IP电信网的传送技术

zjol

Transport Technology of IP Telecom Networks
顾忠禹 / GU Zhong-yu  

摘要：文章介绍了几种主要的IP业务传送技术：ATM、POS、DWDM和以太网的实现方案，分析了它们的优缺点；进一步还介绍了弹性分组环、多协议标记交换等技术；最后指出了在向IP电信网演进的过程中上述技术的发展趋势。

关键词：IP电信网；传送技术；弹性分组环；多协议标记交换

Abstract:The implementation schemes of main IP service transport technologies, such as ATM, POS and DWDM, are introduced with the analysis of their advantages and disadvantages. The resilient packet ring (RPR) and multiprotocol label switching (MPLS) technologies are discussed, and finally the development trend of the above-mentioned technologies in the evolution to IP telecom networks is outlined.

Key words:IP telecom network; Transport technology; Resilient packet ring; MPLS


　　1 IP电信网的基本特征

　　由于Internet和网络技术的发展，数据、电话、电视、会议电视以及多媒体等各种业务都可以通过IP网络提供，电信网络专家和计算机网络专家都相信未来网络是基于IP技术的网络，即IP电信网。作为电信级网络，提供等级服务、可靠性、安全性和可管理性应当是IP电信网基本的特征。

　　结合数据网络、Internet的发展，以及宽带IP业务的建设经验和对下一代网络(NGN)的研究成果，IP电信网可以分成用户接入和网关、传输和交换、网络控制以及业务等4个层面。接入和网关层主要完成网络用户的接入和必要的转换功能；传输和交换层主要完成网络业务的汇聚、交换和传输实现；控制功能实现网络的总体控制，主要是实现业务的接续控制，同时将网络业务控制和数据流相隔离，便于引入新的网络业务；而业务层主要是提供与具体的业务实现相关的功能。

　　本文主要讨论网络用户的接入、业务汇聚、交换和传输方面，即网络的传送技术，并就有关服务质量保证、可靠性等方面展开讨论。

　　2 IP传送技术

　　有关IP业务的传送，有多种解决方案。从提供电信服务的角度看，有使用ATM、POS、DWDM和以太网等几种实现方案。下面简要介绍各种方案的特点。

　　2.1 ATM实现方案

　　ATM传送IP业务，或者IP over ATM有多种解决方案。在千兆比路由器(GSR)发展、应用之前，IP骨干网络是通过ATM来实现的，ATM可以提供高速连接链路，同时通过ATM交换机可实现流量工程。而ATM上直接承载IP业务，包括ATM传送IP(IPoA)、局域网仿真（LANE）、ATM上的多协议（MPOA）、标志交换（Tag Switching）和多协议标记交换(MPLS)等多种方案。随着技术的发展和市场的淘汰，在大型网络应用方面，MPLS方案已经获得发展和应用，并将在网络的演进中发挥更大的作用。

　　2.2 POS实现方案

　　POS(Packet over SDH)是另外一种IP传送方案，主要是通过高端路由器实现。它将IP包通过点到点协议(PPP)封装，高速数据链路(HDLC)定界/同步，然后通过SDH的有效载荷进行传输。

　　POS方案的出现和流行，得益于以下几个方面：

　　(1)OC-48或2.5 Gbit/s POS 高速端口满足了Internet骨干网络流量的需求。

　　(2)通过SDH直接承载IP业务要比ATM承载IP业务效率高。

　　但POS在满足了基本的传输功能后，作为一种网络传送技术，其缺陷也是很明显的：

　　(1)服务质量措施缺乏。

　　(2)难以实现流量工程。

　　(3)可靠性措施不力。

　　虽然，在技术上可以通过SDH实现APS，但与电信级设备的要求仍有一段距离。因此，不少厂家开发了专用技术，比较典型的有DPT等。标准化的RPR将使得可靠性问题获得解决。流量工程则是通过引入MPLS实现，特别是在运营商的大型骨干网络中。而服务质量方面已经有一些解决方案的模型和具体的实现，但总体而言，IP解决方案的QoS措施还有待进一步发展。

　　2.3 DWDM实现方案

　　IP over DWDM方案的优势在于可以省去前述ATM和SDH方面的ATM和SDH设备的成本，同时可以减少IP业务经多层适配的开销，是目前看来IP传送的理想解决方案。从网络模型的角度看，有重叠模型和对等模型，两者各有优势。重叠模型IP网络部分和光网络可以独立存在，光网络根据IP业务层的需求动态地提供通路；对等模型可以减少网络的层次，对IP网络和光网络层面使用同一套协议，对两个网络层面的内容都了解。从目前的角度看，重叠模型更符合应用的需求。例如通用多协议标记交换(GMPLS)和自动交换光网络(ASON)在竞争全光网络的主流控制协议方面，使用重叠模型，对网络的发展就要主动得多。

　　目前的传送方案，无论是基于SDH或者DWDM的，一般都是通过手工配置网络链路。这要耗去大量的时间，并且影响网络业务的正常提供。而网络结构一般是根据行政区划以及业务量的经验值推算而设定的，随着业务的发展，或者由于特殊的原因，网络某些链路可能会过载，从而引起网络总体结构的改变和调整。有了自动光网络后，这个问题可以轻松解决，根据业务量的具体情况，通过GMPLS或者其他机制，可以动态调整、改变波长路由，实现全网的均衡运行。

　　2.4 以太网实现方案

　　以太网已经有接近30年的发展历史。以太网从最初的共享10 Mbit/s、交换式10 Mbit/s、100 Mbit/s (FE)、1 000 Mbit/s (GE)，发展至今天的十吉(10 Gbit/s)以太网。以太网因其成熟、价格低廉、易于使用和极好扩展等原因，得到了广泛的应用。随着10G以太网的标准化以及通过光纤直接传输的距离已经达到40 km以上，以太网技术在城域网中大量应用已经成为可能。作为IP电信网的传送技术，以太网的问题在于：

　　(1)不能提供服务质量保证。

　　(2)多业务的支持欠缺。

　　(3)没有较好的网络可靠性方案。

　　有关服务质量的问题，有几个因素能促进其解决。其中包括：

　　(1) 802.1p的标准化。

　　(2)通过硬件实现一定数量的服务质量等级，例如3个服务等级。

　　(3)随着城域网应用的需要，MPLS将会被支持，MPLS QoS将引入和实用。

　　有关多业务的支持，不是以太网技术的应用领域，可以通过其他接入设备，或者网关解决。有关可靠性问题，将通过弹性分组环(RPR)技术提供解决方案。

　　3 进一步的技术探讨

　　ATM、POS、DWDM和以太网等几种实现方案，还不是理想的IP电信网的传送技术，还有这样那样的缺陷。对IP电信网的传送技术需要做进一步的探讨。

　　3.1 有关网络演进的考虑

　　ATM技术作为IP电信网的传送技术，主要的缺陷是没有高端端口的支持。目前40 Gbit/s的POS端口由于业务发展和光网络选择走向等原因，尚未有见到开发成功的报道，因此，随着10 Gbit/s ATM端口的开发成功和实用化，ATM技术无论是在广域网和城域网内，都将和路由器展开竞争。由于ATM支持QoS，支持目前运营商收入主要来源的传统数据业务，加上ATM交换机的“Ships in the night”的实用化，可以很好地支持MPLS，满足未来IP业务发展的需求，因此ATM技术具有一定的优势，并有可能成为IP传送技术的优选方案。另一方面，由于MPLS和DiffServ结合的QoS策略的标准化的实现，IP的QoS问题将会获得解决。通过MPLS VPN技术，在核心IP网络的基础上，通过边缘接入设备的支持，可以提供传统的FR和ATM业务。这些，为采用传统的ATM网络技术体制的运营商和采用IP over SDH/DWDM的运营商实现统一的IP电信网提供了演进的方案，能够保护他们的网络投资和业务开展，并支持新兴业务。

　　3.2 弹性分组环技术

　　ATM技术的缺点是具有“信头税”而导致带宽的低效使用，路由器的缺点是要支持实时业务必须基于“带宽的过量供给”。虽然都是带宽的浪费，但ATM技术可以获得比较好的网络控制功能，而路由器则没有体现任何价值。弹性分组环(RPR)技术可以在解决可靠性问题的同时提高传输资源的利用率。

　　RPR是一种媒体访问控制(MAC)层协议，环形连接上的各节点通过该协议实现信息的传输。节点设备的操作十分简单，包括信息的插入、转发和剥离。RPR在收发两个方向上可以同时传输信息，使得带宽获得最大限度的利用。在有关链路信号降级或发生光纤故障时，RPR节点会自动、快速(小于50 ms)地实现环回。RPR既提供了自愈保护、实现高可靠性，同时也解决了网络的灵活性和效率等问题。RPR的技术优势，主要表现在以下几个方面：

　　● 网络连接的高可靠性；
　　● 物理层的灵活性，支持SDH、DWDM或以太网物理层协议；
　　● 节点间带宽分配的公平性；
　　● 便于组播/广播业务的开展；
　　● 可以实现QoS。

　　RPR支持高速接口，包括GE、10G以太网，以及2.5G/10G POS接口，环形链路上最大支持128个节点，可以满足目前高速网络建设的需求。
预计RPR 2003年3月将成为正式标准。届时以太网在城域网中的应用，以及基于高端路由器的IP网络的可靠性将得到强有力的支持。至少在城域网的范畴内，能进一步完善IP电信网的传送技术。

　　3.3 MPLS技术

　　多协议标记交换是90年代中后期ATM上支持IP业务以及IP交换的一种方法。MPLS技术经过多年的发展，已经成为最为重要的网络技术之一，它不仅解决了网络发展中遇到的众多问题，同时也为支持网络的演进和发展提供了切实可行的途径。MPLS的一些重要功能和应用有：

　　(1)MPLS Fast Reroute功能。该功能使得LSP上的节点或链路在出现故障时，能自动迂回或切换到新的LSP上，保证网络业务的不中断。

　　(2)实现流量工程(TE)。流量工程通过路由受限-标记分配协议(CR-LDP)设置有关节点，通过流量的检测，决定有关流量分流的情况。根据如何决定分流链路的方法，可以区分松散与精确的指定。

　　(3)实现虚拟专网(VPN)。VPN通过公用网络实现一个单位内部的网络。由于业务流量和网络覆盖的关系，早期VPN网络通过专线来实现，缺乏灵活性。在IP网络十分普及的情况下，可以通过在网络设备直接支持VPN实现。MPLS 由于LSP的封装性，可以实现专线特性，保证安全性，不需要实现复杂的加密算法，而且具有极好的灵活性和可扩展性。

　　(4)实现IP QoS。通过对LSP设定有关特性来实现QoS，并能和DiffServ有机结合。

　　(5)支持多播功能，能够节省骨干网络的带宽和支持视频广播业务的开展。

　　(6)支持话音业务的开展。

　　(7)MPLS已经被扩展，用于光网络的控制。

　　4 结束语

　　光网络无疑会是IP传送网络的基础。从SDH、DWDM到ASON，随着技术的发展，统一的网络基础平台将被提供，并将足够灵活以满足网络业务开展的需求。在业务汇聚和交换方面，ATM多业务交换机和路由器以及以太网交换机等，虽面向应用不同，但功能将趋向融合。对MPLS的支持等将是必备的功能。对组播业务的支持和QoS保证，以及MPLS VPN的QoS保证将是基本的要求。各种传送技术将会并存，而ATM和MPLS技术的融合和发展则有可能成为IP电信网的优选传送技术。

　　参考文献：

　　[1] 蒋林涛. IP电信网及其业务[J]. 中兴通讯技术, 2001,8(S0):10?12.

　


作者简介：
　　顾忠禹，深圳市中兴通讯股份有限公司网络事业部数据系统部技术总监，高级工程师。南京大学计算机系毕业。从事计算机及其应用系统的设计、数据通信产品的规划设计和应用工作。