3G 核心网中 MPLS VPN 互通方式研究.doc
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1、精品论文3G 核心网中 MPLS VPN 互通方式研究刘磊北京邮电大学电信工程学院,北京(100876)E-mail:liu-摘 要: 本文介绍了 3G 核心网络的结构,分析了 3G 核心网络采用 MPLS VPN 方式承载的优 点,讨论了 3G 核心网络中 MPLS VPN 的互通需求,然后对于如何实现 MPLS VPN 的互通进行 了探讨,给出了两种解决方案,并对这两种解决方案进行了对比。关键词:3G,核心网,MPLS,VPN1引言3G 是 3rd Generation 的缩写,指的是第三代移动通信技术。相对于第一代模拟制式手 机(1G)和第二代 GSM、TDMA 等数字手机(2G),第三
2、代手机是指将无线通信与互联网等多 媒体通信相结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式, 提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。3G 核心网络是一张由运营商维护的,以 IP 承载为主,负责承载 3G 核心业务的网络。一 般使用运营商内部的骨干网作为 3G 核心网络的 IP 承载平台。运营商为了保障 3G 核心网络的安全性,需要将 3G 核心网中主要区域上的流量放在 VPN 中传输。如今运营商的骨干网普遍采用 MPLS 技术,实现骨干网上数据的高速交换,这就意 味着需要对承载在 MPLS 骨干网上的 3G 核心网络进行 MPLS VPN 的划分。下面以 3
3、G WCDMA 核心网络结构为例,讨论 3G 核心网中 MPLS VPN 的划分,以及 MPLS VPN 的互通方式。23G WCDMA 核心网络结构3G WCDMA核心网中主要存在 7 大区域:UTRAN(全IP化后),CS域(电路域),PS域(分 组域),IMS(IP多媒体子系统),业务网络,OCS(计费系统),网管1。在 3G WCDMA 核心网中,电路域(CS 域)主要负责移动用户的语音业务,分组域(PS 域)主要负责移动用户的数据业务。3G WCDMA 网络 R5 版本引入了 IMS(IP 多媒体子系统), IMS 的主要特点是基于 IP 的多媒体业务与会话控制核心网络。当移动用户需
4、要享受多媒体 增值业务时,其就需要通过 PS 域/CS 域和 IMS 进行交互。在 IMS 身后的是业务网络,其中包括各种业务引擎,CP/SP 通过接入 ISAG/ISMP 来提供 各种增值服务。IMS 负责将用户的请求转发到具体的业务引擎,并为用户提供统一的接口。 然而无论是 PS 域,CS 域,IMS,还是业务平台,他们都需要计费系统对移动用户的访问进行计费,需要用统一的网管平台对其进行统一的管理。可见,在 3G WCDMA 核心网中,逻辑上相互独立,完成不同功能的各个域之间存在着紧 密的联系,有着多种多样的互通需求。-1-3G WCDMA 核心网络结构如下图所示:图 1 3G WCDMA
5、 核心网络结构3MPLS VPN3.1 MPLSMPLS 可以看作是一种面向连接的技术。通过 MPLS 信令(LDP,Label Distribute Protocol,标签分配协议)建立好 MPLS 标记交换通道(Label Switched Path,简称 LSP); 数据转发时,在网络入口对报文进行分类,根据分类结果选择相应的 LSP,打上相应的标签; 中间路由器在收到 MPLS 报文以后直接根据 MPLS 报头的标签进行转发,而不用再通过 IP 报 文头的 IP 地址进行查找;在 LSP 出口(或倒数第二跳),弹出 MPLS 标签,还原为 IP 包。3.2 MPLS VPNMPLS V
6、PN是一种基于MPLS技术的IP-VPN,其对MPLS的主要改动有:在PE上创建虚拟路由 器以及MP-BGP协议的引入2。在MPLS/BGP VPN模型中,网络由运营商的骨干网与用户的各个site组成。所谓VPN就是 对site集合的划分,一个VPN就对应一个由若干site组成的集合3。MPLS/BGP VPN的实现如 下图所示:-7-图 2 MPLS/BGP VPN 模型MPLS VPN 当前的框架结构中包括 P、PE、CE 等关键设备:zP routers:骨干网中不与 CE 直接相连的设备,不感知 VPN;zPE(Provider Edge):骨干网中的边缘设备,它直接与用户的 CE 相
7、连,完成 MPLS VPN 实现的主要功能;zCE(Custom Edge):用户 Site 中直接与骨干网相连的边缘设备,不感知 VPN,只需支 持标准的 IP 功能即可。MPLS VPN 最主要是依靠在 PE 路由器上创建虚拟路由器来实现的。在 PE 上,每个虚拟 路由器都有各自的路由表和转发表,这些路由表和转发表统称为 VRF(VPN Routing and Forwarding instances)。一个 VRF 定义了一个连接到 PE 路由器上的 VPN 成员。VRF 中包含 了 IP 路由表,IP 转发表(也称为 CEF 表),使用该 CEF 表的接口集、路由协议参数和路由 导入导
8、出规则等。在 VRF 中定义的和 VPN 业务有关的两个重要参数是 RD(Route Distinguisher)和 RT(Route Target)。43G 核心网与 MPLS VPN3G 核心网络是承载在运营商的骨干网上的,因此,3G 核心网络在骨干网上的承载方式 要依赖于骨干网络自身的特点。现在运营商的骨干网基本上都采用 MPLS(Multiprotocol Label Switch,多协议标签 交换)技术。MPLS 技术改变了传统 IP 网络的转发模式,由逐跳转发变为端到端转发,对于 运营商而言,将传统的不可控制的 IP 网络,变成了端到端可控的电信级数据承载网。同时,基于 MPLS
9、的 MPLS/BGP VPN 实现了大规模、可扩展、安全的 VPN 业务。这对于承 载在 MPLS 网络上的 3G 核心网络而言具有非常重要的意义。使用 MPLS VPN 承载 3G 核心网的优点有: 提高了网络速度。由于 MPLS VPN 使用基于 MPLS 的标签交换技术,缩短了每一跳之间地 址搜索的时间,减少了数据在网络中传输的时延,提高了网络的速度,有利于 3G 网络 性能的更好发挥。 提高了 IP 地址利用率。把各个 3G 域划分到相应的 MPLS VPN 中之后,属于不同 VPN 的3G 域之间可以复用 IP 地址,在便于 IP 地址统一规划和管理得同时,大大的节约了 IP地址资源
10、。 安全性高。利用 MPLS 作为通道机制实现透明的保密传输,MPLS 的 LSP 具有与帧中继和 ATM VOC(Virtual Channel Connection,虚通道连接)类似的高可靠安全性。 便于不同业务间流量的隔离。把 3G 网络中不同业务的流量封装在不同的 MPLS VPN 中, 这样可以避免不同业务之间的干扰,方便分类管理,增强 3G 核心网络的安全性。 便利的 QOS 部署。3G 核心网按照不同的域进行 VPN 划分后,面向不同业务,具有不同 职能的域之间的流量得到了分离,便于根据不同的业务需求进行 QOS 的部署,提高服务 质量,优化网络性能。 提高了灵活性和可扩展性。灵
11、活性在于:由于 MPLS 的 any to any 的连接特性,3G 核 心网络可以对于不同的 MPLS VPN 订制不同的控制策略,满足不同情况的特殊需求,便 于实现增值业务。可扩充性在于:一方面,MPLS 网络中可容纳的 VPN 数量更大;另一 方面,同一 MPLS VPN 中的客户很容易扩充。这样的灵活性和可扩充性大大的方便了运 营商对于 3G 核心网络的部署。 方便与国际接轨。如今 MPLS 技术已经被广泛的应用与全世界各个运营商的网络中。因 此,采用 MPLS VPN 承载 3G 核心网络业务会对运营商建立全球的 VPN,或者与外国运营 商网络接轨带来极大的便利。3G 核心网络承载在
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