第十一期：宽带IP网将走向光互联网

hszhangtao

IP骨干网演进的问题

IP业务量的持续快速增长使得IP协议逐渐成为一种占主导地位的通信协议，IP网络在今后的数据通信乃至电信业中将占据重要地位。更重要的是目前网络已经转变成为一种商品，其各种增值服务有着巨大的利润潜力。有理由相信，IP技术是未来网络综合的主要力量之一，它可以集成语音业务、数据业务、图像和视频业务；IP网络最终可能成为新一代电信网络基础设施的技术选择。

目前的IP网络及IP技术还存在着这样那样的缺陷，要成为新一代电信网络的基础尚需解决大量的课题，在所有要解决的课题中，网络性能是基础条件之一。因此，高速宽带IP网络是解决IP网络发展问题的前提。当然高速宽带是相对的，本文中的宽带是指155Mbit/s以上的速率。

为了建设高速宽带IP网络，ITU—T，IETF以及ATM论坛等组织正在联合众多的设备制造商及网络业务供应商共同寻找改造Internet骨干网的方案。总的来说，各种IP技术方案有两种思路：走IP和ATM结合的路线；或者走光学IP的路线。前者借助ATM网络的强大能力，基于ATM传送IP；后者基于传统IP网络的概念，借助光传输系统的能力传送IP。

为了应对不断增长的容量需求，大多数骨干网路由器供应商纷纷推出新一代的产品－－基于硬件实现数据包转发，每秒钟可达数百万个数据包。虽然在SDH/SONET上传送ATM的方案可以满足现有地区互联网和骨干网的要求，其IP包传输速率可从1.5到622Mb/s，但是，当IP传输网络扩展到吉比特速率级，会出现一些问题。例如：


IP over ATM over SDH/SONET方案的性能在吉比特速率级别上是否仍然是带宽有效利用的、健壮的以及可管理的？
我们怎样让目前基于SDH/SONET的骨干网络发展成支持骨干路由器链路容量超过2.5Gb/s？


吉比特IP骨干网的设计、管理和控制面临一些新挑战。

吉比特IP传输的解决方案

能够为IP传输提供吉比特速率链路的协议体系结构可以满足任何给定的应用要求，选择依据包括下面一些特性：带宽效率；健壮传送；操作和维护的功能；保护功能；新特点的扩展性，如QoS功能；现有的标准化。

（1）Classical IP over ATM over SDH/SONET
正如前面所提到的，IP传输的一个通用应用方案是IP over ATM over SDH/SONET。这种“Classical IP over ATM”方案可提供STM—1（155Mb/s）和STM—4（622Mb/s）级别的健壮传送、SDH路径级的差错和性能管理功能以及SDH级的保护倒换功能。ATM为虚链路提供灵活的带宽分配功能。

（2）直接在SDH/SONET上传送IP
由于IP骨干网络链路容量需求增长到吉比特速率级，ISP们对怎样提高传统的IP/ATM/SDH方案的带宽利用效率表现出很大的热情。采用ATM在SDH上传输IP除了SDH需要的大约4%固定开销以外，还会导致增加18%到25%的开销。既然ISP们将最终以更高的传输网络成本为代价承担这些适配开销，它们就试图在骨干网减少ATM层，并采用基于直接在SDH上传送IP的链路。直接在SDH上传送IP的方案可提供健壮的传送、路径级的差错和性能管理以及速率高达2.5Gb/s时高带宽效率下的保护倒换功能。

（3）SDL
在IP/PPP/HDLC/SDH中，所使用的基于HDLC的帧定界协议存在一些问题，主要表现为：用户使用HDLC帧时，网管需要对每一个输入、输出字节都进行监视。当用户数据字节的编码与标志字节相同时，网管需要进行填充、去填充操作。这限制了较高数据传输率的可扩展性能。而且基于标记的标识机制还会带来接收器的突发错误，即使当链路只有孤立的随机错误时也是如此。例如，当一个帧中的非标记数据比特损坏并向一个接收器模仿一个标记时，帧面将在接收器中过早地中断。接收不完备的帧将导致错误的突发，这些却不能被帧的循环冗余检测（CRC）辨别出来。类似的，标记中的一个位错误将导致两个帧面在接收器中串联在一起，因而导致突发错误，这种错误事件将可能由一个单一的位错误导致。所有这些问题均说明采用HDLC类型的基于标记的成帧机制须重新加以考虑。

宽带IP网络向光互联网方向发展

从网络层次上来看，IP/ATM/SONET/Optical体系结构的缺点随着应用的深入逐渐暴露了出来：效率低、设备复杂、成本高、管理复杂等。随着吉比特路由交换机包转发速度增加到数十兆的速率以及拥有了155Mb/s和622Mb/s的SDH端口，Internet骨干网于是采用了以PPP协议连接路由器的方式构成，这就是IP over SDH（POS）的结构。这种结构很快取代ATM成为Internet骨干网技术的主流，它将传输效率从不到80%提高到95%以上，并且使设备简化、成本降低。

光互联网采用IP Over WDM技术，是由高性能WDM设备，吉位（或太位）路由交换机组成的数据通信网络。交换机和路由器之间可通过光纤直接相连，或连至光网络层。光网络层（即服务层）可以为包括SDH网元、网络互联设备等在内的客户层设备提供波长路由。

采用IP Over WDM技术，可减少网络各层之间的中间冗余部分，减少SDH、ATM、IP等各层之间的功能重叠，减少设备操作、维护和管理费用。同时，由于省去了中间的ATM层和SDH层，其传输效率很高，而且可以节省网络运营商的成本，从而间接降低用户获得多媒体通信业务的费用。显然，这是一种最直接、最简单、最经济的IP网络体系结构，非常适用于超大型IP骨干网。

光互联网不需要SDH层复杂的链路层管理，Internet固有的分布式生存特性使其具有保护和自愈能力。在IP优化光网络中不使用SDH和ATM，数据包的转发交换是由吉位路由交换机完成的。由于在IP优化光网络中没有更低层的传输协议可以使用，自愈恢复最好是在网络层完成。可以使用MPLS（多协议标记交换）或者DPT（动态包传输）实现网络层上的自愈恢复，使整个网络保持健壮性和高效性。