POS技術淺析

2019-11-03 09:04:49

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供稿：網友

北京交通大學現代通信研究所
王海梅　王慧玲　張小津

　　摘要

　　為了適應ip業務快速增長的需求，傳送IP的幾種解決方案已經被相繼提出，其中，POS（IPoverSDH）作為Internet主干網解決方案之一，將SDH與IP直接結合，有效利用了現有的網絡結構，簡潔高效、易于升級，獲得了廣泛應用。本文簡要介紹了POS的技術基礎，應用協議以及未來的發展趨勢等。

　　關鍵詞：

　　SDH IP POS

　　一概述

　　通常我們將IPoverSDH又稱為Packetover SDH，簡稱為POS。POS通過SDH提供的高速傳輸通道直接傳送IP數據業務。它使用鏈路及點到點協議(Point to Point PRotocol，PPP)對數據包進行封裝，根據RFC 1662規范把IP分組簡單地插入到PPP幀中的信息段。然后再由SDH通道層的業務適配器把封裝后的IP數據包映射到SDH同步凈荷中，然后經過SDH傳輸層和段層，加上相應的通道開銷和段開銷，把凈荷裝入一個SDH幀中，最后到達光網絡，在光纖中傳輸，它保留了IP面向無連接的特征。

　　1SDH傳輸體制

　　SDH/SONET技術是基于話音傳輸的體制，但是，近幾年來，因特網發展十分迅速，各種基于IP的業務每年以50％～300％的速率增長，目前國際上IP骨干網要求每6～9個月翻番，是摩爾定律的2～3倍。在下一代網絡中，以IP為代表的數據業務將超過話音業務成為主要業務，這就要求SDH/SONET技術要不斷向前發展。盡管SDH/SONET技術并不會被完全取消，它在光電領域之中有強大的需求，在自我恢復能力、故障管理、廣泛記帳支持和同步方面一直享有美譽，但是，為了適應將來網絡得發展，除了繼續完善其支持話音業務的功能之外，同時也正在向支持數據業務方向發展。目前已有支持數據業務的產品問世，并且今后在功能方面會更加全面。當前許多新型的SDH傳輸設備大都提供了GE（GigabitEthernet）接口。

　　下一代SDH/SONET技術的基本原理就是規定高速率SDH/SONET中的若干STS－1信號用于分組信號的統計復接，其余的STS－1信號則用于傳統的電路交換信號，這樣SDH/SONET設備就能同時支持電路交換信號和分組信號?；谛录夹g的系統能將多種網絡單元綜合進入到一個操作平臺，極大的簡化了SDH/SONET傳送網，并增加了SDH/SONET網絡的功能，可以動態地增加SDH/SONET傳送地有效性和功能，不僅能支持傳統地話音業務，同時也能支持數據和視頻業務，而且在系統的安裝、維護和成本上均有巨大的優勢。SDH的級聯功能增強了支持ATM/IP的能力，這使得它正在融合路由交換功能，支持以太網透明傳輸。

　　SDH數字體系中,最基本的模塊信號是STM-1信號,再將其同步復用、字節間插后得到更高級的STM-N信號。目前，SDH只支持一定的N值(如1,4,16,64等),主要標準速率值如下:

　　STM-1(OC-3)為155.520Mbit/s;

　　STM-4(OC-12)為622.080Mbit/s;

　　STM-16(OC-48)為2 488.320Mbit/s;

　　STM-64(OC-192)為9 953.280Mbit/s。

　　SDH信號是一種以字節結構為基礎的矩形塊狀幀結構,由9行和270×N列8 bit字節組成.整個幀結構主要分為三個部分:段開銷、管理單元指針和信息凈負荷。其中，在凈區可以封裝各種信息(如PPP幀、ATM信元等)或其混合體,而不管其具體信息結構是什么樣的,所以說信息凈具有透明性。因此，在SDH調整傳輸網上可以直接實現IP over SDH技術,也可以間接承載ATM業務。

　　2IPover SDH技術

　　參考OSI7層網絡模型，SDH/SONET協議是物理層協議(layerl),主要負責在物理層介質上傳送字節數據。IP協議是無連接的協議,屬于網絡層協議(layer3)。數據鏈路層（layer2)負責SDH/SONET協議與IP協議之間的接口,IETF定義PPP協議來執行此項功能,相應有PPPoverSONET/SDH草案,實現IP over SONET/SDH技術。IP over SONET/SDH技術通過PPP針數據包映射進SONET/SDH幀結構凈負荷區。

　　PPP協議定義了點到點鏈路上傳輸多協議數據包的標準方法,是正式的Internet標準。PPP協議在OSI7層位于網絡層之下,為了與網絡層平滑地連接,PPP協議在規定了基本接口后還要為不同的網絡層協議提供相應的封裝控制協議(NCP)。再者,在PPP層下面承載業務的傳輸媒質也各不相同,如ISDN、FR、SDH/SONET等,這就需要PPP協議為它們提供相應的鏈路控制協議(LCP)。

　　PPP協議包括三個基本組成部分:

　　(1)在單個串行鏈路上使用多個協議的封裝方法。

　　(2)鏈路(LCP)，用來建立、配置和測試數據鏈路連接。PPP連接的兩端使用LCP來協調連接選項。

　　(3)一組讓PPP連接不同網絡層協議的網絡控制協議(NCP)。

　　IETF制定的RFC1619PPPover SONET/SDH,定義了PPP與SONET/SDH的接口,描述了PPP在SONET/SDH網絡中的具體應用。當SONET/SDH被配置為點到點的鏈路時,PPP協議可以很好地支持這種鏈路。PPP協議將SONET/SDH傳輸通路視為面向字節的同步鏈路,提供鏈路層的數據報封裝機制。PPP協議給物理層提供一個字節型接口,PPP幀作為字節流映射進SONET/SDH凈負荷中。由于PPP封裝具有相對低的開銷,所以相對其它的SONET/SDH凈負荷映射方法而言,它能提供更大的吞吐量,并且充分利用現有設備,大大降低線路終端設備的費用。

　　3IPover SDH為網絡的發展開通道路

　　在數據業務占重要地位的網絡中，,人們對帶寬的需求與日劇增。伴隨著這種需求的猛增，也帶來對提高帶寬利用率、簡化網絡體系結構和降低網絡擴建費用的要求。在市場需求的推動下，一些數據運營公司在網絡廠家技術的支持下，開發IP在SONET/SDH上的傳送業務。目前不少網絡設備公司已推出基于IPoverSDH技術的交換路由器產品，如Cisco千兆位交換路由器GSR12000、Ascend千兆位路由轉發器GRF、Lucent于1998年推出的Packetstar千兆位路由器等。這些設備在交換功能方面引入了ATM技術，與傳統路由器相比，在技術方向有了重大突破，表現在吞吐量大(達60Gb/s)和傳送時延小(14~40 s)，為IP over SDH的實現奠定了基礎。但是，千兆比特高速路由器在實現第2層交換與第3層選路的綜合的同時，也帶來了設備的復雜性。此外，這種突破性技術尚不能廣泛應用于普通路由器。因而除非網絡上的全部路由器都能采用千兆比特速路由器技術，否則仍難以從整體上提高Internet的水平。所以，IP over SDH主要用于在干線上疏導高速率數據流。

　　IP over SDH技術的實現需要高速路由器和PPP協議，采用的仍然是傳統路由器的逐包轉發方式。其基本思路是將路由計算與包的轉發分開，采用緩沖技術、硬件芯片快速處理技術、以ATM信元交換矩陣作為路由器內部體系構架的交換路由技術，將路由器包的逐包轉發速度控制到與第二層交換的速度相當。它無須利用廣域網上的ATM交換機來建立虛電路VC。為保證路由與SDH設備之間的互操作性，路由器卡應支持下述SDH開銷字節功能：

　　(1)用于自動保護倒換(APS)的K1、K2字節，允許路由器與路由器之間、路由器與ADM之間進行倒換；

　　(2)通過蹤跡字節(J1)可由路由器卡來插入和監視；差錯監視字節(B1、B2和B3)、復用段遠端差錯指示字節(M1)和通道狀態字節(G1)可由路由器來插入和監視；

　　(3)路由器應對SDH的段、線路和通道進行告警和性能監視；

　　(4)路由器卡從SDH系統定時提取。

　　IPoverSDH中以鏈路方式來支持Internet，不能參與Internet的尋址。它的作用是將路由器以點到點的方式連接起來，提高點到點之間的傳輸速率。它并沒有從總體上提高Internet的性能，這種Internet本質上仍是一個路由器網。Internet整體性能的提高將取決于路由器技術是否有突破性進展，因而這種技術的核心是千兆比線速路由交換機(千兆比特高速路由器)。

　　二IPover SDH的優缺點

　　IP over SDH的優點是：對IP路由的支持能力強，具有很高的IP傳輸效率；符合Internet業務的特點，如有利于實施多播方式；能利用SDH技術本身的環路和網絡自愈合能力達到鏈路糾錯的目的；利用OSPF協議防止鏈路故障造成網絡停頓，提高網絡的穩定性；將IP網絡技術建立在SDH傳輸平臺上，可以很容易地跨越地區和國界，兼容不同技術標準實施全球聯網；省略了ATM層，簡化了網絡結構，降低了運行成本。

　　IP over SDH的缺點是：IP over SDH尚不支持虛擬專用網VPN和電路仿真；在所有包交換技術中，ATM的QoS是最好的，它可以做到電路仿真，而IP over SDH技術只能進行業務分級，不能提供較好的QoS；對大規模的網絡必須處理龐大、復雜的路由表，而且查找困難，路由信息占用比較大的帶寬。

　　三POS技術的發展趨勢

　?。╝）結構簡單

　　目前，在POS技術中，幀結構比較復雜。SDH幀結構中有大量的斷開銷和通道開銷，對于IP網絡來講，這些開銷是多余的，未來的SDH幀結構將會簡化。即使最終獨立的SDH層也可能會小時，但其基本功能將會融合到WDM層中去。

　?。╞）功能增強

　　POS在網絡鏈路帶寬緊張時，位于長包之后的短包，時延變化會較大，而大的時延變化，使得POS更難支持對時延敏感的應用。也許下一步POS會利用新的技術，如采用“slim”SDH格式來解決這些問題，另外IP結構信號在SDH中傳輸常規的方法是IP/PPP/HDLC/SDH，由于SDH原有支路接口為E1或E4，一個IP包需要分到多個E1（或E4）鏈路，即需同時建立多條PPP鏈路，這會增加配置的復雜性，在多個E1中難于負載平衡也不利于保證多個E1有相同傳送時延。因此需要在SDH設備中增加支持VC級聯功能，用級聯的多個VC承載單個PPP鏈路。為了更有效地傳IP信號，在SDH設備中增加以太網接口也是增強功能地一種發展趨勢。

　　（c）產品性能更高

　　隨著因特網地就緒膨脹，網上地路由表也在膨脹。盡管采用BGP－4和CIDR等技術使路由收斂和路由聚合，間或掃了路由表項，但仍有幾十萬地規模。同時，當前地Gbit路由器所采用的體系結構不能支持未來網絡的性能要求。如果使用的接口速度超過路由器本身的容量，馬么路由器將無法將原始帶寬全部有效的轉換為可用帶寬。路由器需要Tbit的交換速度才能經濟有效的伸展到更高的接口速度。同時未來網絡也需要具有高性能、高密度和可伸縮性的Tbit交換路由器。

　?。╠）應用逐步靠近邊緣

　　隨著核心網被基于WDM的光網絡所替代，在核心網中將慣犯地采用POW技術，POS技術將更多地在接入網和城域網中應用。其原因在于接入網的速率較低，故采用POW技術不經濟，而使用信號速率較低的POS技術則可以利用進行較小的包交換和分配，以滿足用戶的要求。

　　四結束語

　　SDH傳輸技術，廣泛應用于傳輸領域，而IPoverSDH能使IP數據包通過PPP協議直接映射到SDH幀結構上，省去中間的ATM層，簡化了IP網絡體系結構，提高了數據傳輸效率，將IP網絡技術建立在SDH傳輸平臺上，可以很容易地跨越地區和國界，兼容各種不同的技術和標準，易于實現網絡互聯。

　　IP over SDH技術是目前建設和改造Internet骨干網的首選方案。目前，國內外廣泛建設的SDH環境為IP over SDH的實施創造了良好的條件。隨著千兆高速路由器的進一步成熟和IP業務的進一步增大，IP over SDH的應用會越來越廣泛。但應注意到在一段時期內，IP over ATM、IP over SDH將會共存互補，各有其最佳應用場合和領域，但最終會過渡到IP over DWDM。

----《通信世界》