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[城域网技术] 宽带IP城域网组网技术的探讨 [复制链接]

zjol

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发表于 2004-11-25 13:23:00 |显示全部楼层

石　波　钟章队

   　　国内从2000年开始已经出现宽带城域网建设的势头和需求，但是宽带IP城域网和社区网络建设普遍面临着从网络技术的选择、业务提供、设备选择到运营管理等方面的问题，阻碍了城域网建设的正常进行；其中一些关键问题需要解决，尤其是组网技术，少数地方仍然存在着ATM和IP的争议，而大多数城域网则在如何选择合适的宽带IP技术以及根据实际情况设计合理的网络结构和规模方面，面对众多的解决方案和厂家产品，难以作出准确的判断。

   宽带IP城域网的网络总体框架和结构层次

   　　1 IP城域网建设的总体框架

   　　·物理层面：包括局所的建设、光缆管道的铺设；

   　　·传输层面：传输组网方式，包括骨干层、边缘层的组网方式及用户接入方式；

   　　·IP传输层面：IP路由选择、基于传输技术选择等；

   　　·IP业务层面：171、IP PHONE、WEB呼叫中心等；

   　　·IP用户：拨号用户、专线用户及信息源接入；

   　　· TDM业务层面：DDN、PSTN等传统业务网的建设；

   　　·其他类业务层面：如ATM、会议电视网、多媒体呼叫中心等；

   　　·支撑层面：信令、同步；

   　　·管理层面：各种网元的管理和用户管理；

   　　·网络互联层面：和其他运营商之间的网络互联互通。

   　　2宽带IP城域网网结构层次

   　　宽带IP城域网从逻辑上采用分层的建网思路，这样可使网络结构明晰，各层功能实体之间的作用定位清楚，接口开放、标准。根据网络规模不同可分为骨干层、汇接层和接入层。一般情况下，骨干层和汇接层可合为一层称为核心层，这样有利于扩大接入层的服务范围，降低宽带城域网的建设成本。

   　　·骨干层：将多个边缘汇聚层连接起来，为汇聚层网络（各业务汇聚节点）提供数据的高速业务承载和交换通道，同时实现与已有网络（IP网、ATM网等）的互联互通，提供城市的高速IP数据出口。核心层网络结构重点考虑可靠性、可扩展性和开放性。

   　　·汇接层：主要功能是给各业务接入节点提供业务的汇聚、管理和分发。汇接节点设备完成诸如PVC的合并和交换，L2TP、Ipsec等各类隧道的终结和交换，流分类，对用户进行鉴权、认证、计费管理，多ISP选择等智能业务处理机制。

   　　·接入层：主要利用多种接入技术迅速覆盖用户，进行带宽和业务分配，实现用户的接入，接入节点设备完成多业务的复用和传输，并且利用光纤、双绞线和同轴电缆等连接用户。

   宽带IP城域网组网技术与方案分析、比较

   　　目前宽带IP城域网组网技术主要有：ATM技术、POS（Packet over SDH）、千兆比以太网(GE)，还有融合了IP路由和ATM交换特点的MPLS技术。

   　　1利用ATM技术组建城域网

   　　采用ATM技术组建IP城域网，能充分利用ATM技术灵活组网的优点。传统电信运营商在组建城域网时大多都采用IP over ATM网络的技术。ATM可以提供CBR、VBR、ABR、UBR等多种服务类别，可以按时间、端口、流量、平均流量、最小流量等以及组合方式来计费。但是，相对IP技术来说，采用ATM承载IP业务存在一些缺点和必须解决几个问题：一是所有进入ATM网络的IP包都需要分割成固定长度的信元，开销大、传输效率低；二是无连接的IP网络同面向连接的ATM存在差异，要在一个面向连接的网络上承载一个不面向连接的业务，需解决呼叫建立时间、连接持续期等问题，造成协议和网络管理非常复杂；三是IP地址和ATM地址之间的映射是一个很大的难题；四是基于ATM实现的IP网络的带宽受限于ATM网络技术本身，这对于超大规模的骨干网不太合适。

   　　从网络整体的性能角度出发来考虑，ATM有两种方式支撑IP over ATM：

   　　（1）ATM作为链路，使用ATM的永久性虚电路将地域上分离的路由器连接起来。

   　　在这种方式中，ATM只是作为链路连接若干路由器，不参与IP网的路由功能，因而这种IP网仍是一个路由器网，没有改变IP网的整体功能，只是提高了某些部分的传输速率。

   　　（2）ATM作为网络，参与IP网的路由功能。

   　　由于ATM的路由及其他指标要优于普通路由器，因此可以提高IP网的性能，如提高传输速率，缩短传输时延。以网络的形式支撑IP网的最合理技术是多协议标签交换（MPLS）。但是MPLS的标准化工作尚需时日，使得ATM仍不能满足业务高速发展对带宽的要求。目前ATM在支撑IP传输方面的效率比较低。

   　　2POS方案

   　　POS即IP/PPP/HDLC over SDH/SONET。这种组网技术适用于经营IP业务的ISP、以IP业务量为主的电信网或在电信骨干网疏导高速数据流。PPP按RFC1661的要求实现读协议封装、错误控制和链路初始化控制，把IP分组封装以后，再按RFC1662的要求形成高层数据链路控制（HDLC）的帧以便定界，然后把该帧交给SDH/SONET处理后进行传输。

   　　POS技术的优点是：

   　　·传输速率和效率都高。它支撑OC－3（STM－1）、OC－12（STM－4）、OC－48（STM－16），结合传输设备可达到OC－192（STM－64）即10Gbit/s。POS的传输开销约为2％，比ATM的25％要小得多。

   　　·POS由于节省了ATM层而简化了网络体系结构，基本保证了QoS，使得SDH系统有能力直接支撑基于IP的数据、话音、视频传输，并在网络环境易于兼容不同技术体系和实现网间互联。

   　　POS的缺点在于：SDH是基于时分复用的、在网管的配置下完成半永久性连接的网。在IP over SDH中，SDH只可能以链路方式来支撑IP网，由于它不能参与IP网的寻址，它的作用只是将路由器以点到点的方式连接起来，提高点到点的传输速率，它不可能从总体上提高IP网的性能。这种技术的核心是千兆比线交换路由器，可实现第2层交换与第3层选路的一体化，但是由于需要将交换机和路由器捆绑在SDH上下复用器（ADM）上，即使这些ADM采用的是非标准的SDH净负荷封装方法，这样做的结果是成本增加。

   　　采用POS技术组网时，就产品形式和具体组网方式来说，可以分为有SDH设备和没有SDH设备两种。据此可分为三种组网方案：

   　　（1） SDH网＋IP业务网

   　　即在局所的物理层面上建设SDH传输网（安装SDH设备），在SDH同址机房内摆放路由器设备，路由器需要的传输电路由SDH设备提供。此方案需要SDH设备的端口容量要大于路由器所需要的端口容量，以便SDH设备有富余的端口供TDM等时分业务应用。采用此方案的直接弊端是成本高、组网复杂，浪费SDH传输带宽资源。由于IP业务爆炸性增长，这就意味着不断的扩容需组建庞大的SDH本地网，后期成本投入太高。

   　　如果采用两种技术合一的设备组网，即继续保留改进的SDH TDM传输设备，同时增加IP传输能力。在一个端口内同时支撑TDM和IP业务，输入数据属于TDM的则经过数字交叉互连传输，属于IP的则进行IP数据包的转发。这种系统的优点是：SDH功能使其从成本、占用空间、业务供应速度等各方面均优于一般的SDH设备，而它又能同时支撑IP业务，起路由器的作用；支撑 MPLS，并且可以方便地将输出复用到SDH通道中；在TDM通道上可以传输ATM、FR，支撑多业务。这种设备较适合传统运营商用来发挥其已有的SDH网络资源扩展IP业务，但是组网不灵活，这是因为IP数据业务和TDM时分业务发展极不平衡，扩容组网只能以IP业务发展为主导来考虑，势必造成设备资源的浪费。

   　　（2） SDH网/IP业务网

   　　即或者采用SDH设备组建城域网，组成纯的SDH传输网，或者采用路由器直驱光纤的方式组建城域网。

   　　组建纯SDH传输网的直接弊端是成本高、组网复杂，浪费SDH宝贵带宽资源，网络运行和维修成本也高。

   　　采用纯路由器组网的缺点是实时业务将很难提供，满足不了大客户的综合电信业务需求，此外这种方式组网需大量的光纤资源。

   　　（3） SDH网/＋IP业务网

   　　即从骨干层到边缘层都同时有SDH设备和路由器设备，SDH设备和路由器设备自行组网，基本上是两个平行的网络。由于路由器直驱光纤技术实质上是传统路由器内嵌SDH技术，路由器网本身具有保护机制，组网方式可以采用点对点高速光纤传输，也可采用动态分组传输技术组成环行网。路由器网络结构由IP网络结构决定。在某些情况下，可以利用SDH传输网来优化IP网，如在两个业务量大的路由器之间利用SDH电路建立直达中继。

   　　本方案综合了方案一、二的优点，即用路由器来满足IP业务的爆炸性增长，SDH网主要作为TDM业务和实时多媒体业务（如会议电视）应用，设备投入总成本会降低。当业务发展时两网各自扩容，基本上互不影响，组网灵活，运行和维修成本低。同时此方案还有一个优点是当前需要优化IP网性能时，可以利用SDH传输网在两个路由器之间开直达中继，同时节省了光纤资源。

   　　3利用千兆以太网技术组网

   　　这种方案就是将千兆以太网技术扩展到城域和广域，在城域构建纯IP的网络平台，采用核心路由交换机。基于千兆以太网的城域网互联的主要推动力是组网简单、低成本。此外，以太网技术具有非常好的扩展性，可以非常方便地扩展用户的数量，同时其统计复用功能提高了网络中继带宽的利用率。

   　　然而，对于以太城域网而言，最困难的是如何在无连接的IP网上提供端到端的连接、仿真TDM电路。一些产品已经可以提供IP TDM 业务，核心网的VMAN和接入网的VLAN配合，可以固定延时传输语音和视频，为公共电话网提供等效E1的IP TDM通道，但是这还不是真正的TDM通道。同时，以太网技术用于建设公共电信网，必须满足对电信网的几个基本要求：一是高可靠性，电信网络99.999％的可靠性不仅体现在网络设备的可靠性，同时对组网技术、路由选择、拥塞控制、故障恢复、路径保护和流量管理提出了要求；二是可提供服务等级协议（SLA），以太网必须能够满足用户对服务等级的严格要求；三是高可扩展性，扩展性包括两个方面，即一方面对业务的汇聚能力，以便为更多的用户提供服务，另一方面是业务的颗粒度要比较细，能够满足不同用户或同一用户不同时期对带宽的要求；四是用户管理，这表现在对用户的识别和管理，以及为不同用户提供不同服务等级的能力。从目前情况来看，以太网技术在用户管理和网络可靠性方面，还不能满足电信网络的要求。

   　　作为以太网标准的制定者，IEEE也开始探讨以太网在城域网范围内使用所涉及的安全和认证等用户管理方面的问题，提出了802.1x草案。该方案的核心是在靠近用户一侧的以太网交换机上放置一个扩展认证协议（EAP）代理，用户PC机运行EAPoE的客户端App与交换机通信。初始状态下，交换机上的所有端口处于关闭状态。当用户通过EAPoE登陆交换机时，交换机将用户同时提供的用户名口令传送到后台的Radius认证服务器上。如果用户名口令通过了验证，则相应的以太网端口打开，允许用户访问。802.1x的实现基于以太网交换机，为运营商提供了一种更为经济实用的用户管理方式。此外，结合FDDI和千兆以太网特色，许多大的硬件厂商(如Lantern Communications，Luminous Networks,Extreme Networks,World Wide Packets 和Fouddry Networks)积极推出了城域网弹性分组环的概念，弹性分组环即指通过千兆以太网帧格式实现对保护环网带宽的合理利用和高效的网络管理，已初步制定IEEE 802.17的开发标准以及IETF IPoPTR，以期在网络可靠性方面有较大的提高。这些都将为以太网技术在城域网中的应用开辟更为广阔的空间。

   　　4 DPT

   　　DPT(Dynamic Packet Transport）是思科企业提出的包优化的光传输解决方案，它将IP路由的带宽效率、业务能力与光纤环丰富的带宽、自愈能力结合起来，可支撑多种业务类型和基于LAN、MAN、WAN的低成本应用。因此，它的优势主要体现在网络建设与应用的经济合算中。

   　　DPT在双环结构中一个环传送数据，另一个环反向回送控制包。这样可以同时利用两根光纤，使包传送带宽最大化，加速自适应带宽利用和自愈控制信号的传播。

   　　DPT引入了一个新的MAC层协议，即空间再利用协议（SRP），同时还有两个专利算法，即SRP公平算法（SRP－fa ）和智能保护切换（IPS），从而构成了新一代的环形光传输技术。DPT采用了SONET/SDH帧结构，因此可在所有主要的光纤传输网络中运行，包括暗光纤、WDM、SONET/SDH点对点和环。这种结构的透明性允许DPT在一种混合的环境中应用。例如，一个DPT环可以有几个节点用暗光纤连接，同时又有几个节点通过SONET/SDH或WDM设备相连接，DPT也可完全工作在SONET/SDH或WDM传输中。在这种情况下，DPT功能将使带宽效率达到最高，使传输设备的IP功能发挥得淋漓尽致。

   　　DPT采用专门的方法实现第三层快速自愈恢复，目前不是国际标准（已提交作为RPR参考标准），只有独家产品支撑。DPT用于可控制的网络内部(如城域网)，而不能用于跨自治域的大网。因此DPT的发展前途是不明朗的，很难说会成为标准。对于运营商的宽带城域网来说，考虑到未来的发展，必须满足开放性。

   结　语

   　　总之，由于城域网在局域网和骨干网之间搭桥，不同的电信运营商应根据各自发展城域网有不同的发展思路、用户对多种业务的要求以及从运营维护体制和已有的网络资源等情况进行组网技术与方案的选择，以便从高带宽、多样化数据业务收入中获得新的收入，同时在保持传统业务收入的同时尽量降低成本。■

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