城域網(wǎng)新解決方案及比較

首先給出對下一代城域網(wǎng)的要求，接著重點闡述了城域網(wǎng)的三種新方案：Gbit以太網(wǎng)，基于標(biāo)簽的光突發(fā)交換（LOBS）及彈性分組環(huán)（RPR）；并分析各種技術(shù)的優(yōu)缺點。

　 關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)，光分組交換，LOBS，RPR。

　 Abstract ：First, we give the basic requirements for the next generation Metropolitan Area Network (MAN). Then，emphases will be put on characteristics and applications of major three solutions such as Gbit Ethernet ,Labeled Optical Burst Switching(LOBS) and Resilience Packet Ring(RPR). At last, we evaluate their performances.

　 Key words: MAN， Ethernet，LOBS， RPR .

1． 概述

　 　 目前城域網(wǎng)的主要問題首先是帶寬瓶頸。在用戶側(cè),由于低成本吉比特以太網(wǎng)的出現(xiàn)和發(fā)展,局域網(wǎng)的速率上了一個大臺階。在長途網(wǎng)側(cè),由于DWDM技術(shù)的發(fā)展,商用化系統(tǒng)的容量已達(dá)Ｔｂｉｔ／ｓ。而中間的城域網(wǎng)／接入網(wǎng)成為全網(wǎng)的帶寬瓶頸。其次是城域網(wǎng)存在多個重疊的網(wǎng)絡(luò)。一方面,目前多數(shù)運營公司通過ＳＤＨ和電路交換機(jī)提供語聲和專線業(yè)務(wù),而通過ＳＤＨ和分離的幀中繼、ＡＴＭ和ＩＰ網(wǎng)提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),分離的網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)往往需要分離的網(wǎng)管系統(tǒng)和人員,以及不同的配置和計費系統(tǒng),導(dǎo)致高設(shè)備成本和高運行成本以及費時耗力的業(yè)務(wù)提供。另一方面,用戶必須通過不同的接入技術(shù)和線路獲取不同的業(yè)務(wù),不僅麻煩,而且費用高。再有,目前城域網(wǎng)底層多數(shù)采用ＳＤＨ作傳送平臺,利用這種為電話業(yè)務(wù)設(shè)計的ＳＤＨ固定帶寬來傳送突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時不僅效率低下,而且改變帶寬往往意味著改變物理接口甚至改變了業(yè)務(wù)類型。這樣企事業(yè)用戶需要改變業(yè)務(wù)時常常不得不重新設(shè)計和重新建設(shè)網(wǎng)絡(luò)。
對下一代城域網(wǎng)的基本要求可以總結(jié)為:

　·希望采用單一公共平臺支持多協(xié)議多業(yè)務(wù),中間層最少;
　·目前應(yīng)該有效支持從電路交換網(wǎng)向分組網(wǎng)的過渡,將來應(yīng)該對ＩＰ傳送最佳;
　·希望網(wǎng)絡(luò)的鏈路容量和節(jié)點數(shù)可以不受限擴(kuò)展;
　·具有光的透明性,適應(yīng)各種現(xiàn)有和將來可能出現(xiàn)的協(xié)議和業(yè)務(wù);
　·具有拓?fù)潇`活性,可快速擴(kuò)展業(yè)務(wù);
　·可以實現(xiàn)快速業(yè)務(wù)指配;
　·集成的、標(biāo)準(zhǔn)的、易用的網(wǎng)管系統(tǒng);
　·支持以傳統(tǒng)語聲業(yè)務(wù)為代表的實時業(yè)務(wù);
　·價格低（包括初建和維護(hù)）。

2． Gbit以太網(wǎng)

　 事實上,以太網(wǎng)并不是一種純粹的新技術(shù),而是一種老的新技術(shù),主要用于企事業(yè)網(wǎng)絡(luò)。采用以太網(wǎng)作為企事業(yè)用戶接入手段的主要原因是已有巨大的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和長期的經(jīng)驗知識、目前所有流行的操作系統(tǒng)和應(yīng)用也都是與以太網(wǎng)兼容的、性能價格比好、初始成本和運營成本均較低、擴(kuò)展性好、容易安裝開通以及高可靠性等。以太網(wǎng)接入采用異步工作方式,很適于處理ＩＰ突發(fā)數(shù)據(jù)流,技術(shù)已有重要變化和突破（ＬＡＮ交換，星形布線,大容量ＭＡＣ地址存儲等）,與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)相比,其面貌已大為改觀。特別是從共享媒質(zhì)轉(zhuǎn)向了樞紐或星型結(jié)構(gòu)并采用ＬＡＮ交換后,在相當(dāng)程度上實現(xiàn)了計算機(jī)間的信息隔離。更重要的是使以太網(wǎng)從此轉(zhuǎn)向全雙工傳輸,消除了鏈路帶寬的競爭和潛在的碰撞機(jī)會。由于采用專用的無碰撞全雙工光纖連接,還可以使以太網(wǎng)的傳輸距離也大為擴(kuò)展。近來以太網(wǎng)最重要的動向是向城域網(wǎng)乃至廣域網(wǎng)的擴(kuò)展。從技術(shù)上看,以太網(wǎng)是一種很簡單的解決方案,只需要最少量的規(guī)劃、設(shè)計和測試工作。應(yīng)用多年,為用戶熟悉,業(yè)務(wù)指配時間可以減少到幾個小時或幾天。其次,以太網(wǎng)是標(biāo)準(zhǔn)技術(shù),互換互操作性好,具有廣泛的軟硬件支持,成本低。有人預(yù)測,在城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)上,以太網(wǎng)成本可能只有ＳＤＨ和ＡＴＭ的２５%和１０%。最后,以太網(wǎng)是與媒體無關(guān)的承載技術(shù),可以透明地與銅線對、電纜和各種光纖等不同傳輸媒體接口,避免了重新布線的成本。從結(jié)構(gòu)上看,以太網(wǎng)正以前所未有的端到端解決方案面目出現(xiàn),消去了其他解決方案所必不可少的網(wǎng)絡(luò)邊界處的格式變換,減少了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。其次,以太網(wǎng)是具有很好擴(kuò)展性的解決方案,其速率可以從１０Ｍｂｉｔ／ｓ，１００Ｍｂｉｔ／ｓ，１Ｇｂｉｔ／ｓ一直擴(kuò)展到１０Ｇｂｉｔ／ｓ。從管理上看,由于同樣的系統(tǒng)可以應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)的各個層面上,因此,網(wǎng)絡(luò)管理可以大大簡化。此外,由于很多用戶已經(jīng)熟悉了以太網(wǎng),因此培訓(xùn)工作簡化,新業(yè)務(wù)可以拓展得更快。近來,１０Ｇｂｉｔ／ｓ以太網(wǎng)的出現(xiàn)和發(fā)展使以太網(wǎng)技術(shù)能在基本保持傳統(tǒng)以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上使容量又有了大幅度提升。而且還能與現(xiàn)有的ＳＤＨ網(wǎng)在１０Ｇｂｉｔ／ｓ速率上實現(xiàn)互操作,在歷史上首次提供了跨越局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的統(tǒng)一的開放的標(biāo)準(zhǔn)平臺。

　 然而,原來以太網(wǎng)是用于局域網(wǎng)的,ＱｏＳ不是個問題,當(dāng)試圖擴(kuò)展應(yīng)用到公用電信網(wǎng)時需要提供隨用戶而異的ＱｏＳ,而目前以太網(wǎng)還沒有機(jī)制能保證端到端性能,無法提供實時業(yè)務(wù)所需要的ＱｏＳ和多用戶共享節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)所必需的計費統(tǒng)計能力。其次,以太網(wǎng)原來是為局域網(wǎng)企事業(yè)用戶內(nèi)部應(yīng)用設(shè)計的,缺乏安全機(jī)制保證。即便有需求也是由高層協(xié)議來處理。當(dāng)擴(kuò)展到ＭＡＮ和ＷＡＮ以后,上述利用高層協(xié)議的處理方法就無法接受了,需要開發(fā)新的安全機(jī)制。第三,以太網(wǎng)主要用于小型局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,網(wǎng)管能力很弱,且目前只有網(wǎng)元級的管理系統(tǒng)。而在公用電信網(wǎng)中,必須有效地運行和維護(hù)大規(guī)模的地理分散的網(wǎng)絡(luò),需要有很強的ＯＡＭＰ能力和網(wǎng)絡(luò)級的管理能力和視野。第四,以太網(wǎng)交換機(jī)的光口是以點到點方式直接相連的,省掉了傳輸設(shè)備,無法提供故障定位和性能監(jiān)視,不支持環(huán)回測試方式,保護(hù)功能也難以實現(xiàn),光纖線路成本隨節(jié)點數(shù)增加而迅速增長。最后,盡管以太網(wǎng)作為局域網(wǎng)應(yīng)用是一項久經(jīng)考驗的技術(shù),但是用于公用電信網(wǎng)特別是廣域網(wǎng)環(huán)境仍然是一項未經(jīng)測試的新技術(shù),其設(shè)備是否能提供大型電信級公用網(wǎng)所必須的硬件和軟件可靠性也需要實踐和時間的驗證?？偟目?只有妥善地解決了上述主要問題后,傳統(tǒng)以太網(wǎng)才能順利地應(yīng)用于大型公用電信網(wǎng)環(huán)境。

3． 基于標(biāo)簽的光突發(fā)交換（LOBS）

　 基于波長選路的光網(wǎng)絡(luò)仍然沒有擺脫電路交換方式的羈絆，交換粒度太粗（一般為波長級）。如果用它來承載以包為代表的呈爆炸式增長的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，則缺乏靈活性且對光學(xué)帶寬的利用率極低。相反，雖然分組交換技術(shù)在靈活性和帶寬利用率方面表現(xiàn)出獨有的優(yōu)勢，而且能夠以非常細(xì)的交換粒度按需地共享一切可用的帶寬資源，但又由于光的分組+包交換一直面臨成本和一些難以克服的技術(shù)障礙，如分組同步技術(shù)、分組+包沖突（對資源的競爭）問題以及合理高效的交換結(jié)構(gòu)和分組格式，因而一時也不能進(jìn)入實用階段。過去對分組交換技術(shù)的研究主要集中在對長度固定的分組+包的交換技術(shù)上，但鑒于目前光信號處理技術(shù)尚未足夠成熟，因而無法實現(xiàn)全光分組交換的實際情況，同時為了克服交換中的電子瓶頸問題和提高帶寬利用率，目的在于傳輸和交換在光域里完成，路由和轉(zhuǎn)發(fā)在電域內(nèi)對低速率控制信息進(jìn)行處理。這時，一種基于標(biāo)簽的光突發(fā)交換技術(shù)凸現(xiàn)出來，這種技術(shù)集光的電路交換和光的分組交換之優(yōu)點于一體，同時又有效克服和避免了二者的不足之處。

　 基于標(biāo)簽的光突發(fā)交換技術(shù)仍是一種IP via MPLS over WDM技術(shù)。使用光突發(fā)交換技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)中的基本數(shù)據(jù)交換/傳輸單元是由大量分組所構(gòu)成的突發(fā)數(shù)據(jù)流。在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中有兩種光分組數(shù)據(jù)流：包含路由信息的控制分組和承載業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)分組。控制分組中的控制信息要通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的電子處理，而數(shù)據(jù)分組不需光電/電光轉(zhuǎn)換和中間節(jié)點的電子轉(zhuǎn)發(fā)，直接在端到端的透明傳輸信道中傳輸和交換?？刂品纸M在WDM傳輸鏈路中的某一特定信道中傳送，每一個突發(fā)的數(shù)據(jù)分組對應(yīng)于一個控制分組，并且控制分組先于數(shù)據(jù)分組傳送，節(jié)點通過數(shù)據(jù)報或虛電路路由模式來為突發(fā)數(shù)據(jù)流指配空閑光信道，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信道的帶寬資源動態(tài)分配。先一步傳輸?shù)目刂品纸M在中間節(jié)點為要傳輸?shù)耐话l(fā)數(shù)據(jù)流預(yù)定好了必要的網(wǎng)絡(luò)資源，并在不等待目的節(jié)點的確認(rèn)信息（就像在EFA中的虛電路的建立過程）的情況下就立即發(fā)送該突發(fā)數(shù)據(jù)流。

　 這種將控制分組數(shù)據(jù)信道與控制信道隔離的方法簡化了突發(fā)數(shù)據(jù)交換的處理，且控制分組長度非常短，因此使高速處理得以實現(xiàn)。光突發(fā)交換技術(shù)只需要很少的處理和比純粹分組交換（由于是逐個分組地進(jìn)行交換，所以對同步要求非常嚴(yán)格）低得多的同步開銷處理水平，就可以最充分地利用網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源，因此在突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點的處理負(fù)荷相對于分組交換來說得到了大幅度的降低。

　　 突發(fā)交換與分組交換和電路交換技術(shù)相比較，有以下優(yōu)點：交換粒度大于分組交換小于電路交換；帶寬建立后無需目的端的確認(rèn)，時延小；突發(fā)數(shù)據(jù)流直接通過中間的交換節(jié)點，而分組交換必須在每一個中間節(jié)點上進(jìn)行存儲#轉(zhuǎn)發(fā)操作。

　 另外，光突發(fā)交換可設(shè)置突發(fā)數(shù)據(jù)流與控制分組之間的偏置時間（即數(shù)據(jù)流的等待時間），也就是在傳輸過程中可以根據(jù)鏈路的實際狀況用電子處理方式對突發(fā)數(shù)據(jù)流相對于控制分組的時延作調(diào)整，因而控制分組和數(shù)據(jù)流都不需要執(zhí)行光同步和光存儲，而且可以執(zhí)行QoS功能?？梢钥闯觯@種突發(fā)交換技術(shù)充分發(fā)揮了現(xiàn)有的光子技術(shù)和電子技術(shù)的特長，實現(xiàn)成本相對較低、非常適合于在承載未來的具有高突發(fā)性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的局域網(wǎng)中應(yīng)用；超大容量的光突發(fā)數(shù)據(jù)流交換技術(shù)同樣可用于構(gòu)建骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)。

　 基于標(biāo)簽的光突發(fā)交換技術(shù)與多協(xié)議波長交換技術(shù)在吸收MPLS標(biāo)簽交換技術(shù)方面的基本思路是一致的，所不同的主要是基于標(biāo)簽的光突發(fā)交換使控制信道和數(shù)據(jù)交換信道分離，標(biāo)簽信息在控制包中；而且這時在波長信道上所承載的數(shù)據(jù)是由多個IP包組成的突發(fā)數(shù)據(jù)流而不是單個數(shù)據(jù)包。在基于標(biāo)簽的光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)中，每一個控制包/分組由控制信息和標(biāo)簽構(gòu)成，并作為一個普通的IP包在運行了LDP而預(yù)先建立起來的一個基于標(biāo)簽的光突發(fā)交換通路上被傳送，該通路就類似于標(biāo)簽交換通路。在基于標(biāo)簽的光突發(fā)交換入口節(jié)點將多個IP包組裝成突發(fā)數(shù)據(jù)流，然后該突發(fā)數(shù)據(jù)流就在由節(jié)點對控制包中的標(biāo)簽進(jìn)行處理后建立起來的相應(yīng)波長通道上傳輸。在數(shù)據(jù)流的整個轉(zhuǎn)發(fā)過程中，都無需進(jìn)行任何電子操作而完全在光域上執(zhí)行，其它的標(biāo)簽操作均類似于多協(xié)議波長交換實現(xiàn)方案。