构建宽带IP城域网技术综述

　　1 技术背景

　　随着光传输技术（DWDM）和宽带IP技术的逐渐成熟，太位路由交换机和DWDM系统已进入商品化，这使得传输骨干通信网络速度大幅度提高，已经达到Tbps的量级。

　　同时各种宽带接入技术（xDSL，Cable modem,HFC等）也有了相对迅猛发展，个人用户10M/100M的接入带宽要求已不见鲜。这样利用SDH、PSTN等传统电信网构建城域数据通信网络以及接入Internet的方式成为新的网络发展瓶颈。

　　传统SDH,TDM城域网不能满足人们对高速、低价网络服务的需求，其固有的局限性主要表现在：1） 进一步扩展带宽能力的受限。2）严格的定时要求等导致设备的复杂性和高成本。3）原来为话音业务设计，不适应数据业务的突发性和不对称，导致效率降低。4）主要为环型网，结点数有限不适合网状网结构。5）提供业务准备时间长（数周以上），不适应数据业务传输多变的要求。6）自愈恢复备用环路浪费资源。因此对城域网的变革已成为必然。

　　目前，城域网构建主要分为两种，一种是Metro-DWDM方案，另一种是MSPP方案。

　　2 Metro-DWDM

　　2.1 DWDM在城域网的现状

　　DWDM（波分复用）技术是就是在光域内的时分复用技术，通过在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，让数据传输速度和容量获得倍增。它充分利用单模光纤的低损耗区的巨大带宽资源。在人口众多的城市，铺设新光纤的费用是很昂贵的，将DWDM设备引入城域网，可以节省大量的铺纤成本。

　　目前适合城域网的DWDM大多继承了长途骨干网的特点大多是端到端的逻辑连接，拓扑结构不灵活，不支持网状结构。不适应城域网内复杂机动的多逻辑拓扑。在长途骨干网DWDM设备的成本远低于铺设新光纤及增加光放的成本，所以经济。但在城域网范围内，网络成本主要来源于接入端设备的成本（而不是传输线路上），所以DWDM在价格方面不具备很大的优势。于是出现了各种CWDM（Coarse WDM），通过降低对波长的窗口要求而实现全波长范围内（1260~1620）的波分复用，并大大降低光器件的成本。CWDM可实现在0~20km内较高性能价格比。

　　另一个发展城域网的DWDM方案是：应用波长路由交换机，全光交换机。Monterey Networks和 Sycamore Networks是其中的代表，他们主张基于波长路由器的网状拓扑提供的光层保护功能优于环网结构，是下一代光城域网的理想架构。全光波长路由交换机可以避免目前城域网的DWDM存在着的大量电路交换设备的浪费，具有快速布设，灵活的光层自愈恢复能力。但由于光交换产品成本偏高，以及城域网基于GE分帧网络的不完备等问题，这类解决方案还有待进一步的考察。

　　2.2 在城域网构建IP over DWDM系统

　　目前IP over DWDM成为广域骨干网的主流地位已成定局，将骨干网的IP over DWDM技术移植到MAN存在各种障碍（如成本过高、业务提供灵活性等）。发展城域网的骨干光传输平台迫切需要解决如下问题。

　　2.2.1 IP业务的优化

　　当在广域网上只能使用SDH提供的租用专线时，IP over SDH是最优选择。但是当IP over DWDM成为广域骨干网主流，城域网内具有裸光缆时，就需要以IP业务的需求对网络进行优化设计。不使用SDH层需要解决两个关键问题：传输的分帧方法和自愈恢复方法。

　　GE分帧

　　密集波分复用技术与吉位，太位线速路由交换机结合产生IP优化光网络技术（IP over DWDM）。对于城域网骨干网，不论单路或多路（DWDM）的IP over OPTICAL系统，GE都是最优选择。首先，城域网到广域网全部采用统一的802.3以太网帧格，无缝连接不需要任何中间转换。这种方法效率高，设备简单，价格低廉。而且由于我国城域网的规模只相当发达国家大企业网的规模，现在已经成熟的吉位以太网企业网设备已经可以满足需要，而价格会低得多。基于GE的IP over xWDM的将成为新一代电信城域网骨干网的技术基础。

　　保证宽带IP网服务质量的重要方法是保持网络硬件资源的可扩展性，一但业务流量增大，要相应增加网络的传输能力以满足需求。值得提出的是，Extreme 公司推出的BlackDiamond 6808配备了4波的DWDM模块，作为与其它路由交换机的trunk连接，在城域网环境中应用效果显著。

　　自愈恢复

　　城域网环境中，针对不同的传输业务，恢复的策略可以是不同的。传统话音业务，需要小于50ms的自愈恢复时间，数据业务在第二层/第三层恢复就可以满足敏感性需要。简单有效的恢复策略是IP优化光网络要解决的重要问题。

　　WDM的光环保护与SDH保护类似，然而，SDH环在整个环上都有一条工作线路和保护线路，而WDM光环结构为了降低线路成本，提高网络处理不可预测业务量增长的能力，往往采用不平衡环结构，即只有保护线路贯穿整个环结构。这样节省了光纤资源，并提高了保护的可选择性。

　　另一方面，采用IP网络层的自愈恢复方法提供恢复路径有很大的灵活性，可以基于应用提供不同的恢复服务等级。网络层的自愈恢复通常是由OSPF和BGP-4路由协议来实现的。对于的复杂的网络，需要几秒钟来重新计算路由表，造成自愈恢复太慢。MLPS的采用结合了层二和层三的特性，使路由交换机选路的复杂性大为降低。路由交换机存储所有的相邻路由交换机的标记，一但出现路径故障，可以根据存储的标记快速提供另一条路径。目前MPLS的标准正在制定中，可以相信自愈恢复时间可以达到与SDH相当的水平。

　　这样，将IP over xWDM的WDM光环保护和IP网络保护有机的结合起来，将提供多保护策略的高效性。

　　2.2.2 网络的管理

　　在传统电信运营商的环境中，SDH 和光传输层与网络服务层的管理系统是分开的。需要管理的IP和ATM网的管理系统不仅在逻辑上是分开的，有时在地域上也是分开的。光部件与电信令之间没有直接相互作用，光路采用“带外”管理系统，而SDH网的部件是通过SDH帧字头中传送的管理和控制信令来管理控制的。网络层业务如IP业务有它自己的一组管理协议如通常用SNMP。这种缺乏统一管理的平台，大大增加了诊断故障和网络资源间协调难度。

　　在IP over DWDM优化光网络要求将各层的管理系统集成起来成为统一的网络管理系统，网管系统要求能同时监视物理层的情况，以便于诊断故障。目前，可能最合理的集成网络管理方法是基于MPLS。一个光波长通道可以被看成是一个标记交换路径来处理和管理如实施流量工程，而不管实践的传输协议。MPLS汇聚网络的第1，2，3层，它简化了网络的管理过程，允许在网络的链路上进行相似的选路和流量工程而不管他们是波长通道还是选择的路径。每一种正在运行的传输服务可以被看成是PLS的一个标记交换干线LST。LST可以由多个LSP构成，用来连接两个或多个LSR。每一个LST可以有一组特征用来表示流量优先级，QoS等，网络管理可以有一组公共工具在公共框架内定义这些服务的管理，不管具体的传输机制。特征之一是定义干线的可恢复性，用来决定在网络故障时干线的行为，根据可恢复性的特征可以为不同的干线确定一组不同的自愈策略。

　　2.2.3 服务质量（QoS）保证

　　宽带IP 网要成为未来信息网的基础网就必须解决传输话音，视频等实时业务的服务质量（QoS）问题。对于有集中网络管理的网络，可以通过信令实现以RSVP协议为基础的QoS保证，但在目前城域网的IP骨干网，很难实现统一的管理。最有希望的方法是IETF制定的区分服务DiffServ。采用 802.1p规定的IP包头中的三位TOS场来确定其优先级，在不同的节点提供所需要的QoS，也可以利用不同层支持的标签技术（MPLS）在二层实现区分业务。

　　由于WDM系统对业务的透明性，使得在同一波长内不能实现不同业务的复用，必须通过SDH的复用才能在同一个波长传输多业务。未来的城域网是以多业务驱动的服务平台，所以，城域网WDM系统必须具备在任意结点，按业务（而不仅是波长）分/插复用，按业务提供SLA和QoS的能力。这样才能保证其高效和灵活性。

　　3 MSPP 多业务提供平台

　　3.1 MSPP的多业务性

　　目前的传统电信城域网多业务传输平台大量存在的是ATM+SDH结构，运营商强烈支持ATM的主要原因是它能够把不同的服务(FR、DDN、Voice、D1）集中在一个管道中，并提供分类管理，根据对PVC、VP流量监测建立显式路径，为流量负荷提供不同的连接来化网络上出现的拥塞点，实现传输的高效率。但ATM在传输IP业务时存在分帧内部开销，信元税等导致传输效率下降。SVC的建立时间比网络传输时延要长几个数量级，带宽利用率低，其多层的管理体制使得管理系统很复杂。更大的问题是在路由器线路卡中要设置包分拆重装SAR装置，存在排队延迟，链路层复杂问题。这都限制了ATM成为以IP业务为主导的综合业务平台。

　　在城域网方面，用户使用多种不同的网际协议。为了兼顾各种用户的不同需求，电信运营商在发展网络时要求支持多协议多业务。所以在城域网建设中需要具有明显支持IP数据业务的高效、高带宽、灵活管理的多业务平台来与ATM系统抗衡。

　　从国情分析，目前尽管因特网数据流量已经超过话音，但是话音业务收入仍然是电信业务收入的主体。所以MSPP平台首先要具有较好的TDM业务传输QOS保证。为了在竞争中取胜,CLEC必须尽量增加在其网络上提供的新增值业务。在传统的电信网上要增加新业务需要增加设备，其安装，测试，维护，需要大量投资和创立时间。CLEC在传统电信网上采用与ILEC同样的设备是没有竞争优势的。这就需要MSPP系统提供服务的高度灵活性和快速性。

　　目前，SDH的世界标准性使其市场销售额在北美还是保持了50%的高增长势头，已成为公认的未来信息高速公路的主要物理传送平台。这样骨干网和城域网的SDH会对下一代的传输交换系统选择产生影响。现在，在光传输市场出现了各种或基于SDH的过渡产品解决方案。它们的共性就是建立统一的多业务平台（MSPP）系统来迎合来自企业集团用户日益增长的快速宽带多业务要求。

　　3.2基于SDH的城域网

　　SDH技术作为多种业务网的基础传输平台有着许多明显的优点。