-PW对应的多路复用分离标记将报文发送给UPE，UPE再将报文转发给CE。
如果CE1与CE2之间的数据交换为本地CE之间交换，由于UPE本身具有桥接功能，UPE将直接完成两者间的报文转发，而无需将报文上送给NPE1。不过对于目的MAC未知的第一个数据报文或广播报文，UPE在将数据通过桥广播到CE2的同时，仍然会通过U-PW转发给NPE1，由NPE1来完成报文的复制并转发到各个对端CE。
l H-VPLS的QinQ方式接入
图4 H-VPLS的QinQ方式接入
如图4所示，MTU为标准的桥接设备，数据转发流程如下：
(1) 在CE接入端口使能QinQ，为收到的报文添加压入VLAN TAG作为多路复用分离标记，在MTU与PE1之间通过QinQ隧道将报文透明传输到PE1上；
(2) PE1先根据报文携带MTU压入的VLAN TAG判断所属的VSI，再根据该报文的目的MAC为其压入PW对应的多路服用分离标记（MPLS标签），然后将其转发；
(3) PE1从PW侧收到报文后，根据多路复用分离标记（MPLS标签）判断报文所属的VSI，再根据用户报文的目的MAC打上VLAN TAG通过QinQ隧道将报文转发给MTU，由MTU将报文转发给CE。
如果CE1与CE2之间的数据交换为本地CE之间交换，由于MTU本身具有桥接功能，MTU将直接完成两者间的报文转发，而无需将报文上送给PE1。不过对于目的MAC未知的第一个数据报文或广播报文，MTU在通过桥广播到CE2的同时，仍然会通过QinQ隧道转发给PE1，由PE1来完成报文的复制并转发到各个对端CE。
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