寬帶IP城域網和接入網技術進展

2019-11-04 20:45:14

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供稿：網友

　　對新一代寬帶城域網的要求可以概括成以下幾點：
　　
　　1）擴展性。帶寬可以擴展至幾十，幾百Gb／s，乃至Tb／s以上。2）可以有多達幾百個結點。3）低成本：低建設成本和運營成本。4）支持新一代基于ip的業務。支持各種物理接口、Q oS、SLA、監視和計費系統。5）支持傳統的話音和數據業務。6）強大的和便于使用的網絡治理系統。7）　健壯性。99.999％工作時間，硬件冗余，光纜環故障保護自愈能力。
　　
　　在光網上直接架構吉位以太網正在成為城域網主流。目前的發展趨勢是將以太網與波分復用（WDM）技術結合在光纜網上直接架構成寬帶IP城域網?，F在采用吉位以太網，很快將采用萬兆以太網10GbE。
　　
　　對于以太網城域網而言，最困難的是如何在無連接的IP網上提供端到端的連接，仿真TDM電路。一些公司（如Ex t re me）的產品已經開始可以提供IP　TDM　業務。核心網的VMAN和接入網的VLAN配合。可以以固定延時傳輸語音和視頻。為公共電話網提供等效E1的IP　TDM通道。但是這還不是真正的TDM通道，RAD公司的TDM　o ve r　IP，在IP網上建立透明的T1／E1電路。其方法是：在數據包中插入同步比特流，加上IP　包頭送入IP網傳輸。數據包通過IP網轉發到終點后，在終點重建同步鐘，除去包頭，提供同步的比特流。當然IP網必須對傳輸的數據流給以QoS保證。用戶接口基于標準租用專線（T1，E1）。網絡接口是低成本10／100BaseT以太網?？梢耘渲肣oS　選件：VLAN　用于第二層優先級（802.1D）、ToS　用于IP層優先級確定、UDP口用于第4層優先級補償包延時變化。這種系統具有外部的／自適應時鐘再生，處理延時很低（小于1m s），可擴展，有冗余備份和治理及診斷功能。采用這種設備可以在IP網上提供TDM　E1專線，比SDH網提供的E1和ATM都要便宜。
　　
　　以太網城域網不使用SDH設備，當光纜環路被切斷時如何能夠像SDH一樣在50m s內完成自愈恢復是需要解決的問題。目前在網絡的第一層到第三層均有解決方案。DWDM系統用光交換可以在光路上在50m s內完成自愈恢復。第二層的彈性分組環RPR可以像SDH一樣快速進行自愈恢復，而又能利用環路備份部分傳輸數據。而最新的路由交換機則可以在第三層完成環網或網狀網出現故障時的快速自愈恢復。一種方法是事先計算好各種可能出現故障時的恢復路徑的路由表，一旦監視發現故障快速轉換到備份路徑。另外一種方法是利用MPLS來實現自愈恢復。這兩種方法都可以在50m s內完成自愈恢復。
　　
　　新一代吉位路由交換機支持熱插拔模塊和元件，有雙系統軟件和雙系統配置，達到電信級的可靠性。具有靈活治理能力，可以方便的從本地或遠程通過瀏覽器、用SNMP、RMON　命令行進行靈活治理。
　　
　　彈性分組環多業務供給平臺MSSP　　在發達國家基于SDH　TDM，ATM　，FR等的傳統數據業務仍然有很大業務量，是電信業數據業務的主要收入來源。新的競爭的運營商在開拓基于IP的新業務的同時，為了增加收入也希望參與傳統數據業務的競爭。新一代信息網絡中，IP網成為基礎網。一方面各種業務在轉向基于WEB在互聯網進行，這就是所謂的Eve r y t hin g　o n　IP。另外一方面，在IP網上提TDM電路，ATM，FR等，以支持傳統業務這就是所謂Eve r y t hin g　o ve r　IP。因此有一種觀點認為在發展基于IP的城域網平臺時，應該能夠支持多種協議，最好能夠提供透明的端到端的連接，這種平臺被稱為多業務供給平臺。Mul t i p le　Se r vice　Pr o visio nin g　Pla t f o r m（MSSP）。
　　
　　這種方案融合吉位以太網、DWDM和SDH的優點，發展一種被稱為彈性分組環（Resilien t　Packe t　Rin g）的新結構。在環型網上傳輸IP　數據包。環路的兩側都可以用來傳輸數據，又可以發揮自愈恢復環的功能，大大提高利用效率。目前IEEE正在預備成立802.17工作組IETF正在預備成立IPoPTR組來發展這一技術，制定相應標準。多數建議采用10GbE幀格式，10GbE標準的初稿已經發表，明年將有首批產品面世。目前采用環形網的第二層包傳輸概念的產品有：CISCO的DPT、No r t el的IPT和Lu m ino us的RPT。
　　
　　智能光網和以太網路由交換機構成寬帶城市域網
　　傳統城域網在支持IP業務時是在SDH網上，通過分／插復用、交叉互連提供專線連接在網絡邊緣的路由器。由于其成本高，供給預備周期長，不靈活，容量有限，效率低等問題成為發展的瓶頸。
　　
　　前述的CWDM以太網和RPR方案是在裸光纖網上直接架設IP網。QoS、流量工程、自愈恢復等完全靠路由器通過MPLS等協議完成。這對路由器構成很大的壓力，限制了性能的進一步提高。在光路由器沒有發展成熟之前，目前的發展趨勢是：采用由波長路由器（光交換機）和DWDM（CWDM）系統構成的智能光網核心網和設置在邊緣的以太網路由器構成的寬帶城域網。在核心光網上采用以太網幀傳輸，稱為以太路徑，邊緣則為10GbE或GbE以太網。這種核心網可以采用網狀網結構，采用MPLmS協議等提供QoS和流量工程，這樣可以減少對電路由器性能要求的壓力，提供更高的性能。對這種系統可以稱之為智能光網以太網。
　　
　　寬帶IP接入網
　　寬帶接入網可以考慮使用的傳輸媒體包括目前已經大量布設使用的接入網：三類雙絞線（Ca t3）市內電話網和有線電視雙向HFC網，以及正在發展的光纜入戶接入網、五類線（Ca t5）入戶局域網和空中激光或無線接入網等。
　　
　　用以太網作居民區寬帶接入網具有前述的很多優點，但是要作為公共網滿足上述用戶和運營商的要求還必須解決兩個重要問題。一是安全性，二是開放接入和商業運營問題。
　　
　　所謂安全問題，同一樓內的用戶處于同一局域網內，為了便于治理和安全必須對各戶進行隔離，目前主要的方法是用虛擬局域網VLAN實現各戶之間的隔離。問題是802.1Q規定的VLAN標記（Ta g）只有12Bi t，只能支持4000個VLAN。對于在一個居民小區內設置VLAN這個數目是夠的，但是對于接入網運營商在更大的范圍內采用統一的標記設置VLAN這就顯得不夠。而對于運營商而言在全城域網范圍內采用統一的VLAN標記，既便于治理又便于提供一些新的服務。甚至有可能在一家內提供幾個VLAN。一種建議是將標記長度增加一倍到24Bi t，這就可以支持1600萬個VLAN，但是這需要修改802.1標準。還有一種方法是在VLAN的標記前面再加虛擬城域網VMAN標記，目前已經在一些公司產品中采用，但還不是通用標準。信息產業部傳輸所提出一種方案不再使用現有的VLAN協議和L2交換機，采用設計專門硬件在鏈路層對用戶隔離。在這種系統中，樓頭的L2交換機被專門設計的只起復用器作用的樓頭設備取代，而小區的L2／L3路由交換機被一種類似路由器的局端設備取代。樓頭設備的功能僅僅是復用和解復用沒有交換功能，它在物理和鏈路層上提供了同一個樓內不同用戶之間的相互隔離。局端設備與一般路由器維護端口-網絡映射表不同，它維護端口-主機地址映射表，根據用戶IP地址來連接用戶，并負責用戶IP地址的動態分配。局端設備可以控制樓頭設備連接每個用戶的端口速率，根據每個用戶的SLA來分配帶寬保證其QoS，并可以支持多播業務。這種方案有不使用VLAN的優點，也喪失了使用VLAN帶來的好處，不能使用價格低廉的L2交換機。以上幾種方案哪種能成為以太網接入網的主流要在實踐中在市場上檢驗。
　　
　　開放接入要求提供開放平臺給其他ICP、asp、ISP使用。這就要求對每個用戶認證、授權并按照不同的使用（服務商、內容、QoS保證）分別計費。在基于VLAN　的方案中，這些功能在接入服務器（集中器）中提供。目前已經有的多業務接入服務器大多是基于ATM的價格很高，需要發展專門為以太網接入網設計高功能低價格的接入服務器。而在采用專門樓頭設備的方案中這些功能由局端設備完成。
　　
　　目前已經提出的以太網接入網方案根據使用媒體的不同可以分為以下幾類：
　　
　　1、基于電話線Ca t　3的以太網接入網。目前主要有兩種：基于DSL的以太網Et he r ne t　o ve r　DSL和Et he r lo o p。速率最高為10Mb／s不能再提高。
　　
　　2、光纜入戶的以太網接入網。有EPON　和GTTH兩種。以太網無源光結點EPON：為了降低光纜接入網的成本，用分光器將一根光纜分支連接相鄰住宅。以前在PON上運行ATM稱APON，由于ATM接入網沒有市場，APON已經沒有發展前途，而代之以發展EPON。光纜入戶，吉位以太網進家庭GTTH。每戶獨立光纜連接小區以太網交換機。
　　
　　3、光纜到樓頭，五類線入戶，以太網接入網。這種方法適合用于公寓型住宅樓。每戶接入速率可達10Mb／s，假如需要可以達到100Mb／s。這種方案符合我國國情況。目前在我國發展非常迅速。
　　
　　4、空中激光和無線電以太網接入網。對于各種以太網接入網都是通過可以治理的以太網交換機連接用戶，為每一個用戶設置一個VLAN，用戶設備可以是裝有以太網卡（10Mb／s或100Mb／s自適應網卡）的計算機，機頂盒或客戶端設備（家庭信息中心）。小區設接入服務器（接入集中器）負責客戶的治理和計費。
　　
　　客戶端設備是以太網寬帶接入網的重要組成部分，關系到能否被用戶接受和快速發展。它也將經歷一個發展過程。最初設置在用戶家里的設備是很簡單的，可以是一個裝有以太網卡的計算機。當同時使用多種設備時，采用集線器來共享輸入的以太網口。經過發展將出現各種功能更齊全的客戶端設備以提供綜合業務。客戶端設備做為家庭信息中心，它應該具備以下功能：
　　
　　1、家庭網絡的交換機。提供多個以太網端口。連接多臺計算機，網絡電視、智能小區設備和其他電器。
　　
　　2、交互式網絡電視機頂盒（連接普通模擬電視機）。
　　
　　3、 IP電話網關（可連接普通電話機提供IP電話業務）。
　　
　　4、1394總線端口（連接攝像機等）。不同的運營商對接入網的要求是不同的，發展系列產品，根據用戶需要，　　每種類產品只具有其中部分功能。根據業務發展技術進步，經歷一個從簡單到復雜的發展過程是合

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