宽带IP城域网渐成主流
关键字：并行设计
近年来，广域宽带ip网技术有了重大突破，ip over dwdm开始被商业运营系统采用。广域宽带ip骨干网带宽从数十gbps向数百gbps发展，不久将达到tbps的水平。在宽带ip接入网方面，adsl和hfc电缆调制解调器技术已经成熟进入商业应用推广阶段。近年来，光缆到小区、到大楼10/100mbps以太网入户的接入系统异军突起，成为宽带接入的新趋势。这就对发展宽带ip城域网产生了强烈的需求。
传统电信城域网采用sdh系统，以tdm方式提供专线来构成城域网。这种系统成本高、带宽有限、建设周期长，远不能满足新一代宽带城域网的要求。对新一代宽带城域网的要求可以概括成以下几个方面：
1、扩展性。带宽可以扩展至几十、几百gbps乃至tbps以上。
2、节点多。可以有多达几百个节点。
3、低成本。低建设成本和运营成本。
4、支持新一代基于ip的业务。支持各种物理接口、qos(服务质量)、sla、监视和计费系统。
5、支持传统的话音和数据业务。
6、强大和便于使用的网络管理系统。
7、健壮性。提出99.999％的工作时间、硬件冗余、光缆环故障保护自愈能力。
目前的发展趋势是将以太网与dwdm技术结合，在光缆网上架构成宽带ip城域网。现在采用吉位以太网，很快将采用万兆位以太网(10gbe)。
dwdm技术在广域网应用获得巨大成功成为主流，但是不能简单地将广域网dwdm方案用于城域网。dwdm系统中相邻波长间隔仅0.8nm(100ghz) 或更低，对激光器的频率精确性、单色性和滤波器要求很高，价格昂贵。由于广域网传输距离很长，中间要用很多个放大器，dwdm系统中多个波长通道共用光纤和放大器，在广域网上仍然可以大幅度降低成本。而在城域网中，由于距离短（一般小于100公里），不需要使用放大器，增加一根光纤成本也不高，简单采用与广域网相同的dwdm设备不一定合算。因此，解决方法是采用稀疏波分复用(cwdm)技术。使用1200～1700nm 的宽窗口，对激光器和滤波器的要求可以大大降低，这样可以大幅度降低成本。另外一个趋势是将wdm光传输设备和路由交换机结合在一起，路由交换机端口直接驱动光传输设备。
最简单的情况是，一根光纤只传输一路数据时，在裸光纤上直接运行吉位以太网。如果需要传输多路数据，可采用波分复用系统，根据需要逐步增加波长通道。
在节点上的路由交换机连接各个波长通道，既负责选路交换又起分出/插入的作用。这种类分/插作用不仅可以对波长，也可以对任务、对数据流甚至对数据包起作用。
用吉位以太网在光网上直接架构宽带ip城域网满足新一代城域网的要求必须解决以下问题：
1.根据服务水平协议(sla)保证qos，分配带宽；
2.提供基于tdm的传统电信业务，如租用专线等；
3.当它用作接入网集中器时，需要解决同一楼内局域网不同用户之间互相隔离的问题和每个用户多业务流的分别管理（提供不同的qos）和计费问题，以及以组播方式提供视频广播，不对称的服务方式等问题；
4.光缆环路被切断时的保护和自愈恢复。
目前l2/l3一体化的吉位以太网路由交换机的背板容量已经达到几百gbps，数据包通过量达每秒1亿个以上。它可以以线速进行第三层ip/ipx 路由和第二层无阻塞交换；支持冗余端口、生成树、多选择路由和冗余路由器协议，增加系统可靠性；还可以提供上百个1000basex端口；提供带宽管理、优先权和基于策略的qos；可以方便地通过http、snmp、rmon、本地和远程的cli进行灵活管理。有的设备还可以支持数千个 ieee 802.1q vlans，并且兼容ieee 802.1ad的链路聚合技术。它可以将多个吉位以太网端口结合成一条干线，在各端口之间进行负载均衡。对于以太网城域网而言，最困难的是如何在无连接的ip网上提供端到端的连接，仿真tdm电路。一些公司(如extreme)的产品已经开始可以提供ip tdm 业务。核心网的vman和接入网的vlan配合，可以以固定延时传输语音和视频，为公共电话网提供等效e1的ip tdm通道，但是这还不是真正的tdm通道。而rad公司利用tdm over ip，在ip网上建立透明的t1/e1电路。其方法是：在数据包中插入同步比特流，加上ip 包头送入ip网传输。数据包通过ip网转发到终点后，在终点重建同步钟，除去包头，提供同步的比特流。当然，ip网必须对传输的数据流给以qos保证。用户接口基于标准租用专线(t1、e1)，不分帧或分帧/通道化，对协议透明，可以是任何数据 (bsc、 fr等)、任何话音 (pcm、adpcm等)、任何信令(pri、ss7等)。网络接口是低成本的10/100baset 以太网。可以配置 qos 选件: vlan 用于第二层优先级(802.1d)，tos 用于 ip 层优先级确定，udp口用于第四层优先级补偿包延时变化。这种系统具有外部的/自适应时钟再生，处理延时很小（小于1ms），可扩展, 有冗余备份和管理及诊断功能。其系列产品，单机最多可以提供16个e1端口，tdm有效负荷48～384字节。采用这种设备可以在ip网上提供tdm e1 专线，比sdh网提供的e1和atm都要便宜。
以太网城域网不使用sdh设备，当光缆环路被切断时如何能够像sdh一样在50ms内完成自愈恢复是需要解决的问题。目前在网络的第一层到第三层均有解决方案。dwdm系统用光交换可以在光路上在50ms内完成自愈恢复。第二层的弹性分组环rpr可以像sdh一样快速进行自愈恢复，而又能利用环路备份部分传输数据。而最新的路由交换机则可以在第三层完成环网或网状网出现故障时进行快速自愈恢复。一种方法是事先计算好各种可能出现故障时的恢复路径的路由表，一旦发现故障可快速转换到备份路径；另外一种方法是利用mpls来实现自愈恢复。这两种方法都可以在50ms内完成自愈恢复。
新一代吉位路由交换机支持热插拔模块和元件，有双系统软件和双系统配置，可达到电信级的可靠性；具有灵活管理能力，可以方便地从本地或远程通过浏览器、用snmp、rmon 命令行进行灵活的管理。
在发达国家，基于sdh tdm、atm、fr 等的传统数据业务仍然有很大业务量，是电信业数据业务的主要收入来源。许多新兴运营商在开拓基于ip 的新业务的同时，为了增加收入也开始参与传统数据业务的竞争。在新一代信息网络中，ip 网成为基础网。一方面，各种业务在转向基于web，在互联网进行，这就是所谓的“everything on ip”；另外一方面，在ip网上提供tdm电路、atm、fr 等，以支持传统业务，这就是所谓的“everything over ip”。因此有一种观点认为，在发展基于ip的城域网平台时，应该能够支持多种协议，最好能够提供透明的端到端的连接，这种平台被称为多业务供应平台 (multiple service provisioning platform，mssp）。
这种方案融合吉位以太网、dwdm和sdh的优点，发展一种被称为弹性分组环（resilient packet ring）的新结构。在环型网上传输ip 数据包，原sdh环的两侧都可以传输数据，又可以发挥自愈恢复环的功能，大大提高利用效率。目前ieee正在准备成立802.17工作组，ietf中正在准备成立ipoptr组来发展这一技术，并制定相应的标准。多数专家建议采用10gbe帧格式，10gbe标准的初稿已经发表，明年将有首批产品面世。目前采用环形网的第二层包传输概念的产品有：cisco的dpt、nortel的 interwan和 luminous的packetwave。
这里重点介绍packetwave, 因为它采用gbe，与未来的10gbe的rpr较接近。packetwave采用n×gbe物理层，附加健壮服务机制，如性能监视、网络同步、控制包等，用以太网的成本提供sdh级的传输健壮性。
在分组网上进行电路仿真，将分层的时钟分配到各个节点上，运行同步分组环协议。即插即用第二层转发，所有流量在第二层复用，结构环的双向被完全利用。转发和复用时间小于50ms，保护交换不需要任何类似sdh的“缠绕包装’。以第二层vlan和第三层 diffserv 通过端到端的qos。lms网络管理系统提供fcaps 全方位管理包括故障（fault） 、配置(configration)、计费(accouting)、性能（performance）、安全（security）管理，具有t1/e1、ds3/e3、oc3、oc12pos、10/100bt、 gbe等多种端口支持多种业务。传统城域网在支持ip业务时是在sdh网上，通过分/ 插复用、交叉互连提供专线连接位于网络边缘的路由器。由于其存在成本高、供应准备周期长、不灵活、容量有限、效率低等问题，造成了发展的瓶颈。前述的以太网和rpr方案是在核心网上直接架设ip网。另外一种思路是，继续保持在核心网上提供第二层连接，而将路由器放在边缘的结构，同时设法消除sdh的缺点而保持其优点。
一种方案是采用dwdm系统，用波长路由器（lamda router）或光交换机提供波长之间的交换(交叉互连)构成多业务光服务平台。这种平台可以提供透明的端到端的光波长通道，传输任意协议和速率的数据流。它可以快速布设供应所需业务，甚至可以动态改变。但是它只能对波长通道进行分/插，一个低速率的业务流也要占用一个波长通道，导致系统资源利用率低，成本高。当dwdm系统能支持上千个波长通道，节点交换容量达tbps以上，电路由器不能支持时，光交换机会在核心网上发挥重要作用。而当进一步发展出全光路由器时，光核心网将仍然是ip网。
第二种方案是将不同协议的数据流集合在一个波长通道（或裸光纤）中，不使用sdh的tdm方法，而是以sdh 分帧格式统计复用在光通道中传输。tdm、atm、fr、fe、gbe等各种数据流可以保持其原来的协议，而不必转换成公共格式，也不必分装到tdm时槽中。每种业务流带有qos级标记，在传输过程中按其qos级别给予qos保证。对于fe和gbe甚至可以以端口速率的分数提供传输带宽。采用交换矩阵可以在任意节点对任意波长或某一波长通道中的某一业务进行分出/插入。这种方法的优点是多种业务可以复用到一个波长通道中，使之保持满负荷，充分发挥作用，而又可以方便地分出/插入从而使运营商能够快速甚至动态布设供应新业务。由于只使用sdh帧格式，而不使用sdh设备，因此可以降低成本，但仍然拥有类似sdh的自愈恢复能力和监控管理功能。例如upsr 1＋1保护，自愈恢复时间不超过50ms。这种方案的典型产品是alidian 的osn系列。
第三种方法是继续保留改进的sdh tdm传输设备，同时增加ip传输能力。在一个端口内同时支持tdm和ip业务，输入数据属于tdm的则经过数字交叉互连接传输，属于ip的则进行ip数据包的转发。这种方案的典型产品是redback 的 smartedge。smartedge 800是一个多业务光纤服务网络平台，它在一个平台上能够同时提供从传统的tdm方式到新的基于数据包和ip的数据传输方式。它的主要特点是： 结合了高密度的sonet/sdh和dwdm、视频流、第二层传输以及向ip业务平稳过渡的路径，其具有全面数据功能的结构可支持目前基于tdm技术的服务以及未来的数据和网络业务。客户化的 asic使每一个机架有更大的端口密度，大大降低了sonet/sdh的营业成本。多环结构大幅度减少传统网络设备所需的外部布线及人工。综合设备管理软件可以简化线路分配及管理，提高服务速度。这种系统的优点是：sdh功能使其从成本、占用空间、业务供应速度等各方面均优于一般的sdh设备，而它又能同时支持ip业务，起路由器的作用；支持bgp4和 mpls，并且可以方便地将输出复用到sdh通道中；在tdm通道上可以传输atm、fr，支持多业务。这种设备适合传统运营商用来发挥其已有的sdh网络资源扩展ip业务。
宽带城域网的发展由于其应用的复杂性，出现了多样性的局面。在光缆网上直接架构吉位以太网（将来是10gbe）宽带ip城域网正在成为主流。弹性分组环rpr将发展成新标准。这些将为竞争性的运营商广泛采用，而从sdh演化的多业务平台将更多地为传统运营商用作向ip业务过渡的工具。原有的基于atm的多业务平台将逐渐退出这一领域。对于tbps以上的宽带城域核心网，将采用由dwdm和光交换机（波长路由器）构成的光多业务平台。运营商建设宽带城域网采用何种方案和设备取决于其市场定位、服务对象要求其所拥有的资源情况，应进行综合分析，并做出选择。
传统电信城域网采用sdh系统，以tdm方式提供专线来构成城域网。这种系统成本高、带宽有限、建设周期长，远不能满足新一代宽带城域网的要求。对新一代宽带城域网的要求可以概括成以下几个方面：
1、扩展性。带宽可以扩展至几十、几百gbps乃至tbps以上。
2、节点多。可以有多达几百个节点。
3、低成本。低建设成本和运营成本。
4、支持新一代基于ip的业务。支持各种物理接口、qos(服务质量)、sla、监视和计费系统。
5、支持传统的话音和数据业务。
6、强大和便于使用的网络管理系统。
7、健壮性。提出99.999％的工作时间、硬件冗余、光缆环故障保护自愈能力。
目前的发展趋势是将以太网与dwdm技术结合，在光缆网上架构成宽带ip城域网。现在采用吉位以太网，很快将采用万兆位以太网(10gbe)。
dwdm技术在广域网应用获得巨大成功成为主流，但是不能简单地将广域网dwdm方案用于城域网。dwdm系统中相邻波长间隔仅0.8nm(100ghz) 或更低，对激光器的频率精确性、单色性和滤波器要求很高，价格昂贵。由于广域网传输距离很长，中间要用很多个放大器，dwdm系统中多个波长通道共用光纤和放大器，在广域网上仍然可以大幅度降低成本。而在城域网中，由于距离短（一般小于100公里），不需要使用放大器，增加一根光纤成本也不高，简单采用与广域网相同的dwdm设备不一定合算。因此，解决方法是采用稀疏波分复用(cwdm)技术。使用1200～1700nm 的宽窗口，对激光器和滤波器的要求可以大大降低，这样可以大幅度降低成本。另外一个趋势是将wdm光传输设备和路由交换机结合在一起，路由交换机端口直接驱动光传输设备。
最简单的情况是，一根光纤只传输一路数据时，在裸光纤上直接运行吉位以太网。如果需要传输多路数据，可采用波分复用系统，根据需要逐步增加波长通道。
在节点上的路由交换机连接各个波长通道，既负责选路交换又起分出/插入的作用。这种类分/插作用不仅可以对波长，也可以对任务、对数据流甚至对数据包起作用。
用吉位以太网在光网上直接架构宽带ip城域网满足新一代城域网的要求必须解决以下问题：
1.根据服务水平协议(sla)保证qos，分配带宽；
2.提供基于tdm的传统电信业务，如租用专线等；
3.当它用作接入网集中器时，需要解决同一楼内局域网不同用户之间互相隔离的问题和每个用户多业务流的分别管理（提供不同的qos）和计费问题，以及以组播方式提供视频广播，不对称的服务方式等问题；
4.光缆环路被切断时的保护和自愈恢复。
目前l2/l3一体化的吉位以太网路由交换机的背板容量已经达到几百gbps，数据包通过量达每秒1亿个以上。它可以以线速进行第三层ip/ipx 路由和第二层无阻塞交换；支持冗余端口、生成树、多选择路由和冗余路由器协议，增加系统可靠性；还可以提供上百个1000basex端口；提供带宽管理、优先权和基于策略的qos；可以方便地通过http、snmp、rmon、本地和远程的cli进行灵活管理。有的设备还可以支持数千个 ieee 802.1q vlans，并且兼容ieee 802.1ad的链路聚合技术。它可以将多个吉位以太网端口结合成一条干线，在各端口之间进行负载均衡。对于以太网城域网而言，最困难的是如何在无连接的ip网上提供端到端的连接，仿真tdm电路。一些公司(如extreme)的产品已经开始可以提供ip tdm 业务。核心网的vman和接入网的vlan配合，可以以固定延时传输语音和视频，为公共电话网提供等效e1的ip tdm通道，但是这还不是真正的tdm通道。而rad公司利用tdm over ip，在ip网上建立透明的t1/e1电路。其方法是：在数据包中插入同步比特流，加上ip 包头送入ip网传输。数据包通过ip网转发到终点后，在终点重建同步钟，除去包头，提供同步的比特流。当然，ip网必须对传输的数据流给以qos保证。用户接口基于标准租用专线(t1、e1)，不分帧或分帧/通道化，对协议透明，可以是任何数据 (bsc、 fr等)、任何话音 (pcm、adpcm等)、任何信令(pri、ss7等)。网络接口是低成本的10/100baset 以太网。可以配置 qos 选件: vlan 用于第二层优先级(802.1d)，tos 用于 ip 层优先级确定，udp口用于第四层优先级补偿包延时变化。这种系统具有外部的/自适应时钟再生，处理延时很小（小于1ms），可扩展, 有冗余备份和管理及诊断功能。其系列产品，单机最多可以提供16个e1端口，tdm有效负荷48～384字节。采用这种设备可以在ip网上提供tdm e1 专线，比sdh网提供的e1和atm都要便宜。
以太网城域网不使用sdh设备，当光缆环路被切断时如何能够像sdh一样在50ms内完成自愈恢复是需要解决的问题。目前在网络的第一层到第三层均有解决方案。dwdm系统用光交换可以在光路上在50ms内完成自愈恢复。第二层的弹性分组环rpr可以像sdh一样快速进行自愈恢复，而又能利用环路备份部分传输数据。而最新的路由交换机则可以在第三层完成环网或网状网出现故障时进行快速自愈恢复。一种方法是事先计算好各种可能出现故障时的恢复路径的路由表，一旦发现故障可快速转换到备份路径；另外一种方法是利用mpls来实现自愈恢复。这两种方法都可以在50ms内完成自愈恢复。
新一代吉位路由交换机支持热插拔模块和元件，有双系统软件和双系统配置，可达到电信级的可靠性；具有灵活管理能力，可以方便地从本地或远程通过浏览器、用snmp、rmon 命令行进行灵活的管理。
在发达国家，基于sdh tdm、atm、fr 等的传统数据业务仍然有很大业务量，是电信业数据业务的主要收入来源。许多新兴运营商在开拓基于ip 的新业务的同时，为了增加收入也开始参与传统数据业务的竞争。在新一代信息网络中，ip 网成为基础网。一方面，各种业务在转向基于web，在互联网进行，这就是所谓的“everything on ip”；另外一方面，在ip网上提供tdm电路、atm、fr 等，以支持传统业务，这就是所谓的“everything over ip”。因此有一种观点认为，在发展基于ip的城域网平台时，应该能够支持多种协议，最好能够提供透明的端到端的连接，这种平台被称为多业务供应平台 (multiple service provisioning platform，mssp）。
这种方案融合吉位以太网、dwdm和sdh的优点，发展一种被称为弹性分组环（resilient packet ring）的新结构。在环型网上传输ip 数据包，原sdh环的两侧都可以传输数据，又可以发挥自愈恢复环的功能，大大提高利用效率。目前ieee正在准备成立802.17工作组，ietf中正在准备成立ipoptr组来发展这一技术，并制定相应的标准。多数专家建议采用10gbe帧格式，10gbe标准的初稿已经发表，明年将有首批产品面世。目前采用环形网的第二层包传输概念的产品有：cisco的dpt、nortel的 interwan和 luminous的packetwave。
这里重点介绍packetwave, 因为它采用gbe，与未来的10gbe的rpr较接近。packetwave采用n×gbe物理层，附加健壮服务机制，如性能监视、网络同步、控制包等，用以太网的成本提供sdh级的传输健壮性。
在分组网上进行电路仿真，将分层的时钟分配到各个节点上，运行同步分组环协议。即插即用第二层转发，所有流量在第二层复用，结构环的双向被完全利用。转发和复用时间小于50ms，保护交换不需要任何类似sdh的“缠绕包装’。以第二层vlan和第三层 diffserv 通过端到端的qos。lms网络管理系统提供fcaps 全方位管理包括故障（fault） 、配置(configration)、计费(accouting)、性能（performance）、安全（security）管理，具有t1/e1、ds3/e3、oc3、oc12pos、10/100bt、 gbe等多种端口支持多种业务。传统城域网在支持ip业务时是在sdh网上，通过分/ 插复用、交叉互连提供专线连接位于网络边缘的路由器。由于其存在成本高、供应准备周期长、不灵活、容量有限、效率低等问题，造成了发展的瓶颈。前述的以太网和rpr方案是在核心网上直接架设ip网。另外一种思路是，继续保持在核心网上提供第二层连接，而将路由器放在边缘的结构，同时设法消除sdh的缺点而保持其优点。
一种方案是采用dwdm系统，用波长路由器（lamda router）或光交换机提供波长之间的交换(交叉互连)构成多业务光服务平台。这种平台可以提供透明的端到端的光波长通道，传输任意协议和速率的数据流。它可以快速布设供应所需业务，甚至可以动态改变。但是它只能对波长通道进行分/插，一个低速率的业务流也要占用一个波长通道，导致系统资源利用率低，成本高。当dwdm系统能支持上千个波长通道，节点交换容量达tbps以上，电路由器不能支持时，光交换机会在核心网上发挥重要作用。而当进一步发展出全光路由器时，光核心网将仍然是ip网。
第二种方案是将不同协议的数据流集合在一个波长通道（或裸光纤）中，不使用sdh的tdm方法，而是以sdh 分帧格式统计复用在光通道中传输。tdm、atm、fr、fe、gbe等各种数据流可以保持其原来的协议，而不必转换成公共格式，也不必分装到tdm时槽中。每种业务流带有qos级标记，在传输过程中按其qos级别给予qos保证。对于fe和gbe甚至可以以端口速率的分数提供传输带宽。采用交换矩阵可以在任意节点对任意波长或某一波长通道中的某一业务进行分出/插入。这种方法的优点是多种业务可以复用到一个波长通道中，使之保持满负荷，充分发挥作用，而又可以方便地分出/插入从而使运营商能够快速甚至动态布设供应新业务。由于只使用sdh帧格式，而不使用sdh设备，因此可以降低成本，但仍然拥有类似sdh的自愈恢复能力和监控管理功能。例如upsr 1＋1保护，自愈恢复时间不超过50ms。这种方案的典型产品是alidian 的osn系列。
第三种方法是继续保留改进的sdh tdm传输设备，同时增加ip传输能力。在一个端口内同时支持tdm和ip业务，输入数据属于tdm的则经过数字交叉互连接传输，属于ip的则进行ip数据包的转发。这种方案的典型产品是redback 的 smartedge。smartedge 800是一个多业务光纤服务网络平台，它在一个平台上能够同时提供从传统的tdm方式到新的基于数据包和ip的数据传输方式。它的主要特点是： 结合了高密度的sonet/sdh和dwdm、视频流、第二层传输以及向ip业务平稳过渡的路径，其具有全面数据功能的结构可支持目前基于tdm技术的服务以及未来的数据和网络业务。客户化的 asic使每一个机架有更大的端口密度，大大降低了sonet/sdh的营业成本。多环结构大幅度减少传统网络设备所需的外部布线及人工。综合设备管理软件可以简化线路分配及管理，提高服务速度。这种系统的优点是：sdh功能使其从成本、占用空间、业务供应速度等各方面均优于一般的sdh设备，而它又能同时支持ip业务，起路由器的作用；支持bgp4和 mpls，并且可以方便地将输出复用到sdh通道中；在tdm通道上可以传输atm、fr，支持多业务。这种设备适合传统运营商用来发挥其已有的sdh网络资源扩展ip业务。
宽带城域网的发展由于其应用的复杂性，出现了多样性的局面。在光缆网上直接架构吉位以太网（将来是10gbe）宽带ip城域网正在成为主流。弹性分组环rpr将发展成新标准。这些将为竞争性的运营商广泛采用，而从sdh演化的多业务平台将更多地为传统运营商用作向ip业务过渡的工具。原有的基于atm的多业务平台将逐渐退出这一领域。对于tbps以上的宽带城域核心网，将采用由dwdm和光交换机（波长路由器）构成的光多业务平台。运营商建设宽带城域网采用何种方案和设备取决于其市场定位、服务对象要求其所拥有的资源情况，应进行综合分析，并做出选择。
责任编辑：eworks
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