构建在SDH上的千兆以太网

zjol

　　怎样使IP业务流在所有传输速率上最大限度地利用光带宽？目前最有潜力的一种方案就是通过一个直接构建在光网络上的二层交换平台来连接IP路由器。这种方案是通过直接在光网络单元上集成以太网接口及功能来实现的，即Ethernet over SDH技术。这一技术方案的优点在于：SDH技术是一种非常成熟、标准化、并且被广泛采用的传输技术，安全性好，可靠性高。随着技术的进步、芯片集成功能越来越多，以及SDH的广泛采用，其价格也越来越低。虽然光纤较铜缆昂贵，但是，随着铜缆容量的逐渐耗尽，光纤最终将取代铜缆。以太网是世界上最普及的局域网技术，实现简单，并且成本低廉。

基于SDH的千兆以太网的系统结构

　　基于SDH的千兆以太网（GEOS-Gbit Ethernet over SDH）系统实现了一个IP数据包多交换光广域网，它本质上采用的是无连接网络机制，内在的全网状连接提供适合于分布式通信的无连接网络机制，为业务提供者节省大量的光带宽。GEOS将以太网的二层交换灵活性和资源优化能力与现有的SDH光网络的大容量、高带宽效率和低协议开销相结合，从而得到一种高速、经济的数据接入解决方案。


　　GEOS系统的实现是通过在SDH设备上（如ADM）增加千兆以太网接口或采用千兆以太网交换机，由千兆以太网接口或交换机提供帧映射和VC级联等功能。GEOS系统的协议堆分三层：网络层为IPv4或IPv6；链路层由三个元素组合而成：LLC/MAC/LAPS；物理层为SDH传送网。其中LAPS是HDLC协议的一种，它提供数据链路服务及协议规范。

GEOS系统的关键技术

１、GEOS系统的帧映射过程
　　GEOS系统的帧映射过程与采用高级数据链路控制（HDLC）协议实现的IP over SDH系统的帧映射过程相类似，只是GEOS系统采用的是LAPS（在SDH上的链路接入规程）协议帧，而不是点到点通信协议（PPP）帧。LAPS协议同PPP一样，是HDLC协议的一种，用LAPS协议实现GEOS，其映射过程分为：
* Ethernet MAC帧被封装成LAPS协议分组；
* 用HDLC协议将封装后的LAPS协议分组进行分组定界，变成HDLC帧；
* 将HDLC帧以行的形式映射到SDH中。


　　采用HDLC的LAPS协议实现GEoS的映射，在操作过程中，发送端和接收端都需要对每一个输出/输入字节进行监控，并且有时还要在两端分别进行填充和去填充操作（当用户数据字节的编码与标志字节相同时）。这种映射过程增加了设备操作的复杂性。


　　最近，朗讯企业提出了一种SDL（Simplified Data Link-简化数据链路）协议，用以替代HDLC协议，它的链路速率可达到2.5Gb/s (OC-48[STS-48])。


　　采用SDL协议来实现GEoS的帧映射过程，与HDLC的LAPS协议实现方式明显不同，它不需要先将以太网MAC帧封装成LAPS分组形式，而是直接对以太网MAC帧进行定界、链路层管理，变成SDL协议帧格式，然后将SDL帧映射到SDH帧。SDL的帧定界是基于SDL帧头中的长度指示符来完成的。定界方式有两种：一种是使用SDH通道开销（POH）中的H4字节作为指针；另一种是使用CRC捕获方法，与ATM中使用的方法相同。SDL协议实现方法简单，链路速率高，是一种很有前途的协议。


２、GEOS的速率适配
　　以太网的10Mb/s、100Mb/s和1000Mb/s的速率与SDH的2Mb/s，34Mb/s,140Mb/s的净负荷不匹配，因而不能充分发挥SDH的传输能力。在以太网帧所需带宽大于C-4时，SDH设备可以采用对X个VC-4分别建立点到点链路进行传送。例如：以太网帧传送所需带宽为400M时，可通过SDH设备对3个VC-4分别建立PPP链路（需SDH设备上的3个155M口）来实现。光通道的资源利用率为400/（155.520*3）=85.73%，但由于以太网帧的传送是通过3个155M口进行的，在SDH网中可能会引起不同的时延，给以太网帧的还原带来了困难。目前，这个问题的解决方案是通过反向复用技术来提供灵活的带宽动态分配，将几条SDH电路捆绑在一起获得与以太网速率相匹配的带宽，即级联技术。对于1Gb/s速率的以太网帧，可采用VC-4的级联，而目前在公网上用得较多的10/100Mb/s的以太网帧，可采用VC-12的级联。


　　GEoS技术能够提供动态带宽分配功能，它通过在SDH设备中增加千兆以太网接口提供VC-4级联功能，将以太网MAC帧映射到SDH设备，其实现的核心在于VC-4级联。

３、GEOS系统的优点

　　在SDH ADM上提供以太网接口，与IP over SDH相比，它的带宽等级划分得更细。例如：300Mb/s带宽的IP数据报业务在IP over SDH中，需要通过路由器的STM-4（622Mb/s）接口映射到SDH，在SDH光网络上传输时需要占用622Mb/s的通道；而在Ethernet over SDH中，通过分配STS-3c（155Mb/s）的增量来支撑不同用户的带宽要求。300Mb/s的以太网MAC帧数据业务只需分配两个STS-3c的增量，通过SDH光网络传输时只需占用310Mb/s的通道，从而提高了网络的带宽利用率。


　　在POS上业务流是点到点的，并且由多条链路承载在GEOS中，业务流是由共享的网络资源承载的，光带宽由多个IP流统计共享。与端口汇集特性（一个千兆以太网端口实际上可作为一个信道化的OC-24c接口）相结合，这种带宽优化特性在网状配置下更为经济有效。


　　GEoS与IP over ATM over SDH的区别在于用千兆以太网取代了ATM。而GEOS系统与MPOA（ATM上的多协议）系统相比其优点是：千兆以太网与IP相兼容，携带IP数据报时所需的额外开销少。由于千兆以太网使用了和标准以太网相同的IEEE802.2 LLC层，所以现有的IP协议可以不做任何修改就能在千兆以太网上运行。而ATM则需要通过LAN仿真、MPOA等技术将IP调整到ATM适配层上之后才能运行IP协议。在额外开销方面，以传送一个1500字节的IP数据报为例，千兆以太网只需要添加26个字节的额外开销，而ATM则需要添加196个字节。


４、GEOS系统与ADSL的比较


　　随着用户对通信带宽的需求的增大，接入网发展的最终目标是光纤到家。GEOS系统采用光纤作为传输媒介，与ADSL系统相比有很多优点：在带宽方面，光纤的传输带宽比双绞线铜缆要高很多；GEOS采用标准的SDH光传输平台，由于没有采用ATM层，网络体系结构简单，开销少、效率高；在同一个SDH信道上，一部分高速率的数据、视频信号和一部分低速率的传统话音信号均能实现宽带和窄带相兼容。因此，比起GEOS系统，ADSL系统无论在传输带宽上、信号质量上以及将来向FTTH的过渡上，都存在无法克服的缺陷，故ADSL系统将始终是一个过渡性方案。


５、GEOS系统与HFC的比较


　　与HFC技术相比，GEOS系统的组网方式灵活多样，可以组成环形网、网状网等，系统可靠性高。GEOS系统可以通过标准接口纳入电信管理网，上行信道的利用不受限制。对于非标准电信数据流业务，GEOS系统提供不同的映射方案，将这些数据装入SDH帧中。GEOS系统与HFC技术相比，传输带宽更宽，系统可靠性高，开发双向的交互式业务更方便。


６、GEOS系统与APON技术的比较


　　与APON（以ATM为基础的无源光网）相比，GEOS系统成本较低，而且GEOS系统可以提供宽带接入的支路接口，实现N*E1或N*T1到STM-1的复用，按需分配带宽可以提高带宽利用率。GEOS系统通过“以太网接口”可以实现10M/100M/1000M以太网业务的直接接入。另外通过GEOS系统+Switch Hub与Router可以实现宽带IP接入方案。GEOS系统将以太网的MAC帧直接映射到SDH净负荷，省掉了中间的ATM层，简化了网络体系结构，降低了成本，系统开销少，效率高。GEOS系统能够在同一个SDH信道上同时传送低速话音信号和高速数据信号，这种宽带和窄带相兼容的接入平台可以适应不同的网络结构。


７、GEOS系统与宽带固定无线接入技术的比较
　　虽然宽带固定无线接入技术作为有线接入技术的补充，代表了宽带接入技术的一种新的不可忽视的发展方向，但是目前对于中国的广大用户而言，无线宽带接入技术的价格不菲。相比而言，GEOS系统采用有线信道（光纤），可以远距离传输，容量大，抗干扰能力强，成本较低。GEOS系统基于SDH传输体制，可以迅速灵活地提供2Mb/s透明通道。

８、GEOS系统的应用前景

　　由于数据业务（主要是IP业务）对于电信的发展变得越来越重要，电信运营商们认识到，传统的SDH设备不能提供高速率、低成本的数据业务，同时要对新设备进行可观的投资和撤出对现有SDH设备的投资。把SDH网络重新组成一个纯数据网络也不经济，而且纯数据网络不能经济地提供现有的传统业务（如固定带宽的租用线和话音业务）。随着第二层交换体系的概念作为一种新的IP传输理念正在赢得市场，公网运营商和设备供应商都在尝试把光网络基础设备的大容量和高可靠性与以太网接口的普遍性和资源管理的灵活性相结合，以便在SDH网上透明传输局域网业务。GEOS方案是以光网络要素中的以太网接口的形式实现的，宽带数据业务可以在现有的SDH设备上很容易和经济地加以实现。从协议的角度来看，通过LAPS协议或SDL协议，将以太网的MAC帧装入SDH净负荷，并采用VC级联进行速率适配即可实现GEOS。


　　对于已经在ATM数据网上投资的公网运营商来说，在SDH网上透明传输局域网业务也是很有吸引力的。一些公网运营商认为，ATM用户驻地设备，如ATM接入集中器，在大规模采用时不够经济，在这种情况下，商业用户采用了基于电路的解决方案，即GEOS。GEOS系统非常经济地架起了从用户到网络的ATM节点之间的“最后一公里”，它提供了一直延伸到用户驻地局域网接口的完整的保护和管理功能。


　　GEOS系统不仅能够用于地域上分开的企业各分部之间的局域网的互连业务，而且可以提供其它应用，如企业办公室到互联网的高速局域网接入，或借助于SDH环的可靠保护构筑骨干园区局域网。最终用户的受益是明显的：他们可以得到一个构建在可靠的SDH设备上的，直到家门口的完全可管理的局域网业务。GEOS系统能够在同一个光链路上综合传送TDM、ATM和IP业务流，为电信运营商和业务提供商提供了一个竞争平台。光网络传输能力将继续向可扩展的多业务平台方向发展，在STM和光这一级上优化带宽的使用和管理，在同一个平台上提供以太网、SDH和OC-48c/OC-192c光接口。电信运营商们认识到，GEOS技术克服了传统SDH在数据传输上的局限性，能够把现有的光传输平台的寿命延长若干年，使电信网络向可统一管理的，以光传输设备为基础的（承载话音电路、信元和分组）综合网络迈进。