城域網的發展方向

2019-11-03 19:23:56

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

蔣林濤

　　城域網建設的投入大、問題多、困難多是運營商最為關注和急于解決的問題。正因為運營商極為關注，制造商的商機大，因而城域網的新技術在不斷推出，達到令人眼花繚亂的程度。但是，目前推出的技術雖多，卻沒有一種技術可以滿足運營商的全部需求，因而城域網技術也是運營商最為困惑、最難確定的。

　　不同的電信運營商因其所擁有的資源不同，對城域網技術、設備有不同的要求，導致目前城域網的發展方向不能唯一確定；但是，用一個網絡來承載眾多業務，使運營成本最小化，則是他們的共同的要求。雖然目前還沒有一種技術能滿足運營商在可見的將來業務發展的需要，但市場的需求將會促進城域網技術的發展，并最終走向一致。

　　隨著國內寬帶接入的快速發展，城域網已成為運營商對市場快速反應和有效擴展業務的瓶頸，由此國內正在掀起建設城域網的高潮。目前，城域網技術成了電信制造業和運營業重點關注的問題。

城域網的定義

　　城域網是一種主要面向公眾電信用戶的、最大可覆蓋城市及其郊區范圍的、可提供豐富業務和支持多種通信協議的公用網，在地理位置上網絡覆蓋一個城市（該城市一般屬于行政地級市以上的城市）市區和近郊區及其所轄的所有縣市（考慮到網絡扁平化結構等實際情況，也可做適當擴充，地理上覆蓋若干個地級城市）。

　　一個完整的城域網在垂直方向上由城域傳送網、城域承載網、城域業務/應用網及支撐網（如信令網、同步網、管理及用戶支撐系統）組成。城域傳送網和城域分組承載網共同構成了整個城域網的基礎承載平臺。城域業務/應用網是整個城域網各種業務和應用的提供平臺，由具體的業務與應用系統組成，如城域會議電視網、城域ip電話網、城域遠程教育網等。目前大家經常提及的城域網通常指由城域傳送網和城域分組承載網共同構成的基礎承載平臺。

　　城域傳送網、城域承載網在水平方向一般可分為核心部分（網）、匯聚部分（網）和接入部分（網）等。對于中小規模的城域網，則可以簡化為兩層，只有核心層、匯聚層（匯聚層與接入層綜合在一起），或者是只有核心層（匯聚層）與接入層（匯聚層與核心層綜合在一起）。

　　目前傳送網的作用主要是向業務承載網的節點設備提供連接專線，光纖、波長可以提供高速、大帶寬的點對點專線；SDH VC可以提供中、高速，大帶寬的點到點專線；ATM PVC可以提供中速、高速的點到點專線；幀中繼、DDN提供中、低速專線，以上的專線均可以提供長途遠程專線。雙絞線、同軸線等能提供用戶與局端連接專線，從形式上來說長途遠程專線和本地近程專線有巨大的差異，但從本質上來說，兩者對業務承載網都是連接其節點設備間的連接專線，它們都不參與業務信息元的交換或路由，從這個意義上說，傳送網這一層可厚、可薄，最薄的傳送層只剩光纖。

　　承載網完成業務信息元的交換或路由，將業務信息元從源端送達目的端。

影響城域網走向的主要因素

1.業務的多樣化和綜合化趨勢影響城域網發展方向

　　業務的多樣化是運營商商業運作的需要，也是社會信息化帶來的用戶需求；業務的綜合化是技術發展的必然產物，多媒體業務是下一代的主流業務已是業界的共識。業務的多樣化和綜合化趨勢要求網絡有能力承載寬帶業務與窄帶業務，還要有能力承載實時業務與非實時業務，理論與實踐都表明能夠承載上述4類業務的網目前只能是基于分組交換技術的網絡。ATM做過嘗試，沒有成功；IP技術正在做嘗試，目前看來很有可能成功，IP電話的突破，表明電話業務分組化技術可行、商業上也可行；視訊業務的全IP化已成定局；實時業務的全IP化已無障礙，商業運營已接受，非實時業務已經實現全IP化；從業務綜合的角度來看IP技術已經獲得成功。因而從業務發展來看，IP技術是發展的方向。

　　網絡是用于承載業務的，網絡與業務的適配將最大限度地發揮網絡優勢，業務的發展走向直接決定了網絡的發展方向，因而城域網的走向將是發展IP城域網。但是，目前的IP網是完全建立在Internet設計理念的基礎上，在服務質量、安全等問題上存在嚴重的不足，無法用于建設運營商信任的商用網，過去3～4年來沒有得到具有實質意義的進展，嚴重影響了電信運營商使用IP網的信心，也影響確定城域網技術的走向。

2. TDM的大量存在將影響城域網技術的走向

　　下一代城域網應該能夠綜合寬帶、窄帶、實時、非實時業務，而TDM資源調度困難，很難實現對寬帶和窄帶業務的綜合。此外，TDM對于具有突發特征的非實時業務并非最佳方案，因而TDM不是下一代城域網技術的發展方向。然而，由于基于TDM技術的傳統電話是電信運營商業務收入的主體，因此TDM的大量存在將影響到城域網技術的走向。

　　對電信運營商來說，充分利用“存量資源”、有效使用“增量資本”、使新增資金效益最優化，追求網絡的綜合化和最簡化、減少網絡種類、降低運維成本是至關重要的。但是，不同電信運營商因其掌控的資源不同，對城域網的考慮也不相同，這就影響他們對城域網發展方向的判定，從而影響城域網發展方向的確定。運營商擁有的資源不對等性，過渡時期技術的多樣性、不確定性以及業內技術觀點的離散性，都為城域網的發展方向帶來了不確定性。服務質量問題、安全問題、接入論證和信任關系、面向連接與不面向連接、業務匯集點與業務控制問題和商業模型等問題，現有的技術難以給出令各方面都滿意的結果，實際上嚴重地影響著城域網技術走向的確定。過渡時期對新業務監管不能及時到位，并且新業務發展中存在諸多不確定因素，同樣會影響城域網發展方向的確定。

城域傳送網技術

　　在目前電信網中，傳送網有兩個用途：一是作為業務承載網的節點設備提供連接專線。從本質上講傳送網無需建全程網，為了能有效地提供長途專線（國際、國內和本地），可以構建若干個網，在管理系統的支持下，用配置的方式向業務承載層提供可靠的連接專線。二是傳送網負責對匯聚的業務信息（元）群路進行交換或路由。在這種場合下，傳送網是需要成網的（但仍然不需要有全程網），它可以對主干業務信息（元）群路進行交換或路由，或對本地（城域）業務信息（元）群路進行交換或路由。

　　對于城域傳送網來說，它的主要作用是為承載網提供可靠的數據專線。目前城域傳送網常用的技術主要有：光纖、WDM（包括CWDM，DWDM）、SDH、RPR，很顯然，以上這些技術主要是用于提供粒度大小不同的數據專線，屬于典型的城域傳送網。

　　MSTP以及GFT則是另外兩種技術。MSTP最初是傳送網，它在SDH技術的基礎上增加了一些技術措施，可以同時提供TDM專線和分組專線。目前MSTP在向承載網發展，將愈來愈多的承載網內容加在MSTP的節點設備中。從邏輯層面來看，SDH與GFP屬于傳送層，以太網交換屬于業務承載層，目前MSTP將邏輯上獨立的兩層設備，物理上放在一個節點設備中。除此之外，業內最新提出一種通用幀傳送（GFT）的技術思路。

1.基于MSTP的城域網技術

　　傳統電信運營商擁有大量TDM資源，傳統電話在國內大部地區還是業務收入的主要來源，基于SDH的MSTP將是今后幾年城域傳送網建設的重點。它對傳統SDH設備進行了改進，在SDH幀格式中提供不同顆粒的多種業務、多種協議的接入、匯聚和傳輸能力，是目前城域傳送網最主要的實現方式之一。

　　第一代MSTP技術是將以太網信號直接映射到SDH的虛容器（VC）中，進行點到點傳送；提供以太網透傳租線業務，業務粒度受限于VC，一般最小為2Mbit/s；不能提供不同以太網業務的QoS區分；不提供流量控制；不提供多個以太網業務流的統計復用和帶寬共享；保護完全基于SDH，不提供以太網業務層的保護。

　　第二代MSTP技術是在一個或多個用戶以太網接口與一個或多個獨立的基于SDH虛容器的點對點鏈路之間，實現基于以太網鏈路層的數據幀交換。第二代MSTP可提供基于802.3x的流量控制、多用戶隔離和VLAN劃分、基于STP的以太網業務層保護、基于802.1p的優先級轉發。第二代MSTP也有一些缺點：不能提供良好的QoS支持；無法很好地取代利潤豐厚的租線業務；基于STP的業務層保護時間太慢；業務帶寬粒度也受限于VC，一般最小為2Mbit/s；VLAN的4096地址空間使其在主干節點的擴展能力很受限制，不適合大型城域公網應用；節點處在環上不同位置時，其業務的接入是不公平的；MAC地址學習/維護以及MAC地址表影響系統性能；基于802.3x的流量控制只是針對點到點鏈路；多用戶/業務的帶寬共享是對本地接口而言，還不能對整個環業務進行共享。

　　第三代MSTP技術的主要特征是引入了中間的智能適配層（1.5層）、采用通用成幀規程（GFP）高速封裝協議、支持VC虛級聯和鏈路容量自動調整（LCAS）機制，因此可支持多點到多點的連接、具有可擴展性；支持用戶隔離和帶寬共享；支持QoS、SLA增強、阻塞控制以及公平接入。

　　智能適配層：以太網新業務的QoS要求推動著MSTP向第三代發展。從第一代和第二代MSTP的以太網業務支持上看，不能支持良好QoS的一個主要原因是現有以太網技術是無連接的，尚沒有足夠的QoS處理能力。為了能將真正的QoS引入以太網業務，需要在以太網和SDH間引入一個中間的智能適配層來處理以太網業務的QoS要求。從目前的技術發展來看，該中間層主要有兩種，分別是MSTP和彈性分組環（RPR）。

　　通用成幀規程（GFP）：GFP是一種先進的數據信號適配、映射技術，可以透明地將上層的各種數據信號封裝為可以在SDH/OTN傳輸網絡中有效傳輸的信號；GFP有二類映射方式，即幀映射（GFP-F）和透明映射（GFP-T）。GFP吸收了ATM信元定界技術，數據承載效率不受流量模式的影響，同時具有更高的數據封裝效率，它還支持靈活的頭信息擴展機制來適配各種傳輸。

　　VC虛級聯和LCAS：虛級聯的主要優勢是僅要求通道兩端的設備支持虛級聯，并且可大量節省傳輸帶寬，因此為SDH傳送網提供了一種更加靈活的通道容量組織方式，以更好地滿足數據業務的傳輸。

　　鏈路容量自動調整（LCAS）機制：為了滿足帶寬需求，在VC虛級聯的源和宿適配功能之間提供一種無損傷的增加/減少電路容量的控制機制，它也可將部分失效鏈路移出。因此，在LACS技術的支持下，SDH網絡可根據業務流量模式對所分配的虛容器傳輸帶寬進行動態調整而不中斷業務。

　　具有二層交換的MSTP技術在城域傳送網的匯聚和接入層用途較廣，主要完成大量的TDM和以太網業務的收集和匯聚功能。內嵌RPR功能的MSTP技術主要應用于城域傳送網的匯聚層，通過RPR來實現帶寬分配和擁塞控制，該技術還為多種業務提供不同層次的環網保護能力。

　　近期，我國電信運營商的盈利業務大部分是TDM業務，因此基于SDH的MSTP設備的應用和發展潛力巨大，使用范圍廣泛，在未來二、三年內仍將在城域光傳送的建設中占據主導地位，并且市場應用需求更多地集中在城域光傳送網的匯聚層和接入層。

2. GFT技術

　　GFT技術是建立在對三種基本的數據傳輸技術進行深入分析的基礎之上，目前最常用的三種基本的數據傳輸技術有以下幾種。

　?、贅蚪樱˙ridging）：橋接技術由IEEE802.1工作組進行標準化。是一種即插即用技術，因此管理比較簡單。該技術的不足之處是由于網絡中無用鏈路的存在而導致效率低下，且缺乏快速保護機制。

　?、诼酚桑≧outing）技術：路由技術主要是由IETF進行標準化。該技術的特點是有效使用網絡資源，且相對簡單，但缺乏快速保護機制和有效、簡單的QoS支持，不具備即插即用的特性。在當前的傳送網中，沒有采用路由技術。

　?、劢粨Q（Switching）:是以ATM技術與MPLS技術為代表的技術。其特點是可以有效使用網絡資源，具備有效的QoS支持，可以實現快速保護，但是連接建立、拆除和維持通信的過程復雜，不具備即插即用特性。

　　到目前為止，上述三種基本的數據傳輸技術是互斥的，在一個給定的網絡中只能用一種技術，業務提供者必須選擇三種基本數據傳輸技術的一種來滿足現在和將來業務的需要。這三種基本的數據傳輸技術要實現相互轉移就意味著整個網絡要進行升級。

　　通用傳輸幀（GFT）提供一種有效、簡單的數據幀格式。該技術不僅具有即插即用能力，而且運營者或節點管理者無須執行連接的建立事宜。GFT技術采用上述三種技術的優點集合而成，因而這種方式是最為有效的，它將所有三種基本的數據傳輸技術統一到一個幀結構中，可以方便地交叉使用，能充分發揮三種技術的優點。業務提供者只需用一種網絡，而無須在三種網絡中做出選擇。GFT技術是在不同環境條件下使用最為有效的數據傳輸機制。

　　此外，GFT用下述機制提供增強的不面向連接技術：

·運行網和用戶網拓撲分離；

·對所有三種基本的數據傳輸技術提供保護機制；

·在數據傳輸中支持路由技術，同時利用橋接技術提供即插即用特性。

　　GFT是一種新的技術思路，它創新性地將三種數據技術結合在一起，取其長而避其短，是一種很有前景的技術。城域承載網技術

　　目前城域承載網主要有基于以太網的城域網技術、基于純IP網（包括路由器和三層交換機）的城域網技術、基于ATM+IP的城域網技術和GFT技術。

1.基于以太網的城域承載網技術

　　基于以太網的城域承載網的本質就是IP over Ethernet。以太網技術發展很快，其主要進展是傳輸速率的提高，10Mbit/s，100Mbit/s，1000Mbit/s和10Gbit/s以太網在技術上一脈相承，有很好的繼承性和兼容性，在傳輸速率、能力上不斷進取。在技術上，生成樹、快速生成樹產生即插即用的工作特點；集線器、交換機、VLAN、用戶接入論證、資源優先隊列等技術不斷發展。基于以太網的城域承載網的不足之處在于路徑最優問題（生成樹不是最優路徑）、業務隔離和安全問題、資源控制和服務質量問題、可維護和管理問題、可靠性問題及快速保護和倒換技術。因此，雖然基于以太網的城域承載網建網成本低，但至今還沒有大型城域網的案例。

2.基于純IP網的城域承載網技術

　　從理論上講，分組交換技術能夠綜合實時業務與非實時業務、寬帶與窄帶業務，是實現電信業務綜合的最佳技術。IP技術采用不面向連接的工作方式，簡化了信令，克服了節點設備復雜化的問題。隨著光纖通信技術的發展，DWDM的大量商用，使得傳輸資源不再緊缺和昂貴，IP技術與傳送網技術的發展是匹配的。因此，基于IP技術的分組數據通信技術應該是下一代電信網的核心技術。

　　近3～4年電信業務及電信網的IP化之所以沒有取得預期的效果，其根本原因是電信界的專家盲從于Internet模式，將基于Internet設計理念的IP網不加改變地搬來，試圖在其上加載電信業務，來實現電信網的過渡，而不考慮二者之間設計理念的巨大差異和Internet在設計上的固有缺陷。既然要將IP技術用于電信網，就不能不考慮電信網的特點、電信網的要求與其商業目的，就不能不對Internet與電信網設計理念上的差異進行深入研究，以此來改造IP網，使之成為真正能用于電信目的的IP網，這將是下一代電信網的方向，即IP電信網。

　　目前國內大量城域網采用的是基于純IP網的城域網，這種網絡由路由器和三層交換機組成。此方案的最大問題在于，基于Internet的IP網有若干關鍵問題沒有解決，如安全問題、服務質量問題、商業模式問題等。該方案與業務（IP業務）的發展是適宜的，但技術上必須要有創新。

3.基于ATM+IP的城域承載網技術

　　由于業務的IP化趨向，ATM已不可能到達網絡邊緣，因此發展ATM業務已無可能。由于IP網在安全、服務質量方面存在嚴重缺陷，而業務的發展又對IP網的安全、服務質量提出了更高的要求。因此，IP網技術支持業務的能力和現實業務需求之間有著巨大的差距。在不能改進IP網技術的情況下，為了滿足業務發展對網絡的要求，設備開發商和系統集成商提出了“2層＋3層”的IP網過渡性結構體系，即用ATM的PVC組成若干個資源獨立的虛擬專網（VPN）。由于ATM的VPN具有很好的資源獨立性，可以確保用戶所需的傳輸資源，同時具有很好的信息隔離性，以此來保證業務網之間的安全性，這構成了所謂的“第2層”體系；在ATM的虛擬專網（VPN）的基礎上，建立物理上完全獨立的路由器網，構成若干個物理上完全隔離的路由器網，這些路由器網構成“第3層”架構。當然這里的路由器，可以是物理路由器也可以是ATM邊緣交換機上的虛擬路由器，它們的本質是一樣的。很顯然在“2層＋3層”的IP網體系結構中，ATM是一種補救措施。從技術層面來講，這種設計是不合理的，造成功能的重復和設備上的重疊，傳輸和處理的開銷加大。目前，國內大量城域網是采用此技術建設的。這種方案雖然可行，但問題也很多，主要是二層設備（ATM、IP）間功能重疊，建網成本高，可擴展性差。該方案只是一種過渡型方案，一旦IP網的技術問題得到解決，該方案將不會存在。

結束語

　　目前的TDM業務是過渡性業務，不是發展方向，對于傳統電信運營商而言，在TDM資源占優勢的地方，應采用重疊網技術；而新電信運營商不宜再用TDM技術，因而TDM不應該影響城域網未來發展的走向。

　　目前城域網技術發展很快、種類繁多，但方向并不明朗，大部分技術是過渡技術，這要引起運營商和制造商的高度重視，否則投入將得不到合理的產出。當前，業務的全IP趨向已經明朗，網絡的發展方向應符合業務的發展方向，未來城域網發展的走向應該是IP城域網。在城域網范圍內，城域傳送網具有與城域承載網合一的趨勢，雖然這方面技術尚為空白，但有很大的開拓空間。

摘自　信息網絡

上一篇：無線局域網關鍵技術研究

下一篇：下一代網絡協議解析