电信城域以太网现状及各种技术比较

水文

　　随着TDM的相对萎缩以及运营商向下一代业务的不断演进，构建全IP的NGN网络已经成为全球主流运营商的共识。在未来三到五年内，全球范围内的电信级城域以太网建设将形成一个高潮，中国显然也在这个高潮的席卷范围之内。

　　有资料表明，到2012年，全球范围内以宽带、IPTV为主的数据业务将在现今基础上增长10倍，但是流量的快速增长并不意味着收入的同比提高。为此，全球运营商都开始积极寻求能够大规模提高网络容量和运维效率，同时也能够提供多业务支持和降低运维成本的技术。在如此需求推动之下，电信级以太网迎来了发展高峰期，而业界对城域以太网设备市场规模的期待也迅速提高。国际研究机构Infonetics表示，截至2007年5月2日，全球加入城域以太网论坛（MEF）的运营商和设备制造商已经达到121家，从2005年到2009年全球城域以太网设备市场总收入则将高达496亿美元。

　　运营商角逐城域网

　　城域网是高度竞争和开放的网络环境，受用户和应用驱动，其基本特征是业务类型多样化和业务流向流量不确定。它不仅是传统广域网与局域网的桥接区或传统长途网与接入网的桥接区，也是底层传送网、接入网与上层各种业务网的融合区，还是传统电信网与数据网的交叉融合地带和未来的三网融合区，因而各种不同背景的技术在此碰撞交融，往往会在复杂的融合过程中产生新的衍生体。鉴于城域网的重要作用，固网运营商和移动运营商都已针对电信城域网悄悄展开了扩张之战。

　　目前，我国两大固网运营商拥有全国大部分光缆和铜缆资源。尽管两大固网运营商的用户ARPU值正在下降，但是随着基于固定网络的各种应用，特别是IPTV、视频等宽带新业务的兴起以及骨干网扩建的基本完成，固网运营商的建设中心已逐渐转至城域网领域。可以说，在未来5～10年，谁能够占领城域网，谁就能更加接近用户，从而更容易掌握市场竞争的主动权。其实自2002年“南北拆分”以来，固网运营商都加大了对城域网的建设与改造，特别是中国电信，在提出从基础业务运营商向综合信息服务提供商转型之后，更是不遗余力地开展下一代城域网的优化和升级工作。

　　过去国内电信运营商最关心的是基于交换机的IP城域网在QoS、50ms切换保护、高可靠性以及组播方面的性能，目前这些问题基本上已经得到解决。运营商当前最关注的问题是，如何在单种方案的多厂商之间寻求无缝互操作性以及在电信级城域网上实现更优的控制和网管。此外，运营模式的不清晰也是电信城域网建设面临的最大问题之一，即面对企业用户，电信城域网的建设能够为其提供什么，又如何让运营商在更短的时间里提供更为丰富的业务并获取更大收益，这些问题始终没有明确的答案。但勿庸置疑的是，IP城域网将是电信城域网的发展方向。
电信级城域网的崛起

　　目前城域网的发展或多或少还存在一些问题，主要表现在以下方面。

　　第一，带宽瓶颈受限。在城域网的用户侧，由于低成本吉比特以太网的出现和发展，企事业局域网的速率上了一个大台阶。在城域网的长途网侧，由于WDM技术的发展，容量已经扩展了几个量级达到Tbit/s量级。在这样的情况下，中间的城域网/接入网已经成为全网的带宽瓶颈。

　　第二，存在多个重叠的网络。目前多数运营商通过SDH和电路交换机提供语声和专线业务，通过SDH和分离的ATM/FR、IP/以太网提供各种数据业务。分离的网络往往需要分离的网路设备、网管系统和人员及不同的计费系统。出于惯性思维、组织架构的限制以及减少每次升级的短期初始成本的考虑，这种分离的网络发展模式仍在继续。但从整体和长远看，随着网络规模越来越大，无论初始成本还是运行成本都将快速增加，业务提供也将更加耗时费力。在分离的网路模式中，用户必须通过不同的接入技术和线路来获取不同的业务，这不仅麻烦，而且成本高。

　　第三，企业用户的需求正从简单的原始带宽连接转向更加个性化的业务剪裁以适应特定的应用，网络需要支持复杂的二层和三层功能，只用一种业务模式将会减少收入且无法锁定用户。

　　第四，目前城域网的二层扩展性受限于VLAN数（4096个），具有不必要的三层环节，网络质量也不适合支持大规模的VoIP和IPTV等新业务。

　　随着国内电信核心网的升级，衔接骨干网和接入网的电信城域网建设已经成为下一阶段运营商网络优化和建设的主要方向之一。在如此背景下，运营商开始寻求更为先进的城域网技术，其目标在于，在生成、传输新业务的同时，也能够对传统电信业务继续保持良好的承载。在这种思路下，电信级以太网因为其成本低廉、承载业务多样、带宽分配灵活，应用广泛等优势，逐步受到电信运营商的关注和采纳。

　　基于电信级以太网的方案，是指将传统以太网应用到电信网的技术，它具备网络和业务扩展性、运营级网管能力和QoS保障能力，可以解决IP/以太网/TDM等多业务的传送问题,并可向城域乃至广域延伸，推动传统电信运营商向分组化网络转型。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上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。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。

　　在中国，网络及电信设备供应商中具有强大技术和研发能力的企业，如上海贝尔阿尔卡特、烽火网络、华为等都在电信级以太网领域投入了巨大的研发力量，此外，包括中兴通讯在内的其他公司也正在积极参与。这其中，上海贝尔阿尔卡特、烽火网络的电信级以太网方案的技术特征最为明显，例如，烽火网络依托电信级以太网多业务平台提供包括直接新建、平滑演进两种方案。由于烽火网络公司代表中国在2003年向国际电信联盟（ITU）提交的自主知识产权标准——城域网多业务环（Multi-ServiceRing，MSR）被批准成为国际标准（编号ITU-X.87），而MSR自身又是继承于RPR并在其上进行充分扩展的技术标准，所以它非常适合大规模数据应用的部署。因此，自2006年以来，烽火网络在中国电信、中国网通、中国移动的各种集中采购中连连中标，表现比较突出。而从华为3Com撤资后的华为，仍然在国内高端电信级城域以太网市场拥有最高份额，特别是2007年以来，随着电信运营商网络IP化进程的推进，华为应用于电信级城域以太网的高端路由设备和交换设备的出货量都有所增加。

　　各种以太网技术的比较

　　目前以RPR（弹性分组环）、MSR（城域网多业务环），VPLS（虚拟专用局域网服务）、PBT（运营商骨干网传输）、EAPS（以太网自动保护切换）为核心的五种以太网技术成为全球运营商较为关注的几种技术方向。

　　1．弹性分组环RPR

　　IEEERPR工作小组于2004年6月通过了IEEE802.17标准。与之相对应，国内制定的《内嵌弹性分组环（RPR）的基于SDH的多业务传送节点（MSTP）技术要求》明确将RPRMAC的物理层作为SDH的VC，特别是在二层交换功能、链路带宽可控可调整以及性能指标等方面予以明确，使得RPR实用性得到了提高。

　　RPR的优势在于1)通过多种宽带复用机制，提高了数据业务传输能力;(2)通过二层环保护倒换功能，提供了快速的50ms环保护倒换功能;(3)拓扑具有环自动发现功能，在新的节点加入时，节点能够自动在环上广播其存在，其他节点则自动更新本地数据库，在路由更新、保护倒换以及网络OAM功能上提供了极大支持;(4)采用分布式的带宽管理和控制，为各节点提供平等享有带宽的功能，并且引入业务等级设置机制，保证了高等级业务的优先权。

　　RPR作为介于以太网和SDH网络的技术，根据不同的物理层它又可以分为基于SDH/Sonet的RPR和基于WAN/LAN物理层的RPR。也正因如此，RPR目前更倾向于承载数据业务，而对TDM的支持能力相对薄弱。

　　从部署成本分析，RPR在城域网总体方案成本上更接近十吉比特以太网，但是由于IEEE802.17标准本身是为单个物理环或逻辑环设计的MAC层技术标准，它实现跨环业务的端到端宽带管理能力不足，必须融合其他多种技术来协助构建复杂的网络拓扑，这就给网络建设、运维等工作带来了困难。

　　2．城域网多业务环MSR

　　MSR构建于国际电联ITU-X.87标准之上，属于一种新型二层冗余协议。该协议是RPRMAC层的优化版本，加入了多种倾向于电信运营级的特征，因此目前在运营商的多个新建城域网中得到了初步应用。

　　MSR的主要目的在于，以较低的成本围绕着运营商现有网络进行改造并新建网络模型，构建创新型的CESP。MSR针对国内电信城域网应用提供了一些特别机制，因此比较适合国内电信城域网改造。该技术标准的主要优势集中在以下方面1)节约光纤资源，适合环形光纤拓扑的情况，在为乡镇到区县的宽带接入网汇聚提供方面具有优势;(2)能够有效支持50ms保护倒换，为IPTV及视频监控等实时业务提供关键保护;(3)组播能力较强，单个组播在环上只需复制一次就可以组播全网;(4)能够通过TDMoverIP技术传送高质量的TDM业务，并且不需网络用户考虑传输媒介;(5)为运营商管理网络提供了强大的QoS控制能力和业务感知，使网络可以更为简易地获得主动解决问题时所需的数据;(6)高性价比，十吉比特以太环的价格不及SDH/MSTP的1/3，特别是在业务传输方面的性价比优势较为明显。

　　目前，基于MSR的电信城域网解决方案不仅能够很好地应用于环型拓扑结构，也可以支持链型、星型等拓扑，并且可以支持热插拔、热倒换和在线升级等功能。基于MSR构建电信级城域网对于国内运营商的优势在于，该技术标准是由烽火网络代表中国提出并获通过的国际标准，拥有自主知识产权，在应用成本上也相应较低。烽火网络基于MSR的方案支持数据、语音和视频等多业务的电信级高可靠性承载，支持宽带流量汇聚、大客户专网或接入应用、中小城市的基础数据承载网三种应用场景。在实际应用中，该解决方案表现出了良好的可扩展性、较高的组网性价比、快速的业务生成、电信级的业务保护以及灵活方便的运营维护与业务管理等特点。

　　3．虚拟专用局域网服务VPLS

　　VPLS作为搭建电信城域网的技术主体，已经在全球一些地方获得了规模性应用。从技术特征来看，VPLS拥有较明显的优势，但是从运营角度、特别是国内运营商的现实需求来看，VPLS也有明显的劣势。

　　VPLS在IETF开发之初，其目的就设定在了“上下逢源”的MPLS运营网络和以太网络之间的衔接上，以满足运营商从骨干到接入之间的汇聚和承载需求。VPLS使分散在不同地理位置的用户网络可以相互通信，从而建立类似于点到点的虚拟连接功能，使城域网乃至广域网都变得对用户“透明”。但是和基于网络第三层的MPLS的不同在于，VPLS是一种二层的VPN技术，也就是说，VPLS可以在城域范围之内将广域网的MPLS引入，并且引导至以太网接入层。如此一来，对于用户而言每个单点都可以成为一个VPN，而运营商则可以复用IP/MPLS网络，提供更多种类业务，但是这种便利性必须有一个前提，就是整个城域网全面地采用VPLS技术。

　　由于VPLS标准由多个不同的厂商主导，这些厂商对信令协议的选择又并不一致，一部分主张采用LDP（LabelDistributingProtocol，标记分发协议），另一部分则主张使用BGP（BorderGateway Protocol，边界网关协议），这使得众多厂商的VPLS方案在兼容性上产生了分歧。此外，由于VPLS是在二层网络上采用复杂的三层协议建立信令，并且协议栈层次过多，因此利用VPLS技术构建具有高保障性的电信级城域网的成本居高不下，使得国内运营商短时间内不会在大范围内采用。即使随着时间推移，VPLS设备成本逐步降低到运营商可以接受的程度，其管理上的巨大开支，即巨大的运营成本也容易让运营商、特别是国内运营商望而却步。

　　4．运营商骨干网传输技术PBT

　　PBT技术基于802.1ah标准，是在运营商骨干网桥（ProviderBackboneBridge，PBB）标准之上改进而来，

　　PBB技术的目标是，允许在802.1ad标准规定下的运营商骨干网桥网络（PBBN）支持最多224个业务VLAN。并且PBB还定义了PBBN的架构和桥接协议，以实现多个PBB网络的兼容和互联互通。PBB采用MACinMAC封装，即将终端用户以太网数据帧再封装成运营商以太网帧头，形成两个MAC地址，而在运营商核心网中，只按照后一个封装的MAC地址进行流量转发。这一思维使得以太网扩展性及作为网络传输技术的能力得到了极大提升。但是，PBB存在流量工程问题，例如多方式路由下的流量控制、接入控制和业务控制、50ms甚至20ms倒换或故障恢复能力以及端到端的QoS保障等都成问题。在这些业务需求的推动下，PBB改进成为PBT。

　　相对于PBB，PBT的最大特征在于，它允许对流量工程进行配置，可以在标准的PBBN上直接添加路由配置。同时，PBT仍然具有MACinMAC特性，不仅可以支持接入以太网、城域以太网范围内的各种业务，而且因为再次封装，也可以支持基于MPLS的各种VPN业务。

　　从成本上看，由于PBT是以伪运营商以太网（MAC再次封装）形式，使得以太网数据帧能够快速有效地在骨干网上传输，因此它有效地结合了以太网和MPLS的特征，容易使运营商节约成本；但是另外一方面，PBT只能支持环形组网，其灵活性甚至不如RPR，而且尚没有确定的公平算法机制，因此对于突发性大规模业务的应对能力较弱。从长远看，PBT更适合流量相对稳定的电信级城域网的建设。

　　5．以太网自动保护切换EAPS

　　EAPS是目前发展最为成熟、但同时也是应用前景最不明朗的技术之一。在所提供的设备中置入EAPS功能，对于大部分设备厂商来说已经不成问题。对于以太网或者城域以太网而言，EAPS不失为一种好的解决方案，但是对于电信级城域以太网而言，EAPS的困难就凸现出来了。

　　首先，EAPS属于成本较低的电信级以太网方案，它更接近以太网，而离电信网特征较远，例如在QoS保证上，一旦环上的端点较远，或者调度次数过多，丢包率就会显著上升。此外，EAPS在算法上也存在不足，无法适应突发性流量业务。另外由于EAPS设备的开发相对容易，各个厂商在专利规避上采取了各种各样的做法，各厂商设备在以太网环上运行的协议也大多是私有协议，这最终导致各EAPS设备在互联互通上出现问题。

　　在未来三到五年内，全球范围内的电信级城域以太网建设将形成一个高潮，中国显然也在这个高潮的席卷范围之内。为了使以太网技术走向城域范围，并最终走到电信级城域网范围，可管理、可运营、可扩展将是决定以上多种电信级城域以太网技术发展的最直接因素，而建设成本、运营成本以及网络拓扑的复杂程度和网络管理的复杂程度，也是重要的影响因素。