ＩＰ電信網(wǎng)的傳送技術(shù)

摘要：

文章介紹了幾種主要的IP業(yè)務(wù)傳送技術(shù)：ATM、POS、DWDM和以太網(wǎng)的實現(xiàn)方案，分析了它們的優(yōu)缺點；進(jìn)一步還介紹了彈性分組環(huán)、多協(xié)議標(biāo)記交換等技術(shù)；最后指出了在向IP電信網(wǎng)演進(jìn)的過程中上述技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：

IP電信網(wǎng)；傳送技術(shù)；彈性分組環(huán)；多協(xié)議標(biāo)記交換

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電信網(wǎng)的基本特征

由于Internet和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)、電話、電視、會議電視以及多媒體等各種業(yè)務(wù)都可以通過IP網(wǎng)絡(luò)提供，電信網(wǎng)絡(luò)專家和計算機網(wǎng)絡(luò)專家都相信未來網(wǎng)絡(luò)是基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，即IP電信網(wǎng)。作為電信級網(wǎng)絡(luò)，提供等級服務(wù)、可靠性、安全性和可管理性應(yīng)當(dāng)是IP電信網(wǎng)基本的特征。

結(jié)合數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、Internet的發(fā)展，以及寬帶IP業(yè)務(wù)的建設(shè)經(jīng)驗和對下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)的研究成果，IP電信網(wǎng)可以分成用戶接入和網(wǎng)關(guān)、傳輸和交換、網(wǎng)絡(luò)控制以及業(yè)務(wù)等4個層面。接入和網(wǎng)關(guān)層主要完成網(wǎng)絡(luò)用戶的接入和必要的轉(zhuǎn)換功能；傳輸和交換層主要完成網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的匯聚、交換和傳輸實現(xiàn)；控制功能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的總體控制，主要是實現(xiàn)業(yè)務(wù)的接續(xù)控制，同時將網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)控制和數(shù)據(jù)流相隔離，便于引入新的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)；而業(yè)務(wù)層主要是提供與具體的業(yè)務(wù)實現(xiàn)相關(guān)的功能。

本文主要討論網(wǎng)絡(luò)用戶的接入、業(yè)務(wù)匯聚、交換和傳輸方面，即網(wǎng)絡(luò)的傳送技術(shù)，并就有關(guān)服務(wù)質(zhì)量保證、可靠性等方面展開討論。

2 IP傳送技術(shù)

有關(guān)IP業(yè)務(wù)的傳送，有多種解決方案。從提供電信服務(wù)的角度看，有使用ATM、POS、DWDM和以太網(wǎng)等幾種實現(xiàn)方案。下面簡要介紹各種方案的特點。

2.1 ATM實現(xiàn)方案

ATM傳送IP業(yè)務(wù)，或者IP over ATM有多種解決方案。在千兆比路由器(GSR)發(fā)展、應(yīng)用之前，IP骨干網(wǎng)絡(luò)是通過ATM來實現(xiàn)的，ATM可以提供高速連接鏈路，同時通過ATM交換機可實現(xiàn)流量工程。而ATM上直接承載IP業(yè)務(wù)，包括ATM傳送IP(IPoA)、局域網(wǎng)仿真（LANE）、ATM上的多協(xié)議（MPOA）、標(biāo)志交換（Tag Switching）和多協(xié)議標(biāo)記交換(MPLS)等多種方案。隨著技術(shù)的發(fā)展和市場的淘汰，在大型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面，MPLS方案已經(jīng)獲得發(fā)展和應(yīng)用，并將在網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)中發(fā)揮更大的作用。

2.2 POS實現(xiàn)方案

POS(Packet over SDH)是另外一種IP傳送方案，主要是通過高端路由器實現(xiàn)。它將IP包通過點到點協(xié)議(PPP)封裝，高速數(shù)據(jù)鏈路(HDLC)定界/同步，然后通過SDH的有效載荷進(jìn)行傳輸。

POS方案的出現(xiàn)和流行，得益于以下幾個方面：

(1)OC-48或2.5 Gbit/s POS 高速端口滿足了Internet骨干網(wǎng)絡(luò)流量的需求。

(2)通過SDH直接承載IP業(yè)務(wù)要比ATM承載IP業(yè)務(wù)效率高。

但POS在滿足了基本的傳輸功能后，作為一種網(wǎng)絡(luò)傳送技術(shù)，其缺陷也是很明顯的：

(1)服務(wù)質(zhì)量措施缺乏。

(2)難以實現(xiàn)流量工程。

(3)可靠性措施不力。

雖然，在技術(shù)上可以通過SDH實現(xiàn)APS，但與電信級設(shè)備的要求仍有一段距離。因此，不少廠家開發(fā)了專用技術(shù)，比較典型的有DPT等。標(biāo)準(zhǔn)化的RPR將使得可靠性問題獲得解決。流量工程則是通過引入MPLS實現(xiàn)，特別是在運營商的大型骨干網(wǎng)絡(luò)中。而服務(wù)質(zhì)量方面已經(jīng)有一些解決方案的模型和具體的實現(xiàn)，但總體而言，IP解決方案的QoS措施還有待進(jìn)一步發(fā)展。

2.3 DWDM實現(xiàn)方案

IP over DWDM方案的優(yōu)勢在于可以省去前述ATM和SDH方面的ATM和SDH設(shè)備的成本，同時可以減少IP業(yè)務(wù)經(jīng)多層適配的開銷，是目前看來IP傳送的理想解決方案。從網(wǎng)絡(luò)模型的角度看，有重疊模型和對等模型，兩者各有優(yōu)勢。重疊模型IP網(wǎng)絡(luò)部分和光網(wǎng)絡(luò)可以獨立存在，光網(wǎng)絡(luò)根據(jù)IP業(yè)務(wù)層的需求動態(tài)地提供通路；對等模型可以減少網(wǎng)絡(luò)的層次，對IP網(wǎng)絡(luò)和光網(wǎng)絡(luò)層面使用同一套協(xié)議，對兩個網(wǎng)絡(luò)層面的內(nèi)容都了解。從目前的角度看，重疊模型更符合應(yīng)用的需求。例如通用多協(xié)議標(biāo)記交換(GMPLS)和自動交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)在競爭全光網(wǎng)絡(luò)的主流控制協(xié)議方面，使用重疊模型，對網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展就要主動得多。

目前的傳送方案，無論是基于SDH或者DWDM的，一般都是通過手工配置網(wǎng)絡(luò)鏈路。這要耗去大量的時間，并且影響網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的正常提供。而網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般是根據(jù)行政區(qū)劃以及業(yè)務(wù)量的經(jīng)驗值推算而設(shè)定的，隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，或者由于特殊的原因，網(wǎng)絡(luò)某些鏈路可能會過載，從而引起網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)的改變和調(diào)整。有了自動光網(wǎng)絡(luò)后，這個問題可以輕松解決，根據(jù)業(yè)務(wù)量的具體情況，通過GMPLS或者其他機制，可以動態(tài)調(diào)整、改變波長路由，實現(xiàn)全網(wǎng)的均衡運行。

2.4 以太網(wǎng)實現(xiàn)方案

以太網(wǎng)已經(jīng)有接近30年的發(fā)展歷史。以太網(wǎng)從最初的共享10 Mbit/s、交換式10 Mbit/s、100 Mbit/s (FE)、

1 000 Mbit/s (GE)，發(fā)展至今天的十吉(10 Gbit/s)以太網(wǎng)。以太網(wǎng)因其成熟、價格低廉、易于使用和極好擴(kuò)展等原因，得到了廣泛的應(yīng)用。隨著10G以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化以及通過光纖直接傳輸?shù)木嚯x已經(jīng)達(dá)到40 km以上，以太網(wǎng)技術(shù)在城域網(wǎng)中大量應(yīng)用已經(jīng)成為可能。作為IP電信網(wǎng)的傳送技術(shù)，以太網(wǎng)的問題在于：

(1)不能提供服務(wù)質(zhì)量保證。

(2)多業(yè)務(wù)的支持欠缺。

(3)沒有較好的網(wǎng)絡(luò)可靠性方案。

有關(guān)服務(wù)質(zhì)量的問題，有幾個因素能促進(jìn)其解決。其中包括：

(1) 802.1p的標(biāo)準(zhǔn)化。

(2)通過硬件實現(xiàn)一定數(shù)量的服務(wù)質(zhì)量等級，例如3個服務(wù)等級。

(3)隨著城域網(wǎng)應(yīng)用的需要，MPLS將會被支持，MPLS QoS將引入和實用。

有關(guān)多業(yè)務(wù)的支持，不是以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，可以通過其他接入設(shè)備，或者網(wǎng)關(guān)解決。有關(guān)可靠性問題，將通過彈性分組環(huán)(RPR)技術(shù)提供解決方案。

3 進(jìn)一步的技術(shù)探討

ATM、POS、DWDM和以太網(wǎng)等幾種實現(xiàn)方案，還不是理想的IP電信網(wǎng)的傳送技術(shù)，還有這樣那樣的缺陷。對IP電信網(wǎng)的傳送技術(shù)需要做進(jìn)一步的探討。

3.1 有關(guān)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的考慮

ATM技術(shù)作為IP電信網(wǎng)的傳送技術(shù)，主要的缺陷是沒有高端端口的支持。目前40 Gbit/s的POS端口由于業(yè)務(wù)發(fā)展和光網(wǎng)絡(luò)選擇走向等原因，尚未有見到開發(fā)成功的報道，因此，隨著10 Gbit/s ATM端口的開發(fā)成功和實用化，ATM技術(shù)無論是在廣域網(wǎng)和城域網(wǎng)內(nèi)，都將和路由器展開競爭。由于ATM支持QoS，支持目前運營商收入主要來源的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，加上ATM交換機的“Ships in the night”的實用化，可以很好地支持MPLS，滿足未來IP業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，因此ATM技術(shù)具有一定的優(yōu)勢，并有可能成為IP傳送技術(shù)的優(yōu)選方案。另一方面，由于MPLS和DiffServ結(jié)合的QoS策略的標(biāo)準(zhǔn)化的實現(xiàn)，IP的QoS問題將會獲得解決。通過MPLS VPN技術(shù)，在核心IP網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過邊緣接入設(shè)備的支持，可以提供傳統(tǒng)的FR和ATM業(yè)務(wù)。這些，為采用傳統(tǒng)的ATM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制的運營商和采用IP over SDH/DWDM的運營商實現(xiàn)統(tǒng)一的IP電信網(wǎng)提供了演進(jìn)的方案，能夠保護(hù)他們的網(wǎng)絡(luò)投資和業(yè)務(wù)開展，并支持新興業(yè)務(wù)。

3.2 彈性分組環(huán)技術(shù)

ATM技術(shù)的缺點是具有“信頭稅”而導(dǎo)致帶寬的低效使用，路由器的缺點是要支持實時業(yè)務(wù)必須基于“帶寬的過量供給”。雖然都是帶寬的浪費，但ATM技術(shù)可以獲得比較好的網(wǎng)絡(luò)控制功能，而路由器則沒有體現(xiàn)任何價值。彈性分組環(huán)(RPR)技術(shù)可以在解決可靠性問題的同時提高傳輸資源的利用率。

RPR是一種媒體訪問控制(MAC)層協(xié)議，環(huán)形連接上的各節(jié)點通過該協(xié)議實現(xiàn)信息的傳輸。節(jié)點設(shè)備的操作十分簡單，包括信息的插入、轉(zhuǎn)發(fā)和剝離。RPR在收發(fā)兩個方向上可以同時傳輸信息，使得帶寬獲得最大限度的利用。在有關(guān)鏈路信號降級或發(fā)生光纖故障時，RPR節(jié)點會自動、快速(小于50 ms)地實現(xiàn)環(huán)回。RPR既提供了自愈保護(hù)、實現(xiàn)高可靠性，同時也解決了網(wǎng)絡(luò)的靈活性和效率等問題。RPR的技術(shù)優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

*網(wǎng)絡(luò)連接的高可靠性；

*物理層的靈活性，支持SDH、DWDM或以太網(wǎng)物理層協(xié)議；

*節(jié)點間帶寬分配的公平性；

*便于組播/廣播業(yè)務(wù)的開展；

*可以實現(xiàn)QoS。

RPR支持高速接口，包括GE、10G以太網(wǎng)，以及2.5G/10G POS接口，環(huán)形鏈路上最大支持128個節(jié)點，可以滿足目前高速網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需求。

預(yù)計RPR 2003年3月將成為正式標(biāo)準(zhǔn)。屆時以太網(wǎng)在城域網(wǎng)中的應(yīng)用，以及基于高端路由器的IP網(wǎng)絡(luò)的可靠性將得到強有力的支持。至少在城域網(wǎng)的范疇內(nèi)，能進(jìn)一步完善IP電信網(wǎng)的傳送技術(shù)。

3.3 MPLS技術(shù)

多協(xié)議標(biāo)記交換是90年代中后期ATM上支持IP業(yè)務(wù)以及IP交換的一種方法。MPLS技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)成為最為重要的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之一，它不僅解決了網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中遇到的眾多問題，同時也為支持網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)和發(fā)展提供了切實可行的途徑。MPLS的一些重要功能和應(yīng)用有：

(1)MPLS Fast Reroute功能。該功能使得LSP上的節(jié)點或鏈路在出現(xiàn)故障時，能自動迂回或切換到新的LSP上，保證網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的不中斷。

(2)實現(xiàn)流量工程(TE)。流量工程通過路由受限-標(biāo)記分配協(xié)議(CR-LDP)設(shè)置有關(guān)節(jié)點，通過流量的檢測，決定有關(guān)流量分流的情況。根據(jù)如何決定分流鏈路的方法，可以區(qū)分松散與精確的指定。

(3)實現(xiàn)虛擬專網(wǎng)(VPN)。VPN通過公用網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)一個單位內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)。由于業(yè)務(wù)流量和網(wǎng)絡(luò)覆蓋的關(guān)系，早期VPN網(wǎng)絡(luò)通過專線來實現(xiàn)，缺乏靈活性。在IP網(wǎng)絡(luò)十分普及的情況下，可以通過在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備直接支持VPN實現(xiàn)。MPLS 由于LSP的封裝性，可以實現(xiàn)專線特性，保證安全性，不需要實現(xiàn)復(fù)雜的加密算法，而且具有極好的靈活性和可擴(kuò)展性。

(4)實現(xiàn)IP QoS。通過對LSP設(shè)定有關(guān)特性來實現(xiàn)QoS，并能和DiffServ有機結(jié)合。

(5)支持多播功能，能夠節(jié)省骨干網(wǎng)絡(luò)的帶寬和支持視頻廣播業(yè)務(wù)的開展。

(6)支持話音業(yè)務(wù)的開展。

(7)MPLS已經(jīng)被擴(kuò)展，用于光網(wǎng)絡(luò)的控制。

4 結(jié)束語

光網(wǎng)絡(luò)無疑會是IP傳送網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。從SDH、DWDM到ASON，隨著技術(shù)的發(fā)展，統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺將被提供，并將足夠靈活以滿足網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)開展的需求。在業(yè)務(wù)匯聚和交換方面，ATM多業(yè)務(wù)交換機和路由器以及以太網(wǎng)交換機等，雖面向應(yīng)用不同，但功能將趨向融合。對MPLS的支持等將是必備的功能。對組播業(yè)務(wù)的支持和QoS保證，以及MPLS VPN的QoS保證將是基本的要求。各種傳送技術(shù)將會并存，而ATM和MPLS技術(shù)的融合和發(fā)展則有可能成為IP電信網(wǎng)的優(yōu)選傳送技術(shù)。□

收稿日期：2002-11-06

參考文獻(xiàn)：

[1] 蔣林濤. IP電信網(wǎng)及其業(yè)務(wù)[J]. 中興通訊技術(shù)， 2001，8(S0):10—12.

作者簡介：

顧忠禹，深圳市中興通訊股份有限公司網(wǎng)絡(luò)事業(yè)部數(shù)據(jù)系統(tǒng)部技術(shù)總監(jiān)，高級工程師。南京大學(xué)計算機系畢業(yè)。從事計算機及其應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計、數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品的規(guī)劃設(shè)計和應(yīng)用工作。