新型城域網(wǎng)八大新技術(shù)助力網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

 
IP城域網(wǎng)是一個(gè)城市地域范圍內(nèi)的IP網(wǎng)絡(luò)，作為互聯(lián)網(wǎng)的一部分，為用戶提供基于IP的各種業(yè)務(wù)。國內(nèi)城域網(wǎng)從上世紀(jì)90年代末開始出現(xiàn)，起初形式非常簡單，往往是作為IP骨干網(wǎng)的一些延伸POP節(jié)點(diǎn)，后逐步形成具有接入、匯接、核心等層次和單獨(dú)AS域的完整IP網(wǎng)絡(luò)。 

從目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢看，通信網(wǎng)絡(luò)向IP的融合是不可逆轉(zhuǎn)的大趨勢，IP將成為各種通信應(yīng)用統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。英國老牌運(yùn)營商BT正在打造其新一代統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)(21世紀(jì)網(wǎng)絡(luò))，中國電信也在建設(shè)其新一代的IP骨干網(wǎng)CN2，意圖作為下一代多業(yè)務(wù)承載平臺(tái)，統(tǒng)一承載NGN、3G、IPTV、企業(yè)互聯(lián)及互聯(lián)網(wǎng)等各種業(yè)務(wù)。城域網(wǎng)作為IP網(wǎng)絡(luò)最貼近用戶和業(yè)務(wù)的部分，其多業(yè)務(wù)承載能力，對于通信網(wǎng)絡(luò)的IP融合至關(guān)重要。以多業(yè)務(wù)承載能力的提升為目標(biāo)的城域網(wǎng)改造優(yōu)化，將是未來幾年國內(nèi)外電信運(yùn)營商關(guān)注的重點(diǎn)。 

相對于骨干網(wǎng)，城域網(wǎng)規(guī)模龐大、技術(shù)復(fù)雜，其優(yōu)化改造工作涉及大量的投資，本文將對城域網(wǎng)優(yōu)化改造中的一些技術(shù)熱點(diǎn)問題進(jìn)行探討和分析。 

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 

城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多遵循接入、匯接、核心三個(gè)層次的網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)。該模型為園區(qū)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，本質(zhì)上是以太技術(shù)為基礎(chǔ)的，開放、松散的多點(diǎn)接入模型。在城域網(wǎng)建設(shè)之初，由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，業(yè)務(wù)控制能力要求不高，城域網(wǎng)本身就可以看作一個(gè)放大了的園區(qū)網(wǎng)，該結(jié)構(gòu)模型有其合理之處。然而隨著業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，尤其是寬帶業(yè)務(wù)的跨越性發(fā)展，ADSL+寬帶接入服務(wù)器(BRAS)和PPPoE撥號接入的業(yè)務(wù)模式，極大的顛覆了三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型。BRAS設(shè)備的功能定位，體現(xiàn)了電信級IP網(wǎng)絡(luò)對用戶和業(yè)務(wù)的集中開通、控制、管理的需求，是松散的IP網(wǎng)絡(luò)向可管理、可控制、可維護(hù)的電信級IP網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，也需要一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，對城域網(wǎng)內(nèi)各種功能模塊進(jìn)行重新劃分和定位。 

目前國際上各標(biāo)準(zhǔn)化組織或行業(yè)論壇對于城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型的定義基本一致，將城域網(wǎng)從功能上劃分為比較清晰的4個(gè)層次，由上到下分別是： 

核心層 

IETF術(shù)語為P，DSL論壇術(shù)語為regional network，指由路由器組成的本地核心網(wǎng)絡(luò)，其功能定位于數(shù)據(jù)包的快速IP或MPLS轉(zhuǎn)發(fā)。 

業(yè)務(wù)控制層 

IETF術(shù)語為N-PE，DSL論壇術(shù)語為Broadband network gateway，專指業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)設(shè)備(如BRAS和業(yè)務(wù)路由器)組成的網(wǎng)絡(luò)層面，相對于核心層，業(yè)務(wù)控制層處于IP路由網(wǎng)絡(luò)的邊緣，是IP網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)的邊界，其主要功能是終結(jié)用戶的接入，并實(shí)現(xiàn)集中的業(yè)務(wù)提供、控制和管理(如實(shí)現(xiàn)PPPoE終結(jié)和認(rèn)證、專線接入網(wǎng)關(guān)、MPLSPE、IGMP終結(jié)業(yè)務(wù)提供功能，以及業(yè)務(wù)分類、標(biāo)記、速率限制和流量整形等業(yè)務(wù)控制功能)。 

匯聚層 

IETF和DSL術(shù)語都是Aggregation。匯聚層位于業(yè)務(wù)控制層之下，實(shí)現(xiàn)用戶物理或邏輯接入通道到業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)的二層匯聚。如ATM網(wǎng)絡(luò)將ADSL用戶接入PVC匯聚到BRAS，從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來看，實(shí)現(xiàn)的就是匯聚層功能。目前，由于以太技術(shù)在用戶網(wǎng)絡(luò)和接入技術(shù)中的主導(dǎo)地位越來越明顯，以太匯聚也成為匯聚層的主導(dǎo)性功能，匯聚層的各種設(shè)備和技術(shù)，本質(zhì)上都是為了實(shí)現(xiàn)用戶接入VLAN到業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)的匯聚功能。 

接入層 

IETF術(shù)語為U-PE，DSL論壇術(shù)語為Access node。接入層由提供用戶物理接入的接入點(diǎn)設(shè)備組成，對于xDSL接入方式，為DSLAM；對于LAN接入方式，為接入交換機(jī)。接入層實(shí)現(xiàn)的功能包括用戶的鏈路層和物理層接入，并作簡單的二層接入控制，接入層不需也無法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的IP接入控制功能。 

上述網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，功能層次簡潔清晰，其關(guān)鍵點(diǎn)在于引入了專門的業(yè)務(wù)控制層，實(shí)現(xiàn)集中的業(yè)務(wù)提供、控制和管理。同時(shí)，業(yè)務(wù)控制層為二層網(wǎng)絡(luò)和三層網(wǎng)絡(luò)提供了清晰的界面，有利于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能的專一化和簡單化，為實(shí)現(xiàn)城域網(wǎng)多業(yè)務(wù)承載能力，奠定了結(jié)構(gòu)性基礎(chǔ)。 

接入技術(shù) 目前國內(nèi)占主導(dǎo)的接入技術(shù)為xDSL技術(shù)，其中又以ADSL為主。ADSL技術(shù)自誕生起，選擇ATM作為其鏈路層技術(shù)，實(shí)現(xiàn)DSLAM到用戶CPE和BRAS之間的鏈路層傳送。由于ATM設(shè)備造價(jià)高、技術(shù)發(fā)展緩慢、網(wǎng)絡(luò)容量小，最主要因素是ATM與用戶CPE設(shè)備和城域網(wǎng)設(shè)備所采用的大量以太技術(shù)的錯(cuò)位，使得ATM在DSLAM上的采用技術(shù)越來越不適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的發(fā)展。目前，DSL論壇已經(jīng)開始大力推動(dòng)DSLAM及其匯聚技術(shù)的以太化轉(zhuǎn)變，可以預(yù)見的是，以太內(nèi)核和以太上行的DSLAM設(shè)備將成為主流。而采用以太作為上下用戶和網(wǎng)絡(luò)層鏈路層協(xié)議的VDSL技術(shù)的逐步成熟，更加體現(xiàn)了中近期以太技術(shù)在接入網(wǎng)內(nèi)的主導(dǎo)地位。 

另外，更高接入速率xDSL技術(shù)的成熟和發(fā)展，如ADSL2+和VDSL等技術(shù)，也為銅線接入這一傳統(tǒng)電信運(yùn)營商占據(jù)巨大優(yōu)勢的接入方式，注入了新的生命力。 

用戶定位和識(shí)別技術(shù) 

基于以太技術(shù)的接入和匯聚方式，為用戶定位和識(shí)別帶來了挑戰(zhàn)。用戶定位和識(shí)別是指業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)及后臺(tái)系統(tǒng)對用戶物理定位信息的可獲知能力，具體到一個(gè)ADSL用戶，則為BRAS能夠獲取用戶所接入的ADSL用戶線的端口號，用于認(rèn)證計(jì)費(fèi)和授權(quán)中的用戶識(shí)別，防止盜號等事件的發(fā)生。傳統(tǒng)的基于ATM技術(shù)的ADSL接入，用戶線端口信息會(huì)綁定到單獨(dú)的ATM PVC傳遞到BRAS，實(shí)現(xiàn)用戶識(shí)別和定位。在以太環(huán)境中，由于VLAN數(shù)量的限制，難以實(shí)現(xiàn)每個(gè)用戶到一個(gè)單獨(dú)的VLAN的綁定，而是采用多用戶共用一個(gè)VLAN接入BRAS，BRAS因此無法由VLAN信息獲取特定用戶線端口信息。 

針對此問題，目前業(yè)界存在VLAN堆疊、VBAS、PPPoE tag和DHCP option 82幾種解決方案。 

VLAN堆疊通過引入層次化VLAN空間結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展VLAN字段，從而保證每個(gè)用戶采用單獨(dú)VLAN接入BRAS，采用類似ATM VP/VC機(jī)制，實(shí)現(xiàn)用戶標(biāo)識(shí)的唯一性。同時(shí)為每個(gè)用戶建立到BRAS的單獨(dú)虛通道，實(shí)現(xiàn)虛通道層面上的用戶區(qū)分和隔離。VLAN堆疊作為IETF標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備支持程度高，與控制層面無關(guān)，尤其是在實(shí)現(xiàn)用戶定位和識(shí)別的同時(shí)，完成了用戶隔離，是較為理想的選擇。但在應(yīng)用部署上，還面臨VLAN規(guī)劃的復(fù)雜性等挑戰(zhàn)。 

其余幾種方式，都是采用修改控制層面協(xié)議和技術(shù)的方式，即在用戶認(rèn)證過程中，通過增加DSLAM和BRAS之間的控制信息交換，將DSLAM上的用戶線端口信息傳遞給BRAS。這些方式有些依賴于特定的設(shè)備和認(rèn)證協(xié)議，有些作為專利技術(shù)，設(shè)備支持程度有限，而且無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)用戶隔離，從長遠(yuǎn)來看，不是最佳選擇。 

以多業(yè)務(wù)承載能力的實(shí)現(xiàn)為目標(biāo)的城域網(wǎng)優(yōu)化改造，是一個(gè)長期、漸進(jìn)的過程，上面討論的一些問題只是冰山一角，其它諸如QoS部署、組播業(yè)務(wù)開展、企業(yè)互聯(lián)VPN實(shí)現(xiàn)等，作為城域網(wǎng)多業(yè)務(wù)承載的關(guān)鍵，有待于進(jìn)一步的研究、探討和實(shí)踐。 

匯聚層技術(shù) 匯聚層主要實(shí)現(xiàn)基于以太的匯聚，其可選的技術(shù)包括以下幾種：純粹以太技術(shù)，Ether over SDH(即MSTP)和Etherover MPLS(即VPLS)。純粹以太技術(shù)采用以太交換機(jī)樹狀拓樸組網(wǎng)，設(shè)備價(jià)格低廉，網(wǎng)絡(luò)邏輯拓樸和物理拓樸偶合度高，可擴(kuò)展性良好，在OAM、QoS、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)等方面的改進(jìn)，使其成為近期內(nèi)匯聚層技術(shù)的最佳選擇。MSTP目前存在設(shè)備價(jià)格較高，擴(kuò)展性不盡人意的弱點(diǎn)，但其優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)能力和采用時(shí)分機(jī)制進(jìn)行QoS保證的能力，作為在QoS和網(wǎng)絡(luò)可用性方面有較高要求的客戶和業(yè)務(wù)的匯聚方式，有其明顯的優(yōu)勢。 

VPLS采用IP技術(shù)作為其底層傳輸手段，可以在樹狀拓樸下實(shí)現(xiàn)基于IP路由的靈活的路徑選擇和網(wǎng)絡(luò)保護(hù)，并能夠解決VLAN空間擴(kuò)展的問題，然而技術(shù)成熟度、標(biāo)準(zhǔn)化程度和設(shè)備價(jià)格上的弱點(diǎn)，使得VPLS在近期內(nèi)難以作為主要的匯聚層技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。