传输技术的演进

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传输网和IP承载网的演进与融合

摘要　本文首先指出了现有传输网和IP承载网存在的问题并分析了其根源，然后剖析了传输网和IP承载网的技术发展趋势和演进方向。重点阐述了传输网和IP承载网融合的基本思路，分析了融合中的关键问题，并从骨干网和城域网两个层面探讨了具体融合的方式和特点。

1、引言

随着IT技术和通信技术的迅速发展，互联网应用的不断深入，基于IP的数据业务正在成为主流。目前已有的传输网在承载语音业务的同时，或多或少地都需要为数据业务提供“管道”，而主要为数据业务服务而建设的IP承载网更是当仁不让。由于传输网和IP承载网在当今运营商网络中占据了很大的比重，因此，以提升网络运营效率为目的，深入研究传输网、IP承载网的演进以及融合，平滑推进其从独立分离、层级繁多的传统网络向以客户为中心、功能融合、架构扁平、对客户和业务可控可管的下一代网络演进成了共同关注的话题。

2、现有传输网和IP承载网存在的问题

2.1　传输网存在的问题

（1）WDM系统无法有效保护IP链路

目前IP数据包主要以两种方式在WDM系统上传输，一种是直接以10 Gbit/s或者2.5 Gbit/s在波长上承载，另一种是多个IP网2.5 Gbit/s信号通过TMUX（子速率复用器）整合在一个波长上传输。由于WDM系统在链路上仍是点到点系统，无法提供光层保护，因此直接承载在WDM系统上的IP信号在物理层面是没有保护的。

当系统出现故障时，理论上IP可以重新选路，可是由于IP业务具有突发性的特点，很难保证链路的轻载。如果发生故障，业务无法全部倒换到另一条链路上（特别是在链路不均衡，负载不平均的情况下），所以依靠IP网本身负荷分担的保护机制难以满足IP网的安全可靠性。

另外，单纯依靠传输网的不断扩容和提供冗余通道来对IP链路提供保护，会造成传输资源的大量浪费。

（2）环网带宽利用率低，跨环节点成为业务调度的瓶颈

核心节点特别是跨环节点的业务量越来越大，大量的业务转接由多套ADM（分插复用）设备之间通过ODF/DDF（光纤配线架/数字配线架）互联来实现。电路调配由人工完成，效率低。

许多物理光缆环都层叠了多个SDH（同步数字系列）环，使得传输网络结构比较复杂，设备数量和种类繁多，增加了网络维护的成本和难度。

在业务量不断增多的情况下，所有业务都利用环网进行保护，需要一半的保护容量；跨环业务需要经过多个环转接，每个环都要做相应的保护，导致过多占用环内带宽资源。

SDH环网仅具有单点故障恢复能力，一旦出现多处断纤，将导致SDH环网不能对业务进行有效的保护，网络生存性不高。

环网的网络扩展能力差，升级能力有限，当纳入新的节点和升级某一段的容量时，需要整个环网配合实现，不利于今后的网络发展。

（3）网络保护机制单一，无法提供层次化服务

在以多个环网互联为主的网络结构情况下，城域传输网提供的业务保护类型仅为环网保护和不保护两种，恢复时间也只有小于50 ms一种。

在城域网内难以根据业务类型和客户需求提供层次化、差异化服务，进而不能根据提供服务的不同等级来确定不同的资费。收费模式单一可能会造成潜在用户的流失。

2.2　IP承载网存在的问题

对于交换型城域网，首先存在二层交换网络规模过大，网络结构不清晰，设备级联数偏多等问题。一旦STP（生成树协议）计算出现差错，会导致较大范围内网络的不稳定；其次是旁挂式BRAS（宽带远程接入服务器）会降低网络的可靠性和效率；另外，常见的光纤直连方式组网导致光纤浪费严重，业务端口压力也大。

对于路由型城域网，主要通过路由器上的POS接口与传输设备相连，在这种方式下，SDH是以链路方式来支持IP网的，没有从本质上提高IP网的性能，并且与以太网口相比，POS接口非常昂贵。

普通客户与商业客户共用接入设备，无法提供差异化服务，无法对不同的业务实施不同的QoS策略，难以保障在突发事件发生时高等级业务的质量。

网络管理和业务控制相对分散。目前城域网的业务管理尚未形成完整的管理体系，也缺乏有效的监控手段，无法达到对用户和业务的细分管理，无法做到面向业务的联动。

2.3　两网分离存在的问题

传输网与IP承载网的分离存在以下几个问题。

●浪费物理资源，没有真正提高业务的生存性。传输和承载相互隔离，传输层只是提供物理通道，承载层也没有根据物理层优化其网络，传送效率低，网络层次复杂。

●可扩展性差，一旦引入新的宽带业务或业务需求矩阵发生变化，则需要对网络进行较大的修改，十分不灵活。

●随着数据业务成为主导，多个重叠分离的业务网将导致高初始成本和运行成本以及费时耗力的业务提供，分离的决策和预算阻碍了不同网络之间的融合。从整体和长远的角度看，分离的网络发展模式的代价将越来越高。

3、传输网和IP承载网的演进

3.1　传输网、IP承载网技术和应用发展趋势

分析传输网和IP承载网的演进，必须要了解支撑传输网和IP承载网的相关技术（平台）的发展和组网应用趋势，应该说，是这些技术和组网应用影响着传输网和IP承载网的演进方向。

3.1.1　SDH/MSTP的技术、组网和应用发展趋势

（1）技术发展趋势

MSTP（多业务传送平台）已成为各运营商近期在城域传输网上采用的主要技术。未来MSTP设备将在支持虚级联、GFP（通用成帧规程）、LCAS（链路容量调节方案）和支持以太网汇聚功能等方面继续增强，以提高网络对数据业务灵活有效支撑的能力，并实现不同厂商设备的互联互通。SDH/MSTP趋向提供更高速率的接口，如40 Gbit/s光接口。MSTP设备的数据功能将进一步得到加强，包括引入RPR（弹性分组环）机制，对MPLS（多协议标签交换）的支持等。

（2）组网与应用发展趋势

MSTP的组网将结合数据网（尤其是IP网）的建设统筹考虑。在核心层和汇聚层，传输网和数据网目前仍以分别组网为主，将MSTP作为IP城域网的承载链路；在接入层，将向统一组网的方向发展，以传输与数据设备的融合为主。应用上，MSTP将在提供高质量和高安全性的以太网专线业务以及降低网络建设和运维成本上发挥作用。例如以一台MSTP设备实现TDM、以太网和ATM业务的统一汇聚和接入。

3.1.2　WDM的技术、组网和应用发展趋势

（1）技术发展趋势

随着光间插复用器、高性能复用/解复用器和光功率控制等技术的提高，WDM系统的频带间隔将从原来的200 GHz、100 GHz减小到50 GHz、25 GHz。ULH WDM逐渐成为骨干传输网组网的主流技术，尤其是超长距WDM与可灵活上下波长通道的OADM（光分插复用设备）的混合使用，使得该应用方式在初期投资、扩容以及运营维护方面有着明显的优势。OADM环网技术将逐步在城域传输网和省内骨干网中普及。

（2）组网与应用发展趋势

单波长的传输速率继续提高，主要是N×40 Gbit/s WDM系统的发展。同时考虑40 Gbit/s与10 Gbit/s的混传。从节约网络成本出发，对于目前的10 Gbit/s WDM系统，在不进行大的系统配置改动情况下，运营商考虑将某些波长提速到40 Gbit/s进行传输。

城域WDM技术将在光纤资源紧张且新铺光缆成本太高的情况下被采用。其中，DWDM（密集波分复用）适用于城域网的核心层，CWDM（粗波分复用）技术将在城域网接入层和故障抢修等应用场合发挥作用。

3.1.3　ASON的技术、组网和应用发展趋势

（1）技术发展趋势

完善NNI（网络—网络接口）、UNI（用户—网络接口）等接口和相关协议的标准化，实现不同厂商设备间的互联互通，以利于设备选择和网络建设。ASON控制平面与MSTP技术的结合使ASON向支持多业务的方向发展。

（2）组网与应用发展趋势

开发基于ASON的新业务和应用，如OVPN（光虚拟专用网）、组播和按需带宽分配等业务。研究ASON对IP网的承载方案和互联方式，优化IP网的性能和组网结构。

3.1.4　以太网的技术、组网和应用发展趋势

（1）技术发展趋势

以太网将成为电信网的基础元素。城域以太网技术将逐步在宽带接入网汇聚层面引入，提供高可用、高速率的业务汇聚能力和以太网互联业务。城域以太网技术将向两个方向发展：一是以太网技术向下与SDH结合，利用SDH的管理能力、故障保护等能力提升以太网的组网能力和性能；二是保持以太网的底层特征，利用上层的智能技术来弥补以太网相关能力的不足。具有50 ms保护能力的以太环网技术将受到重视。IEEE 802.1 ah（MAC-in-MAC）从体系架构上将传统以太网革新为层次化的结构，突破了以太网业务扩展性的局限，目前发展势头看好。

（2）组网与应用发展趋势

在目前不具备2层MPLS VPN（虚拟专用网）能力或不具备构建MSTP网络条件的城域网，组网将采用VLAN堆栈组建物理上独立的纯二层城域以太网，通过其多业务能力在组网灵活性上弥补其他方式的不足。借助业务互通能力，企业用户的FR、ATM等遗留数据业务将逐步过渡到城域以太网，接入各类IP VPN。在未部署MSTP等满足50 ms保护能力的地区，以太环网方案受到青睐。基于IEEE802.1ah的运营商骨干传输网（provider backbone transport，PBT）开始有组网应用。

3.1.5　MPLS的技术、组网和应用发展趋势

（1）技术发展趋势

MPLS已被视为未来面向传统和新型业务的核心承载技术，正逐渐成为一种全网的业务承载层。MPLS技术将在现有和未来网络中全面启用。MPLS TE将采用RSVP-TE（资源预留协议—流量工程）作为标记分配协议。MPLS FRR将以facility（简易、直通）作为主流的保护方式。TMPLS（传输的多协议标签交换）引导MPLS向城域接入网延伸。TMPLS连接具有较长的稳定性，并具有传送网络所必备的保护倒换和OAM（操作、管理、维护）等功能特性，可提高端到端的QoS。MPLS OAM技术目前还处于初始的发展阶段。

（2）组网与应用发展趋势

国内外主要运营商将在现有和未来网络中全面启用MPLS技术，提供MPLS VPN业务给大客户，并逐步实施MPLS TE。MPLS L2 VPN会在骨干网和城域网两个范围同时展开。MPLS L3 VPN适合网络安全性要求较高、有足够能力维护自己VPN路由信息的大型客户，其组网目前已适合展开规模部署和业务推进。城域网内的三层VPN应用会成为未来开展商业客户应用的主要技术驱动。

3.1.6　IP路由的技术、组网和应用发展趋势

（1）技术发展趋势

路由技术主要的新方向在流量工程（TE）、平滑重启动（GR）、IPv6、多拓扑路由（MTR）和对MIB库的支持与完善上。ISIS（中间系统—中间系统）与OSPF（最短路径优先）基本上处于完善阶段，发展主要在路由优化上。路由刷新、对等体组（peer group）、路由振动抑制（route flap damping）等路由优化技术将得到发展，以提高网络的稳定性和可维护性。

（2）组网与应用发展趋势

在核心网组网上，快速重路由技术将开始推广应用。继续采用BGP（边界网关协议）路由协议实现用户路由以及互联网路由的承载。路由优化技术将广泛应用于网络设计和建设上。

3.1.7　IP网络高可用性技术、组网和应用发展趋势

（1）技术发展趋势

IP高可用性技术目前正向对链路、节点故障的快速检测这一方向发展。针对单条LSP的连通性检测——MPLS OAM技术将快速发展。

（2）组网与应用发展趋势

采用硬件实现的双向转发检测（BFD）将在组网中广泛应用。采用BFD后，大型网络路由收敛时间有望小于500 ms，FRR时间小于50 ms。

3.2　传输网和IP承载网的演进方向

在上述技术、组网发展，尤其是业务应用的推动下，传输网和IP承载网正在逐步向相互贴近的方向演进。

对于传输网，从网络结构上看，将向下一代传输网发展，而下一代传输网最重要的关键词就是ASON。ASON的核心就是希望将传输、交换和数据网络结合在一起，实现真正意义上的路由设置、端到端业务调度和网络自动恢复。值得一提的是，ASON沿用了在IP网中行之有效的选路和信令协议并加以改进，以适应光网络的应用需要，从而有效地解决了IP层与光网络层的融合问题。从某种意义上说，是ASON让我们看到了传输网和IP承载网融合的希望，从此演进方向看，有效地实现了传输和控制的分离。在控制平面中规范UNI、INNI和ENNI 3种接口是关注的焦点。由于UNI和ENNI接口涉及不同域之间、客户和ASON之间的互联互通，目前在域间接口上信令协议趋向于统一选择RSVP-TE。为了保护已有投资，在向ASON演进的过程中需要考虑和现有的传输网兼容，因此，在ASON中不仅引入了仅由传输平面参与的交换连接（SC），还引入了管理平面和控制平面一同参与的软永久连接（SPC），同时还保留了传统的仅仅由网管指配的永久连接（PC）方式。这些连接技术既是ASON的关键支撑技术，也是传输网向贴近IP承载网方向演进的特征之一。

对于IP承载网，其未来发展的焦点集中在承载网能否完全胜任网络的保护和恢复。网络的保护和恢复需要承载网能够实现快速故障定位机制，逐步吸纳传输网优秀的保护恢复机制，并且能够在节点侧实现多粒度的保护恢复。尽管这从理论上是完全可行的，但是还有很多问题需要解决，特别是故障定位技术，因为这在以往的IP。承载中是根本没有考虑过的。

4、传输网与IP承载网的融合

4.1　两种融合思路

传输网和IP承载网的融合趋势是传输网络逐步向承载层渗透，而基于IP的承载网逐步承担以往传输层实现的功能。目前主要有以下两种融合的思路。

（1）传输融合承载

这是传输厂商的思路，也是传统运营商比较看好的。其关键之处就是在IP over WDM中引入一个灵活的传输控制层，即现在的IP over ASON。

传输融合承载具有以下优点。

●优化IP网络，实现IP网络从层次汇聚向扁平化发展。对于IP路由的中转业务，直接通过灵活的传输层大颗粒转发，降低核心路由器的压力，尤其是升级压力。

●利用传输层的保护恢复提高IP承载层的生存性，因为传输层的故障检测比上层快得多。

●节约建设成本。利用传输设备的GE、10GE口或cPOS口代替路由器的POS口，这样在路由器上降低的成本要远远大于传输层的成本。目前路由器和传输设备的采购成本比约为3:1到5:1。

●降低运营开支。利用传输设备上的L2交换或VLAN交换或MPLS交换，在拓展业务时可进一步节约带宽，提高传输通道的利用率。

这种思路最大的问题在于其无法利用IP统计复用的特性，网络层次多，结构复杂，但目前已经提出了一些解决的技术，如T-MPLS、VLAN交换、MAC交换等，据称可以解决这些问题，但还处于研究之中。

（2）承载融合传输

这是数据厂商的思路，代表者是Cisco提出的Smart Router的概念，该思路的核心是“路由+可反复配置的光分插多路复用（Router+ROADM）”，其特点是重复利用IP分组业务统计复用的特性，增强IP或以太网的OAM，提高快速检测故障的能力，在WDM层面则利用ROADM（可重构光分插复用）增加其灵活性。

4.2　融合中的关键问题

（1）保护和恢复

从当前网络的保护方式看，传输网和承载网都需要实施一定的保护和恢复，两者的对象、粒度和实施方式等都有一些差异。在多层保护情况下，为了协调保护机制，必须在承载层设置一定的等待时间，以等待传输层保护是否成功，然后再确定是否启动承载层的保护。需要注意的是，传输网络主要负责物理层次的保护，而承载层的保护侧重逻辑层次。例如，承载网络层的准全连接可能就架构在一个SDH环中，这样SDH环中单点故障就可能造成承载层的多通道中断。这种情况下，即使再优秀的算法也比不上传输层的保护快。另外，由于在具体操作中传输层实施更为简单，因此从目前情况来看，想完全以IP重路由的方式来代替传输层的保护是不现实的。

如果IP承载层要实现对网络的真正保护，就必须实现承载层真正的物理Mesh化，而承载层本身是不关心物理路由的，所以其物理Mesh化必须靠传输层的Mesh化来解决，Mesh化的思想可以靠传输链路来解决，也可以采用某一种传输技术。

在具体部署上，需要综合考虑、利用IP路由器和光传送网的保护和恢复功能。如果仅在单一的IP层面进行保护恢复，由于需要轻载，将导致网络利用率急剧下降。相反，通过光传送网为IP网链路提供保护、恢复功能，则可以提高链路带宽资源利用率。据统计，采用光传送网的保护、恢复功能，可以使IP网对有保护的高等级业务的可用率由99%提高到99.99%，而对于无保护的低等级业务则由54%提高到98.5%，保证网络资源收益最大化。

总之，从故障恢复的速度来说，光网络的保护和恢复机制优于IP网络，特别是对于一些点到点的、业务量非常大的场合，采用光网络保护方式优点比较明显，可以在50 ms内应对光纤切断等故障，而且无须高层协议和信令的介入。但是，对于诸如OXC（光交叉连接器）节点瘫痪等故障，光层的保护和恢复机制无法处理，必须依靠IP层的保护和恢复机制参与，因此，在一个规模大、节点数量多的Mesh IP光网络中，采用光网络和IP层联合保护机制是必要的。

按照对故障最先发现最先处理的原则，首先从光网络层进行保护，若在某个确定的计时期间内无法恢复，再转由IP层进行恢复，这是较为可行的一种方法。

（2）SC和UNI

下一代传输网络中引入了控制平面和UNI/ENNI，利用控制平面实现了UNI发起的端到端的SC连接，这很类似承载层实现的路由和交换的功能，从这点上说，传输层上已经向融入交换功能迈出了一大步。

UNI实现了快速提供通道的功能，基于其功能可以实现OVPN（光虚拟专用网）和组播等新业务，为专线和大客户提供快速的通道连接，甚至实现了不同连接的QoS功能，还可以减少中间路由设备，这相比传统的传输网络是革命性的变化。特别是在网络的运维和管理上，以往需要手工配置的连接，现在都可以自动完成。由于目前传输网络是架构在传统的SDH或者OTN（光传输网）基础上的，其实现动态连接的粒度和承载不同，而且实现的程度也不同。传输网络SC连接实现的交换和路由是粗粒度的，而且是局部的，并非真正意义上的端到端，所以目前仍然无法替代承载层的路由和交换功能，而仅仅实现了传输通道的快速连接和动态释放。

（3）IP over WDM

WDM目前还只能应用于点到点的传输。由于IP有动态、突发的特性，而WDM波长有固定带宽和静态的特性，将会造成在接入侧IP和WDM的波长资源严重不适配，造成波长资源的浪费，这决定了IP over WDM叠加方式的大规模组网应用还有很长的路要走。由于IP承载层目前还难以胜任故障定位功能，而且在骨干网中，保护恢复性能也没有得到验证，更为重要的是，目前商用的设备还比较缺乏，所以仅将WDM作为IP连接的IP over WDM方式还有很多问题需要解决。

4.3　骨干网的融合

在骨干网层面，随着GMPLS技术的不断发展和标准化，IP层和DWDM（或ASON）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输网和IP网融合的最终体现。

骨干网层面传输网与IP承载网的结合和融合主要有以下3种方式。

●IP over DWDM（利用波分系统的保护机制），但会牺牲波分系统的容量；

●IP over SDH overDWDM（利用SDH的保护机制）；

●IP over ASON overDWDM（利用ASON的保护机制）。

骨干网更看重网络的高生存性，而目前IP层的生存性技术还无法胜任大业务量故障情况下的电信级恢复。此外，为了支持业务控制和承载的分离，路由器会越来越多地支持UNI/ENNI，因此，传输融合承载的技术更适合骨干网的融合。

4.4　城域网的融合

对于本地传输网与IP城域网的结合和融合，可能有以下3种方式。

●采用IP over SDH（具备MSTP功能）的方式组建IP城域网，这种方式对本地传输网的原有网络带宽要求较高，在组网初期，当业务量较小时，可以采用这种组网方式。

●采用双星型结构直联汇聚节点与核心节点，接入部分利用具备MSTP功能的本地传输网接入层进行业务的接入。IP城域网与本地传输网在汇聚层进行分离，降低了本地传输网的带宽压力，适用于网络业务量较大的情况，但是这种方式对光缆纤芯要求较高。

●在本地传输网汇聚层组建DWDM系统，采用IP over DWDM的方式，这种方式前期投入会很大，如果不是业务量特别大的话，会造成系统利用率低，投资效益低的情况。

5、结束语

IP技术的发展使得融合已经成了网络发展的必由之路。但是网络融合是一个漫长的过程，除了上述谈到的技术问题需要解决外，还有商务模式、政策监管等一系列问题。当然，多层网络在相互渗透的过程中，技术上的发展仍将起重要的作用。根据融合的两种思路，ASON已经当仁不让地成为传输融合承载的关键，而以太网、IP路由和MPLS的结合将成为承载融合传输的基石。从演进的角度看，网络的不同层次应先扮演好自己的角色，再逐步吸取其他层次的长处，相互靠拢，最后达到融合的目的。传输网应该向动态、抗多点失效和高效的下一代传输网络发展，而承载网则应向多业务承载、可控可管、区分等级服务的综合承载网络发展。融合的趋势是不可阻挡的，但是，在相当长的时间内，传输网和承载网将相互渗透、和谐共存。