IP 網絡的現狀和發展趨勢

2019-11-04 20:46:23

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供稿：網友

　　本文論述了ip網絡的現狀，包括承載網、業務、協議標準和接入技術的現狀。分析了IP網絡的發展趨勢，包括寬帶化、業務多樣化和分類化、網絡結構層次化、統一的MPLS協議標準、數據化趨勢、IP化趨勢和融合的趨勢。最后，結合聯通IP網絡的現狀以及將來的發展要求，提出筆者的幾點考慮。
　　
　　要害詞： IP網絡 PSTN ATM MPLS SDH WDM 接入技術
　　
　　一、IP網絡的現狀
　　1、承載網
　　
　　IP(Internet PRotocol)是為了滿足計算機網絡互連需要的一種異構網互連通信協議，是在開放系統互連模型的第三層網絡層實現互連，目的是無縫連接不同硬件結構的網絡，使網絡技術和低層的軟硬件技術能夠相應獨立并行發展。 IP網絡是面向無連接的分組傳送網。IP網絡的早期發展依托于公用通信網和專線網（STM體制）來建立骨干網，其數據速率為56Kbps-50Mbps。隨著數據業務量的增加，90年代起又依托ATM技術建立骨干網，其數據速率為155.52Mbps/622.08Mbps。1997年以后隨著吉位線速路由交換機的商品化，IP網絡開始獨立發展承載網，由吉位線速路由交換機和專線組成的骨干網（底層仍采用STM體制）線速為2.5Gbps。
　　
　　我國現階段的IP骨干網主要還是STM-16 (2.5Gbps) 和STM-64(10Gbps)，正在向以10GbpsTDM為基礎的40Gbps(40×10GTDM)、80Gbps(8×10GTDM)和320Gbps(32×10GTDM)發展。美國等發達國家的IP骨干網已經開始應用高達1600Gbps(160×10Gbps)的波分復用系統。
　　
　　2、業務現狀
　　
　　IP網絡初期的目的只是為計算機間傳輸數據提供連接，因而業務單一，只有數據業務。
　　
　　目前IP網絡發展最為迅速，其數據業務量正在趕上或超過傳統的電話業務量，并且其業務類型已由數據業務發展到數據、語音通信和視頻綜合業務，其中發展最快的是IP電話業務。
　　
　　實際上IP網絡能夠高速發展的原因之一應歸功于傳統電話業務的普及。IP網絡的早期用戶主要是大學、研究機構、團體和企業，其普及程度遠不及電話業務的普及，隨著借助電話線路撥號上網和IP網絡電話實用技術的發展，IP網絡的應用已進入家庭及個人，IP網絡也因此有了高速發展的市場驅動。IP網絡已能夠提供接近傳統電話質量的電話業務，而IP網絡電話的成本卻只有傳統PSTN電話的10%，又有著最大的用戶群體，因此各傳統電話公司和新IP網絡業務提供商無不大力發展IP網絡電話。IP網絡電話業務的迅速發展又促進了IP網絡的發展。IP網絡的其它業務如數據和視頻業務目前仍然主要面對大客戶，因而相對發展較慢。
　　
　　3、協議標準
　　
　　為了實現IP over ATM, 先后提出了多種協議標準。ATM論壇開發的局域網仿真LANE標準，由IETF組織頒布的傳統的互連網層IP在ATM上的運行標準IPOA，克服了LANE和IPOA局限性的多協議信息傳輸標準MPOA，以及比LANE、IPOA和MPOA更完善的多協議標記交換MPLS 。
　　
　　目前版本的共享介質局域網仿真存在虛電路開銷大，能夠支持的用戶數少等缺陷，因而只適用于網絡規模不大的場合。
　　
　　IPOA則存在可擴展性問題，對其地址解析所支持的用戶規模有限制（不超過數千用戶），故也只適應于較小規模的網絡。
　　
　　MPOA有效地克服了LANE和IPOA在可擴展方面的局限性與性能的瓶頸等問題，能夠高效可伸縮地在ATM上支持多種網絡協議，支持網絡層的虛擬子網，與現有路由器網絡協同工作，存在的主要問題是如何解決具有NHRP協議的地址解析響應時間所導致的較大延遲。
　　
　　多協議標記交換MPLS是針對IPOA、LANE、MPOA等技術存在的不足而提出來的IP over ATM的解決方案。MPLS將IP的智能和ATM的高速交換結合在一起，采用MPLS技術的網絡在轉發IP業務時，不采用逐跳轉發方式，也無需在網絡中的所有路由器進行第三層路由表的查詢，而是在網絡的邊緣進行一次路由表的查詢，然后給進入MPLS域的IP包加上一個標簽，帶標簽的IP包在網絡進行第二層交換快速轉發到MPLS標記的邊緣，再去掉標簽還原成傳統IP包進行轉發，由此大大提高了IP包的轉發速度。
　　
　　MPLS可以控制IP包在網絡中所走過的路徑，避開擁塞的節點，均衡網絡中的業務流向，從而達到網絡資源的合理利用。
　　
　　MPLS采用類似ATM信令的方式，為具有特定屬性的一類IP包建立一條轉發IP包的路徑，同時規定該路徑的帶寬、時延的業務屬性，由此來滿足一定的業務屬性要求。該路徑業務屬性的參數可以映射到ATM的幾個服務等級（CBR、VBR-RT、VBR-NRT和UBR），可以按照ATM的業務量控制機制對IP業務進行業務量的控制和治理，由此保證了用戶要求的業務的服務質量。
　　
　　MPLS協議使得IP over OPTICAL成為可能。IP/SDH/OPTICAL模式直接發展成為IP/OPTICAL(DWDM)時，MPLS是目前必須應用和發展的技術。因為從IP到光的密集波分復用DWDM，從層次的概念看，中間有一鏈路層，即用于傳輸、交換和轉發的一層。現有適用于IP分組在鏈路層傳送的技術，只有同步傳遞模式STM的SDH和異步傳遞模式ATM的信元兩類。MPLS是同時適用于SDH和ATM并可適用于未來發展的任一特定的鏈路層制式的技術。MPLS還蘊含著支持網絡治理、流量工程、QoS和CoS等各項功能。IP必須通過MPLS或將來可能出現的其它技術才能直接在OPTICAL上傳送。目前MPLS應用的主要障礙是MPLS標準尚未制定。
　　
　　4、接入技術
　　
　　隨著IP網絡業務的快速增長，骨干網的帶寬正在向Tbps演化，高達特位速率的路由器也已經開發出來。為了適應骨干網超高速化的發展速度，改造利用現有接入網使之寬帶化是一種簡便快捷的方法，發展新的寬帶接入技術是未來的趨勢。
　　
　　◆ 銅線接入技術
　　
　　采用HDSL技術傳輸語音和數據業務的接入速率為1~2M，可傳輸語音、數據和視頻綜合業務的ADSL技術的接入速率為1~10M，只傳輸數據業務的VDSL技術可實現的接入速率高達13~52M。銅線接入技術的發展解決了接入技術寬帶化要求與傳統銅線接入技術帶寬窄的矛盾，能夠很好地保護現有的投資，又能滿足了現有接入網迅速寬帶化的需求。
　　
　　◆ 光纖接入技術
　　
　　光纖接入技術的接入速率最高，可高達G數量級甚至更高，而且適合于雙向傳輸語音、數據和視頻綜合業務，是將來接入網的發展趨勢，目前采用最多的復用技術有時分復用、波分復用、頻分復用和碼分復用等。
　　
　　◆ 混合接入技術
　　
　　混合光纖同軸網接入技術將光纖的高速與現有同軸網結合，可利用現有的同軸網迅速提供高達1G速率的寬帶業務，既保護了以前的投資，又可發揮光纖網的寬帶優勢。
　　
　　◆ 無線接入技術
　　
　　無線接入技術是目前通信行業中最活躍的領域之一。移動無線接入網如，移動電話網、無繩電話網、集群電話網和衛星移動通信網已經得到廣泛應用，固定無線接入網如，微波一點多址、蜂窩區移動接入的固定應用、無線用戶環和衛星VSAT網。
　　
　　由于近年來IP網絡固定接入業務（如電子郵件、Web、IP電話、電子商務等）的快速發展和手機移動通信的超高速發展，IP網絡和手機移動通信的結合成了新的熱點。手機移動通信的移動性、靈活性和方便性與IP網絡的大信息量、大覆蓋面的結合，成為人們夢寐以求的個人移動通信的發展方向。
　　
　　二、IP網絡的發展趨勢
　　1、 IP網絡寬帶化
　　
　　目前的IP網絡由于帶寬窄而帶來一系列問題，如時延長、時延不穩定、丟包和擁塞，直接導致IP網絡電話質量的不如人意，不能滿足數據專網業務對服務質量的高要求。解決IP網絡局限性的手段之一是加大網絡帶寬。近來IP網技術的迅速發展使得寬帶化成為可能。千兆以太網標準的發布，交換速度高達60Gbps的千兆位高速路由交換機的商品化，交換速度達幾Tbps的特位路由交換機的研制成功，密集波分復用技術的應用，這些IP網絡技術的新進展都將加速IP網絡的寬帶化趨勢。未來IP網絡的骨干網將由高速路由器交換機和采用密集波分復用技術的光纖網絡組成，邊緣則采用ATM網絡、以太網或FR。
　　
　　線速路由交換機的出現使IP數據包可以直接在SDH網上運行，從而省去ATM交換機，即IP/SDH/OPTICAL 。密集波分復用技術的應用提供了在光纖上直接傳輸IP數據包的方法: 不采用ATM設備和SDH時分復用設備，而是在光纖上直接用以太網幀格式運行IP數據包，將原復用的多個信道改為波分復用，然后用千兆位或特位路由交換機進行路由交換，即IP over OPTICAL。高速路由器技術和密集波分復用技術的直接結合，使每個信道不再是SDH時分復用的一個信道，而是獨占密集波分復用的一個通道，速率在l Gbps以上，因而可以獲得更高的速率，其網絡的復雜性和成本都大為降低。在IP/OPTICAL骨干網的端口上可以提供FR和ATM接入，在IP網絡上運行FR和ATM，從而構成FR over IP或ATM over IP 網絡。現在已經在運行的ATM網絡和FR網絡將可作為以IP over OPTICAL技術構建的骨干網的邊緣網絡，從而大大拓寬網絡的帶寬。
　　
　　2、業務多樣化和分類化
　　
　　IP網絡傳統的業務是非實時的計算機數據業務，目前發展最快的業務則是傳輸實時語音業務。IP網絡的優勢在于綜合傳輸數據、話音、圖像和視頻等多媒體業務。目前的IP網絡限制了業務多樣化的主要原因是帶寬和時延特性。在IP網絡實現寬帶化并由此帶來時延特性的改善以后，業務的多樣化是必然的趨勢。 ◆ 電話業務
　　
　　電話業務有很大的用戶群體，電話使用的便捷性使得電話業務每年仍有一定的增長。在我國由于電話發展較晚，雖然電話業務保持較高的增長率，仍然有很大的增長空間，今后的十年內仍將保持較高的增長率。因此，要求IP網絡能承載電話業務。
　　
　　限制IP網絡提供傳統電話服務質量的因素主要是網絡傳輸時延、時延抖動和丟包。當網絡帶寬足夠寬，網絡傳輸時延和時延抖動將會小到用戶滿足的程度，采用預留足夠的資源后，可以解決丟包的問題。
　　
　　◆ 電視業務

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