光以太網(wǎng)技術及在城域光網(wǎng)絡的應用

光以太網(wǎng)技術是現(xiàn)在兩大主流通信技術的融合和發(fā)展：光網(wǎng)絡和以太網(wǎng)的融合。它集中了以太網(wǎng)和光網(wǎng)絡的優(yōu)點，如以太網(wǎng)應用普遍、價格低廉、組網(wǎng)靈活、管理簡單，光網(wǎng)絡可靠性高、容量大。光以太網(wǎng)的高速率、大容量消除了存在于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間的帶寬瓶頸，將成為未來融合話音、數(shù)據(jù)和視頻的單一網(wǎng)絡結構。光以太網(wǎng)技術是構建寬帶城域光網(wǎng)絡的主流技術之一。

1、光以太網(wǎng)的提出

如今，企業(yè)和運營商都希望降低成本、增加收入：(1)對企業(yè)來說，電子商務環(huán)境給企業(yè)帶來了滿足客戶需求和增加收入的機會。企業(yè)能夠通過網(wǎng)絡實時的聯(lián)系客戶、合作伙伴以及供應商。然而，雖然企業(yè)對網(wǎng)絡的需求在不斷的增長，但是對網(wǎng)絡的投資卻沒有同步增長。企業(yè)希望花更少的錢獲得更多的服務，以最大限度的節(jié)約企業(yè)的成本;(2)對于運營商來說，目前網(wǎng)絡建設主要考慮的是如何在支持已有業(yè)務的同時獲得最大的利潤。城域網(wǎng)的接入帶寬瓶頸、速率不匹配以及多協(xié)議的轉換等問題使得運營商難以提供企業(yè)用戶所要求的接入速率。

光以太網(wǎng)概念的提出解決了上述問題，同時也給寬帶城域網(wǎng)的建設帶來了革命性的變化。現(xiàn)在的城域網(wǎng)是基于SDH體系結構的。SDH最初是為面向低速、電路交換的語音業(yè)務而設計的，可保證良好的QoS性能，提供50ms的電路保護倒換時間;缺點是SDH設備價格昂貴，用于數(shù)據(jù)業(yè)務時不夠靈活、效率低下。而光以太網(wǎng)是基于目前應用非常普遍、技術成熟的以太網(wǎng)技術，并對網(wǎng)管和流量工程等方面的功能進行了加強，以便滿足城域網(wǎng)對數(shù)據(jù)速率和傳輸距離的要求。當運營商構建光城域以太網(wǎng)后，就可以直接在骨干層提供以太網(wǎng)端口，實現(xiàn)與局域網(wǎng)的無縫連接。

2、光以太網(wǎng)的優(yōu)勢

以太網(wǎng)技術是1970年由Xerox公司提出的，最初通過同軸電纜讓用戶共享10Mbit/s帶寬。后來，以太網(wǎng)很快發(fā)展到通過無屏蔽雙絞線傳遞，并采用交換機給用戶提供10Mbit/s的專線連接。今天，交換式以太網(wǎng)可將100Mbit/s的專線帶寬傳送到桌面，很快還會實現(xiàn)千兆(Gbit/s)到用戶。因快速、廉價、容易使用，這種“即插即用”的技術已成為90%以上的企業(yè)局域網(wǎng)(LAN)的標準技術。

無論是專網(wǎng)還是公網(wǎng)，都可以應用光以太網(wǎng)。它可以配置為點對點、網(wǎng)狀或者環(huán)形拓撲結構，可以應用于局域網(wǎng)、城域網(wǎng)以及廣域網(wǎng)。應用光以太網(wǎng)技術帶來的優(yōu)點有：

(1)解除了帶寬瓶頸光以太網(wǎng)以其本身具有的格式和速度傳輸端到端的LAN業(yè)務，不必進行協(xié)議轉換，也無須降低速率，從而打破了存在于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)間的帶寬瓶頸。

(2)可靠性高光以太網(wǎng)技術將在LAN中已證明過的以太網(wǎng)的健壯性和在MAN、WAN中眾所周知的光纖傳輸?shù)膬?yōu)點結合起來，可以提供5個9級別的可用性。EthernetoverRPR(EoRPR)可以在災難性故障發(fā)生時保證50ms的保護倒換時間。

(3)安全性好一旦進入光纖以太網(wǎng)網(wǎng)絡，終端用戶的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀就被封裝起來以保護所傳的數(shù)據(jù)，并與其它用戶業(yè)務數(shù)據(jù)流隔離。

(4)擴充性好由于流量和帶寬已經(jīng)增加了，以太網(wǎng)技術標準也進展到更高的速率，然而它還保持著與現(xiàn)有網(wǎng)絡結構的兼容性。

(5)端口價格低廉由于目前以太網(wǎng)已在企業(yè)和園區(qū)網(wǎng)中廣泛使用，其硬件成本非常低，技術非常成熟，從而大大降低了運營商的網(wǎng)絡建設成本。如千兆以太網(wǎng)端口的價格只有ATM和SDH端口的1/4，而即將推出的10Gbit/s以太網(wǎng)端口的價格約為SDH端口的1/7。

(6)網(wǎng)絡的效率高傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡采用復雜的多層架構(如IPoverATM、IPoverSONET和IPoverDWDM等)，這種架構的缺點是：一方面，ATM和SDH設備價格非常昂貴，增加了運營商的成本;另一方面，當數(shù)據(jù)在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間傳輸時，需要通過路由器進行復雜的協(xié)議轉換，因此會增加網(wǎng)絡開銷、降低傳輸效率，并且還帶來了延遲和抖動。光以太網(wǎng)是端到端的以太網(wǎng)，數(shù)據(jù)在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間傳輸時不需要進行協(xié)議轉換，因此可以大大提高傳輸效率。

(7)互操作性強光以太網(wǎng)是已定義好的公用技術，它使多廠家的設備在LAN、MAN和WAN中具有互操作性，有利于端到端的兼容。

(8)帶寬管理光以太網(wǎng)可以在數(shù)據(jù)包的級別上實現(xiàn)帶寬管理，而不必指定某個特定端口。運營商可以按照不同的業(yè)務分配不同的帶寬，從1到 1000Mbit/s可調(以1Mbit/s為增量單位)。企業(yè)可以用單個10/100/1000Mbit/s以太網(wǎng)端口取代多個E1或E3速率的WAN 連接。

(9)新業(yè)務機會光以太網(wǎng)可以提供兩類重要的業(yè)務：運營商直接提供給最終用戶的業(yè)務和運營商提供給其它運營商的業(yè)務。

3、光以太網(wǎng)在城域網(wǎng)中的應用

(1)城域網(wǎng)面臨的問題

目前，用戶可以選擇的接入手段基本上是基于銅線的各種接入方式，速率介于kbit/s和Mbit/s之間，它已經(jīng)無法滿足用戶日益增長的需求。在個人用戶方面，用戶已不僅僅滿足于對Internet的慢速瀏覽，VOD、網(wǎng)絡電視等有較高帶寬需求的應用，也吸引著用戶和內容提供商。

另一方面，超過95%的用戶使用以太網(wǎng)連接其內部網(wǎng)絡，而目前的接入網(wǎng)迫使用戶必須購買昂貴的路由器才能連接電信接入網(wǎng)。協(xié)議的轉換也帶來了大量額外的開銷。運營商選擇ATM和SDH/SONET傳輸IP業(yè)務主要考慮到網(wǎng)絡可擴展性、可靠性以及技術的成熟性。這些方式固然有其眾多優(yōu)點，但在將第2層數(shù)據(jù)映射到第1層的帶寬的管理上有明顯缺點。從傳輸角度看，他們基于“專線”的方式，需預先確定傳輸所需的帶寬，數(shù)據(jù)進入骨干網(wǎng)遵循傳統(tǒng)TDM網(wǎng)絡的規(guī)律，其顆粒度可能是E1、E3、STM-1或STM-4，甚至更高。這些方式導致了光傳輸帶寬的浪費。

(2)城域光以太網(wǎng)方案

光以太網(wǎng)技術將以太網(wǎng)的優(yōu)越性擴展到了城域網(wǎng)，提供端到端的以太網(wǎng)連接而無需多協(xié)議的轉換。光以太網(wǎng)能夠解決城域網(wǎng)所面臨的上述問題，為運營商構建新一代的寬帶城域網(wǎng)絡，以滿足市場對帶寬的巨大需求。

光以太網(wǎng)能用不同類型的以太網(wǎng)傳輸，其中包括：裸光纖以太網(wǎng)(EthernetOverFiber)、彈性分組環(huán)以太網(wǎng)(EthernetOverRPR)和DWDM以太網(wǎng)(EthernetOverDWDM)。無論部署哪種類型的傳輸網(wǎng)絡，都可利用以太網(wǎng)的簡單性和經(jīng)濟性來提供高效的業(yè)務。

EOF

EoF(Ethernetoverfiber)是常見、便捷的光以太網(wǎng)模式，它可支持10Mbps～10Gbps的速率，支持點到點和網(wǎng)狀網(wǎng)的連接方式。EOF是一種極具成本效益和高性能的光以太網(wǎng)解決方案，傳輸距離可達70公里。

EORPR

RPR(彈性分組環(huán))是適用于多業(yè)務分組傳送的新型光纖環(huán)網(wǎng)傳輸技術，具有雙環(huán)結構、帶寬動態(tài)分配、統(tǒng)計復用、支持業(yè)務級別和公平接入等特性，是當前光網(wǎng)絡上傳輸數(shù)據(jù)包的一種優(yōu)化技術。目前IEEE802.17工作組正在對RPR進行標準化。該標準的提出源于寬帶城域網(wǎng)高效率、低成本傳送多業(yè)務分組流的需要。標準制訂的基本思路是綜合傳統(tǒng)電信網(wǎng)SDH和計算機以太網(wǎng)的優(yōu)點，設計一種具有和SDH相當?shù)目煽啃?彈性)、面向分組而不是面向電路、帶寬利用率更高的光纖傳輸技術。

傳統(tǒng)的以太網(wǎng)采用的是“盡力而為”的傳送機制，能夠很好地適應數(shù)據(jù)業(yè)務的突發(fā)性傳輸要求，具有良好的擴展性;缺點是無QOS保證，保護倒換能力差。SDH設備具有小于50ms的保護倒換時間，具有良好的QOS性能，但是SDH采用的是面向語音的。TDM傳輸方式，傳送數(shù)據(jù)業(yè)務時效率不高。EORPR綜合了千兆以太網(wǎng)的經(jīng)濟性、SDH具有對延時和抖動的嚴格保障、可靠的時鐘和50ms環(huán)保護和恢復等優(yōu)點。RPR網(wǎng)絡是由分組交換節(jié)點組成的環(huán)型結構，相鄰節(jié)點通過一對光纖連接。節(jié)點間的鏈路是基于光纖的，并可采用WDM來擴容。

EORPR方案解決了傳統(tǒng)SDH環(huán)帶寬資源浪費的問題。因為在EORPR中，SDH環(huán)上兩個方向的帶寬資源都被充分利用了。同時，SDH利用空間重用和統(tǒng)計復用技術，進一步提高了帶寬利用率。RPR環(huán)可擴展到幾千公里，能提供靈活、多業(yè)務的光以太網(wǎng)應用。

EODWDM

EODWDM以DWDM為傳輸載體，通過波長復用提高單束光纖的傳輸能力。EODWDM采用以太網(wǎng)幀格式，可以通過端到端、環(huán)狀或網(wǎng)狀連接。EODWDM在高帶寬、高效率的情沉下特別有效，如信息存儲的解決方案，數(shù)據(jù)中心互連。目前商用的DWDM系統(tǒng)能支持多達32 個波長(每個波長相當于一條OC48或OC192信道)、網(wǎng)絡容量提高到320Gbit/s。這種系統(tǒng)能工作于常規(guī)光纖或非零色散位移光纖上，適用于城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。

EODWDM具有以下優(yōu)點：

充分利用了光纖的帶寬資源，極大地提高了傳輸速率。

DWDM系統(tǒng)與以太網(wǎng)或SONET、SDH網(wǎng)有很好的互聯(lián)能力，配置簡單、方便、對已有的網(wǎng)絡結構不會做太大的調整、支持未來的寬帶業(yè)務網(wǎng)及網(wǎng)絡升級、并具有可推廣性、高度生存性等特點。

與信號速率無關，可方便地引入寬帶、數(shù)據(jù)等新業(yè)務、并可兼容不同體制、不同廠家的設備。

(3)城域光以太網(wǎng)的應用現(xiàn)狀

光以太網(wǎng)首先在北美得到應用。在近幾年，北美出現(xiàn)了一批城域以太網(wǎng)運營商(MEC)，如Yipes、Cogent、Telseon等。以Yipes為例，目前在美國約20個大城市提供公共以太網(wǎng)接入業(yè)務，其網(wǎng)絡中大量使用G比特以太網(wǎng)交換機，通過光纖到大樓為用戶提供Internet接入和透明局域網(wǎng)互連(TLS)業(yè)務，其主要客戶是ISP、基于WEB的企業(yè)等商業(yè)用戶和學校。

國內寬帶IP城域網(wǎng)建設從1999年開始。與北美不同的是，國內的以太網(wǎng)接入業(yè)務首先瞄準的是住宅用戶，因為中國的城市居民大多集中在各類小區(qū)中。部分省市的有線電視臺為向其用戶提供Internet接入，選擇以太網(wǎng)建設城市寬帶網(wǎng)，采用以太網(wǎng)/HFC混合的方式，在某些小區(qū)提供以太網(wǎng)到用戶，在另外一些小區(qū)提供以太網(wǎng)到小區(qū)，CableModem到用戶的方式提供服務。2000年以來，各地電信公司紛紛開始建設寬帶城域網(wǎng)，主要采用以太網(wǎng)到用戶為主，ADSL為輔。

城域光以太網(wǎng)在美國和日本得到了很好的應用，主要原因在于城域光以太網(wǎng)能夠以較小的成本獲得較大的帶寬。在國外，城域光以太網(wǎng)服務已被公認為主流發(fā)展趨勢。目前及規(guī)劃中的光以太網(wǎng)設備以第2層LAN交換機、第3層LAN交換機，SONET設備以及DWDM為基礎。如北電通過三種方法來構建光纖以太網(wǎng)，包括第2/3層LAN交換機——Passport8600;OPTera分/插復用器，它是一種能夠通過北電的RPR方案和OPTera數(shù)據(jù)包邊緣系統(tǒng)(OPTeraPacketEdgeSystem)協(xié)作的SONET光纖設備;還有就是在其DWDM產(chǎn)品上直接提供以太網(wǎng)連接。

圖1　光以太網(wǎng)應用方案

4、光以太網(wǎng)技術用于電信網(wǎng)需要解決的問題

光以太網(wǎng)技術是構建光城域網(wǎng)的主流技術之一，具有很好的擴展性，可以非常方便地擴展用戶的數(shù)量，同時它的統(tǒng)計復用功能提高了網(wǎng)絡中繼帶寬的利用率，受到各方面的關注和重視。但是如何構建可運營、可管理、電信級的光以太網(wǎng)是運營IP業(yè)務所必須解決的問題。可運營、可管理、電信級的要求主要體現(xiàn)以下方面：

(1)完善的用戶管理用戶管理是一切業(yè)務的基礎，在網(wǎng)絡建設初期，為了適應市場需求，快速推出用戶接入業(yè)務，各運營商一般采用包月制的方式。簡單的包月資費方式確有簡單快速的優(yōu)點，但從長遠來看，這種過于單一的資費政策，不僅會使運營商損失大量的客戶、浪費大量的網(wǎng)絡資源，同時也使得寬帶網(wǎng)的運營缺乏高效、靈活擴展的管理手段，使得運營商在未來的市場競爭中處于不利地位。因此，建設寬帶網(wǎng)絡運營支撐平臺成為當前寬帶運營商迫切的需求。

(2)較高的網(wǎng)絡可靠性主要包含以下幾方面：鏈路/路徑的保護和故障恢復、擁塞控制、路由選擇和流量控制。已有的以太網(wǎng)技術在這幾方面存在缺陷。如在MAN的組網(wǎng)中，經(jīng)常會出現(xiàn)環(huán)路，雖然生成樹(SpanningTree)可用來消除環(huán)路，但這樣不僅帶寬不能有效利用，且當鏈路發(fā)生故障時，生成樹的重構又需多達十幾秒的時間。與傳統(tǒng)的SDH相比，這無法接受。為解決以上問題，IEEE成立了802.17工作組，專門致力于環(huán)結構以太網(wǎng)技術彈性分組環(huán)(RPR)的研究，以期在網(wǎng)絡可靠性方面有較大提高。

(3)健全安全機制，主要包括二層嚴格隔離、三層受控訪問、主機保護、網(wǎng)絡安全等。

(4)豐富的業(yè)務提供能力，要求能提供高速以太網(wǎng)上網(wǎng)、多播/廣播、VoIP、寬帶上網(wǎng)卡、VPN、VPDN、帶寬出租批發(fā)等業(yè)務類型。

(5)靈活多樣的計費支持，既能支持遠端RADIUS認證計費，又能支持本地話單定時備份的計費。

(6)良好的運營維護能力。

5、光以太網(wǎng)的建設

光以太網(wǎng)首先在北美得到應用。在近幾年，北美出現(xiàn)了一批城域以太網(wǎng)運營商(MEC)，如Yipes，Cogent，Telseon等。以Yipes為例，他目前在美國約20個大城市提供公共以太網(wǎng)接入業(yè)務，他的網(wǎng)絡中大量使用千兆以太網(wǎng)交換機，通過光纖到大樓為用戶提供Internet接入和透明局域網(wǎng)互連(TLS)業(yè)務，主要客戶是ISP、律師事務所、基于Web的企業(yè)等商業(yè)用戶和學校。

與北美不同，中國的以太網(wǎng)接入業(yè)務首先瞄準了住宅用戶。北美的私人住宅非常分散，采用光纖到路邊的方法，每對光纖覆蓋的用戶數(shù)量非常小，因此，在北美使用ADSL和CableModem更為經(jīng)濟。中國的情況完全不同，城市的居民集中居住在各類小區(qū)內，小區(qū)內的住宅數(shù)量在300到2000戶之間。運營商采用光纖到小區(qū)的方法非常經(jīng)濟實用。據(jù)測算，以太網(wǎng)接入用戶的成本(不計光纖和雙絞線)約在30到60美元之間，大大低于ADSL和CableModem。

在國內，寬帶IP城域網(wǎng)的建設從1999年開始。部分省市的有線電視臺為向其有線電視用戶提供Internet接入服務，選擇以太網(wǎng)技術建設城市寬帶網(wǎng)，采用以太網(wǎng)/HFC混合的方式，在某些小區(qū)提供以太網(wǎng)到用戶，在另一些小區(qū)采用以太網(wǎng)到小區(qū)，CableModem到用戶的方式提供服務。2000年以來，各地電信公司紛紛開始建設寬帶城域網(wǎng)，以以太網(wǎng)到用戶為主，ADSL為輔。

寬帶城域網(wǎng)的建設基本可以分為3個階段。第一階段主要目標是搶占市場，運營商充分認識到市場就是公司的生命線，所以包括中國電信、聯(lián)通、網(wǎng)通、有線電視公司等都把快速接入商業(yè)樓宇和住宅小區(qū)為第一要物。在這一階段，大家紛紛采用現(xiàn)有的各種以太網(wǎng)交換機快速搭起網(wǎng)絡的架構，提供的主要業(yè)務是包月制的Internet接入服務。

第二階段，運營商從公共運營網(wǎng)絡的角度重新審視自己已建成的寬帶城域網(wǎng)，并且從各種角度進行優(yōu)化，提高網(wǎng)絡的可靠性、可管理性，并考慮采用新的技術。以太網(wǎng)在城域網(wǎng)中的應用，同樣對業(yè)界和設備廠商也提出了挑戰(zhàn)。由于目前以太網(wǎng)產(chǎn)品主要應用在企業(yè)網(wǎng)環(huán)境下，在設備可靠性、網(wǎng)絡可靠性等方面存在弱點。另外，發(fā)展基于以太網(wǎng)的組網(wǎng)技術、用戶管理、帶寬管理、計費系統(tǒng)成為主要任務。所以，第二階段的主要任務是將寬帶城域網(wǎng)優(yōu)化成為一個真正意義的公共電信網(wǎng)。

第一階段網(wǎng)絡建設完成之后，運營商的的關注焦點將轉向業(yè)務，第三階段的主要任務是在已有網(wǎng)絡的基礎上，如何開發(fā)出更多吸引用戶的業(yè)務，帶來更多的業(yè)務收入，使其在網(wǎng)絡上的投資價值最大化。目前來看，寬帶城域網(wǎng)的主要業(yè)務是Internet接入，我們可以在幾個方面拓展業(yè)務面。

6、結束語

光網(wǎng)絡正從廣域網(wǎng)和城域網(wǎng)向本地網(wǎng)滲透，同時以太網(wǎng)也正從局域網(wǎng)向城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)延伸。光以太網(wǎng)是光網(wǎng)絡和以太網(wǎng)的融合，集中了兩者的優(yōu)點，如以太網(wǎng)的應用普遍、價格低廉、組網(wǎng)靈活以及管理簡單，和光網(wǎng)絡的可靠性高和容量大等。城域光以太網(wǎng)大大節(jié)約了網(wǎng)絡建設的成本，消除了存在于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間的帶寬瓶頸，必將成為未來融合話音、數(shù)據(jù)和視頻的下一代IP城域網(wǎng)建設的優(yōu)秀解決方案。

發(fā)布者：小宇