摘 要：Internet流量的指數級增長和波分復用(WDM)在傳送網中的主導地位，使得直接利用WDM技術承載ip業務的IP over WDM光網絡成為理想的選擇.通過對其三個發展階段的介紹和分析，文章旨在探討IP over WDM光網絡的演進思路.
關鍵詞：IP over WDM；多標簽波長交換；數字包封；光分組交換；光因特網
1概述
IP業務的爆炸式增長對通信網的傳送承載能力提出了越來越高的要求.因此，利用波分復用(WDM)系統承載IP業務的IP over WDM光網絡成為一種必然選擇，其關鍵是如何利用WDM提供的巨大的“原始帶寬”（Raw Bandwidth），高效、靈活、經濟地為IP業務提供傳送服務.
目前，光網絡尚不具備智能，IP over WDM只能利用各種成熟的網路和傳輸技術，以多層協議棧的方式來實現.隨著各種新技術和新思路的不斷涌現，尤其是多協議標簽交換(MPLS)向光層的滲透，網絡各層的功能將重新整合，多層協議棧也會逐漸坍塌.最終，IP over WDM光網絡將向著緊湊的集成模型演進.具體來說，演進過程可分成3個階段：IP over點到點WDM光鏈路、IP over波長交換光網絡和IP over光分組交換網.
2IP over點到點WDM光鏈路
剛開始，由于光聯網技術遠未成熟，WDM系統僅作為路由器間的點到點傳輸系統而存在.IP over 點到點WDM系統網絡結構如圖1所示.WDM系統僅是相鄰路由器間的帶寬通道，光層基本不具備智能，其控制由管理系統承擔，網絡通過多層協議棧來承載IP業務，如圖2所示。
這種承載方式也稱為PoS（Packet over SDH），其中點到點協議（PPP）負責多協議封裝，高速數據鏈路控制規程（HDLC）實現定界組幀，帶寬適配和數據傳送仍然由SDH和WDM來完成PoS技術成熟，傳輸效率較高，通過SDH設備可獲得完善的網絡管理和保護功能.不足之處在于HDLC協議需要監測幀同步字節來實現幀定界，為防止偽同步，發送端需要通過比特填充來解決用戶數據與定幀字節編碼相同的問題，接收端則需要進行去填充操作.這種比特級的填充和去填充操作會限制系統速率的提高.為解決這一問題，Lucent提出了一種新型的成幀協議—簡化數據鏈路協議（SDL）.SDL借鑒了ATM信元定界的思想，在幀頭添加凈荷長度指示字節和幀頭循環冗余校驗(CRC)校驗字節，在預同步階段可利用CRC校驗識別幀頭，同步后通過長度指示字節即可快速地實現幀定界.基于以上改進，SDL可將PoS的速率提高到2.5 Gbit/s.
IP over點到點WDM系統在很大程度上緩解了IP業務的迅速發展對帶寬的渴求.但是，隨著Internet流量的迅速膨脹，這類技術的固有缺陷也逐漸凸現出來：首先，WDM系統僅充當點到點的高帶寬傳輸通道，IP分組的交換和路由仍依賴于路由器，網絡流量的中繼需要高吞吐量的核心路由器來完成.由于處理負擔重，核心路由器往往技術復雜、成本很高.但是，由于電器件的集成度受限于Moore定理，隨著光層傳輸帶寬的不斷增加，核心路由器必將成為制約系統發展的電子瓶頸.其次，由于光層無聯網功能，完善的系統功能需要由多層協議棧來實現，因此協議棧中的任何一層都可能限制整個系統的發展.另外，多層協議棧結構也是造成系統功能冗余、運營維護成本高的主要原因.最后，光層不具備智能，其資源調度策略不能與IP業務的統計特點相匹配，網絡資源利用率低.
IP over波長交換光網絡也稱為IP over可重構WDM網絡，其網絡結構如圖3所示.光網絡由光交叉連接器(OXC)或光分插復用器(OADM)組成，在分布式控制平面的控制下，具有波長交換功能，可為邊緣路由器動態提供端到端的光通道（Lightpath）；邊緣路由器通過光接口直接與OXC相連，負責匯聚流量、實現IP層與光層之間的帶寬適配.
在IP over WDM波長交換光網絡中，隨著MPλS和波長交換技術的應用，傳統的IP overWDM多層協議棧將逐漸坍塌，網絡結構也會得到很大程度的簡化.然而，多層協議棧的坍塌并不是簡單地丟棄某些層，而是通過引入MPLS和MPλS等技術，對原來ATM、SDH等每一層的功能進行了重新分解與整合：在IP層，由MPLS來支持標簽交換，執行流量工程；在光層，由MPλS控制光節點為承載IP業務提供波長路由，由光層開銷整合SDH的網絡管理和性能監測能力.這種更加緊密的IP到WDM的集成網絡結構簡化了層間管理與控制，提高了操作效率，增加了節點吞吐量，并使光層能夠快速響應IP層的帶寬需求.
4IP over光分組交換網
從近期看，為了緩解Internet爆炸式增長帶來的帶寬壓力，利用高性能的路由器和成熟的WDM技術，以多層協議棧方式承載IP業務，確實是一種簡單實用的解決方案.在引入了MPλS和波長交換等概念后，IP over WDM的網絡層次得以簡化，光層的靈活性、可靠性以及承載IP業務的效率都得到了很大的提高.但是，隨著光傳送技術的不斷發展，光網絡的傳送波長會越來越多，單信道速率也將越來越高.這時，為了實現帶寬適配，邊緣路由器往往需要進行大量的復用和解復用操作，以便把高速光信號變換成可處理的低速電信號.這不僅增加了設備的復雜性和成本，而且使邊緣路由器成為新的電子瓶頸.另外，波長交換本質上是一種光層的電路交換，其處理顆粒和帶寬分配策略并不適合承載突發性的IP業務.所以，IP over WDM波長交換光網絡也不是理想的承載方案.
［1］Ghani N, Dixit S, Wang T S. On IPoverWDM integration [J]. IEEE Communication Magazine, 2000, 38(3): 72-84.
［2］Rajagopalan B, Pendarakis D, Saha D, et al. IP over optical networks: architecture aspects[J]. IEEE Communication Magazine, 2000, 38(9): 94-102.
［3］Bala K. Internetworking between the IP and optical layer[J]. Optical Networks Magazine, 2001, 2(3): 16-18.
［4］Xu Rong, Gong Qian, Ye Pei Da. A Novel IP with MPLS over WDMbased broadband wavelength switched IP network[J]. J. Lightwave Technol., 2001, 19(5): 596-602.
