城域網新解決方案及比較

首先給出對下一代城域網的要求，接著重點闡述了城域網的三種新方案：Gbit以太網，基于標簽的光突發(fā)交換（LOBS）及彈性分組環(huán)（RPR）；并分析各種技術的優(yōu)缺點。

　 關鍵詞：以太網，光分組交換，LOBS，RPR。

　 Abstract ：First, we give the basic requirements for the next generation Metropolitan Area Network (MAN). Then，emphases will be put on characteristics and applications of major three solutions such as Gbit Ethernet ,Labeled Optical Burst Switching(LOBS) and Resilience Packet Ring(RPR). At last, we evaluate their performances.

　 Key words: MAN， Ethernet，LOBS， RPR .

1． 概述

　 　 目前城域網的主要問題首先是帶寬瓶頸。在用戶側,由于低成本吉比特以太網的出現(xiàn)和發(fā)展,局域網的速率上了一個大臺階。在長途網側,由于DWDM技術的發(fā)展,商用化系統(tǒng)的容量已達Ｔｂｉｔ／ｓ。而中間的城域網／接入網成為全網的帶寬瓶頸。其次是城域網存在多個重疊的網絡。一方面,目前多數(shù)運營公司通過ＳＤＨ和電路交換機提供語聲和專線業(yè)務,而通過ＳＤＨ和分離的幀中繼、ＡＴＭ和ＩＰ網提供數(shù)據業(yè)務,分離的網絡和網絡技術往往需要分離的網管系統(tǒng)和人員,以及不同的配置和計費系統(tǒng),導致高設備成本和高運行成本以及費時耗力的業(yè)務提供。另一方面,用戶必須通過不同的接入技術和線路獲取不同的業(yè)務,不僅麻煩,而且費用高。再有,目前城域網底層多數(shù)采用ＳＤＨ作傳送平臺,利用這種為電話業(yè)務設計的ＳＤＨ固定帶寬來傳送突發(fā)數(shù)據業(yè)務時不僅效率低下,而且改變帶寬往往意味著改變物理接口甚至改變了業(yè)務類型。這樣企事業(yè)用戶需要改變業(yè)務時常常不得不重新設計和重新建設網絡。
對下一代城域網的基本要求可以總結為:

　·希望采用單一公共平臺支持多協(xié)議多業(yè)務,中間層最少;
　·目前應該有效支持從電路交換網向分組網的過渡,將來應該對ＩＰ傳送最佳;
　·希望網絡的鏈路容量和節(jié)點數(shù)可以不受限擴展;
　·具有光的透明性,適應各種現(xiàn)有和將來可能出現(xiàn)的協(xié)議和業(yè)務;
　·具有拓撲靈活性,可快速擴展業(yè)務;
　·可以實現(xiàn)快速業(yè)務指配;
　·集成的、標準的、易用的網管系統(tǒng);
　·支持以傳統(tǒng)語聲業(yè)務為代表的實時業(yè)務;
　·價格低（包括初建和維護）。

2． Gbit以太網

　 事實上,以太網并不是一種純粹的新技術,而是一種老的新技術,主要用于企事業(yè)網絡。采用以太網作為企事業(yè)用戶接入手段的主要原因是已有巨大的網絡基礎和長期的經驗知識、目前所有流行的操作系統(tǒng)和應用也都是與以太網兼容的、性能價格比好、初始成本和運營成本均較低、擴展性好、容易安裝開通以及高可靠性等。以太網接入采用異步工作方式,很適于處理ＩＰ突發(fā)數(shù)據流,技術已有重要變化和突破（ＬＡＮ交換，星形布線,大容量ＭＡＣ地址存儲等）,與傳統(tǒng)的以太網相比,其面貌已大為改觀。特別是從共享媒質轉向了樞紐或星型結構并采用ＬＡＮ交換后,在相當程度上實現(xiàn)了計算機間的信息隔離。更重要的是使以太網從此轉向全雙工傳輸,消除了鏈路帶寬的競爭和潛在的碰撞機會。由于采用專用的無碰撞全雙工光纖連接,還可以使以太網的傳輸距離也大為擴展。近來以太網最重要的動向是向城域網乃至廣域網的擴展。從技術上看,以太網是一種很簡單的解決方案,只需要最少量的規(guī)劃、設計和測試工作。應用多年,為用戶熟悉,業(yè)務指配時間可以減少到幾個小時或幾天。其次,以太網是標準技術,互換互操作性好,具有廣泛的軟硬件支持,成本低。有人預測,在城域網和廣域網上,以太網成本可能只有ＳＤＨ和ＡＴＭ的２５%和１０%。最后,以太網是與媒體無關的承載技術,可以透明地與銅線對、電纜和各種光纖等不同傳輸媒體接口,避免了重新布線的成本。從結構上看,以太網正以前所未有的端到端解決方案面目出現(xiàn),消去了其他解決方案所必不可少的網絡邊界處的格式變換,減少了網絡的復雜性。其次,以太網是具有很好擴展性的解決方案,其速率可以從１０Ｍｂｉｔ／ｓ，１００Ｍｂｉｔ／ｓ，１Ｇｂｉｔ／ｓ一直擴展到１０Ｇｂｉｔ／ｓ。從管理上看,由于同樣的系統(tǒng)可以應用在網絡的各個層面上,因此,網絡管理可以大大簡化。此外,由于很多用戶已經熟悉了以太網,因此培訓工作簡化,新業(yè)務可以拓展得更快。近來,１０Ｇｂｉｔ／ｓ以太網的出現(xiàn)和發(fā)展使以太網技術能在基本保持傳統(tǒng)以太網幀結構的基礎上使容量又有了大幅度提升。而且還能與現(xiàn)有的ＳＤＨ網在１０Ｇｂｉｔ／ｓ速率上實現(xiàn)互操作,在歷史上首次提供了跨越局域網、城域網和廣域網的統(tǒng)一的開放的標準平臺。

　 然而,原來以太網是用于局域網的,ＱｏＳ不是個問題,當試圖擴展應用到公用電信網時需要提供隨用戶而異的ＱｏＳ,而目前以太網還沒有機制能保證端到端性能,無法提供實時業(yè)務所需要的ＱｏＳ和多用戶共享節(jié)點和網絡所必需的計費統(tǒng)計能力。其次,以太網原來是為局域網企事業(yè)用戶內部應用設計的,缺乏安全機制保證。即便有需求也是由高層協(xié)議來處理。當擴展到ＭＡＮ和ＷＡＮ以后,上述利用高層協(xié)議的處理方法就無法接受了,需要開發(fā)新的安全機制。第三,以太網主要用于小型局域網絡環(huán)境,網管能力很弱,且目前只有網元級的管理系統(tǒng)。而在公用電信網中,必須有效地運行和維護大規(guī)模的地理分散的網絡,需要有很強的ＯＡＭＰ能力和網絡級的管理能力和視野。第四,以太網交換機的光口是以點到點方式直接相連的,省掉了傳輸設備,無法提供故障定位和性能監(jiān)視,不支持環(huán)回測試方式,保護功能也難以實現(xiàn),光纖線路成本隨節(jié)點數(shù)增加而迅速增長。最后,盡管以太網作為局域網應用是一項久經考驗的技術,但是用于公用電信網特別是廣域網環(huán)境仍然是一項未經測試的新技術,其設備是否能提供大型電信級公用網所必須的硬件和軟件可靠性也需要實踐和時間的驗證?？偟目?只有妥善地解決了上述主要問題后,傳統(tǒng)以太網才能順利地應用于大型公用電信網環(huán)境。

3． 基于標簽的光突發(fā)交換（LOBS）

　 基于波長選路的光網絡仍然沒有擺脫電路交換方式的羈絆，交換粒度太粗（一般為波長級）。如果用它來承載以包為代表的呈爆炸式增長的數(shù)據業(yè)務，則缺乏靈活性且對光學帶寬的利用率極低。相反，雖然分組交換技術在靈活性和帶寬利用率方面表現(xiàn)出獨有的優(yōu)勢，而且能夠以非常細的交換粒度按需地共享一切可用的帶寬資源，但又由于光的分組+包交換一直面臨成本和一些難以克服的技術障礙，如分組同步技術、分組+包沖突（對資源的競爭）問題以及合理高效的交換結構和分組格式，因而一時也不能進入實用階段。過去對分組交換技術的研究主要集中在對長度固定的分組+包的交換技術上，但鑒于目前光信號處理技術尚未足夠成熟，因而無法實現(xiàn)全光分組交換的實際情況，同時為了克服交換中的電子瓶頸問題和提高帶寬利用率，目的在于傳輸和交換在光域里完成，路由和轉發(fā)在電域內對低速率控制信息進行處理。這時，一種基于標簽的光突發(fā)交換技術凸現(xiàn)出來，這種技術集光的電路交換和光的分組交換之優(yōu)點于一體，同時又有效克服和避免了二者的不足之處。

　 基于標簽的光突發(fā)交換技術仍是一種IP via MPLS over WDM技術。使用光突發(fā)交換技術的網絡中的基本數(shù)據交換/傳輸單元是由大量分組所構成的突發(fā)數(shù)據流。在這種網絡結構中有兩種光分組數(shù)據流：包含路由信息的控制分組和承載業(yè)務的數(shù)據分組?？刂品纸M中的控制信息要通過網絡節(jié)點的電子處理，而數(shù)據分組不需光電/電光轉換和中間節(jié)點的電子轉發(fā)，直接在端到端的透明傳輸信道中傳輸和交換?？刂品纸M在WDM傳輸鏈路中的某一特定信道中傳送，每一個突發(fā)的數(shù)據分組對應于一個控制分組，并且控制分組先于數(shù)據分組傳送，節(jié)點通過數(shù)據報或虛電路路由模式來為突發(fā)數(shù)據流指配空閑光信道，實現(xiàn)數(shù)據信道的帶寬資源動態(tài)分配。先一步傳輸?shù)目刂品纸M在中間節(jié)點為要傳輸?shù)耐话l(fā)數(shù)據流預定好了必要的網絡資源，并在不等待目的節(jié)點的確認信息（就像在EFA中的虛電路的建立過程）的情況下就立即發(fā)送該突發(fā)數(shù)據流。

　 這種將控制分組數(shù)據信道與控制信道隔離的方法簡化了突發(fā)數(shù)據交換的處理，且控制分組長度非常短，因此使高速處理得以實現(xiàn)。光突發(fā)交換技術只需要很少的處理和比純粹分組交換（由于是逐個分組地進行交換，所以對同步要求非常嚴格）低得多的同步開銷處理水平，就可以最充分地利用網絡的帶寬資源，因此在突發(fā)交換網絡中，節(jié)點的處理負荷相對于分組交換來說得到了大幅度的降低。

　　 突發(fā)交換與分組交換和電路交換技術相比較，有以下優(yōu)點：交換粒度大于分組交換小于電路交換；帶寬建立后無需目的端的確認，時延?。煌话l(fā)數(shù)據流直接通過中間的交換節(jié)點，而分組交換必須在每一個中間節(jié)點上進行存儲#轉發(fā)操作。

　 另外，光突發(fā)交換可設置突發(fā)數(shù)據流與控制分組之間的偏置時間（即數(shù)據流的等待時間），也就是在傳輸過程中可以根據鏈路的實際狀況用電子處理方式對突發(fā)數(shù)據流相對于控制分組的時延作調整，因而控制分組和數(shù)據流都不需要執(zhí)行光同步和光存儲，而且可以執(zhí)行QoS功能。可以看出，這種突發(fā)交換技術充分發(fā)揮了現(xiàn)有的光子技術和電子技術的特長，實現(xiàn)成本相對較低、非常適合于在承載未來的具有高突發(fā)性數(shù)據業(yè)務的局域網中應用；超大容量的光突發(fā)數(shù)據流交換技術同樣可用于構建骨干網和城域網。

　 基于標簽的光突發(fā)交換技術與多協(xié)議波長交換技術在吸收MPLS標簽交換技術方面的基本思路是一致的，所不同的主要是基于標簽的光突發(fā)交換使控制信道和數(shù)據交換信道分離，標簽信息在控制包中；而且這時在波長信道上所承載的數(shù)據是由多個IP包組成的突發(fā)數(shù)據流而不是單個數(shù)據包。在基于標簽的光突發(fā)交換網絡中，每一個控制包/分組由控制信息和標簽構成，并作為一個普通的IP包在運行了LDP而預先建立起來的一個基于標簽的光突發(fā)交換通路上被傳送，該通路就類似于標簽交換通路。在基于標簽的光突發(fā)交換入口節(jié)點將多個IP包組裝成突發(fā)數(shù)據流，然后該突發(fā)數(shù)據流就在由節(jié)點對控制包中的標簽進行處理后建立起來的相應波長通道上傳輸。在數(shù)據流的整個轉發(fā)過程中，都無需進行任何電子操作而完全在光域上執(zhí)行，其它的標簽操作均類似于多協(xié)議波長交換實現(xiàn)方案。