新型城域網(wǎng)八大新技術助力網(wǎng)絡優(yōu)化

 
IP城域網(wǎng)是一個城市地域范圍內的IP網(wǎng)絡，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。國內城域網(wǎng)從上世紀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，后逐步形成具有接入、匯接、核心等層次和單獨AS域的完整IP網(wǎng)絡。 

從目前網(wǎng)絡技術的發(fā)展趨勢看，通信網(wǎng)絡向IP的融合是不可逆轉的大趨勢，IP將成為各種通信應用統(tǒng)一的網(wǎng)絡平臺。英國老牌運營商BT正在打造其新一代統(tǒng)一網(wǎng)絡平臺(21世紀網(wǎng)絡)，中國電信也在建設其新一代的IP骨干網(wǎng)CN2，意圖作為下一代多業(yè)務承載平臺，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。城域網(wǎng)作為IP網(wǎng)絡最貼近用戶和業(yè)務的部分，其多業(yè)務承載能力，對于通信網(wǎng)絡的IP融合至關重要。以多業(yè)務承載能力的提升為目標的城域網(wǎng)改造優(yōu)化，將是未來幾年國內外電信運營商關注的重點。 

相對于骨干網(wǎng)，城域網(wǎng)規(guī)模龐大、技術復雜，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熱點問題進行探討和分析。 

網(wǎng)絡結構 

城域網(wǎng)網(wǎng)絡結構多遵循接入、匯接、核心三個層次的網(wǎng)絡模型進行設計和建設。該模型為園區(qū)網(wǎng)網(wǎng)絡結構模型，本質上是以太技術為基礎的，開放、松散的多點接入模型。在城域網(wǎng)建設之初，由于網(wǎng)絡結構簡單，業(yè)務控制能力要求不高，城域網(wǎng)本身就可以看作一個放大了的園區(qū)網(wǎng)，該結構模型有其合理之處。然而隨著業(yè)務和網(wǎng)絡發(fā)展，尤其是寬帶業(yè)務的跨越性發(fā)展，ADSL+寬帶接入服務器(BRAS)和PPPoE撥號接入的業(yè)務模式，極大的顛覆了三層網(wǎng)絡結構模型。BRAS設備的功能定位，體現(xiàn)了電信級IP網(wǎng)絡對用戶和業(yè)務的集中開通、控制、管理的需求，是松散的IP網(wǎng)絡向可管理、可控制、可維護的電信級IP網(wǎng)絡演進的關鍵環(huán)節(jié)，因此，也需要一個新的網(wǎng)絡結構模型，對城域網(wǎng)內各種功能模塊進行重新劃分和定位。 

目前國際上各標準化組織或行業(yè)論壇對于城域網(wǎng)網(wǎng)絡結構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個層次，由上到下分別是： 

核心層 

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

業(yè)務控制層 

IETF術語為N-PE，DSL論壇術語為Broadband network gateway，專指業(yè)務網(wǎng)關設備(如BRAS和業(yè)務路由器)組成的網(wǎng)絡層面，相對于核心層，業(yè)務控制層處于IP路由網(wǎng)絡的邊緣，是IP網(wǎng)絡和接入網(wǎng)絡的邊界，其主要功能是終結用戶的接入，并實現(xiàn)集中的業(yè)務提供、控制和管理(如實現(xiàn)PPPoE終結和認證、專線接入網(wǎng)關、MPLSPE、IGMP終結業(yè)務提供功能，以及業(yè)務分類、標記、速率限制和流量整形等業(yè)務控制功能)。 

匯聚層 

IETF和DSL術語都是Aggregation。匯聚層位于業(yè)務控制層之下，實現(xiàn)用戶物理或邏輯接入通道到業(yè)務網(wǎng)關的二層匯聚。如ATM網(wǎng)絡將ADSL用戶接入PVC匯聚到BRAS，從整個網(wǎng)絡結構來看，實現(xiàn)的就是匯聚層功能。目前，由于以太技術在用戶網(wǎng)絡和接入技術中的主導地位越來越明顯，以太匯聚也成為匯聚層的主導性功能，匯聚層的各種設備和技術，本質上都是為了實現(xiàn)用戶接入VLAN到業(yè)務網(wǎng)關的匯聚功能。 

接入層 

IETF術語為U-PE，DSL論壇術語為Access node。接入層由提供用戶物理接入的接入點設備組成，對于xDSL接入方式，為DSLAM；對于LAN接入方式，為接入交換機。接入層實現(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現(xiàn)復雜的IP接入控制功能。 

上述網(wǎng)絡結構模型，功能層次簡潔清晰，其關鍵點在于引入了專門的業(yè)務控制層，實現(xiàn)集中的業(yè)務提供、控制和管理。同時，業(yè)務控制層為二層網(wǎng)絡和三層網(wǎng)絡提供了清晰的界面，有利于網(wǎng)絡設備功能的專一化和簡單化，為實現(xiàn)城域網(wǎng)多業(yè)務承載能力，奠定了結構性基礎。 

接入技術 目前國內占主導的接入技術為xDSL技術，其中又以ADSL為主。ADSL技術自誕生起，選擇ATM作為其鏈路層技術，實現(xiàn)DSLAM到用戶CPE和BRAS之間的鏈路層傳送。由于ATM設備造價高、技術發(fā)展緩慢、網(wǎng)絡容量小，最主要因素是ATM與用戶CPE設備和城域網(wǎng)設備所采用的大量以太技術的錯位，使得ATM在DSLAM上的采用技術越來越不適應網(wǎng)絡和業(yè)務的發(fā)展。目前，DSL論壇已經開始大力推動DSLAM及其匯聚技術的以太化轉變，可以預見的是，以太內核和以太上行的DSLAM設備將成為主流。而采用以太作為上下用戶和網(wǎng)絡層鏈路層協(xié)議的VDSL技術的逐步成熟，更加體現(xiàn)了中近期以太技術在接入網(wǎng)內的主導地位。 

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

用戶定位和識別技術 

基于以太技術的接入和匯聚方式，為用戶定位和識別帶來了挑戰(zhàn)。用戶定位和識別是指業(yè)務網(wǎng)關及后臺系統(tǒng)對用戶物理定位信息的可獲知能力，具體到一個ADSL用戶，則為BRAS能夠獲取用戶所接入的ADSL用戶線的端口號，用于認證計費和授權中的用戶識別，防止盜號等事件的發(fā)生。傳統(tǒng)的基于ATM技術的ADSL接入，用戶線端口信息會綁定到單獨的ATM PVC傳遞到BRAS，實現(xiàn)用戶識別和定位。在以太環(huán)境中，由于VLAN數(shù)量的限制，難以實現(xiàn)每個用戶到一個單獨的VLAN的綁定，而是采用多用戶共用一個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空間結構，擴展VLAN字段，從而保證每個用戶采用單獨VLAN接入BRAS，采用類似ATM VP/VC機制，實現(xiàn)用戶標識的唯一性。同時為每個用戶建立到BRAS的單獨虛通道，實現(xiàn)虛通道層面上的用戶區(qū)分和隔離。VLAN堆疊作為IETF標準，設備支持程度高，與控制層面無關，尤其是在實現(xiàn)用戶定位和識別的同時，完成了用戶隔離，是較為理想的選擇。但在應用部署上，還面臨VLAN規(guī)劃的復雜性等挑戰(zhàn)。 

其余幾種方式，都是采用修改控制層面協(xié)議和技術的方式，即在用戶認證過程中，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備和認證協(xié)議，有些作為專利技術，設備支持程度有限，而且無法同時實現(xiàn)用戶隔離，從長遠來看，不是最佳選擇。 

以多業(yè)務承載能力的實現(xiàn)為目標的城域網(wǎng)優(yōu)化改造，是一個長期、漸進的過程，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)務開展、企業(yè)互聯(lián)VPN實現(xiàn)等，作為城域網(wǎng)多業(yè)務承載的關鍵，有待于進一步的研究、探討和實踐。 

匯聚層技術 匯聚層主要實現(xiàn)基于以太的匯聚，其可選的技術包括以下幾種：純粹以太技術，Ether over SDH(即MSTP)和Etherover MPLS(即VPLS)。純粹以太技術采用以太交換機樹狀拓樸組網(wǎng)，設備價格低廉，網(wǎng)絡邏輯拓樸和物理拓樸偶合度高，可擴展性良好，在OAM、QoS、網(wǎng)絡保護等方面的改進，使其成為近期內匯聚層技術的最佳選擇。MSTP目前存在設備價格較高，擴展性不盡人意的弱點，但其優(yōu)秀的網(wǎng)絡保護能力和采用時分機制進行QoS保證的能力，作為在QoS和網(wǎng)絡可用性方面有較高要求的客戶和業(yè)務的匯聚方式，有其明顯的優(yōu)勢。 

VPLS采用IP技術作為其底層傳輸手段，可以在樹狀拓樸下實現(xiàn)基于IP路由的靈活的路徑選擇和網(wǎng)絡保護，并能夠解決VLAN空間擴展的問題，然而技術成熟度、標準化程度和設備價格上的弱點，使得VPLS在近期內難以作為主要的匯聚層技術實現(xiàn)大規(guī)模應用。