寬帶IP城域網骨干網絡建設方案探討

2019-11-03 09:06:24

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供稿：網友

江蘇省公眾多媒體通信局王建民

一、寬帶 ip城域網

　　IP技術為代表的寬帶數據通信業務的迅速崛起，使得全球新老電信運營商在寬帶IP網絡的建設上基本都站在同一起跑線上，紛紛斥巨資構造面向未來的寬帶網絡。目前寬帶骨干網上的ATM與IP之爭已經隨著大部分運營商國家寬帶骨干網建設的完成而結束了，作為國家寬帶骨干網競爭的延續，競爭的焦點集中到寬帶城域網和寬帶接入網方面了。應該說，是用戶對寬帶多媒體業務的需求和數據網絡自身發展的需要促使了寬帶IP城域網建設與運營的發展，而出口速率的拓寬和骨干網絡的寬帶化也為城域網的建設提供了條件。

　　寬帶IP城域網的定位對于不同運營商可能側重點也不同，但一般來說都認為是各運營商寬帶IP骨干網絡在各城市范圍內的延伸，可以支持高速上網、帶寬租用、虛擬專用網(VPN)、窄帶撥號接入、視頻、話音各種多媒體業務，是以電信網絡的可管理性、可擴充性為基礎，來滿足政府部門、企業、個人用戶對各種帶寬的基于IP的多媒體業務的需求。其典型技術特征是在城域范圍內實現了傳輸的寬帶化和節點的寬帶化，使得城域網從接入到核心各個部分都實現了寬帶化。

　　寬帶IP城域網的網絡結構通常分為三層：核心層、匯聚層和接入層。核心層網絡完成高速數據轉發的功能。匯聚層網絡節點則主要實現擴展核心層設備的端口密度和端口種類，擴大核心層節點的業務覆蓋范圍，匯聚接入節點，解決接入節點到核心節點間光纖資源緊張問題，實現接入用戶的可管理性等功能。接入層網絡節點主要是將不同地理分布的用戶快速有效地接入骨干。

　　本文要討論的是寬帶IP城域網骨干網絡的建設方案，它主要是針對核心層和匯聚層，可以采用ATM技術、GE(千兆以太網)技術、POS(Packet Over SDH)技術、DPT(動態包交換)技術等。而接入層主要有LAN、xDSL、HFC、LMDS等接入技術，在此并不做過多討論。

二、寬帶 IP城域網骨干網絡技術選擇

　　作為網絡連接和交換的平臺，城域網骨干網絡需要快速的交換和轉發能力，還要有冗余鏈路以保證網絡安全可靠以及良好的流量控制和QoS等。目前骨干網技術突飛猛進，針對不同的運營環境有ATM、GE、POS、DPT等多種技術供運營商選擇。對于運營商來說，首先要綜合考慮技術的發展趨勢、技術特點、技術成熟性和標準化。例如萬兆以太網技術盡管會是未來城域網的發展趨勢，但是就目前技術發展程度而言，GE無論是在技術成熟度、標準化方面，還是在價格等方面都是一個更合適的選擇。其次對運營商來說要對所建城域網現在和將來要開放什么業務，面對的重點用戶群是誰等有一個清晰的目標，這樣才能更好地選擇合適的技術。例如ATM技術適合于初期數據業務量不是很大，希望能兼顧話音和基礎數據業務,以占領部分集團客戶市場的綜合業務運營商建立一個多業務城域網，但它并不適合那些新興的ISP。另外對運營商來說，投資成本也是考慮的一個重要方面，因為建設城域網的目標一定是要建一個可贏利的網絡。例如建設一個ATM多業務網絡的成本要比純IP網絡的價格高，而對于一個純IP網絡來說，完全采用GE技術要比采用POS技術的成本更低。還應看到的是，不同的技術有不同的切入點，不同的運營商由于市場定位、網絡資源、運營權、品牌和用戶規模等的差異，在技術選擇上肯定會不同。就目前來說，基于FTTB+LAN的以太網接入網將可能成為主流的接入方式。因此對運營商來說，如何使寬帶IP城域網更加有效地配合接入網，尤其是以太網接入網進行無縫連接，也會成為影響城域網技術選擇的一個重要因素。

　　總的來說，要建設一個可運營可管理的電信級寬帶IP城域網，采用什么技術是一個非常復雜的決策過程。它需要綜合考慮技術先進性和實用性，投資成本和回報，業務類型和客戶目標等多種因素，才能找到一個針對某個運營商最適合、最經濟和最具發展潛力的技術。下面對目前城域網建設的幾種主流技術作些簡單介紹與分析。

　　1．ATM技術

　　ATM采用53字節固定長度的信元(Cell)作為最基本的傳輸單元，利用IPOA、LANE、MPOA和MPLS等協議來承載IP。它的優點在于可以把不同的服務(FR、DDN、Voice、D1)集中到一個管道中，并提供分類管理，同時可以提供強大的流控機制但ATM在傳輸IP業務時存在協議過于復雜，信頭協議太大，設備價格高而速率有上限(目前ATM接口最高速率是2.5G，而且622M和2.5G接口價格非常高)。

　　 2．GE(千兆以太網)技術

　　GE技術基于傳統的成熟穩定的以太網技術，設備價格較低。它可以自然的方式來升級現有的以太網、工作站、管理工具和管理人員的技能，實現與用戶原有以太網的無縫連接，中間不需要任何格式轉換，大大提高了數據轉發和處理能力?？梢哉fGE的突出優勢是低帶寬成本以及簡單、易用和對IP的無縫支持。但在流量控制和帶寬管理、可管理性和安全等方面能力則還有待于進一步完善。

　　3．POS(Packet Over SDH)技術

　　Packet Over SDH(POS)，更準確的說，是IP/PPP/HDLC Over SDH/SONET。它由于省去了ATM層可以簡化網絡體系結構，從而可減少費用，提高傳輸速度和效率，而且由于保留了SDH的基本傳輸體系和性能監控，可以實現網絡層保護。但在IP Over SDH中SDH仍是以鏈路的方式來支持IP網，沒有從本質上提高IP網的性能。和GE技術相比，POS端口價格則仍顯過高。

　　 4．DPT(動態包傳輸)技術

　　DPT技術是基于光纖傳輸的優化包傳輸，結合了IP路由的帶寬效率、成本有效性和服務豐富性以及光纖環的帶寬豐富性和積極自愈功能，提供了下一代數據化的光纖傳輸解決方案，最大限度的提高了網絡穩健性和可用性。DPT采用分組環解決方案，充分利用帶寬復用功能，比TDM的SDH設備和分/插復用器(ADM)等組網方式經濟便宜。

三、寬帶 IP城域網骨干網建設方案

　　目前，寬帶IP城域網骨干網絡建設的技術方案可以分成三類，一個是ATM多業務平臺系統；另一個是純IP網絡平臺；還有一個就是IP多業務平臺系統。

　　1．ATM多業務平臺系統

　　利用ATM交換機建設ATM城域網多業務平臺系統存在兩種方式，一種是全部采用ATM交換機和復用設備，即所謂的純ATM體制。另一種是僅在城域網的接入部分采用以太網交換機，其它部分采用ATM設備，即所謂ATM+IP體制。由于在城域網中要提供非常多的以太網端口，直接由ATM設備來提供，成本太高。而采用ATM+IP方式的話，則既可減低成本同時又可方便管理，提供多業務能力。但即使是ATM+IP方式，它仍然存在IP Over ATM網絡方案的弊病，如對于大量的WWW瀏覽、FTP、E-mail等Internet業務，依然存在傳輸效率低、不能實現分布式路由等缺點。不過一旦MPLS技術在ATM網絡上可以大規模使用的話，就可以較好的解決這些問題。目前MPLS是業界最為看好的組建大規模ATM城域網多業務平臺系統的技術。

　　對于IP業務量小的城市，可利用現有ATM交換機增加模塊和節點來組建城域網。對于這些城市，由于需要處理和承載的IP數據包不是特別多，并且現有電信ATM網絡帶寬相對比較富余，為了充分利用現有的設備和資源，完全可以通過改造和適當擴建ATM 網絡，比如在ATM網絡中引入MPLS等功能，使其擁有支持高速IP路由的能力來組建小型的IP城域網。同時，由于ADSL業務覆蓋范圍較廣，對于初期IP業務量小的城市有較大的發展空間?？梢酝ㄟ^ATM的匯聚能力，采用寬帶服務器集中式接入方案。由于大部分ADSL系統是基于ATM的，在這些城市建設一個基于ATM的小型寬帶IP城域網也可較好地和ADSL寬帶接入網實現無縫連接，并達到節省投資的目的。

　　對于一些才涉足寬帶IP領域的運營商，如果想在發展IP業務的同時也發展FR、DDN、話音等高附加值業務，也可以考慮建立一個ATM城域網多業務平臺系統來為IP提供面向連接、帶寬可控、安全性高、時延小的高品質多媒體服務和商業用戶互聯服務。如聯通、吉通在某些城市就是采用了這種城域網建設方案。

　　目前這種IP城域網主要受ATM容量和交換機成本限制，只能適合于IP業務量不大的城域網。但它具有快速建網，提供多業務，并充分利用原有ATM 投資的優點。將來隨著這些城市IP業務量的逐漸發展，可以在ATM核心層逐步引入一些高速路由器，同時將原有ATM設備往匯聚層和接入層延伸。如果MPLS技術成熟的話，也可以用MPLS技術來在ATM交換機上提供高速路由能力以支持IP業務的持續發展。

　　2．純IP網絡系統

　　純IP網絡系統主要是以提供IP業務為主，采用了IP Over Fiber技術。盡管IP Over DWDM已經成為廣域IP骨干網的主流技術，但在城域范圍內，IP在光纖傳輸方面仍存在不同的傳輸格式的爭議。目前發展純IP城域網的骨干光傳輸平臺存在以下幾種方案。

　?。?）高速LAN交換機方案

　　這種方案主要是利用千兆以太網技術在城域構建純IP的網絡平臺。它以高速LAN交換機(同時支持第2層和第3層)為核心，中繼采用市內光纖或傳輸連接，完全采用GE方式組網。其主要優點是組網簡單、低成本、可以和現有的以太網實現無縫連接。這種方案最大的問題在于單鏈路的最高傳輸帶寬相當于POS和DPT的一半。而稀疏波分復用系統CWDM技術和已商品化的萬兆以太網技術，將是在城域解決這個問題以及提高千兆以太網帶寬擴充能力的有效方法。

　　高速LAN交換機方案較適合IP業務量中等的城市，這主要是考慮到這些城市需要處理的IP數據包不是特別的多，并且由于帶寬比較富余，IP層面的流量控制和服務級別劃分(COS)也不是特別重要。另外對某些新進入IP寬帶數據市場的運營商或是一些小型寬帶ISP，由于初期業務量不會特別大，為了降低城域網建設費用規避技術風險，同時盡快建立網絡以早日投入使用產生效益，較多的也是采用GE方案來構建自己的寬帶IP城域網。

　?。?）高速路由器方案

　　這種方案以高速路由器為核心在城域構建純IP的網絡平臺。它以GE方式組網為主，POS連接為輔，中繼采用市內光纖或傳輸連接。這種方式性能較佳，但投資較大。這主要是高速路由器價格相對較高，同時考慮到虛擬撥號(PPPOE)不能傳透城域網的IP網絡層，使得寬帶接入服務器要采用分布式接入方案，這些都導致該方案在初期投資會較大。

　　高速路由器方案較適合IP業務量較大的城市，這主要是考慮到這些城市需要處理的IP數據包比較多，只有采用高速路由器才能處理得過來。而且當IP業務量比較大時，IP層面的流量控制和服務級別劃分也很重要，這些功能現在一般都只有高速路由器才能提供。這種方案一般是主要是由一些用戶數較多的大型運行商采用，如中國電信和中國移動。

　?。?）DPT方案

　　這種方案采用了優化的動態分組傳送技術，吸收當前SONET/SDH的優點，克服其缺點，把充分利用帶寬、IP的豐富功能以及光環自愈等有效結合起來，在現有光纖網絡上提供最經濟與有效的服務。

　　目前許多大的硬件廠商都在積極推出城域網彈性分組環(RPR)的概念，RPR即指通過GE幀格式實現對保護環帶寬的合理利用和高效的網絡管理。Cisco的DPT是另一個RPR的提交方案，作為包優化的光傳輸解決方案，它的優勢主要體現在網絡建設與應用的經濟核算中。

　　由于DPT技術方案還不是標準，主要是Cisco的路由器支持，存在價格高，帶寬成本較高的缺點。目前在城域網中構建純IP網絡平臺的應用范圍沒有前面兩種方案普及。

　　3．IP多業務平臺系統

　　目前網絡市場上的城域網IP多業務平臺構建主要分兩種，一種是Metro-DWDM方案，另一種是MSPP方案。

　?。?）Metro-DWDM

　　Metro_DWDM是指城域范圍的IP Over DWDM系統，它綜合性能較好，但成本的因素會制約其大范圍的應用。它有兩種發展方式。一種是通過采用CWDM技術，解決DWDM設備在城域網內的成本問題；另一種是應用波長路由交換機(全光交換機)，避免目前城域網存在著的大量電路交換設備浪費問題。Metro-DWDM核心技術是基于GE的分幀方法和自愈恢復辦法。

　　Metro-DWDM具有多業務的提供能力，在組網能力方面具有較強的靈活性。有特色的地方是Metro-DWDM的自愈恢復保護功能在保護帶寬的利用上是較為有效的。不足之處是由于對傳輸業務的完全透明，在一個波長只提供一種業務，在速率不高的應用場合下，帶寬的利用率較低。目前，Metro-DWDM只應用在網絡擴容需求較大、較迫切的場合。

　?。?）MSPP

　　MSPP具有豐富的多業務提供能力，可以提供較好的TDM業務傳輸和QoS保證。此外MSPP還應具有提供快速靈活服務的能力的，這樣不僅可提高服務提供商在加入、移動、刪除新用戶方面的靈活性，而且服務開通時間由于其平臺的集成性而得到大大的縮減，極大地提高了SDH傳輸系統對多業務流的傳輸效率，并為運營商節省大量的投資成本。

　　MSPP良好的性能價格比使其成為從SDH體系向基于IP體系架構過渡的理想方案。由于與WDMN天然結合，MSPP從某種程度上也是Metro-DWDM的低成本解決方案之一。基于SDH的MSPP城域網可為IP平臺提供靈活的組網能力和網絡擴展能力，可采用POS方案，DPT方案和集成方案來構建。它比較適合具有傳統SDH系統、主要進行話音和出租線路應用的電信級運營商，有助于他們向提供混合型多業務(TDM、ATM和其它數據業務)的市場發展，實現與PSTN、ISP無縫互連。

　　目前全國各地的寬帶IP城域網已從最初的如火如荼的建設到現在的較為平穩的發展，現實的市場需求要求運營商對網絡技術的選擇、業務提供、設備的選擇一直到運營管理都要和投資回收建設成本乃至贏利緊密結合考慮。尤其是以太網接入作為一種有中國特色的接入手段，在目前用戶有強烈需求但規模效益不明顯的形勢下，如何使寬帶IP城域網骨干網的建設與擴容更有效的配合以太網接入網以獲得更大的收益，更是一個值得關注的問題。在這方面，要特別關注的是RPR的標準化過程，它肯定會使基于GE的多業務平臺成為寬帶IP城域網發展的一個趨勢。

----《通信世界》