IP over SDH技术概况

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摘要:Internet的迅猛发展，带来了人们对网络带宽的需求。为了在骨干网上快速
传输多媒体业务，有效地利用现有网络结构，就需要构造简洁高效、易于升级的现代
网络，IP over SDH作为Internet主干网解决方案之一,备受人们的关注。

    IP是Internet Protocol的缩写。IP协议是Internet一系列协议的核心内容,主要负
责无连接的数据报传输,从而实现广域异种网络的互联。目前Internet使用的IP协议是
IPv4(IP version 4)。IPv4协议是Internet标准制定组织在1981年9月确定的正式标准,
即第5呈标准(RFC 791 Internet Protocol)。现在，IP协议已经是Internet上广泛应用
的标准。据统计，在1997年企业和服务提供商的网络中,IP协议在其中所占比重超过70%。

    在国外，通常将IP over SDH称为IP over SONET/SDH。SONET是指同步光网络
(Synchronous Optical Network)，它首先在美国发展起来，由一整套分等级的标准数字
传送结构组成，适合于各种经适配处理的净负荷（Payload，指网络比特流中可用于电信
业务的部分）在物理媒质上进行传送。1998年，CCITT(现在的ITU-T)接受了SONET的概念,
并重新命名为SDH(Synchronous Digital Hierarchy)，使之成为不仅适用于光纤传输同时
也适用于微波和卫星传输的通用技术，并推动其成为数字传输体制上的世界性标准。SONET
和SDH规范略有差异,但两者的基本原理完全相同,标准也相互兼容。我国数字传输平台规
模用SDH网络,因此这里主要以SDH标准进行先容 。

    1.IP over SDH技术概述

    SDH数字体系中,最基本的模块信号是STM-1信号,再将其同步复用、字节间插后得到
更高级的STM-N信号。目前，SDH只支撑一定的N值(如1,4,16,64等),主要标准速率值如下:

    STM-1(OC-3)为155.520Mbit/s;
    STM-4(OC-12)为622.080Mbit/s;
    STM-16(OC-48)为2 488.320Mbit/s;
    STM-64(OC-192)为9 953.280Mbit/s。

    SDH信号是一种以字节结构为基础的矩形块状帧结构,由9行和270×N列8 bit字节组
成.整个帧结构主要分为三个部分:段开销、管理单元指针和信息净负荷。其中，在净区
可以封装各种信息(如PPP帧、ATM信元等)或其混合体,而不管其具体信息结构是什么样的,
所以说信息净具有透明性。因此，在SDH调整传输网上可以直接实现IP over SDH技术,也
可以间接承载ATM业务。

    参考OSI 7层网络模型，SDH/SONET协议是物理层协议(layerl),主要负责在物理层介
质上传送字节数据。IP协议是无连接的协议,属于网络层协议(layer3)。数据链路层
（layer2)负责SDH/SONET协议与IP协议之间的接口,IETF(Internet Engineering Task
Force)定义PPP)Point to Point Protocol)协议来实行此项功能,相应有PPP over SONET
/SDH草案,实现IP over SONET/SDH技术。IP over SONET/SDH技术通过PPP针数据包映射进
SONET/SDH帧结构净负荷区。因此，有些厂商常见的提法为Packet over SONET/SDH(POS),
这里统一称为IP over SDH技术。

    PPP协议(RFC 1661,Point to Point Protocol)定义了点到点链路上传输多协议数据
包的标准方法,是正式的Internet标准。PPP协议在OSI 7层位于网络层之下,为了与网络层
平滑地连接,PPP协议在规定了基本接口后还要为不同的网络层协议提供相应的封装控制协
议(NCP)。再者,在PPP层下面承载业务的传输媒质也各不相同,如ISDN、FR、SDH/SONET等,
这就需要PPP协议为它们提供相应的链路控制协议(LCP)。

     PPP协议包括三个基本组成部分:

    (1)在单个串行链路上使用多个协议的封装方法。

    (2)链路(LCP)，用来建立、配置和测试数据链路连接。PPP连接的两端使用LCP来协调
连接选项。

    (3)一族让PPP连接不同网络层协议的网络控制协议(NCP)。

    IETF制定的RFC1619 PPP over SONET/SDH,定义了PPP与SONET/SDH的接口,描述了PPP在
SONET/SDH网络中的具体应用。当SONET/SDH被配置为点到点的链路时,PPP协议可以很好地支
持这种链路。PPP协议将SONET/SDH传输通路视为面向字节的同步链路,提供链路层的数据报
封装机制。PPP协议给物理层提供一个字节型接口,PPP帧作为字节流映射进SONET/SDH净负荷
中。由于PPP封装具有相对低的开销,所以相对其它的SONET/SDH净负荷映射方法而言,它能提
供更大的吞吐量,并且充分利用现有设备,降低线路终端设备的费用。

    2.IP over SDH是今日网络的需要

    在数据业务占重要地位的网络中，,人们对带宽的需求与日剧增。伴随着这种需求的猛
增，也带来对提高带宽利用率、简化网络体系结构和降低网络扩建费用的要求。在市场需求
的推动下，一些数据运营企业在网络厂家技术的支撑下，开发IP在SONET/SDH上的传送业务。
Cisco企业在1997年9月宣布对其Cisco GSR 12000千兆比交换路由器做进一步扩展,可以处理
OC-3 155Mbit/s直至OC-48 2.4Gbit/s的通信速率,这些路由器接口均支撑Packer over SONET
/SDH技术。Sprint企业于1998年3月开始在其部署Cisco企业这类调整设备,继续提供IP over
SDH/SONET服务。

    根据市场调查结果显示，主意业务量将有较大增长，但是增长趋势比较平缓。然而，IP
业务量将以理高速度率教务长，并交成为现代传输网中占统治地位的业务类型。根据Yankee
Group的研究报告,电信市场到2000年的时候,将从现在的年收入1950亿美金增加到2600亿美金,
这些收入的大部分将来源于IP业务量的剧烈增长。如图1所示，CIMI企业市场研究专家认为，
从2000年开始,网络业务提供商利润的80%将来自基于IP的业务。

    3.IP over SDH的优势与局限性

    国内外中正在建设的SDH/SONET传输网络,是在主干网上实施IP over SDH/SONET技术必要
的物理基础。SDH/SONET标准本身具有很好的兼容性,不同体系、不同速率的信号都可以在SDH
/SONET信道上复用和解复用,并且在SDH/SONET传输平台上,方便地实现全球性网络互连,充分
展示IP over SDH/SONET技术的优越性。

    IP over SDH具有较高吞吐量,较低协议开销,较高带宽利用率,可以缓解网(WAN)中带宽资
源紧张的问题,适用于IP业务占主要地位的网络环境。IPover SDH技术作为Internet主干网解
决方案之一,以Internet网为无连接IP网,继续采用路由器为核心构建广域网,简化了网络体系
结构,实现相对比较容易,降低了建设费用。

    在Internet或IP多中,IP over SDH技术与其他传输方式相比,它能提供较高的带宽利用率。
在现在耗资巨大的广域网(WAN)链路中,与基于ATM的网络相比,IP over SDH技术能提供高出25%
～30%的带宽。IP over SDH/SONET技术可以替代将IP数据包映射进ATM信元,再将信元插入SONET
(或SDH)净负荷中的方法。要传输的数据包映射进SONET/SDH净负荷区,可以减少诸如SAR
(Segmentation and Reassmbly)功能开销和ATM信头开销(从ATM信元每48个用户字节数据需要5
字节开销减少为1500字节用户数据只需要7字节开销)。在扣除SONET(或SDH)通道、段和线路开
销后，OC-3链路可用信息带宽为149.064Mbit/s。可见这种方式明显地提高了带宽利用率.在利
用ATM结构进行传输时,由于协议开销造成带宽利用率为80%,理论上最高可达84%,而在同样流量
情况下,使用IP over SDH的带宽利用率可达94%。

    IP over SDH由于采用PPP协议技术,可以对现有的多种成熟的网络协议(如IP、IPX等)进行
封装,支撑多传送。特别是在IP网中,IP多路广播(IP Multicast)已经是一项成熟的技术。IP
over SDH技术对现有的Internet网络结构没有大的改变,故而可以很容易地继承这个优势。在
目前多媒体网络尚不能够有效支撑大量用户同时使用交互式多媒体业务的时候，IP over SDH
技术充分利用IP广播的优点,合理利用网络带宽,因而具有相当大的竞争优势。相比之下，ATM
结构对IP一个协议的支撑还不是很完善,在复制多路广播方面更缺乏效率高的技术。

    IP over SDH组网的核心是新型千兆比路由器,因此IP over SDH技术的发展与调整路由器
的发展息息相关。近年来，ASIC技术的广泛应用,新型路由器技术的发展,促使千兆比路由器吞
吐量大幅度提高,单位吞吐量价格迅速下降;路由器端口密谋提高,促进端口费用降低。并且，
路由转发时延缩短到比较理想的和谐，这些都拓宽了路由器在IP over SDH组网中的应用。但
是，路由表容量随网络规模的扩大而急剧膨胀，路由器自身需要交换的信息也将耗费大量带宽。
因此，众多厂家况相研制新型千兆比路由器技术，如Cisco企业的千兆比交换路由器技术,被许
多电信厂家和网络企业看好的Juniper正在开发的兆比速率传输技术,等等。新型路由器技术的
突破,将会把IP over SDH技术应用带上一个新台阶。

    IP over SDH在单一业务、需要大量传送数据包的网络中是比较理想的解决方案。例如，在
Srint的IP网中,它支撑业务等级(CoS),不支撑俦等级的业务质量(QoS) 。Cisco的"new IP QoS"
技术通过IP头部precedence域的3个比特,提供可区分的CoS服务 ,这3个比特是CAR(Committed
Access Rate),RED(Random Early Detection),WRED(Wieghted RED)。当了进入主网时，它们的
优先级由边缘路由器设定。优先级通常决定了穿过网络数据包的排队，从而进行业务分级。

    当然，IP over SDH技术在大量实时性强的多业务环境下,表现不如ATM技术。在网络时代，
一项技术的推广，重要的是看什么场合下能充分发挥其作用。IP over SDH在目前Internet飞速
发展创造的目标市场中,操作时简单有效且费用较低,是具有一定前途的应用。同时Internet在
管理和安全性方面面临许多亟待解决的问题,IP over SDH技术也需要进一步完善。

    目前，Internet使用的IPv4协议许多网络功能不能满足Internet迅猛发展的需求,例如:IPv4
不能预留带宽,不能限定网络时延,不具备服务质量(QoS)特性,不能适用今天在这种特性上划分业
务等级的措施,也不能提供足够的安全保障,因此,IPv6协议应运而生。现在,已基本定案(RFC1883
～1887),正处在标准化进程中。IPv6CE TAYQQEUNV4无法解决的问题,特别是地址资源紧张问题
.RFC2023 version6 over PPP确定,将促进IP6 over SONET/SDH标准的提出。它继承了IPv4 over
SONET/SDH的所有优点,再结合新型调整路由器技术,极有希翼成为下一代Internet主干网解决方