FPGA實現(xiàn)100G光傳送網的設計
引言
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/156101.htm目前的網絡載荷不斷增大,供應商很難實施并管理他們的高級系統(tǒng)。為適應對帶寬不斷增長的需求,光傳送網(OTN)成為下一代骨干網絡。光纖迅速替代了銅線和其他介質,成為最快、最可靠的傳輸介質。
網絡最重要的兩方面是速度和可靠性。網絡必須一直保持暢通,必須很快。然而,網絡載荷一直在急速增長。數(shù)據(jù)是網絡承載的一小部分業(yè)務。語音和多媒體現(xiàn)在是網絡承載的主要業(yè)務。
如圖1所示,從2007年到2012年,IP總流量將增加6倍,幾乎每兩年就翻倍。2012年之前,流量每年增長522exabytes(1018,即zettabyte的一半)。這種指數(shù)增長的主要推動力量是高清晰視頻和高速寬帶消費類應用。
圖1 總流量帶寬增長
滿足寬帶需求
最終用戶不希望他們的網絡服務出現(xiàn)任何中斷。他們希望視頻會議有流暢的畫面和聲音,就像電視和電話一樣。OTN是唯一能夠支持100G以太網(GbE)LANPHY的骨干網傳送層技術,是下一代以太網標準,也是滿足速度和可靠性要求的唯一標準。在出現(xiàn)新技術之前,OTN將一直是主流標準,因為它速度最快,效率最高。OTN支持非常高的傳輸速度,而且還能夠靈活的擴容,以滿足未來的需求。
任何形式的電子通信都包括數(shù)據(jù)包或者分組數(shù)據(jù)流、用戶要發(fā)送的信息、傳輸介質,以及承載數(shù)據(jù)包所使用的傳送方式等。傳送速度越快,數(shù)據(jù)包到達越快。但是,問題出現(xiàn)在發(fā)送端和接收端,數(shù)據(jù)包到達太快,以至于來不及轉發(fā)出去。因此,為提高效率,通信企業(yè)采用了OTN。
100GOTN(OTU4)簡介
根據(jù)定義,由光傳送設備承載的100G傳送數(shù)據(jù)包能夠迅速完成任何類型100G數(shù)據(jù)的傳輸,其封裝格式是OTN或者以太網??偭髁糠植荚诔怯?、局域以及長途密集波分復用(DWDM)網絡上。目前ITU組織研究的重點是利用現(xiàn)有100G以太網規(guī)范,IEEE802.3ba,在現(xiàn)有40G和10G基礎設備上實現(xiàn)100GOTN。這能夠滿足越來越高的帶寬需求,降低系統(tǒng)復雜度,減少了用于管理的波長,提高了頻譜總效率,最終降低了成本。根據(jù)定義,目前實現(xiàn)的100G以太網覆蓋距離比100G傳送網要短一些,一般為40km。100G以太網和100G傳送網有相似的目標,即,尋找以低成本實現(xiàn)高性能快速鏈接的方法。
OTN含有的網絡功能和協(xié)議要求能夠滿足這些需求,以系統(tǒng)方式在光介質上傳輸信息。本文重點介紹通過光纖承載傳送網和以太網載荷。建立同步數(shù)字體系(SDH)等OTN機制也在這一定義范圍之內,但是我們主要關注LAN到WAN的應用,特別是40GbE和100GbE應用(802.3ba)。出于這一標準化以及工作規(guī)劃的目的,所有OTN新功能以及相關技術都被認為是電信標準局(ITU-T標準)的工作范疇。
根據(jù)G.872建議要求,OTN包括由光纖鏈路連接的光網絡單元(圖2所示),能夠提供光通道承載客戶信號的傳送、復用、路由、管理、控制和生存等功能。
圖2 OTN層和網絡組成
OTN一個獨特的特性是它支持任何數(shù)字信號的傳輸,與具體客戶業(yè)務無關(即,客戶業(yè)務無關性)。根據(jù)G.805建議對通用功能模型的描述,OTN邊界位于光通道/客戶側適配層之間,包括具體服務處理,不包括具體客戶處理,如圖3所示。
圖3 客戶側匯集的各種協(xié)議使得OTN成為高性價比通用基本結構
在光通道上實現(xiàn)這一靈活的客戶應用系統(tǒng)時,FPGA扮演了重要角色。從OTN實施的角度看,它匯集各種獨立端口的數(shù)據(jù),提供所需要的帶寬。表1所示為當前OTN標準所支持的數(shù)據(jù)速率。OTU4將增加100G的線路速率。
表1 OTN數(shù)據(jù)速率
傳送網承載以太網幀
目前,以太網是專網和企業(yè)網絡的主要LAN技術,公共傳送網也支持新出現(xiàn)的多協(xié)議/多業(yè)務以太網。從IEEE802的一系列標準來看,ITU-T和其他組織還在討論公共以太網業(yè)務和幀傳送標準及其實施協(xié)議。以太網的主要構成是業(yè)務層、網絡層和物理層。
業(yè)務層
公共以太網業(yè)務層(對于業(yè)務供應商)包括不同的業(yè)務市場,拓撲選擇以及持有模型等。所采用的持有模型以及使用的拓撲類型定義了公共以太網業(yè)務。
根據(jù)所支持的三類業(yè)務,對拓撲選擇進行了分類,即線路業(yè)務、LAN業(yè)務和接入業(yè)務。線路業(yè)務本質上是點對點的,包括以太網專用和虛擬線路等業(yè)務。LAN業(yè)務本質上是多點對多點,包括虛擬LAN業(yè)務。接入業(yè)務本質上是分散式結構,支持一個ISP/ASP為多個客戶提供服務。(從公共網絡角度看,由于其相似性,線路和接入業(yè)務本來就是一樣的)。
業(yè)務層提供不同的服務質量。SDH等電路交換技術提供有保證的比特率,而MPLS等包交換技術提供各種服務質量,從盡力而為到有保證的比特率??梢栽谝蕴WMAC層以及以太網物理層提供以太網業(yè)務。
網絡層
以太網網絡層支持以太網業(yè)務端之間以太網MAC幀的端到端傳輸,由MAC地址區(qū)分業(yè)務端具體業(yè)務。以太網MAC層業(yè)務能夠以線路、LAN和接入業(yè)務的形式,通過SDHVC和OTNODU等電路交換技術,或者MPLS和RPR等包交換技術來實現(xiàn)。對于以太網LAN業(yè)務,可以在公共傳送網內部實現(xiàn)以太網MAC橋接,將MAC幀轉發(fā)到正確的目的地址。以太網MAC業(yè)務不限于IEEE標準定義的物理數(shù)據(jù)速率(例如,10Mbps、100Mbps、1Gbps、10Gbps、100Gbps),因此,能夠以任意比特率提供以太網MAC業(yè)務。
物理層
IEEE為以太網定義了一組明確的物理層數(shù)據(jù)速率,并提供一組接口選擇(電或者光)。以太網物理層在公共傳送網上透明傳輸數(shù)據(jù),使用透明GFP映射技術,將10GbEWAN等信號通過OTN傳送,或者將1GbE信號通過SDH傳送。以太網物理層業(yè)務是點對點的,總是采用標準數(shù)據(jù)速率。與以太網MAC層業(yè)務相比,它不夠靈活,但是延時很低。
采用運營商級以太網標準支持OTN
以太網最初雖然是設計用在LAN環(huán)境中,但現(xiàn)在已經廣泛應用在骨干網和城域網(MAN)中。以太網在多方面進行了改進,包括更高的比特率和長距離接口、基于以太網的接入網、虛擬網絡、更新能力、骨干網供應商橋接、可靠的保護技術、QoS流量控制和流量調理等,因此,它能夠作為網絡運營商的承載網。此外,以太網很容易實現(xiàn)多點對多點鏈接,在現(xiàn)有點對點傳送技術下,需要n×(n-1)/2路鏈接。
如圖4所示,運營商級以太網將以太網從LAN擴展到WAN,嘗試進入整個通信支撐系統(tǒng)中。其目的是為用戶提供WAN技術將站點鏈接起來,其方式與運營商以前采用的ATM、幀中繼和X.25技術相似。運營商級以太網不是LAN采用的以太網,例如,客戶在桌面以及服務器房間中使用的以太網。
圖4 運營商級以太網多協(xié)議標簽
不久前剛開始從以太網向運營商級以太網傳送技術的過渡。目前為止,ITU-T提供了構建基于以太網業(yè)務的運營商網絡系統(tǒng)選擇。ITU-T建議由傳送承載以太網(EoT),采用PDH、SDH或者OTN等傳統(tǒng)的承載技術來進行傳送。
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