摘要 本文从基本概念入手，对于电信级以太网业务和技术的内涵与外延进行了分析，并总结归纳了电信级以太网技术的关键特征。
1 概述
电信级以太网的名称随着2001年城域以太网论坛（MEF）的成立逐步进入了人们的视线。最初称为城域以太网（Metro Ethernet），2004年后慢慢出现运营级以太网的称呼（Carrier Grade/Class Ethernet）。从2005年开始，MEF在其主导的会议和发布的文档中开始使用Carrier Ethernet的名称，目的是进一步明确和强调以太网技术在运营商网络中的应用和价值。在国内，有的翻译为运营级以太网或运营商以太网，现在大多与中国电信对其的称谓保持一致，即电信级以太网。
以太网原来只是作为一种网络互联技术而存在，随着以太网在全球的大规模应用，以太网接口已经成为事实上的通用业务插座，各类高速以太网接口因经济规模带来的成本优势加速使用。运营商们开始考虑将以太网作为一种业务推向用户。因此从概念来说，现在人们所谈论的电信级以太网包括以太网业务和以太网技术两个范畴，通过对于其电信级特征的描述来逐步扩大其内涵与外延。
2 电信级以太网业务
长期以来，对于一些重要的二层互联业务，比如银行、金融、政务等行业的企业，都是以DDN、帧中继、ATM等传统基础数据技术为主要承载手段。这类基础数据业务以其高质量、高安全等特性发挥了重要的作用。随着设备厂商在这些技术上的投资日益减少，使这些传统基础数据业务面临故障维护、部署以及扩容升级等方面的成本日益昂贵的问题。这些传统基础专线技术已经不能适应网络技术与业务的发展，将电信级以太网用于商业客户业务，主要是考虑到近年来以太网接口已大量部署，以及二层专线业务和二层VPN业务具有不断增长的需求，电信级以太网可以逐步替代这些传统的基础数据专线技术。
在电信级以太网业务的定义上，MEF的作用是最突出的。作为一个非官方组织，MEF努力促进当前正在使用和考虑使用的各种实施办法之间彼此衔接，确保在技术上具有互操作性。因此其技术委员会在管理、体系结构、协议/传输、业务和测试这五个方面致力于提供文档、框架、协定和互操作性，推动以太网在全球范围内成为一种优选的网络技术和标准化的业务。
在MEF的网络参考模型中，重点引入了两个术语：UNI和EVC。这两个术语在传统以太网领域很少应用，但是在通信网中应用较多。在这里引入UNI主要是为了强调运营商网络与用户之间的定界问题，从而为以后的业务控制、OAM等功能提供明确的功能分界点。
在电信级以太网中引入了EVC的概念，类似于ATM与帧中继的的PVC。 EVC这种逻辑管道的概念在电信级以太网技术中扮演着非常重要的角色，依靠在有限的网络资源里构建统计复用的逻辑管道，流量可以有效地隔离开来，通过对逻辑管道及其中的流量施加相应的控制，电信级以太网就具有了比较完备的流量控制能力，从而能够很好的对用户进行分类管理，以及对于同一用户的不同应用进行区分化的服务。
MEF定义了三种以太网业务类型：E-LINE、E-LAN、E-TREE，分别对应于点到点、多点到多点和根基多点的EVC类型。同是又根据UNI处基于端口和VLAN两种方式的差异，对每种类型又分为专用（Private）和虚拟专用（Virtual Private）两种。因此也就有了如表1所示的以太网业务分类。在具体定义上，MEF与ITU-T G.8011.1和G.8011.2的定义存在一定差异，主要原因是MEF从业务和用户的角度来分析，而ITU-T是从网络内部来讨论。
在定义业务类型的基础上，MEF规范了各类业务的属性和相关参数。以太网业务的属性和参数分为UNI和EVC两种，UNI属性参数是作用于接口的属性参数，EVC业务属性参数是作用于管道的属性参数。
由此可以看出，MEF对于电信级以太网业务的定义采取了类似于传统基础数据业务（如帧中继和ATM）的方式，通过区分业务类型，进而规范和定义各种类型的业务属性，最后比较完备的细化每个属性的相关参数来构建相对完整的业务体系。
3 电信级以太网技术
电信级以太网技术，是指将传统以太网应用到电信网的技术，具备网络和业务可扩展性、运营级网管能力和QoS保障等电信级运营所需要的能力，从而解决IP/以太网/TDM等多业务的传送问题,并向城域乃至广域延伸，推动传统电信网络向分组化网络转型。
从技术上看，以太网是一种很简单的解决方案，只需要少量的规划、设计和测试工作，应用多年，为用户熟悉，业务指配时间可以减少到几个小时或几天。其次，以太网是标准技术，互换互操作性好，具有广泛的软硬件支持，成本低。最后，以太网是与媒体无关的承载技术，可以透明地与铜线对、电缆和各种光纤等不同传输媒体接口。从结构上看，以太网正以前所未有的端到端解决方案面目出现，消去了其他解决方案所必不可少的网络边界处的格式变换，减少了网络的复杂性。其次，以太网是具有很好扩展性的解决方案，其速率可以从10 Mbit/s、100 Mbit/s、1 Gbit/s一直扩展到10 Gbit/s。从管理上看，由于同样的系统可以应用在网络的各个层面上，因此网络管理可以大大简化。此外，由于很多用户已经熟悉了以太网，因此培训工作简化，新业务可以拓展得更快。
以太网接口已经成为事实上的通用业务插座，各类高速以太网接口因经济规模带来的成本优势会加速使用。随着电信级以太网多业务平台在扩展性、业务保护、QoS保障、TDM支持和业务管理等电信级业务特征的持续改进和互操作性的完善，以太网将成为电信网的基础元素。当前正逐步在城域网中引入广义的电信级以太网技术，提供高可用、高速率的业务汇聚能力和以太网互连业务。可以预计，随着网络中IP/以太网业务量的日益增加以及基于以太网技术的新型解决方案的不断出现，电信级以太网多业务平台在城域网中的应用将会越来越多，电信级以太网多业务技术将成为面向未来的主流解决方案。
目前在电信级以太网范畴内的相关技术较多，其中包括：环网技术(如基于MSR扩展的以太环网、ERP和RRPP等以太环网)，VLAN VPN和PWE3（VPWS/VPLS）等二层VPN技术，以及增强型以太网、PBB-TE和T-MPLS等以太网传送技术。
从广义上讲，提供以太网接口、用于提供多种业务承载、具备标准化、可扩展、服务质量保证、高可靠和业务管理能力的组网技术都可以称为电信级以太网技术。这也符合MEF从兼收并蓄的技术包容思路。
尽管电信级以太网技术较多，但是它们在一些方面都采用了同样的思路甚至同样的关键技术来解决传统以太网存在的问题，如可靠性、扩展性和面相连接等要求。以PBB-TE/PBT和T-MPLS为例。这两种广义以太网技术都试图将高层智能的信令协议用到自己的控制平面上，在数据平面上对二层数据帧的传输进行了不同程度的修改。PBB-TE技术是在MAC in MAC（IEEE 802.1ah）基础上的扩展。它通过区分运营商和用户MAC提高了设备的安全性，并且通过引入面向连接的功能实现了以太网上端到端的业务提供和管理功能。它关掉了某些二层以太网桥接功能，将无连接的以太网改造为面向连接的二层隧道。T-MPLS是MPLS的一个子集，数据基于MPLS标签进行转发，它将所有业务都承载在MPLS伪线上，通过传送网络传输。简单地用公式来说明：
PBB-TE/PBT＝MAC in MAC －L2的复杂性＋OAM+TE；
T-MPLS=MPLS－L3的复杂性＋OAM＋TE。
上述几种不同的技术分别受到数据设备厂商和传输设备厂商的支持与推动。从本质来看是三层和一层技术向二层的融合、竞争，可见这是一个减少网络分层，实现高效、安全的统一承载网的过程。
不管如何，对传统以太网进行不同程度修改的目的是为了保留传统以太网的简单易用、性价比高等优势的基础之上，提供高可靠性、业务级OAM能力等电信级特征。
4 电信级以太网的关键特征
对于电信级以太网业务，MEF定义了五个属性，包括标准化、可扩展性、业务管理、可靠性、服务质量。这主要是从业务和网络的视角来进行的描述。而目前业界谈的更多的是电信级以太网技术，而其应该具备的主要特征包括：标准化、可扩展性、服务质量保证、高可靠性、安全性、电信级业务管理等。此外，对于TDM等传统业务的兼容和支持也是对于电信级以太网的关键要求之一，目前在电路仿真技术在国外应用较多，在国内主要移动的IP RAN建设需要提供基于以太网的同步和定时技术。
4.1 标准化
这里的标准化主要是强调组网技术和设备要具备良好的互联互通性，实现不同厂商和运营商之间的业务互通。在电信级以太网技术中起主导作用的标准组织主要有IEEE、MEF、ITU-T、IETF等，它们的努力方向和工作侧重点有所不同。
MEF主要定义电信级以太网的体系结构、业务参考模型、业务规范、业务/网络一致性测试方法等。IEEE主要从物理层和链路层的角度制定标准。ITU-T与电信级以太网有关的研究小组主要是SG15和SG13。IETF与电信级以太网相关的研究工作主要集中在MPLS工作组和L2VPN工作组，是MPLS研究的主导力量。
ITU-T、IEEE和MEF广泛合作，不断为电信级以太网在全球的普遍应用扫清兼容性和标准化障碍，并积极尝试完善其技术上某些局限性。目前已在业务、框架、OAM、业务保护和扩展性等方面的标准化上有了许多突破性进展。
4.2 可扩展性
电信级以太网的扩展性主要关注支持用户的数量，业务识别和控制能力和组网规模等扩展性方面的问题。
在用户数量扩展性方面，MAC in MAC和QinQ较好的提供了地址分级、用户定位和业务分流的解决方案。
在业务识别和控制方面，通过MPLS的标签或者基于TR-101规范的VLAN标签规划，亦或PBB-TE中的I-TAG都可以来较好的提供业务识别与控制能力。
在组网方面，基于MSR扩展的环网控制协议和G.8032都可支持多环灵活组网。另一方面，H-VPLS、PBB-TE和T-MPLS都在标准中考虑了大规模组网的可扩展性问题。
4.3 服务质量保证
电信级以太网强调具有良好的QoS机制，可以在EIR/CIR、丢包、时延和抖动等特性的基础上提供端到端的服务质量保证，从而保障SLA的实施。从全网角度而言，端到端的QoS一定是通过分层分级的方式来提供的，在不同层次，其粒度是有差异的。
这里面就包括区分服务和带宽保证。区分服务可针对某种服务类型，提供不同级别的服务。将区分服务与带宽保证结合起来，可以限定某个用户的确保带宽，从而将用户不同的业务进行分类，提供差异化服务，最终平滑过渡到Hard QoS。
电信级以太网技术中，借鉴了ATM/帧中继等传统技术在QoS控制方面的一些优秀思想，从而达到灵活的控制QoS的目的。
在目前在实际应用中，城域骨干网以基于DiffServ 为主的QoS 技术提供突发拥塞时的QoS 保证。业务接入控制点多根据物理端口、逻辑子端口或802.1P CoS 位完成对接入用户的分类和三层QoS 字段标记（IP Precedence 或EXP），并实现用户上行流量的限速和用户下行流量的限速、整形。最终根据TR-059的要求实现层次化的QoS。宽带接入网以基于802.1P 为主的QoS 技术提供突发拥塞时的QoS 保证。
未来仍将以区分服务为主，强调轻载、接入控制和资源分析，以及在UNI的CIR/EIR，最终向端到端的Hard QoS发展。
4.4 高可靠性
长期以来，制约以太网在电信网络上使用的主要原因之一就是传统以太网在大规模运营时的可靠性问题。为了提高可靠性，在拓扑上多采用星型双归属、环形和网状拓扑方式。在保护技术上包括：
链路聚合保护（IEEE 802.3ad）；
生成树保护（STP/RSTP/MSTP）；
以太环网保护（EAPS、MSR、G.8032、ERP、RRPP、ZESR、E-SPRing……）；
RPR保护（Wrapping、Steering）；
线性保护（G.8031/G.8131 ）；
ALNP保护（MPLS FRR）。
在以上保护技术中，除了链路聚合与生成树技术自愈时间较长外，其它技术大多可以实现50ms量级的业务自愈。
目前各种电信级以太网技术在组网时，许多厂家的设备大多支持环形组网，但各种技术对环形拓扑的依赖程度不同。尽管目前环形拓扑是电信级以太网中较为有效、关键的手段之一，但是仅仅涉及1+1和1：1的点到点以太网保护倒换，不支持点到多点应用，不符合其上承载业务的多点到多点特征，同时新引入的信令控制协议也带来了一些问题：多环组网时协议效率、可靠性、交会节点设备的压力、环上节点过多可能带来的效率下降等。环形组网可能更适合组建新建网络，而此时又要考虑到改造成本等问题。
4.5 安全性
原有以太网在局域网规模扩大之后，已经显现出种种安全上的缺陷，电信级以太网既然是对传统以太网的继承，因此就不可避免会受到现有网络中的安全威胁，同时新协议的使用也可能引入新的安全隐患。
基于MPLS技术的VPLS等电信级以太网技术的安全更多地依靠MPLS层、IP层来保证，但是在接入层、接入汇聚层所面临的安全威胁与增强型以太网、PBB/PBT一样。因此在部署下一代电信级以太网时，至少要城域网在各个网络层面上都应用现有的安全技术，综合保证并实现网络的安全。
其中用户控制识别能力即用户精确定位技术十分关键重要。这类技术重点用于识别接入用户所使用的物理线路，并确定该线路所在的地理位置，结合用户认证、用户绑定技术使用，确保正常用户接入网络。它们不仅能够对用户流量进行速率限制和整形，防止某个用户过度消耗网络资源，保证运营商网络带宽的有效利用，而且也能快速定位网络威胁的位置，对非法流量进行过滤，共同从网络的底层来保证网络安全。
在控制层面上，应该充分考虑新引入协议的本身缺陷，尽量保证协议的安全，在实际部署时尽可能地做到数据平面、控制平面的隔离，对设备本身的访问应该受到严格限制或加密。控制平面的安全还应深入研究。
4.6 电信级业务管理
以太网原来主要用于LAN环境，OAM能力较弱，且目前只有网元级的管理系统，其管理工具不足以支持公用电信网所必须的网络管理。另外，光以太网是以点到点方式直接相连的，省掉了传输设备，难以提供端到端的业务管理、故障检测和性能监视，使以太网中发生的故障更难以诊断和修复。以太网可以在多种不同的服务层上传送，而且它的客户层也是多种多样，非以太网的底层（服务层如SDH）或高层（客户层如IP）的OAM功能都不能替代以太网OAM的功能。为了在以太网层能确定以太网虚链接（EVC，Ethernet Virtual Connection）的连通性，有效地检测、确认并定位出源于以太网层网络内部的故障；并且可以衡量网络的利用率以及度量网络的性能，从而能根据与用户签订的SLA协议提供业务，以太网层需要提供一个完全不依赖于任何客户层或服务层的OAM机制。该需求对于电信级以太网的独立发展是至关重要的。
根据MEF将电信级以太网纵向分成的三层结构,每层都应该具有自身的OAM能力。以太网业务层的OAM功能应独立于上层应用如IP层或底层的传输技术如SDH，这样可以采用不同的技术提供以太网业务。各层的OAM功能可以互相增强，并提供良好的故障和性能管理。现在IEEE 802、ITU-T SG13/15和MEF（Metro Ethernet Forum）等标准组织紧密合作，不断制定出满足电信级要求的以太网OAM新标准，目前工作主要关注的是故障管理和性能管理。
5 结束语
以太网技术以其良好的经济性、互通性和易用性等优势得到了普遍应用。随着电信级以太网技术和标准的快速发展，以太网逐步向城域网和广域网延伸，从而作为电信级传送技术提供多业务承载。这首先是来自于业务融合的应用驱动。随着电信技术的不断发展，各种业务异彩纷呈，业务与网络的融合已是大势所趋。随着TDM业务所占比例和收益的快速降低，语音业务也逐步退化为一种业务属性。分组和宽带作为业务融合的技术基础和基本特征，使得分组化的网络融合成为必由之路。
随着电信级以太网在扩展性、业务保护、QoS保障、TDM支持和业务管理等电信级业务特征的持续改进和互操作性的完善，以太网将成为电信网的基础元素。广义的电信级以太网几乎涵盖了目前主流的二层分组承载技术，必将成为未来城域网的主要组成部分。
Series of Lectures
Carrier Ethernet Part 1：Concept and key characters of Carrier Ethernet
Zhan Yichun
（School of Computer Science, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, 430074, China）
Abstract This paper analyzed the connotation and denotation of carrier Ethernet services as well as the technologies, and then summed up the key characters of carrier Ethernet technologies.
Key words carrier Ethernet，service，OAM，QoS
詹翊春：博士研究生，IEEE会员。现任武汉烽火网络有限责任公司以太网产品线经理。曾先后担任软件项目组主管、接入路由器产品线经理、电信级以太网项目经理，参与多个国家863等部级以上重大科技项目的课题攻关。
