面向综合业务的新一代宽带城域网

　　一、 绪论

　　Internet的网络发展已使通信领域发生了巨大的变化，随着网络应用的不断延伸，宽带数据业务迅猛发展，业务种类层出不穷，给各类典型运营商提供巨大的机会。各类新兴电信运营商纷纷建立自己的宽带网络基础设施以抢占宽带业务的市场。 发展宽带城域网成为运营商争取终端用户、把握经营机遇的重点。

　　新兴的综合业务运营商在建设宽带城域网时除了考虑IP宽带业务，也要兼顾传统的窄带数据业务，如DDN和FR，同时还要满足语音接入。这时可以采用ATM+IP的技术体制，其中ATM组网采用ATM OVER SDH方式提供传统的CES、FR和ATM专线业务；IP网采用DPT环+千兆以太网作为组网方案，通过以太网接入方式提供宽带IP接入业务；基于SDH 的V5接入网提供传统语音接入业务，构成了一个面向综合业务的宽带城域网业务平台。

　　二、 ATM技术面临的挑战

　　ATM是作为支持宽带综合业务而专门开发的新技术，首先用于数据通信，用作LAN协议和互连各种LAN。其优点是能提供多种业务，并且具备完善QoS特性。ATM技术被电信界ITU-T和信息界ATM论坛共同选为下一代B-ISDN的基础和核心。许多电信运营商采用ATM技术来建造宽带骨干网，提供各种 CES、FR和ATM专线业务。

　　1994年后， Internet网络取得了巨大的成功，用户数量急剧增长，但随着用户数的增长，Internet的带宽资源变得十分紧张，Internet网络上经常发生拥塞，用户业务质量的得不到保证，ATM技术为解决Internet出现的问题提供了解决方案。采用ATM作为Internet的骨干网，同时引入宽带接入网，通过在路由器间引入ATM交换设备，可以减少以往过多的路由器跳数（HOP）所产生的花费，降低网络的复杂性，同时还大幅度提高了性能。

　　ATM网络上支持Internet，实际上可归纳到如何在ATM上支持TCP/IP的问题，即ATM如何承载IP包的问题。目前主要两类方法：一类是叠加模型，包括PVC桥接、CLassical IP Over ATM 、局域网仿真（LANE），MPOA规范；另一类是集成模型，包括IP Switching、Tag Switching 、MPLS、IPNNI。

　　叠加模型对于ATM和IP分别定义不同的地址结构和相关的路由协议，需要ATM地址选择协议来把IP地址映射到ATM地址。其中PVC桥接、CLassical IP Over ATM 、局域网仿真（LANE）与传统纯路由器相比，带宽方面大大提高，但尚未很好解决在ATM上IP路由的问题，因而不同子网间还需通过路由器进行通信， MPOA解决了IP在ATM上直接路由的问题，但仍然存在传送IP包的效率低；重复的地址和路由功能等。

　　集成模型将ATM层看作IP层的对等层，ATM端点只需使用IP地址来标志。其优点是传送IP包的效率比较高，不需要地址解析协议等。但增加了ATM交换机的复杂性，使 ATM交换机看起来更像一个多协议的路由器，与标准的ATM融合较为困难，QoS支持较为困难等，而且标准的成熟性有待市场考验。

　　三、 IP宽带网络技术的新发展

　　尽管IP网络在支持QoS等方面存在缺陷，只能提供尽力而为的服务。但伴随Internet的成功，IP已经无所不在。有人预计下一代网络将是支持话音在内的所有业务的分组化网络(IP网)，IP协议将成为联网的主导协议。

　　IP网络技术也在不断发展，随着千兆位路由交换机的出现，使得IP数据包无需转变成ATM信元就可在1000M甚至更高带宽的网上进行交换和传输，POS和DPT技术解决了ATM构建IP宽带网络时IP OVER ATM存在的效率低下问题。

　　POS (Packet over SDH），更准确说，是IP／PPP／HDLC over SDH／SONET。PPP(Point-to-Point Protocol）按RFC 1661的要求实现多协议封装、错误控制和链路初始化控制，PPP把IP分组封装以后，再按RFC 1662的要求形成HDLC（High-Level Data link Control）的帧以便定界，然后把该帧交给SDH／SONET处理后进行传输。POS技术的优点是传输速度和效率都很高。

　　DPT（Dynamic Packet Transport）即动态IP光纤传输技术，采用了一种全新机制，在光纤上直接传输IP包，而其MAC层地址采用空间复用MAC地址。SRP （Spatial Reuse Protocol）即空间复用协议是一种与媒体无关协议，典型的用法是由两根反向光纤组成SRP环，也可以运行在DWDN或SDH光纤设施上。

　　DPT技术与POS技术相比，其优点主要在于可以动态使用带宽，使带宽的利用率得到大大的提高，并避免了点对点连接的限制，减少了端口数的需要。DPT 技术与POS技术一样，避免了ATM技术协议复杂性、信令系统和过高的信头开销，并且由于直接支持IP，无需IP包的拆分和重组，从而大大提高了交换机的处理能力，并降低了设备的价格。

　　四、 综合业务的宽带城域网建网方案

　　综合业务的宽带城域网采用了IP+ATM的技术体制，本地接入网以IP交换网络为主发展，ATM网依托面向全国服务的ATM骨干网，作为VOIP的承载网，同时兼顾传统的FR和DDN业务。

　　考虑V5接入网的建设用来承载语音业务，很大部分需要到传统的时分复用电路，ATM网采用ATM OVER SDH方式。ATM OVER SDH技术，利用SDH的远距离的传输能力，将SDH作为物理层的传输介质，传送ATM信元。ATM的信元交换，通过SDH的帧的封装，在SDH的传输环上进行ATM之间的交换，并通过SDH的保护环保障ATM信元的极低的损失。SDH同时作为V5接入网的传输，提供本地语音交换机与用户之间的连接。

五、 IP城域网结构

　　IP城域网按网络结构分，可分为骨干层/汇接层/接入层。分别采用了DPT环技术和千兆以太网技术。

　　在骨干层，GSR12000千兆交换式路由器组成5G带宽DPT环，采用动态IP光纤传输技术DPT（Dynamic Packet Transport）。其光纤连接快速切换、50ms恢复IP业务，无路由表重算，带宽动态分配，高速的广播和跨网QoS等功能。

　　接入层负责将以太用户流量引入网络，接入层的二层交换机安装在各个接入POP点机房内，负责该区域的集团和信息化小区的接入，采用 10/100/100M光纤接入集团用户；采用光纤接入信息化小区，提供100M或1000M的上联接口。通过二层交换机划分VLAN，让不同功能的部门、用户分布在不同VLAN上，增强用户的安全和减少网络广播风暴。VLAN间通信通过汇接层的三层交换机实现。接入层通过裸纤与汇接层三层交换机 1000M口相连。

　　在汇接层，三层交换机和宽带接入网关一起完成接入控制以及数据流量管理和VPN等基于网络的IP增值业务。汇接层通过网线与骨干层交换式路由器1000M口相连。

　　宽带接入网关作为实现用户汇集和提供网络增值业务的平台，支持以下功能：

　　1. 可以与现有的RADIUS和AAA系统集成，实现用户接入控制和灵活计费模式。

　　2. 提供快速的业务开发和定制，如VPN，防火墙，反电子欺诈、入口反电子欺诈、差分业务标记，业务监管和业务整形。

　　3. 虚拟ISP环境，提供IP业务批发。

　　对集团用户，需要固定的IP地址，采用VLAN方式以太网接入，采用专线方式收费。对小区家庭用户，采用PPPoE方式以太网接入，按时长收费。

　　六、 ATM城域网/ V5接入网结构

　　ATM城域网/V5接入网按网络结构分，可分为骨干层/汇接层/接入层。分别采用了ATM OVER SDH技术和V5接入网技术。

　　ATM骨干层负责进行数据的快速转发，通过上联光口与核心ATM 交换机连接，提供城市的高速ATM出口。

　　ATM汇接层完成本地传统数据业务和IP语音业务的交换、汇聚及疏导。这些功能的实现由基于ATM的多业务交换机来完成，并通过上联光口与骨干层交换机相连。为了满足传统用户接入IP城域网的需要，汇接层交换机通过光口与IP网的宽带接入网关侧连。

　　ATM接入层采用SDH E1透明电路将汇接层ATM交换机的多业务E1端口引出延长形成POP点。接入层提供多路复用器，可将多业务信道化E1端口分成N*64K的V.35端口，提供低速数据业务DDN/FR。多路复用器是一种综合接入设备，除了实现2M到N*64K复用外，还提供了V5接口与汇接层的前置交换机相连，配备了模拟语音线提供语音用户接入。

　　接入网AN功能由接入层多路复用器实现，与汇接层的前置交换机采用V5.2接口。接入网是ITU提出，用以综合考虑本地交换机LE、用户环路与用户终端设备TE，利用有限种类的标准接口和传输媒介（如金属线、光纤、无线等）来灵活支持混合的接入类型与业务。

　　V5.2接口按需要可由1个到16个2M链路组成。对应的AN可含集中器功能，支持PSTN模拟电话接入、ISDN基本接入、ISDN基群接入（ISDN-PRA）。接入类型对应的业务可以是按需要或租用的（永久或半永久）。

　　七、 未来展望

　　美国最大的本地运营商Verizon在2001年7月16日的一份研究报告中表明：宽带服务在美国普及后，每年对美国经济的贡献将超过5000亿美元。 Verizon，SBC等电信运营商正在力促美国政府立法，以鼓励宽带服务的发展。毫无疑问，宽带网将极大地改善人们的生活、工作以及娱乐方式，并且对经济的发展产生巨大的推进作用。在中国随着宽带业务的推广与普及，同样会对社会发展产生深远的影响，但必须采取稳步前进的发展策略。

　　应该看到，我国的宽带业务才刚刚起步，宽带市场在相当长时间内还有待培育，电信运营商在建立城域网应能提供灵活带宽的，质量服务优良的多业务需求，既要适应新技术、新业务的发展趋势，便于快速提供新业务，涉及新领域，同时也要兼顾传统业务的需求，减少网络建设的风险，多种网络技术共存、多种业务共存将成为将来宽带综合业务网络的特征。