宽带IP城域网和接入网技术进展

zjol

侯自强
     　　宽带IP城域网
     
     　　对新一代宽带城域网的要求可以概括成以下几点：
     
     　　1）扩展性。带宽可以扩展至几十，几百Gb／s，乃至Tb／s以上。2）可以有多达几百个结点。3）低成本：低建设成本和运营成本。4）支撑新一代基于IP的业务。支撑各种物理接口、Q oS、SLA、监视和计费系统。5）支撑传统的话音和数据业务。6）强大的和便于使用的网络管理系统。7）　健壮性。99.999％工作时间，硬件冗余，光缆环故障保护自愈能力。
     
     　　在光网上直接架构吉位以太网正在成为城域网主流。目前的发展趋势是将以太网与波分复用（WDM）技术结合在光缆网上直接架构成宽带IP城域网。现在采用吉位以太网，很快将采用万兆以太网10GbE。
     
     　　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。一些企业（如Ex t re me）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，RAD企业的TDM　o ve r　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）。网络接口是低成本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4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，处理延时很低（小于1m s），可扩展，有冗余备份和管理及诊断功能。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50m s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50m s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的快速自愈恢复。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，一旦监视发现故障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50m s内完成自愈恢复。
     
     　　新一代吉位路由交换机支撑热插拔模块和元件，有双系统App和双系统配置，达到电信级的可靠性。具有灵活管理能力，可以方便的从本地或远程通过浏览器、用SNMP、RMON　命令行进行灵活管理。
     
     　　弹性分组环多业务供应平台MSSP　　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。新的竞争的运营商在开拓基于IP的新业务的同时，为了增加收入也希翼参与传统数据业务的竞争。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Eve r y t hin g　o n　IP。另外一方面，在IP网上提TDM电路，ATM，FR等，以支撑传统业务这就是所谓Eve r y t hin g　o ve r　IP。因此有一种观点认为在发展基于IP的城域网平台时，应该能够支撑多种协议，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。Mul t i p le　Se r vice　Pr o visio nin g　Pla t f o r m（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（Resilien t　Packe t　Rin g）的新结构。在环型网上传输IP　数据包。环路的两侧都可以用来传输数据，又可以发挥自愈恢复环的功能，提高利用效率。目前IEEE正在准备成立802.17工作组IETF正在准备成立IPoPTR组来发展这一技术，制定相应标准。多数建议采用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、No r t el的IPT和Lu m ino us的RPT。
     
     　　智能光网和以太网路由交换机构成宽带城市域网
     
     　　传统城域网在支撑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在网络边缘的路由器。由于其成本高，供应准备周期长，不灵活，容量有限，效率低等问题成为发展的瓶颈。
     
     　　前述的CWDM以太网和RPR方案是在裸光纤网上直接架设IP网。QoS、流量工程、自愈恢复等完全靠路由器通过MPLS等协议完成。这对路由器构成很大的压力，限制了性能的进一步提高。在光路由器没有发展成熟之前，目前的发展趋势是：采用由波长路由器（光交换机）和DWDM（CWDM）系统构成的智能光网核心网和设置在边缘的以太网路由器构成的宽带城域网。在核心光网上采用以太网帧传输，称为以太路径，边缘则为10GbE或GbE以太网。这种核心网可以采用网状网结构，采用MPLmS协议等提供QoS和流量工程，这样可以减少对电路由器性能要求的压力，提供更高的性能。对这种系统可以称之为智能光网以太网。
     
     　　宽带IP接入网
     
     　　宽带接入网可以考虑使用的传输媒体包括目前已经大量布设使用的接入网：三类双绞线（Ca t3）市内电话网和有线电视双向HFC网，以及正在发展的光缆入户接入网、五类线（Ca t5）入户局域网和空中激光或无线接入网等。
     
     　　用以太网作居民区宽带接入网具有前述的很多优点，但是要作为公共网满足上述用户和运营商的要求还必须解决两个重要问题。一是安全性，二是开放接入和商业运营问题。　　
     
     　　所谓安全问题，同一楼内的用户处于同一局域网内，为了便于管理和安全必须对各户进行隔离，目前主要的方法是用虚拟局域网VLAN实现各户之间的隔离。问题是802.1Q规定的VLAN标记（Ta g）只有12Bi t，只能支撑4000个VLAN。对于在一个居民小区内设置VLAN这个数目是够的，但是对于接入网运营商在更大的范围内采用统一的标记设置VLAN这就显得不够。而对于运营商而言在全城域网范围内采用统一的VLAN标记，既便于管理又便于提供一些新的服务。甚至有可能在一家内提供几个VLAN。一种建议是将标记长度增加一倍到24Bi t，这就可以支撑1600万个VLAN，但是这需要修改802.1标准。还有一种方法是在VLAN的标记前面再加虚拟城域网VMAN标记，目前已经在一些企业产品中采用，但还不是通用标准。信息产业部传输所提出一种方案不再使用现有的VLAN协议和L2交换机，采用设计专门硬件在链路层对用户隔离。在这种系统中，楼头的L2交换机被专门设计的只起复用器作用的楼头设备取代，而小区的L2／L3路由交换机被一种类似路由器的局端设备取代。楼头设备的功能仅仅是复用和解复用没有交换功能，它在物理和链路层上提供了同一个楼内不同用户之间的相互隔离。局端设备与一般路由器维护端口-网络映射表不同，它维护端口-主机地址映射表，根据用户IP地址来连接用户，并负责用户IP地址的动态分配。局端设备可以控制楼头设备连接每个用户的端口速率，根据每个用户的SLA来分配带宽保证其QoS，并可以支撑多播业务。这种方案有不使用VLAN的优点，也丧失了使用VLAN带来的好处，不能使用价格低廉的L2交换机。以上几种方案哪种能成为以太网接入网的主流要在实践中在市场上检验。　　
     
     　　开放接入要求提供开放平台给其他ICP、ASP、ISP使用。这就要求对每个用户认证、授权并按照不同的使用（服务商、内容、QoS保证）分别计费。在基于VLAN　的方案中，这些功能在接入服务器（集中器）中提供。目前已经有的多业务接入服务器大多是基于ATM的价格很高，需要发展专门为以太网接入网设计高功能低价格的接入服务器。而在采用专门楼头设备的方案中这些功能由局端设备完成。　　
     
     　　目前已经提出的以太网接入网方案根据使用媒体的不同可以分为以下几类：　
     
     　 　　1、基于电话线Ca t　3的以太网接入网。目前主要有两种：基于DSL的以太网Et he r ne t　o ve r　DSL和Et he r lo o p。速率最高为10Mb／s不能再提高。　　
     
     　　2、光缆入户的以太网接入网。有EPON　和GTTH两种。以太网无源光结点EPON：为了降低光缆接入网的成本，用分光器将一根光缆分支连接相邻住宅。以前在PON上运行ATM称APON，由于ATM接入网没有市场，APON已经没有发展前途，而代之以发展EPON。光缆入户，吉位以太网进家庭GTTH。每户独立光缆连接小区以太网交换机。　　
     
     　　3、光缆到楼头，五类线入户，以太网接入网。这种方法适合用于公寓型住宅楼。每户接入速率可达10Mb／s，如果需要可以达到100Mb／s。这种方案符合我国国情况。目前在我国发展非常迅速。　　
     
     　　4、空中激光和无线电以太网接入网。对于各种以太网接入网都是通过可以管理的以太网交换机连接用户，为每一个用户设置一个VLAN，用户设备可以是装有以太网卡（10Mb／s或100Mb／s自适应网卡）的计算机，机顶盒或客户端设备（家庭信息中心）。小区设接入服务器（接入集中器）负责客户的管理和计费。　
     
     　　　客户端设备是以太网宽带接入网的重要组成部分，关系到能否被用户接受和快速发展。它也将经历一个发展过程。最初设置在用户家里的设备是很简单的，可以是一个装有以太网卡的计算机。当同时使用多种设备时，采用集线器来共享输入的以太网口。经过发展将出现各种功能更齐全的客户端设备以提供综合业务。客户端设备做为家庭信息中心，它应该具备以下功能：
     
     1、 家庭网络的交换机。提供多个以太网端口。连接多台计算机，网络电视、智能小区设备和其他电器。
     
     2、 交互式网络电视机顶盒（连接普通模拟电视机）。
     
     3、 IP电话网关（可连接普通电话机提供IP电话业务）。
     
     4、1394总线端口（连接摄像机等）。不同的运营商对接入网的要求是不同的，发展系列产品，根据用户需要，　　每种类产品只具有其中部分功能。根据业务发展技术进步，经历一个从简单到复杂的发展过程是合理的也是可行的。