下一代传送网融合趋势及演进路线展望

韩国舞族

    一、下一代传送网技术演进路线

    下一代传送网是为了适应IP网络发展而逐步演进的。从网络层次来看，下一代传送网包括接入传送网和核心传送网。从技术体制来看，下一代传送网包括分组传送网和大容量的光传送网，并且无论是分组传送网还是大容量的光传送网，都向着更高速率、更可靠的生存性、更高效的性能、更灵活的控制和管理能力方向发展。下一代传送网的网络架构和演进如图1所示。



    1．下一代以太网技术发展方向

    以太网是目前接入传送网的一项重要技术，为了克服传统以太网的诸多不足：以太网没有保证端到端性能的机制；难以控制资源的拥塞，也无法实现分等级的用户服务；没有内置保护功能；不具备故障定位和性能监视能力。电信级光以太网应运而生。可运营光以太网是以太网和光网络两种技术的融合和发展，使以太网技术真正成为可运营、可管理的电信级网络。

    可运营光以太网技术有以下几个发展方向。

    （1）链路层新技术－RPR：RPR综合了以太网和SDH的优点，它定义了一个独立的物理层-弹性分组环媒介访问控制层，具有空间重用、自动告警与保护功能，自愈恢复时间在50ms内，具有分布式带宽管理与拥塞控制功能，可提供COS级的业务质量。

    （2）新以太网体系架构－MacinMac：运营商网络的边界点在用户以太网帧之外再封装运营商的以太网帧头，从体系架构上将传统以太网革新为层次化的结构，具备天然的实施MEF有关城域以太网UNI/NNI体系架构的亲和性与优势，彻底颠覆了传统以太网的平面结构带来的MAC地址泛滥、STP协议相互影响等安全隐患。更为重要的一点是，该标准定义了扩展业务标志位“I－Tag”，支持高达24位的标志位长度（即提供2^24，超过千万级的业务实例的支持），从根本上突破了以太网业务扩展性的局限。

    （3）智能以太网技术－将MPLS引入以太网：用IP/MPLS网络为二层数据链路包(如ATM信元、FR帧、以太网帧)提供传送通道，可以借用MPLS的特性来为以太网提供带宽担保型的服务质量保证及其他安全特性。此种应用的典型代表是VPLS，VPLS系统形式上类似于一个跨越广域网的LAN交换机，PE上为用户提供了这种LAN交换机的接入接口，该交换机除了支持建立LSP链路、完成二层链路帧的转发功能外，同时支持MAC地址学习、MAC地址老化处理、桥接转发、广播抑制等二层交换机需要支持的功能。VPLS解决了以太网提供二层VPN的问题，使以太网从局域向广域的发展迈出了重要一步。

    （4）面向连接的以太网技术－PBT：PBT技术可以为以太网提供面向连接的转发模式，通过关闭MAC识别功能消除引起MAC泛滥和限制网络规模的不必要的广播功能。支持50ms以内的弹性切换机制，能够管理流量路径并感知每种服务会采用哪个路由，实现告警关联、服务故障关联和服务性能关联等。

    （5）以太网保护技术：MEF提出的城域以太网保护技术。目前主要包括基于OAM的EEPP保护、基于MPLS的ALNP保护、Packet1＋1EEPP保护以及共享网状保护。城域以太网的保护机制比传统的802.1d/w方式作了重大改进。已经不局限于通过桥协议数据单元BPDU来实现以太网环路保护倒换，而且每种方式在保护倒换时间上也都很有可能达到电信级的50ms要求。

    （6）以太网的运维管理技术：借鉴了SDH的OAM功能，ITU和MEF都在制定以太网运营管理的技术规范，包括IEEE802.1ag连接故障管理，ITUY.1731—SG13以太网OAM，ITUG.8031—SG15以太网保护，IEEE802.1AB－站点和媒体接入控制连接发现，MEF以太网性能监控等。

    以上技术有些已经成熟商用，有些还处于草案阶段，但是无论是ITU、IETF还是MEF都在积极推动以太网向可运营光以太网的方向演进。

    2．下一代MSTP技术特点

    MSTP是目前接入传送网的另一个重要技术，是传送网向数据网方向融合的典型代表，它实现了TDM、以太网、ATM业务在一个设备上的统一传送。目前MSTP解决城域网透传和简单汇聚，但随着数据城域网的发展和对承载层要求的不断提高，必然要求MSTP技术要向数据网方向进一步发展。目前，ITU-T提出了传送MPLS（Transport MPLS）的概念。应用传送MPLS概念的MSTP设备将成为下一代MSTP的发展方向。

    传送MPLS将只采用MPLS的一个子集，并以MPLS-TE为基础，将MPLS作为通用的承载平台，而不仅是对IP网络的优化和完善。

    目前提出的传送MPLS的主要特点包括：使用RSVP-TE作为信令协议；数据平面使用单向LSP；支持保护和恢复；采用隧道模式(Tunnel)；EXP和TTL的使用;只支持管道和短管道模式；支持基于Diff-Serv的QoS机制；支持基于NMS、MPLS和ASON/GMPLS的控制平面；不使用ECMP和PHP等与IP相关的MPLS特性。

    传送MPLS与IP/MPLS的主要区别为：

    （1）IP/MPLS路由器是用于IP网络的，因此所有的节点都同时支持在IP层和MPLS层转发数据。而传送MPLS只工作在L2，因此不需要IP层的转发功能；

    （2）在IP/MPLS网络中存在大量的短生存周期业务流，而在传送MPLS网络中，业务流的数量相对较少，持续时间相对更长一些。

    由于传送MPLS是一个新的概念，其标准化工作才刚开始。随着标准化的进一步进行和完善，其功能和特点将逐步明确。

    3．下一代DWDM技术发展方向

    DWDM是核心传送网的重要技术，是传送网向大容量、智能化方向发展的基础。下一代DWDM技术有如下两种发展方向。

    （1）节点技术——ROADM和OXC

    ROADM指可重构的光分插复用节点，其特点是无需人工调配，自动动态调节上下波长。其关键技术包括全波段连续可调激光器，灵活的波长选择开关/波长阻断器，网络的自动功率管理、OSNR管理和色散管理，远程端口指配，支持OTN结构和保护，多种业务接口（STM-16/64/256/10GE/SAN），完善的网管管理等。

    OXC指光交叉连接设备是下一代核心传送网实现灵活性、扩展性、动态重构、自愈性等的重要手段。OXC的核心部件是光交叉连接矩阵，目前实现光交叉连接矩阵的光开关技术主要有机械式、电光式、声光式、液晶式和微电机械式（MEMS），其中MEMS可能成为下一代光交叉矩阵的主流技术。除了光交叉连接矩阵，OXC还具有波长路由功能和网络保护功能，另外，波长变换以及多粒度交换功能也将是未来OXC的发展方向。

    （2）智能控制平面技术——ASON和GMPLS

    传送网引入智能控制平面是传送网的一次重大变革。一方面，传送网借鉴了数据网的路由和信令机制，增加了节点的智能性，从而使静态的传送网向动态的智能光网络演进；另一方面，为了更好地适应IP网络的发展，传送网引入GMPLS来简化网络层次，使IP和WDM网络实现无缝连接。

    GMPLS（通用多协议标签交换）由MPLS扩展而来，它对MPLS的标签及LSP（标签交换路径）建立机制进行了扩展，从而产生了通用的标签及通用LSP（GLSP）。GMPLS除了支持具有分组交换能力的接口，还支持具有时分、空分以及波长交换能力的接口。同时，GMPLS为光网络提供了强有力的控制平面，从而使光网络向对等网络的演进成为可能。

    传送网引入智能控制平面主要有以下两种模型。

    重叠模型，又称客户－服务者模型。这种模型的基本思路是将光传送层特定的智能控制完全放在光传送层独立实施，无须客户层干预。客户层和光传送层将成为两个基本独立的智能网络层，而光传送层将成为一个开放的通用传送平台，可以为包括IP层在内的所有客户层提供动态互联。这种模型可以利用标准化的UNI和NNI接口，比较容易在近期实现多厂家光网络的互操作。目前ITU和OIF所支持的ASON技术就是采用该模型。该模型的缺点是功能重叠，两个层面都需要有控制功能（例如都有选路功能），并且传送网和数据网分别保护，资源不能共享。

    集成模型，又称对等模型。这种模型的基本特点是将光传送层的控制智能转移到IP层，由IP层来实施端到端的控制。此时光传送网和IP网可以看作是一个集成的网络，光交换机和标记交换路由器具有统一的选路区域，两者之间可以自由地交换所有信息并运行同样的选路和信令协议，实现一体化的管理和流量工程。由于集成模型是光网络层，仅支持单一的IP客户设备，难以支持传统的非IP业务。目前IETF是GMPLS的坚实拥护者，并且正在对GMPLS相关协议进行扩展，以便支持UNI和多域互联等组网模式，同时IETF也开始对GMPLS支持L2交换技术（如以太网、ATM和FR）进行研究。

    二、下一代传送网的融合趋势

    由于目前传送层和IP层采用互不兼容的传送平面（数据平面）、控制平面和管理机制，导致电信运营商的运营开支随着网络规模的不断扩大而增加。随着传送网技术不断发展，传送网和IP网络技术将不断渗透，网络技术趋于融合。

    1．核心传送网的融合趋势

    核心传送网方面，ASON和GMPLS的应用使得光传送网节点和IP路由器具有相似的特性，核心传送网和核心数据网的功能正在悄然变化。同时，数据网也在不断发展，10Gbit/s和40Gbit/s的彩色光口、MPLS虚电路、快速重路由机制等使得数据网功能越来越强大，传送网和数据网的融合成为下一代网络的发展趋势，并表现出以下一些特征。

    （1）传送网作为数据网的承载网，将在一段时间内存在并逐步发展。

    （2）基于SDH网络的ASON网络将逐渐承担起重要电路的传送任务，实现端到端的电路配置和维护，改变现有的运维习惯。

    （3）DWDM网络的组网技术还有待发展，从现在点到点的网络结构发展成为MESH结构将是未来DWDM的发展趋势，OADM和OXC的广泛应用将为构建灵活的光传送网提供物理保障。

    （4）随着GMPLS技术的不断发展和标准化，IP层和DWDM层将从现有的重叠网络逐渐走向对等网络，具有多粒度交换用户平面、统一控制平面和管理平面的下一代骨干网络节点将是传送网和数据网融合的最终体现。

    2．接入传送网的融合趋势

    在接入传送网方面，目前还没有一种网络技术可以真正解决带宽突发性和QoS的问题，下一代的MSTP正在寻找解决分组交换问题的办法，下一代以太网也正在寻找解决QoS的途径，这就决定了两种技术在未来将会继续相互渗透，并呈现如下发展趋势。

    （1）MSTP融合了传送MPLS的功能，增加了ASON控制平面，向支持分组交换和电路交换的下一代综合传送平台演进。

    （2）以太网融合了MPLS技术、环网保护功能和OAM功能，正在向可管理、可运营的方向演进。

    （3）由于以太网承载IP业务的经济性和高效率，其应用将更加边缘化和普遍性，而下一代的MSTP将逐渐走向城域核心层和大客户层面，和下一代的长途网络无缝结合，构建端到端的高质量传送网络。

    三、现有网络向下一代传送网的演进策略

    接入传送网是最先能体现网络融合的传送层面。在公众接入平面，MSTP/RPR/SDH和以太交换网在一定时间内并存，在大客户网络平面，MSTP作为主要的接入手段。随着业务层全面IP化以后，MSTP将逐渐退出城域IP承载网，从而成为完全为大客户提供专线的业务网络。融合了MPLS技术的以太网、传送MPLS或者其它新的传送技术将会担负起承载IP的重任，通过和CWDM/DWDM结合，构建新一代的接入传送网络。

    目前基于SDH平台的ASON技术已经成熟，现在普遍的重叠网络目前主要用于承载高质量电路的业务。待技术成熟和业务需求明显以后，可以考虑逐步将IP层和WDM层向混合模型和对等模型发展，实现向下一代传送网的演进。