寬帶IP城域網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案探討

2019-11-03 09:06:24

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供稿：網(wǎng)友

江蘇省公眾多媒體通信局王建民

一、寬帶 ip城域網(wǎng)

　　IP技術(shù)為代表的寬帶數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的迅速崛起，使得全球新老電信運(yùn)營商在寬帶IP網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)上基本都站在同一起跑線上，紛紛斥巨資構(gòu)造面向未來的寬帶網(wǎng)絡(luò)。目前寬帶骨干網(wǎng)上的ATM與IP之爭已經(jīng)隨著大部分運(yùn)營商國家寬帶骨干網(wǎng)建設(shè)的完成而結(jié)束了，作為國家寬帶骨干網(wǎng)競爭的延續(xù)，競爭的焦點(diǎn)集中到寬帶城域網(wǎng)和寬帶接入網(wǎng)方面了。應(yīng)該說，是用戶對寬帶多媒體業(yè)務(wù)的需求和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)自身發(fā)展的需要促使了寬帶IP城域網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)營的發(fā)展，而出口速率的拓寬和骨干網(wǎng)絡(luò)的寬帶化也為城域網(wǎng)的建設(shè)提供了條件。

　　寬帶IP城域網(wǎng)的定位對于不同運(yùn)營商可能側(cè)重點(diǎn)也不同，但一般來說都認(rèn)為是各運(yùn)營商寬帶IP骨干網(wǎng)絡(luò)在各城市范圍內(nèi)的延伸，可以支持高速上網(wǎng)、帶寬租用、虛擬專用網(wǎng)(VPN)、窄帶撥號接入、視頻、話音各種多媒體業(yè)務(wù)，是以電信網(wǎng)絡(luò)的可管理性、可擴(kuò)充性為基礎(chǔ)，來滿足政府部門、企業(yè)、個(gè)人用戶對各種帶寬的基于IP的多媒體業(yè)務(wù)的需求。其典型技術(shù)特征是在城域范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了傳輸?shù)膶拵Щ凸?jié)點(diǎn)的寬帶化，使得城域網(wǎng)從接入到核心各個(gè)部分都實(shí)現(xiàn)了寬帶化。

　　寬帶IP城域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常分為三層：核心層、匯聚層和接入層。核心層網(wǎng)絡(luò)完成高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的功能。匯聚層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)則主要實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展核心層設(shè)備的端口密度和端口種類，擴(kuò)大核心層節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)覆蓋范圍，匯聚接入節(jié)點(diǎn)，解決接入節(jié)點(diǎn)到核心節(jié)點(diǎn)間光纖資源緊張問題，實(shí)現(xiàn)接入用戶的可管理性等功能。接入層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)主要是將不同地理分布的用戶快速有效地接入骨干。

　　本文要討論的是寬帶IP城域網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)方案，它主要是針對核心層和匯聚層，可以采用ATM技術(shù)、GE(千兆以太網(wǎng))技術(shù)、POS(Packet Over SDH)技術(shù)、DPT(動態(tài)包交換)技術(shù)等。而接入層主要有LAN、xDSL、HFC、LMDS等接入技術(shù)，在此并不做過多討論。

二、寬帶 IP城域網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)技術(shù)選擇

　　作為網(wǎng)絡(luò)連接和交換的平臺，城域網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)需要快速的交換和轉(zhuǎn)發(fā)能力，還要有冗余鏈路以保證網(wǎng)絡(luò)安全可靠以及良好的流量控制和QoS等。目前骨干網(wǎng)技術(shù)突飛猛進(jìn)，針對不同的運(yùn)營環(huán)境有ATM、GE、POS、DPT等多種技術(shù)供運(yùn)營商選擇。對于運(yùn)營商來說，首先要綜合考慮技術(shù)的發(fā)展趨勢、技術(shù)特點(diǎn)、技術(shù)成熟性和標(biāo)準(zhǔn)化。例如萬兆以太網(wǎng)技術(shù)盡管會是未來城域網(wǎng)的發(fā)展趨勢，但是就目前技術(shù)發(fā)展程度而言，GE無論是在技術(shù)成熟度、標(biāo)準(zhǔn)化方面，還是在價(jià)格等方面都是一個(gè)更合適的選擇。其次對運(yùn)營商來說要對所建城域網(wǎng)現(xiàn)在和將來要開放什么業(yè)務(wù)，面對的重點(diǎn)用戶群是誰等有一個(gè)清晰的目標(biāo)，這樣才能更好地選擇合適的技術(shù)。例如ATM技術(shù)適合于初期數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量不是很大，希望能兼顧話音和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),以占領(lǐng)部分集團(tuán)客戶市場的綜合業(yè)務(wù)運(yùn)營商建立一個(gè)多業(yè)務(wù)城域網(wǎng)，但它并不適合那些新興的ISP。另外對運(yùn)營商來說，投資成本也是考慮的一個(gè)重要方面，因?yàn)榻ㄔO(shè)城域網(wǎng)的目標(biāo)一定是要建一個(gè)可贏利的網(wǎng)絡(luò)。例如建設(shè)一個(gè)ATM多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的成本要比純IP網(wǎng)絡(luò)的價(jià)格高，而對于一個(gè)純IP網(wǎng)絡(luò)來說，完全采用GE技術(shù)要比采用POS技術(shù)的成本更低。還應(yīng)看到的是，不同的技術(shù)有不同的切入點(diǎn)，不同的運(yùn)營商由于市場定位、網(wǎng)絡(luò)資源、運(yùn)營權(quán)、品牌和用戶規(guī)模等的差異，在技術(shù)選擇上肯定會不同。就目前來說，基于FTTB+LAN的以太網(wǎng)接入網(wǎng)將可能成為主流的接入方式。因此對運(yùn)營商來說，如何使寬帶IP城域網(wǎng)更加有效地配合接入網(wǎng)，尤其是以太網(wǎng)接入網(wǎng)進(jìn)行無縫連接，也會成為影響城域網(wǎng)技術(shù)選擇的一個(gè)重要因素。

　　總的來說，要建設(shè)一個(gè)可運(yùn)營可管理的電信級寬帶IP城域網(wǎng)，采用什么技術(shù)是一個(gè)非常復(fù)雜的決策過程。它需要綜合考慮技術(shù)先進(jìn)性和實(shí)用性，投資成本和回報(bào)，業(yè)務(wù)類型和客戶目標(biāo)等多種因素，才能找到一個(gè)針對某個(gè)運(yùn)營商最適合、最經(jīng)濟(jì)和最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)。下面對目前城域網(wǎng)建設(shè)的幾種主流技術(shù)作些簡單介紹與分析。

　　1．ATM技術(shù)

　　ATM采用53字節(jié)固定長度的信元(Cell)作為最基本的傳輸單元，利用IPOA、LANE、MPOA和MPLS等協(xié)議來承載IP。它的優(yōu)點(diǎn)在于可以把不同的服務(wù)(FR、DDN、Voice、D1)集中到一個(gè)管道中，并提供分類管理，同時(shí)可以提供強(qiáng)大的流控機(jī)制但ATM在傳輸IP業(yè)務(wù)時(shí)存在協(xié)議過于復(fù)雜，信頭協(xié)議太大，設(shè)備價(jià)格高而速率有上限(目前ATM接口最高速率是2.5G，而且622M和2.5G接口價(jià)格非常高)。

　　 2．GE(千兆以太網(wǎng))技術(shù)

　　GE技術(shù)基于傳統(tǒng)的成熟穩(wěn)定的以太網(wǎng)技術(shù)，設(shè)備價(jià)格較低。它可以自然的方式來升級現(xiàn)有的以太網(wǎng)、工作站、管理工具和管理人員的技能，實(shí)現(xiàn)與用戶原有以太網(wǎng)的無縫連接，中間不需要任何格式轉(zhuǎn)換，大大提高了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和處理能力。可以說GE的突出優(yōu)勢是低帶寬成本以及簡單、易用和對IP的無縫支持。但在流量控制和帶寬管理、可管理性和安全等方面能力則還有待于進(jìn)一步完善。

　　3．POS(Packet Over SDH)技術(shù)

　　Packet Over SDH(POS)，更準(zhǔn)確的說，是IP/PPP/HDLC Over SDH/SONET。它由于省去了ATM層可以簡化網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，從而可減少費(fèi)用，提高傳輸速度和效率，而且由于保留了SDH的基本傳輸體系和性能監(jiān)控，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層保護(hù)。但在IP Over SDH中SDH仍是以鏈路的方式來支持IP網(wǎng)，沒有從本質(zhì)上提高IP網(wǎng)的性能。和GE技術(shù)相比，POS端口價(jià)格則仍顯過高。

　　 4．DPT(動態(tài)包傳輸)技術(shù)

　　DPT技術(shù)是基于光纖傳輸?shù)膬?yōu)化包傳輸，結(jié)合了IP路由的帶寬效率、成本有效性和服務(wù)豐富性以及光纖環(huán)的帶寬豐富性和積極自愈功能，提供了下一代數(shù)據(jù)化的光纖傳輸解決方案，最大限度的提高了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)健性和可用性。DPT采用分組環(huán)解決方案，充分利用帶寬復(fù)用功能，比TDM的SDH設(shè)備和分/插復(fù)用器(ADM)等組網(wǎng)方式經(jīng)濟(jì)便宜。

三、寬帶 IP城域網(wǎng)骨干網(wǎng)建設(shè)方案

　　目前，寬帶IP城域網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的技術(shù)方案可以分成三類，一個(gè)是ATM多業(yè)務(wù)平臺系統(tǒng)；另一個(gè)是純IP網(wǎng)絡(luò)平臺；還有一個(gè)就是IP多業(yè)務(wù)平臺系統(tǒng)。

　　1．ATM多業(yè)務(wù)平臺系統(tǒng)

　　利用ATM交換機(jī)建設(shè)ATM城域網(wǎng)多業(yè)務(wù)平臺系統(tǒng)存在兩種方式，一種是全部采用ATM交換機(jī)和復(fù)用設(shè)備，即所謂的純ATM體制。另一種是僅在城域網(wǎng)的接入部分采用以太網(wǎng)交換機(jī)，其它部分采用ATM設(shè)備，即所謂ATM+IP體制。由于在城域網(wǎng)中要提供非常多的以太網(wǎng)端口，直接由ATM設(shè)備來提供，成本太高。而采用ATM+IP方式的話，則既可減低成本同時(shí)又可方便管理，提供多業(yè)務(wù)能力。但即使是ATM+IP方式，它仍然存在IP Over ATM網(wǎng)絡(luò)方案的弊病，如對于大量的WWW瀏覽、FTP、E-mail等Internet業(yè)務(wù)，依然存在傳輸效率低、不能實(shí)現(xiàn)分布式路由等缺點(diǎn)。不過一旦MPLS技術(shù)在ATM網(wǎng)絡(luò)上可以大規(guī)模使用的話，就可以較好的解決這些問題。目前MPLS是業(yè)界最為看好的組建大規(guī)模ATM城域網(wǎng)多業(yè)務(wù)平臺系統(tǒng)的技術(shù)。

　　對于IP業(yè)務(wù)量小的城市，可利用現(xiàn)有ATM交換機(jī)增加模塊和節(jié)點(diǎn)來組建城域網(wǎng)。對于這些城市，由于需要處理和承載的IP數(shù)據(jù)包不是特別多，并且現(xiàn)有電信ATM網(wǎng)絡(luò)帶寬相對比較富余，為了充分利用現(xiàn)有的設(shè)備和資源，完全可以通過改造和適當(dāng)擴(kuò)建ATM 網(wǎng)絡(luò)，比如在ATM網(wǎng)絡(luò)中引入MPLS等功能，使其擁有支持高速IP路由的能力來組建小型的IP城域網(wǎng)。同時(shí)，由于ADSL業(yè)務(wù)覆蓋范圍較廣，對于初期IP業(yè)務(wù)量小的城市有較大的發(fā)展空間。可以通過ATM的匯聚能力，采用寬帶服務(wù)器集中式接入方案。由于大部分ADSL系統(tǒng)是基于ATM的，在這些城市建設(shè)一個(gè)基于ATM的小型寬帶IP城域網(wǎng)也可較好地和ADSL寬帶接入網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無縫連接，并達(dá)到節(jié)省投資的目的。

　　對于一些才涉足寬帶IP領(lǐng)域的運(yùn)營商，如果想在發(fā)展IP業(yè)務(wù)的同時(shí)也發(fā)展FR、DDN、話音等高附加值業(yè)務(wù)，也可以考慮建立一個(gè)ATM城域網(wǎng)多業(yè)務(wù)平臺系統(tǒng)來為IP提供面向連接、帶寬可控、安全性高、時(shí)延小的高品質(zhì)多媒體服務(wù)和商業(yè)用戶互聯(lián)服務(wù)。如聯(lián)通、吉通在某些城市就是采用了這種城域網(wǎng)建設(shè)方案。

　　目前這種IP城域網(wǎng)主要受ATM容量和交換機(jī)成本限制，只能適合于IP業(yè)務(wù)量不大的城域網(wǎng)。但它具有快速建網(wǎng)，提供多業(yè)務(wù)，并充分利用原有ATM 投資的優(yōu)點(diǎn)。將來隨著這些城市IP業(yè)務(wù)量的逐漸發(fā)展，可以在ATM核心層逐步引入一些高速路由器，同時(shí)將原有ATM設(shè)備往匯聚層和接入層延伸。如果MPLS技術(shù)成熟的話，也可以用MPLS技術(shù)來在ATM交換機(jī)上提供高速路由能力以支持IP業(yè)務(wù)的持續(xù)發(fā)展。

　　2．純IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

　　純IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要是以提供IP業(yè)務(wù)為主，采用了IP Over Fiber技術(shù)。盡管IP Over DWDM已經(jīng)成為廣域IP骨干網(wǎng)的主流技術(shù)，但在城域范圍內(nèi)，IP在光纖傳輸方面仍存在不同的傳輸格式的爭議。目前發(fā)展純IP城域網(wǎng)的骨干光傳輸平臺存在以下幾種方案。

　　（1）高速LAN交換機(jī)方案

　　這種方案主要是利用千兆以太網(wǎng)技術(shù)在城域構(gòu)建純IP的網(wǎng)絡(luò)平臺。它以高速LAN交換機(jī)(同時(shí)支持第2層和第3層)為核心，中繼采用市內(nèi)光纖或傳輸連接，完全采用GE方式組網(wǎng)。其主要優(yōu)點(diǎn)是組網(wǎng)簡單、低成本、可以和現(xiàn)有的以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無縫連接。這種方案最大的問題在于單鏈路的最高傳輸帶寬相當(dāng)于POS和DPT的一半。而稀疏波分復(fù)用系統(tǒng)CWDM技術(shù)和已商品化的萬兆以太網(wǎng)技術(shù)，將是在城域解決這個(gè)問題以及提高千兆以太網(wǎng)帶寬擴(kuò)充能力的有效方法。

　　高速LAN交換機(jī)方案較適合IP業(yè)務(wù)量中等的城市，這主要是考慮到這些城市需要處理的IP數(shù)據(jù)包不是特別的多，并且由于帶寬比較富余，IP層面的流量控制和服務(wù)級別劃分(COS)也不是特別重要。另外對某些新進(jìn)入IP寬帶數(shù)據(jù)市場的運(yùn)營商或是一些小型寬帶ISP，由于初期業(yè)務(wù)量不會特別大，為了降低城域網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用規(guī)避技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)盡快建立網(wǎng)絡(luò)以早日投入使用產(chǎn)生效益，較多的也是采用GE方案來構(gòu)建自己的寬帶IP城域網(wǎng)。

　　（2）高速路由器方案

　　這種方案以高速路由器為核心在城域構(gòu)建純IP的網(wǎng)絡(luò)平臺。它以GE方式組網(wǎng)為主，POS連接為輔，中繼采用市內(nèi)光纖或傳輸連接。這種方式性能較佳，但投資較大。這主要是高速路由器價(jià)格相對較高，同時(shí)考慮到虛擬撥號(PPPOE)不能傳透城域網(wǎng)的IP網(wǎng)絡(luò)層，使得寬帶接入服務(wù)器要采用分布式接入方案，這些都導(dǎo)致該方案在初期投資會較大。

　　高速路由器方案較適合IP業(yè)務(wù)量較大的城市，這主要是考慮到這些城市需要處理的IP數(shù)據(jù)包比較多，只有采用高速路由器才能處理得過來。而且當(dāng)IP業(yè)務(wù)量比較大時(shí)，IP層面的流量控制和服務(wù)級別劃分也很重要，這些功能現(xiàn)在一般都只有高速路由器才能提供。這種方案一般是主要是由一些用戶數(shù)較多的大型運(yùn)行商采用，如中國電信和中國移動。

　　（3）DPT方案

　　這種方案采用了優(yōu)化的動態(tài)分組傳送技術(shù)，吸收當(dāng)前SONET/SDH的優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)，把充分利用帶寬、IP的豐富功能以及光環(huán)自愈等有效結(jié)合起來，在現(xiàn)有光纖網(wǎng)絡(luò)上提供最經(jīng)濟(jì)與有效的服務(wù)。

　　目前許多大的硬件廠商都在積極推出城域網(wǎng)彈性分組環(huán)(RPR)的概念，RPR即指通過GE幀格式實(shí)現(xiàn)對保護(hù)環(huán)帶寬的合理利用和高效的網(wǎng)絡(luò)管理。Cisco的DPT是另一個(gè)RPR的提交方案，作為包優(yōu)化的光傳輸解決方案，它的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)核算中。

　　由于DPT技術(shù)方案還不是標(biāo)準(zhǔn)，主要是Cisco的路由器支持，存在價(jià)格高，帶寬成本較高的缺點(diǎn)。目前在城域網(wǎng)中構(gòu)建純IP網(wǎng)絡(luò)平臺的應(yīng)用范圍沒有前面兩種方案普及。

　　3．IP多業(yè)務(wù)平臺系統(tǒng)

　　目前網(wǎng)絡(luò)市場上的城域網(wǎng)IP多業(yè)務(wù)平臺構(gòu)建主要分兩種，一種是Metro-DWDM方案，另一種是MSPP方案。

　　（1）Metro-DWDM

　　Metro_DWDM是指城域范圍的IP Over DWDM系統(tǒng)，它綜合性能較好，但成本的因素會制約其大范圍的應(yīng)用。它有兩種發(fā)展方式。一種是通過采用CWDM技術(shù)，解決DWDM設(shè)備在城域網(wǎng)內(nèi)的成本問題；另一種是應(yīng)用波長路由交換機(jī)(全光交換機(jī))，避免目前城域網(wǎng)存在著的大量電路交換設(shè)備浪費(fèi)問題。Metro-DWDM核心技術(shù)是基于GE的分幀方法和自愈恢復(fù)辦法。

　　Metro-DWDM具有多業(yè)務(wù)的提供能力，在組網(wǎng)能力方面具有較強(qiáng)的靈活性。有特色的地方是Metro-DWDM的自愈恢復(fù)保護(hù)功能在保護(hù)帶寬的利用上是較為有效的。不足之處是由于對傳輸業(yè)務(wù)的完全透明，在一個(gè)波長只提供一種業(yè)務(wù)，在速率不高的應(yīng)用場合下，帶寬的利用率較低。目前，Metro-DWDM只應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容需求較大、較迫切的場合。

　　（2）MSPP

　　MSPP具有豐富的多業(yè)務(wù)提供能力，可以提供較好的TDM業(yè)務(wù)傳輸和QoS保證。此外MSPP還應(yīng)具有提供快速靈活服務(wù)的能力的，這樣不僅可提高服務(wù)提供商在加入、移動、刪除新用戶方面的靈活性，而且服務(wù)開通時(shí)間由于其平臺的集成性而得到大大的縮減，極大地提高了SDH傳輸系統(tǒng)對多業(yè)務(wù)流的傳輸效率，并為運(yùn)營商節(jié)省大量的投資成本。

　　MSPP良好的性能價(jià)格比使其成為從SDH體系向基于IP體系架構(gòu)過渡的理想方案。由于與WDMN天然結(jié)合，MSPP從某種程度上也是Metro-DWDM的低成本解決方案之一。基于SDH的MSPP城域網(wǎng)可為IP平臺提供靈活的組網(wǎng)能力和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能力，可采用POS方案，DPT方案和集成方案來構(gòu)建。它比較適合具有傳統(tǒng)SDH系統(tǒng)、主要進(jìn)行話音和出租線路應(yīng)用的電信級運(yùn)營商，有助于他們向提供混合型多業(yè)務(wù)(TDM、ATM和其它數(shù)據(jù)業(yè)務(wù))的市場發(fā)展，實(shí)現(xiàn)與PSTN、ISP無縫互連。

　　目前全國各地的寬帶IP城域網(wǎng)已從最初的如火如荼的建設(shè)到現(xiàn)在的較為平穩(wěn)的發(fā)展，現(xiàn)實(shí)的市場需求要求運(yùn)營商對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的選擇、業(yè)務(wù)提供、設(shè)備的選擇一直到運(yùn)營管理都要和投資回收建設(shè)成本乃至贏利緊密結(jié)合考慮。尤其是以太網(wǎng)接入作為一種有中國特色的接入手段，在目前用戶有強(qiáng)烈需求但規(guī)模效益不明顯的形勢下，如何使寬帶IP城域網(wǎng)骨干網(wǎng)的建設(shè)與擴(kuò)容更有效的配合以太網(wǎng)接入網(wǎng)以獲得更大的收益，更是一個(gè)值得關(guān)注的問題。在這方面，要特別關(guān)注的是RPR的標(biāo)準(zhǔn)化過程，它肯定會使基于GE的多業(yè)務(wù)平臺成為寬帶IP城域網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)趨勢。

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