城域网发展中的新技术

zjol

　　摘要：  本文通过对城域网的现状进行分析，指出了城域网发展中面临的一些问题，同时，从需求的角度出发，分析了城域网建设过程中出现的新技术，通过分析指出了城域网发展中的趋势。

　　1． 当前城域网存在的问题

　　当前城域网存在的问题主要有以下三个：

　　 问题一  带宽严重不足

　　目前城域网的主要问题首先就是带宽瓶颈。城域网的增值业务很多，但是高速上网仍然是当前最主要的应用。在城域接入部分，由于低成本吉比特以太网的发展，局域网的速率上了一个台阶；在其长途网侧，由于DWDM技术的发展，容量已经扩展了几个量级。目前商业系统容量已达1.6 Tbit/s。可以看到，中间的城域网/接入网成为全网的带宽瓶颈。

　　 问题二  网络类型复杂

　　 目前多数运营公司通过SDH和电路交换机提供话音和专线业务，通过SDH和分离的帧中继、ATM和IP网提供数据业务。分离的网络和网络技术需要分离的网管系统和人员，以及不同的配置和计费系统，从而导致高设备成本和高运行成本以及低性价比的业务提供。从用户的角度看，用户必须通过不同的接入技术和线路获取不同的业务，无形中增加了使用费用。

　　问题三  固有的传输平台

　　 目前城域网底层多采用SDH作为传送平台，而SDH对带宽的分配是一种半永久模式。利用这种为电话业务设计的SDH固定带宽来传送突发数据业务时不仅效率低下，而且改变带宽往往意味着改变物理接口甚至改变业务类型。

　　事实上，由于业务群体的变化，城域网越来越强调网络的动态性和可调动性。城域网不仅要能够支持业务多样化的需求，还要具有可扩展性、并能面向宽带，适应未来的业务。

　　2． 各种新技术对城域网发展的稗益

　　2． 1  提高城域骨干网带宽--WDM

　　这个问题是城域网建设必须首先解决的。解决这个问题有两个方向。一是继续铺设通信线缆。不论是同轴电缆还是光缆，从数量上扩张，无疑是解决问题的一个方法。但是，这个方法实现的成本太大了。先不考虑铺设本身的物理费用，单单为了获得铺设的许可，代价都是极其高昂的。第二个方向，也是可行的一个方向，就是如何改造现有网络，使其容量增加。我们不期然将眼光投向了长途骨干网的方案--WDM（波分复用）技术，这是城域网建设完全可以借鉴的。

　　在长途和骨干网中，DWDM（密集波分复用）技术已经是无可争议的一种选择，并且会取得愈来愈多的应用。很显然，由于WDM技术自身的特点，WDM很轻松的解决通信容量问题。通过波分复用，可以将一根光纤所传输的容量数倍数十倍的提升，从而可以有效解决带宽短缺问题。

　　另外，WDM提供了一个通用的光层传输平台，可以同时传送各种不同类型的业务，而且WDM的各个信道的速率可以不同。这个优点使得电信运营商能够迅速向用户提供所需的业务，适应当前信息业务快速发展的需要，快速占领市场。

　　由上述分析可以看出，采用WDM技术可以较好的解决上面提出的问题一，并且还可以应用到城域接入网，是一种非常不错的技术方案。

　　2． 2  提供复杂的接入方式--MSTP

　　同时，目前城域网底层多采用SDH作为传送平台。虽然SDH的固有模式已经不能适应大量发展的数据业务，但是由于运营商的巨额投入，他们不可能一下子就抛弃掉SDH，因此，如何改造利用好现有SDH设备，是不得不考虑的问题。

　　改动SDH的方向有两个：一个是简化，另一个是增强。在国内，主要的SDH改进形式是增强其功能，主要是增加宽带业务的承载和处理能力，我国的行业标准称之为MSTP（基于SDH的多业务传送平台）。

　　MSTP（多业务传输平台）是对SDH的增强，且主要在多业务处理能力上下功夫。下面对MSTP的情况进行大致的分析。图1是MSTP的原理框图。




　　图1：MSTP原理框图

　　由图中可以看出，MSTP的关键就是在传统的SDH上增加了ATM和以太网的承载能力，其余部分的功能模型没有任何改变。

　　对于以太网承载，应满足对上层业务的透明性，映射封装过程应支持带宽可配置。在这个前提之下，可以选择在进入VC映射之前是否进行二层交换。不论是否交换，对于二层交换功能，良好的实现方式应该支持如STP、VLAN、流控、地址学习、组播等辅助功能。

　　对于ATM接口，在映射入VC之前，提供ATM统计复用和VP、VC交换功能。

　　对于宽带数据业务的映射，MSTP还应该支持低阶和高阶的VC级联功能，包括相邻级联和虚级联。

那么，MSTP有什么优势呢？

　　对于固定带宽业务，MSTP设备从SDH那里集成来了优秀的承载、调度能力，对于可变带宽业务，既可以直接在MSTP设备上提供端到端透明传输通道，充分保证服务质量，可以充分利用MSTP的二层交换和统计复用功能共享带宽，节约成本，同时使用其中的VLAN划分功能隔离数据，用不同的业务质量等级（COS）来保障重点用户的服务质量。

　　在城域汇聚层，实现企业网络边缘节点到中心节点的业务汇聚具有节点多、端口种类多、用户连接分散和较多端口数量等特点。采用MSTP组网，可以实现IP 路由设备10M/100M/1000M、POS和2M/FR业务的汇聚或直接接入，支持业务汇聚调度，综合承载，具有良好的生存性。根据不同的网络容量需求，可以选择不同速率等级的的MSTP设备。

　　可见，MSTP无疑为SDH的发展注入了新的活力。

　　2． 3  SDH的后继者--RPR

　　RPR（弹性分组环）是一种新兴的链路层协议，是为优化在环型拓扑上传输数据包而提出的一种全新的IP包承载技术。RPR是基于分组交换的新型的网络结构和技术，它在拓扑结构上和SONET/SDH一致，采用双光纤环配置，环中由分组交换节点组成，相邻节点通过一对光纤连接。但ＲＰＲ在任何时间双环都同时使用，外环沿一个固定方向传输数据，内环作反方向传输。


　　RPR在城域核心可以用来改进SONET／SDH或DWDM环的数据处理特性，并具备非常快（小于50ms）的保护切换能力，更重要的是它同时传送MPLS标签交换信息。除了传输的可*性，它还能有效地保证中央环上的各个节点公平地共享带宽，减少了广播业务对带宽的要求，并且提供有效的本地CoS和QoS能力，是构成端到端QoS解决方案的一部分。RPR物理层的灵活性允许它与传统的技术（SONET、DWDM甚至裸光纤）很好地集成。

　　弹性分组环技术把SONET/SDH的高可*性、快速恢复能力和对TDM业务的良好支持与以太网的低成本、较高的带宽利用率以及简单灵活的服务管理结合在一起利用其独立的 MAC层构筑了一种高效优良的城域网络。RPR的产生，将会促进一批新业务的出现，这些业务在价格和带宽效率上是以电路为核心的解决方案所无法比拟的。

　　2． 4  以太技术继续的延伸--光以太网

　　光以太网的核心思想就是将光网络的巨大容量和可*性与以太网的简便性及可扩展性有机地结合起来，进而从根本上对营运商规划、建设、管理其网络的方式方法产生影响。

　　需要注意的是，光以太网不是一种独立的技术，而是一种解决方案。城域光以太网有两种主要的实现形式，一种基于10GE（万兆以太网），一种基于RPR。

　　2． 4。1  基于10GE的光以太网

　　万兆以太网是在以太网技术的基础上发展起来的，但是工作速率提高，适用范围有了很大的变化，所以与原来的以太网技术相比有很大的差异。

　　万兆以太网适用于新型的网络结构，能够实现全网技术统一。它采用IEEE 802.3以太网媒体访问控制（MAC）协议、帧格式和帧长度。与它的前辈一样，也是全双工的，因此它本身没有距离限制。它还可以减少网络的复杂性，兼容现有的局域网技术并将其扩展到广域网，同时有望降低系统费用，并提供更快、更新的数据业务。它在全面继承现有的以太网技术、不影响用户既有的业务和服务、满足对现有网络的全面兼容、保护用户投资的基础上，将光以太网技术从局域网延伸至城域网和广域网的更大适用范围中，因为万兆以太网技术既能提供广域网接口也能提供局域网接口，从而不仅解决了日益突出的带宽瓶颈问题，满足宽带用户规模增加的要求，也能从网络安全、服务质量、链路保护等多个方面满足宽带IP城域网、骨干IP网承载多业务的要求。

　　2． 4。2  基于RPR的光以太网

　　RPR技术在上2.3节中已经介绍过了。EoRPR(Ethernet over RPR)，是通过弹性分组环RPR来承载以太网。

　　图2是EoRPR过程示意。当以太网的MAC帧进入到RPR环网节点（图2中A、B、C、D）设备时，RPR成帧器将根据以太网的速率选择合适的容器进行映射和封装，并将其并入到主环的RPR数据流中，多余的带宽仍用于SDH/SONET业务。环上节点上、下业务的带宽颗粒度可细分到1Mbps。EoRPR支持自动拓扑发现，可实时地定位环网上的节点及动态地确定目的节点和源节点之间的最短路径，且仅使用与最短路径相关的节点设备与路径带宽。与此同时，其余节点和路径仍可用于其他业务。由于RPR对上层协议透明，再加上以太网对各种应用的普遍适应性，EoRPR可以高效率地支撑多种不同的业务和应用，包括多媒体应用。




　　图2   Ethernet over RPR

　　传统的以太网采用的是"尽力而为"的传送机制，能够很好地适应数据业务的突发性传输要求，具有良好的扩展性；缺点是无QOS保证，保护倒换能力差。SDH设备具有小于50ms的保护倒换时间，具有良好的QOS性能，但是SDH采用的是面向语音的TDM传输方式，传送数据业务时效率不高。EORPR综合了千兆以太网的经济性、SDH具有对延时和抖动的严格保障、可*的时钟和50ms环保护和恢复等优点。EORPR方案解决了传统的SDH环带宽资源浪费的问题。因为在EORPR中，SDH环上两个方向的带宽资源都被充分利用了。同时，SDH利用空间重用和统计复用技术，进一步提高了带宽利用率。

　　2．4． 3  光以太网小结

　　由于以太网在局域网中的巨大成功以及其在成本、可扩展性、易用性、对IP应用普遍支撑方面的优势，未来的城域网极有可能以光以太网的模式为主。

　　2． 5  IP网络是否可以一统天下？--MP net

　　以上所有的分析都是以"将来的网络是IP数据网"为前提的。未来的网络内容很可能是以图像、声音为主的网络，而高品质的视频服务需求代表着未来网络的发展方向，然而IP互联网无法很好的支持大规模、高质量、互动的视频应用，如：视频广播、点播、可视电话。"……当前以ＩＰ技术为基础的因特网，由于其设计初衷所带来的缺陷，使之无法在宽带上支持大规模、高质量、互动及实时的视频传播，"美籍华人高汉中先生--世界上第一个移动卫星电话系统和ＩＰ电话协议的发明人作出了如此论断。为此，他组织了MPI公司研究MP（MEDIA  PROTOCOL）技术。

　　ＭＰ与ＩＰ最大的区别在于服务器，ＭＰ传输视频流使用的是端对端技术，不需要庞大的服务器来保存数据，它需要耗费大量的带宽，而这恰好解决了目前令网络运营商们感到头痛的长途骨干网带宽资源大量闲置的问题。

　　MP技术从根本上解决了高品质视频网络传输的问题。基于该技术而建立的、具有先进的技术性能和商业潜力的下一代视频网络MPnet，将能够充分利用已有的计算机、有线电视和电信网络，提供海量、低成本、高质量、实时、双向互动的多媒体视频信息服务。MPnet能为每个用户提供专享的60Mbps到100Mbps上/下行对称的网络带宽速率。该网络针对不同宽带网络有相应的接入方案（包括五类线、有线电视同轴电缆和电话线），并可通过其网关整合电话网、电视网和因特网业务。该网络技术完全消除了网络安全问题，例如黑客、病毒及内容盗版等。此外，精确计费能力可确保宽带网络赢利型商务模式的实施。

　　3． 城域网的发展趋势预测

　　从以上的分析看出，城域骨干网短期内仍将是以SDH/SONET为主，慢慢的改造成RPR或MSTP，最后物理层终将是WDM的天下。同时我相信光以太网必将成为城域网主流方案，在城域光以太网这种模式中，由于可运营性的要求，将会从简单的Ethernet向Ethernet over SDH/SONET 和Ethernet over RPR 迁移。在Ethernet overlover fiber / SDH/SONET 中，将以太网数据包通过LAPS,PPP/HDLC,SDL映射到SDH帧中传输；在Ethernet over RPR 中，通过弹性分组环来承载以太网数据包。而最后将是直接的Ethernet over WDM。

　　本文中简单地提到了MPnet。由于没有任何实际运行的网络，这里没与对其做深入介绍。需要强调的是，MP的方案不是对IP的改造，而是重建一个网络。如果这成为现实，那么未来网络的发展将变得更加复杂。