摘 要:采用ip over SDH技術(shù)的IP骨干網(wǎng)提供了高效、經(jīng)濟(jì)的高速IP業(yè)務(wù)傳輸。介紹了采用IP over SDH的緣由、IP over SDH協(xié)議和接口規(guī)范以及IP over SDH在實(shí)際中的應(yīng)用。最后，對(duì)高速寬帶IP網(wǎng)絡(luò)的未來(lái)作了展望。
寬帶IP網(wǎng)技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速，目前，ATM和SDH均能支持IP，分別稱為基于ATM的IP網(wǎng)（IP over ATM）和基于SDH的IP網(wǎng)（IP over SDH），兩者各有千秋。IP over ATM利用ATM的速度快、容量大、多業(yè)務(wù)支持能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，以及IP簡(jiǎn)單、靈活、易擴(kuò)充和統(tǒng)一性的特點(diǎn)，可以達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的目的。然而，經(jīng)研究和實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：當(dāng)IP業(yè)務(wù)繁忙時(shí)或出現(xiàn)大量不均衡、突發(fā)性業(yè)務(wù)時(shí)，會(huì)發(fā)生ATM降載，主干網(wǎng)路由器不堪負(fù)荷也會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)停機(jī)。再加上IP over ATM的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、傳輸效率低、開(kāi)銷損失大（達(dá)25％～30％，這一點(diǎn)令I(lǐng)nternet網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者感到尤其心疼）的缺點(diǎn)，使人們把眼光轉(zhuǎn)向了IP over SDH。SDH與IP的結(jié)合能較好地彌補(bǔ)上述IP over ATM的弱點(diǎn)。
SDH為IP over SDH解決方案提供了一個(gè)良好的環(huán)境和傳輸平臺(tái)。SDH一般以光纖線路為載體用于傳輸數(shù)據(jù)。其基本單元是STM—1（155Mb／s信號(hào)，所有高次群傳輸信號(hào)均為此第一級(jí)的倍數(shù)，這就產(chǎn)生了STM－N信號(hào)（N×STM－1，N—1，4，16，64，…）。
目前，各發(fā)達(dá)國(guó)家的骨干網(wǎng)基本上都是采用SDH傳輸體制。在我國(guó)，省級(jí)以上骨干網(wǎng)90％是采用SDH。相反，ATM交換機(jī)的普及率在全球還很低，所以國(guó)內(nèi)外廣泛建設(shè)的SDH環(huán)境，為在Internet主干網(wǎng)實(shí)施IP over SDH創(chuàng)造了良好的條件。
1.3 路由器技術(shù)的最新發(fā)展
新型千兆（位）路由器是IP over SDH網(wǎng)絡(luò)的核心。在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中，路由器與交換機(jī)在主干網(wǎng)絡(luò)中配置之爭(zhēng)由來(lái)已久，傳統(tǒng)路由器已成為Internet主干網(wǎng)發(fā)展中的瓶頸。近年來(lái)，由于采用了緩存（Cache）技術(shù)、硬件（芯片）快速處理技術(shù)、標(biāo)記交換技術(shù)、以信元（Cell）交換結(jié)構(gòu)作為路由器內(nèi)部體系架構(gòu)的路由交換技術(shù)等，路由器技術(shù)發(fā)展極快。
IP over SDH在本質(zhì)上保留了因特網(wǎng)作為IP網(wǎng)的無(wú)連接特征，形成統(tǒng)一的平面網(wǎng)，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，提高了傳輸效率，降低了成本，易于實(shí)現(xiàn)IP組播和兼容不同技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間互聯(lián)。其基本思路是將IP數(shù)據(jù)報(bào)通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議（PPP）直接映射到SDH幀，省掉了中間復(fù)雜的ATM層，這樣可大大節(jié)省網(wǎng)絡(luò)的投資。具體作法是先把IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝進(jìn)PPP分組，然后利用高層數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC）組幀，再將字節(jié)同步映射進(jìn)虛容器（VC）包封中，最后再加上相應(yīng)的SDH開(kāi)銷置入STM－N幀中即可。IP over SDH在OSI（開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)）模型中層次分布圖如圖1所示。
HDLC的主要功能是區(qū)分通過(guò)同步傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)模褂肞PP封裝的IP數(shù)據(jù)報(bào)。這種區(qū)分是通過(guò)字節(jié)填充（byte stuffing）來(lái)完成的，每一個(gè)HDLC幀以字節(jié)標(biāo)志0x7e開(kāi)始，也以0x7e結(jié)束。在發(fā)射端，為了標(biāo)志序列和填充序列，HDLC幀被監(jiān)控，如果標(biāo)志序列發(fā)生在HDLC幀的信息域，它被改變成0x7d和0x5e序列；相反的，在填充序列中，0x7d改變成0x7d 0x5e。在接收端，填充的信息被去掉，只剩下原來(lái)的信息域，而且在空閑期間，當(dāng)沒(méi)有數(shù)據(jù)報(bào)被傳送時(shí)，HDLC的標(biāo)志模式被作為幀間填充傳輸。圖2顯示的是采用IP over SDH映射的HDLC的幀格式。
IP over SDH將在如此高的速率上運(yùn)行，然而，不幸的是基于HDLC的運(yùn)作機(jī)制并不能直接輕易地用于STM—16及其以上速率。但是通過(guò)采取一定的措施，使得HDLC應(yīng)用于STM—16及以上速率是可能的。目前朗訊公司進(jìn)行了STM－16以上速率的IP over SDH傳輸技術(shù)的研究并取得了成功。
IP over SDH傳輸技術(shù)的主要問(wèn)題是速率超過(guò)STM－16，同時(shí)能夠以盡量低的價(jià)格施行。簡(jiǎn)化的數(shù)據(jù)鏈路（SDL，Simplified Data Link）是IP over SDH高速化的核心，它能夠給異步到達(dá)的、可變長(zhǎng)的數(shù)據(jù)報(bào)提供更高的速率。簡(jiǎn)單的情況下，SDL幀包括凈荷長(zhǎng)度指示、幀頭循環(huán)冗余校驗(yàn)，凈荷循環(huán)冗余校驗(yàn)。 SDL幀的頭部信息的目的是為了描述數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包的凈荷有單獨(dú)的CRC保護(hù)。如果是實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，SDL將允許有誤碼的數(shù)據(jù)包凈荷傳送到上層。基于SDL的描述能夠工作在物理層，而不管物理層是否提供比特或字節(jié)的校正，如果沒(méi)有提供校正，SDL將在搜索狀態(tài)下通過(guò)滑碼來(lái)尋求CRC的有效性。
隨著千兆位高速路由器的商用化，IP over SDH的發(fā)展勢(shì)頭很強(qiáng)。例如美國(guó)Sprint公司和GTE公司已決定采用Cisco的GSR 12000高速路由器作為節(jié)點(diǎn)建立IP骨干網(wǎng)。世界最大的ISDN業(yè)務(wù)供應(yīng)商U－UNet也宣布將在骨干網(wǎng)上采用IP over SDH。采用這種技術(shù)的關(guān)鍵是千兆位高速路由器，這方面近來(lái)已有重要突破性進(jìn)展（如前所述）。
AT＆T和KDD已開(kāi)始提供一條橫跨太平洋的海底光纜專用線路連接舊金山和東京，開(kāi)展IP Over SDH業(yè)務(wù)；橫跨大西洋的海底光纜連接紐約和斯德哥爾摩，從1996年9月開(kāi)始，也開(kāi)展了IP over SDH業(yè)務(wù)。目前，全世界很多電信公司和大企業(yè)，也在建設(shè)IP over SDH網(wǎng)絡(luò)。圖3為IP over SDH的應(yīng)用方案示意圖。
在圖3中，SDH光纖環(huán)由光纖雙向環(huán)組成；路由器可有各種不同的等級(jí)，分別連接各自的IP子網(wǎng)。在圖3中，如路由器1與路由器2通信，接入線路速率為E1，欲實(shí)現(xiàn)IP Over SDH，則在STM－1中繼線及STM－16光纖環(huán)路中分別分出一條E1速率的支持（信號(hào)），由SDH網(wǎng)管系統(tǒng)設(shè)置，這條支路類似于ATM網(wǎng)中設(shè)置的永久虛電路（圖3中以虛線表示）固定連接于路由器1與路由器2之間。
5 高速寬帶IP傳輸網(wǎng)絡(luò)的未來(lái)
盡管IP over SDH有簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、提高了傳輸效率、易于實(shí)現(xiàn)IP多路廣播（IP Multicast）等許多優(yōu)點(diǎn)，但是它并不是十全十美的，它仍然有許多方面需要改進(jìn)，并且最終將由新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，例如IP over Optical取代。
5.1 IP over SDH面臨的困難和挑戰(zhàn)
IP over SDH主要是為了適應(yīng)IP業(yè)務(wù)而發(fā)展起來(lái)的，在處理多媒體等綜合業(yè)務(wù)時(shí)還不盡人意；對(duì)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量還不能完全保證，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來(lái)越大，處理龐大、復(fù)雜的路由表尚是其難題；網(wǎng)絡(luò)流量管理、擁塞控制還較差以及網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性也較差。
上述WDM技術(shù)盡管具有巨大的傳輸容量，但基本是以點(diǎn)到點(diǎn)通信為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，其靈活性和可靠性還不夠理想。如果在光路上也能實(shí)現(xiàn)類似SDH在電路上的分插功能和交叉連接功能的話，最終省掉中間的SDH層，IP直接在光路上跑，形成十分簡(jiǎn)單的統(tǒng)一的IP網(wǎng)結(jié)構(gòu)——IP over Optical，其開(kāi)銷量最低，傳輸效率最高，這無(wú)疑將是一次新的飛躍。根據(jù)這一基本思想，光分插復(fù)用器（OADM）和光交叉連接設(shè)備（OXC）均已在實(shí)驗(yàn)室研制成功，其中OADM已進(jìn)入商用階段。
正如成熟的TDM技術(shù)一樣，新的接口能夠被加到千兆路由器中，而不需要對(duì)原有的WDM光傳輸網(wǎng)做大的改變。圖4是未來(lái)的IP over Optical網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方案，幾個(gè)千兆（特）骨干網(wǎng)路由器之間通過(guò)OADM系統(tǒng)和OWDM終端復(fù)用器互聯(lián)。OADM允許不同光網(wǎng)絡(luò)的不同波長(zhǎng)的信號(hào)在不同的地點(diǎn)分叉復(fù)用。當(dāng)然，OXC可以取代OADM的作用，在更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。
總之，隨著千兆高速路由器的成熟和IP業(yè)務(wù)的大發(fā)展，IP over SDH將會(huì)獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其發(fā)展趨向值得密切注視。但是，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期，IP over ATM、IP over SDH將會(huì)共存互補(bǔ)，各有其最佳應(yīng)用場(chǎng)合和領(lǐng)域，并最終過(guò)渡到IP over Optical。
