1. 從“管道”到“智能管道”PTN到底是什么如果你在通信行業(yè)待過幾年或者負(fù)責(zé)過企業(yè)專線、基站回傳這類網(wǎng)絡(luò)建設(shè)那么“PTN”這個(gè)詞你一定不陌生。但很多時(shí)候它就像一個(gè)熟悉的陌生人——大家都知道它重要是承載網(wǎng)里的“骨干”但真要細(xì)說它和SDH、IP/MPLS到底有啥區(qū)別很多人可能就卡殼了。今天我們不聊那些枯燥的標(biāo)準(zhǔn)定義就從我這些年跟PTN設(shè)備“打交道”的實(shí)際體驗(yàn)出發(fā)掰開揉碎了講講這個(gè)曾經(jīng)以及現(xiàn)在依然在移動(dòng)通信和政企專線領(lǐng)域扮演關(guān)鍵角色的技術(shù)到底是怎么一回事以及我們?yōu)槭裁葱枰?。簡單來說PTN也就是分組傳送網(wǎng)你可以把它理解成一個(gè)“會(huì)分組的、智能化的管道工”。在它出現(xiàn)之前我們的通信網(wǎng)絡(luò)主要有兩大流派一派是以SDH/MSTP為代表的“電路交換”派特點(diǎn)是通道固定、時(shí)延穩(wěn)定、像火車軌道一樣準(zhǔn)時(shí)但不夠靈活帶寬利用率低另一派是以IP/MPLS為代表的“分組交換”派特點(diǎn)是靈活高效、統(tǒng)計(jì)復(fù)用、像公路網(wǎng)一樣四通八達(dá)但服務(wù)質(zhì)量保障弱時(shí)延抖動(dòng)大。PTN的誕生就是為了取兩家之長它繼承了IP/MPLS高效靈活的分組內(nèi)核同時(shí)又像SDH一樣具備強(qiáng)大的操作、管理、維護(hù)和指配功能以及面向連接的可靠傳輸能力。所以PTN本質(zhì)上是一種面向連接的分組傳送技術(shù)核心使命是在IP化的大潮下為高價(jià)值的業(yè)務(wù)比如4G/5G基站信號、金融交易數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控流提供一個(gè)既高效又可靠的“專屬高速公路”。2. PTN的核心三板斧PWE3、MPLS-TP與OAM要理解PTN為什么能成為“智能管道”得拆開看它的三個(gè)核心技術(shù)組件。這就像一輛好車得有強(qiáng)勁的發(fā)動(dòng)機(jī)、可靠的變速箱和智能的車機(jī)系統(tǒng)。2.1 偽線仿真讓老業(yè)務(wù)坐上新車首先登場的是PWE3。這個(gè)詞聽起來有點(diǎn)玄乎其實(shí)干的事兒很接地氣讓那些原本跑在TDM時(shí)分復(fù)用電路上的老業(yè)務(wù)比如E1專線、語音電話也能無縫地跑在IP分組網(wǎng)絡(luò)上。你可以把傳統(tǒng)的E1電路想象成一條專用的自行車道而PTN構(gòu)建的IP網(wǎng)絡(luò)是寬闊的汽車高速公路。PWE3就像給自行車裝了個(gè)“智能運(yùn)輸艙”把它封裝起來打上標(biāo)簽然后放到高速公路上去跑。對于自行車E1業(yè)務(wù)自己來說它感覺還在自己的專用道上對于高速公路IP網(wǎng)絡(luò)來說它運(yùn)輸?shù)闹皇且粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)的“包裹”。在實(shí)際配置中我們會(huì)在PTN設(shè)備上創(chuàng)建一條“偽線”把用戶側(cè)進(jìn)來的E1信號完整地封裝進(jìn)MPLS標(biāo)簽包里穿過整個(gè)PTN網(wǎng)絡(luò)在對端設(shè)備上再原封不動(dòng)地解封裝出來。這個(gè)過程對用戶完全透明業(yè)務(wù)感知不到底層網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)“改朝換代”了。這是PTN能夠平滑承接運(yùn)營商大量存量TDM業(yè)務(wù)的關(guān)鍵也是項(xiàng)目初期打動(dòng)客戶、實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)利舊升級的利器。2.2 傳輸化的MPLS給IP包裝上“軌道”PTN的轉(zhuǎn)發(fā)核心是MPLS-TP。注意它和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通信里用的IP/MPLS是近親但有本質(zhì)區(qū)別。傳統(tǒng)MPLS是“無連接”或“弱連接”的轉(zhuǎn)發(fā)路徑依賴復(fù)雜的路由協(xié)議實(shí)時(shí)計(jì)算路徑可能隨時(shí)變化。而MPLS-TP是“強(qiáng)連接”的它通過網(wǎng)管系統(tǒng)或控制平面預(yù)先建立好一條固定的、雙向的LSP標(biāo)簽交換路徑。你可以這么理解傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)像郵寄平信每個(gè)路由器郵局自己決定下一站往哪走雖然最終能到但路徑和耗時(shí)不確定。而MPLS-TP像高鐵乘客數(shù)據(jù)包在入口源PTN設(shè)備就被分配到一個(gè)固定的車次外層標(biāo)簽和座位內(nèi)層標(biāo)簽沿著預(yù)先鋪好的鐵軌LSP一站直達(dá)目的地中間站點(diǎn)只認(rèn)標(biāo)簽快速交換不關(guān)心IP地址。這種機(jī)制帶來了幾個(gè)硬核好處確定性低時(shí)延路徑固定轉(zhuǎn)發(fā)行為可預(yù)測非常適合對時(shí)延敏感的移動(dòng)回傳業(yè)務(wù)。強(qiáng)大的保護(hù)倒換可以像SDH那樣為每條LSP預(yù)先配置好備用路徑。一旦主用路徑光纜中斷能在50毫秒內(nèi)切換到備用路徑業(yè)務(wù)幾乎無感知。這是普通IP網(wǎng)絡(luò)難以企及的可靠性。簡化運(yùn)維路徑是預(yù)先規(guī)劃好的故障定位非常直觀。網(wǎng)管上能看到清晰的“管道”視圖哪段“管道”出了問題一目了然。2.3 電信級的“聽診器”O(jiān)AM機(jī)制如果說轉(zhuǎn)發(fā)引擎是PTN的“身體”那么OAM就是它的“神經(jīng)系統(tǒng)”和“聽診器”。OAM是PTN從SDH繼承來的最寶貴財(cái)富之一全稱是操作、管理、維護(hù)。它是一套完整的、分層級的、主動(dòng)式的監(jiān)控和故障管理工具。在PTN里OAM功能是嵌入到每一條連接里的。我們常用的有幾種“探針”連續(xù)性檢測設(shè)備會(huì)周期性地向?qū)Χ税l(fā)送CCM報(bào)文就像心跳檢測。如果連續(xù)3個(gè)周期收不到對端的心跳就立刻判斷鏈路故障觸發(fā)保護(hù)倒換。這是實(shí)現(xiàn)50ms倒換的基礎(chǔ)。環(huán)回測試類似于ping但更強(qiáng)大?？梢栽诰W(wǎng)絡(luò)的任意節(jié)點(diǎn)向任意一條LSP發(fā)起環(huán)回測試精準(zhǔn)定位故障點(diǎn)是在A設(shè)備、B設(shè)備還是中間的鏈路。丟包和時(shí)延測量可以實(shí)時(shí)監(jiān)測某條業(yè)務(wù)通道的丟包率和雙向時(shí)延這對于保障視頻會(huì)議、金融交易等業(yè)務(wù)的質(zhì)量至關(guān)重要。我遇到過最經(jīng)典的一個(gè)排錯(cuò)案例一條重要的金融專線偶爾有閃斷。在IP路由器上查所有鏈路協(xié)議都是UP的丟包率也不高問題很難定位。后來在PTN網(wǎng)管上調(diào)出這條LSP的OAM歷史記錄清晰看到在特定時(shí)間點(diǎn)有連續(xù)的“遠(yuǎn)端缺陷指示”告警但很快又恢復(fù)了。順藤摸瓜最終發(fā)現(xiàn)是傳輸線路上一處法蘭盤有輕微污損在特定溫度濕度下光功率會(huì)臨界波動(dòng)。PTN的OAM就像高精度的監(jiān)護(hù)儀把這種細(xì)微的、瞬態(tài)的異常捕捉并記錄了下來這是傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維手段很難做到的。3. PTN的典型應(yīng)用場景它在哪里發(fā)光發(fā)熱理解了PTN的內(nèi)功我們再看看它都在哪些戰(zhàn)場上施展拳腳。它的設(shè)計(jì)初衷和主要舞臺始終圍繞著對質(zhì)量有苛刻要求的業(yè)務(wù)。3.1 移動(dòng)回傳網(wǎng)絡(luò)的絕對主力這是PTN起家并至今仍是核心的領(lǐng)域尤其是4G LTE時(shí)代。一個(gè)4G基站它的業(yè)務(wù)流量可以簡單分為兩部分一部分是用戶上網(wǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)這部分突發(fā)性強(qiáng)適合統(tǒng)計(jì)復(fù)用另一部分是基站和核心網(wǎng)之間的信令、同步信號這部分?jǐn)?shù)據(jù)量小但要求極高的可靠性和極低的固定時(shí)延。PTN完美地解決了這個(gè)矛盾。運(yùn)營商可以用PTN設(shè)備組建一個(gè)從基站到核心機(jī)房的完整傳送網(wǎng)。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上為每個(gè)基站劃分一個(gè)專門的“管道”承載其信令和同步業(yè)務(wù)保證其質(zhì)量。所有基站的用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)則可以共享網(wǎng)絡(luò)帶寬通過QoS策略進(jìn)行調(diào)度實(shí)現(xiàn)帶寬的高效利用。當(dāng)光纜被挖斷時(shí)PTN網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)倒換機(jī)制能確?；緲I(yè)務(wù)在幾十毫秒內(nèi)恢復(fù)用戶打電話、上網(wǎng)基本無感。在部署時(shí)我們通常會(huì)采用“接入環(huán)匯聚環(huán)核心環(huán)”的分層組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。接入環(huán)一般掛10-20個(gè)基站成環(huán)狀連接以保證可靠性。這里有個(gè)實(shí)操細(xì)節(jié)環(huán)上節(jié)點(diǎn)的帶寬規(guī)劃必須考慮“環(huán)路帶寬”。比如一個(gè)10G的接入環(huán)掛了15個(gè)基站并不是每個(gè)基站都能分到10G。因?yàn)榄h(huán)上所有節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)都要經(jīng)過環(huán)上的每段鏈路所以最繁忙的那段鏈路通常是靠近匯聚節(jié)點(diǎn)的上行鏈路的帶寬才是這個(gè)環(huán)的實(shí)際可用帶寬。規(guī)劃時(shí)如果不注意這點(diǎn)后期擴(kuò)容會(huì)非常被動(dòng)。3.2 高品質(zhì)政企專線的承載者除了運(yùn)營商自用PTN也是面向政企客戶提供高品質(zhì)專線服務(wù)的主要技術(shù)。銀行、證券、政府、大型企業(yè)總部和分支之間的互聯(lián)很多都跑在PTN網(wǎng)絡(luò)上?？蛻艨赡軙?huì)說“我要一條從A點(diǎn)到B點(diǎn)的100M專線?！?在PTN的語境下我們給他提供的其實(shí)是一條100M帶寬的、具有嚴(yán)格服務(wù)質(zhì)量保障的LSP。這條LSP和互聯(lián)網(wǎng)流量是物理或邏輯隔離的它的帶寬是獨(dú)享或硬管道的時(shí)延和抖動(dòng)有上限承諾。對于客戶而言他感受到的就是一條穩(wěn)定、干凈的“透明線纜”。在政企專線項(xiàng)目中開局測試至關(guān)重要。除了常規(guī)的ping和吞吐量測試一定要做“背景流量沖擊下的服務(wù)質(zhì)量測試”。具體做法是先為這條專線LSP配置好承諾帶寬和優(yōu)先級。然后在PTN網(wǎng)絡(luò)上用打流儀灌滿大量其他背景流量模擬網(wǎng)絡(luò)擁塞。此時(shí)再測試專線的帶寬、時(shí)延、抖動(dòng)和丟包率必須仍然滿足SLA協(xié)議要求。這個(gè)測試能真正驗(yàn)證PTN的QoS調(diào)度機(jī)制是否生效避免出現(xiàn)“平時(shí)沒事業(yè)務(wù)一忙就卡”的尷尬局面。3.3 5G時(shí)代的新角色切片傳送的堅(jiān)實(shí)底座隨著5G的到來網(wǎng)絡(luò)切片成為核心概念。一個(gè)5G網(wǎng)絡(luò)可以虛擬出多個(gè)邏輯上獨(dú)立的“切片”分別服務(wù)于自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等不同業(yè)務(wù)。這些切片對底層傳送網(wǎng)絡(luò)的要求是天差地別的有的要超低時(shí)延有的要超大帶寬有的要海量連接。PTN特別是其演進(jìn)技術(shù)SPN在5G時(shí)代找到了新的定位作為承載網(wǎng)為不同的5G網(wǎng)絡(luò)切片提供差異化的、硬隔離的管道服務(wù)。通過FlexE等新技術(shù)PTN可以在物理端口上劃分出多個(gè)硬隔離的通道每個(gè)通道承載一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片彼此之間帶寬、時(shí)延互不影響。這就好比把一條高速公路用物理隔離墩分成了自動(dòng)駕駛專用道、客車專用道和貨車專用道互不干擾。4. 部署與運(yùn)維實(shí)戰(zhàn)那些配置手冊里不會(huì)寫的細(xì)節(jié)理論很美好但真正讓PTN網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定跑起來離不開落地時(shí)的一系列“細(xì)活兒”。這部分分享幾個(gè)我踩過坑才總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)。4.1 開局配置避開標(biāo)簽規(guī)劃的“雷區(qū)”PTN是基于標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)的所以開局時(shí)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的MPLS標(biāo)簽規(guī)劃是重中之重。標(biāo)簽規(guī)劃混亂后期擴(kuò)容、調(diào)整、排錯(cuò)都會(huì)是一場噩夢。絕對要避免的是標(biāo)簽沖突和耗盡。每個(gè)PTN設(shè)備都有一個(gè)本地標(biāo)簽池。如果不同業(yè)務(wù)隨意使用標(biāo)簽很可能導(dǎo)致不同LSP在中間節(jié)點(diǎn)用了相同的出標(biāo)簽造成轉(zhuǎn)發(fā)混亂。標(biāo)準(zhǔn)的做法是采用每節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽按范圍劃分的策略。例如給設(shè)備A分配標(biāo)簽范圍1000-1999設(shè)備B分配2000-2999。所有以A為起點(diǎn)的LSP都從1000-1999這個(gè)范圍里分配標(biāo)簽。這樣在任何中間節(jié)點(diǎn)看到標(biāo)簽值就能大致知道它來自哪個(gè)區(qū)域的業(yè)務(wù)便于管理和排查。另一個(gè)坑是PW標(biāo)簽和隧道標(biāo)簽的嵌套關(guān)系。一條典型的PTN業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包是帶著兩層標(biāo)簽穿越網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)層是PW標(biāo)簽標(biāo)識具體的業(yè)務(wù)外層是隧道標(biāo)簽標(biāo)識從源到目的的整體路徑。在配置時(shí)一定要理清層次。我見過新手工程師把兩層標(biāo)簽配反了或者PW標(biāo)簽忘了配結(jié)果業(yè)務(wù)不通OAM卻能通因?yàn)镺AM可能只檢測隧道層排查起來非常繞。4.2 同步部署時(shí)間不準(zhǔn)一切白費(fèi)PTN承載的很多業(yè)務(wù)尤其是移動(dòng)回傳對時(shí)間同步有極高要求。4G的TDD制式和5G的很多關(guān)鍵技術(shù)都要求基站之間的時(shí)間誤差在微秒級。PTN網(wǎng)絡(luò)通常采用1588v2協(xié)議來傳遞高精度時(shí)間。這里有一個(gè)關(guān)鍵選擇是采用BC還是TC模式BC是邊界時(shí)鐘每個(gè)節(jié)點(diǎn)都恢復(fù)時(shí)間再向下游傳遞TC是透明時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)只修正報(bào)文在設(shè)備內(nèi)的駐留時(shí)間不恢復(fù)時(shí)間。在大型多層網(wǎng)絡(luò)中通常推薦“BCTC”的混合模式核心層節(jié)點(diǎn)用BC保證時(shí)間源質(zhì)量接入層節(jié)點(diǎn)用TC減少時(shí)鐘跳數(shù)提升精度。部署時(shí)必須確保整網(wǎng)的時(shí)間拓?fù)涫菢湫吻覠o環(huán)的同時(shí)要配置正確的BC和TC端口角色否則很容易出現(xiàn)時(shí)間不同步甚至震蕩的問題。4.3 日常運(yùn)維告警關(guān)聯(lián)與性能基線PTN網(wǎng)管上的告警信息量巨大如果一個(gè)個(gè)孤立地看運(yùn)維人員會(huì)淹沒在告警海洋里。建立告警關(guān)聯(lián)規(guī)則和性能基線是提升運(yùn)維效率的關(guān)鍵。例如一條光纜斷掉可能會(huì)引發(fā)下游幾十個(gè)網(wǎng)元的“信號丟失”、“通信中斷”告警以及上百條LSP的“OAM超時(shí)”告警。一個(gè)成熟的運(yùn)維系統(tǒng)應(yīng)該能自動(dòng)將根因告警光纜中斷識別出來并抑制所有由此衍生的關(guān)聯(lián)告警在拓?fù)鋱D上直觀地顯示故障影響范圍。性能基線則用于發(fā)現(xiàn)潛在隱患。PTN的OAM能持續(xù)監(jiān)測每條LSP的時(shí)延和丟包。運(yùn)維人員應(yīng)該為重要業(yè)務(wù)建立歷史性能基線。比如某條金融專線的時(shí)延基線是5ms±0.2ms。如果監(jiān)控發(fā)現(xiàn)其時(shí)延緩慢增長到了5.5ms雖然沒告警但這就可能是一個(gè)潛在風(fēng)險(xiǎn)信號可能是端口輕微擁塞或光纖老化需要提前介入排查防患于未然。5. PTN的演進(jìn)與未來SPN和IP化挑戰(zhàn)任何技術(shù)都有其生命周期。PTN在應(yīng)對5G超高帶寬和超低時(shí)延需求時(shí)也面臨著演進(jìn)壓力。目前的主流方向是SPN。SPN可以看作是PTN的“增強(qiáng)版”它繼承了PTN的架構(gòu)和OAM等核心理念但在關(guān)鍵技術(shù)上做了升級FlexE接口實(shí)現(xiàn)了物理層的硬管道隔離為網(wǎng)絡(luò)切片提供了真正的物理基礎(chǔ)比MPLS-TP的標(biāo)簽隔離更徹底、更可靠。SR-TP用更簡潔、更易擴(kuò)展的段路由技術(shù)部分替代了傳統(tǒng)的MPLS-TP信令簡化了控制平面。更低的時(shí)延通過架構(gòu)優(yōu)化和新硬件將設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延從百微秒級降低到十微秒級甚至更低。然而PTN/SPN也面臨著一個(gè)根本性的挑戰(zhàn)IP/MPLS技術(shù)的持續(xù)進(jìn)化。隨著SD-WAN、SRv6、EVPN等新技術(shù)的成熟純IP網(wǎng)絡(luò)在靈活性、自動(dòng)化、與云網(wǎng)融合方面的優(yōu)勢越來越明顯。傳統(tǒng)的“傳輸網(wǎng)”和“數(shù)據(jù)網(wǎng)”的界限正在模糊。對于很多對可靠性要求并非極端苛刻的企業(yè)專線場景基于IP/MPLSSDN的方案以其更低的成本和更快的部署速度正在形成強(qiáng)大的競爭力。所以作為一名網(wǎng)絡(luò)工程師我的體會(huì)是PTN是一套非常優(yōu)秀和經(jīng)典的面向連接的分組傳送技術(shù)它在需要電信級可靠性和確定性的場景下地位依然穩(wěn)固。但學(xué)習(xí)它不能只停留在配置命令和告警處理上更要理解其“面向連接”、“質(zhì)量保障”的設(shè)計(jì)哲學(xué)。因?yàn)闊o論底層技術(shù)如何演變業(yè)務(wù)對高質(zhì)量、可承諾的網(wǎng)絡(luò)管道的需求永遠(yuǎn)不會(huì)消失。掌握PTN的精髓能幫助我們在面對SPN、IP光等任何新的承載技術(shù)時(shí)都能快速抓住其解決核心問題的思路從而做出更貼合業(yè)務(wù)需求的技術(shù)選型。