城域網(wǎng)技術(shù)淺析

2019-11-04 22:16:12

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供稿：網(wǎng)友

1 城域網(wǎng)技術(shù)

目前城域范圍電信網(wǎng)由上至下可縱向劃分為三種網(wǎng)絡(luò)：業(yè)務(wù)網(wǎng)、傳送網(wǎng)、光纜網(wǎng)。其中業(yè)務(wù)網(wǎng)主要包括話音網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)；傳送網(wǎng)主要基于SDH技術(shù)構(gòu)建；光纜網(wǎng)由廣泛分布的光纜線路互連組成，是所有上層網(wǎng)絡(luò)的物理媒體承載平臺(tái)。

城域數(shù)據(jù)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)一般分為核心層、匯聚層和接入層。核心層負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)的快速轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)同骨干網(wǎng)的互連，提供城市的高速ip數(shù)據(jù)出口。匯聚層負(fù)責(zé)匯聚分散的接入點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，提供流量控制和用戶治理功能。接入層負(fù)責(zé)提供各種類型用戶的接入，在有需要時(shí)提供用戶流量控制功能。

目前城域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展有三個(gè)主流方向，即IP城域網(wǎng)技術(shù)、城域以太網(wǎng)技術(shù)、光城域網(wǎng)技術(shù)。對(duì)應(yīng)每種技術(shù)有相應(yīng)的組網(wǎng)方案。

IP城域網(wǎng)技術(shù)和城域以太網(wǎng)技術(shù)均屬于城域數(shù)據(jù)網(wǎng)范疇，IP城域網(wǎng)指利用路由器組網(wǎng)，核心、匯聚節(jié)點(diǎn)之間利用POS端口互連。城域以太網(wǎng)指利用 L2/L3交換機(jī)組網(wǎng)，節(jié)點(diǎn)之間利用裸光纖互連。光城域網(wǎng)屬于傳送網(wǎng)范疇，它的核心是利用光傳輸網(wǎng)絡(luò)直接承載IP/Ethernet，為上層的業(yè)務(wù)提供更有效的承載。可以使用各種光纖電路承載IP/Ethernet：SDH/SONET連接、DWDM/CWDM連接或者RPR連接。根據(jù)光纖電路類型的不同，光城域網(wǎng)技術(shù)可分為MSTP技術(shù)、RPR技術(shù)、DWDM/CWDM技術(shù)。

2 IP城域網(wǎng)技術(shù)

1. 概述

IP城域網(wǎng)技術(shù)的核心是POS，準(zhǔn)確地說(shuō)，POS是IP/PPP/HDLC over SDH/SONET。采用點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議（PPP）對(duì)IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝，并采用HDLC的幀格式映射到SDH/SONET幀上，按某個(gè)相應(yīng)的線速進(jìn)行連續(xù)傳輸，它保留了IP面向非連接的特性。其中，PPP提供多協(xié)議封裝、差錯(cuò)控制和鏈路初始化控制等功能；HDLC幀格式負(fù)責(zé)同步傳輸鏈路上PPP封裝的IP數(shù)據(jù)幀的定界。目前POS支持OC-3（STM-1）155Mbit/s、OC12（STM-4）622Mbit/s、OC-48（STM-16） 2.5Gbit/s。

2. 優(yōu)缺點(diǎn)

POS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，避免了ATM技術(shù)的協(xié)議復(fù)雜性和過(guò)高的信元頭開(kāi)銷，直接將IP數(shù)據(jù)包通過(guò)協(xié)議封裝送到光纖上，無(wú)需進(jìn)行IP包的拆分和重組，從而大大提高了處理能力，并降低了設(shè)備的價(jià)格。

POS技術(shù)的缺點(diǎn)是只支持點(diǎn)到點(diǎn)的連接，端口消耗大。與以太網(wǎng)相比，POS端口的價(jià)格較貴，如一個(gè)622Mbit/s端口的價(jià)格是GE的幾倍。

3. 適用范圍

POS技術(shù)適用于城域的核心和匯聚承載各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

3 城域以太網(wǎng)技術(shù)

1. 概述

以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，在短短的20年間，速率從10Mbit/s到10Gbit/s，已經(jīng)完成了一個(gè)數(shù)量級(jí)的飛躍。目前以太網(wǎng)技術(shù)不僅是一種交換技術(shù)，而且可作為一種承載技術(shù)，廣泛應(yīng)用于城域網(wǎng)領(lǐng)域。

由于以太網(wǎng)技術(shù)最初應(yīng)用于局域網(wǎng)，當(dāng)它應(yīng)用于城域網(wǎng)時(shí)，在認(rèn)證和計(jì)費(fèi)、故障保護(hù)機(jī)制、業(yè)務(wù)能力、安全等方面存在缺陷，隨著以太網(wǎng)技術(shù)本身的發(fā)展，這些問(wèn)題將逐步得到解決。如利用各種包過(guò)濾技術(shù)、VLAN隔離、入侵監(jiān)測(cè)與防范技術(shù)提高城域以太網(wǎng)的安全性；使用802.1x、PPPoE、DHCP+ 、Web認(rèn)證方式對(duì)用戶進(jìn)行認(rèn)證，并實(shí)現(xiàn)包月制、按時(shí)長(zhǎng)、按流量計(jì)費(fèi)；采用速率限制確保和限制帶寬通道，提高QoS保證能力。

當(dāng)前，MPLS技術(shù)已有了很大的進(jìn)步，將MPLS技術(shù)同以太網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，可提高城域以太網(wǎng)的業(yè)務(wù)能力、故障保護(hù)倒換機(jī)制，使運(yùn)營(yíng)商能在城域內(nèi)提供 VLL、VPLS、VPN多種業(yè)務(wù)，并獲得50ms電信級(jí)的自愈恢復(fù)時(shí)間，MPLS已經(jīng)逐漸成為高端交換機(jī)必備的屬性之一。

2. 優(yōu)缺點(diǎn)

城域以太網(wǎng)具有價(jià)格便宜，快速的按需配置，速率升級(jí)輕易，應(yīng)用廣泛等優(yōu)勢(shì)。

· 價(jià)格便宜，以太網(wǎng)的技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，它的擴(kuò)展基于現(xiàn)有的設(shè)備，因此它的價(jià)格相對(duì)于幀中繼、ATM便宜。

· 快速的按需配置，以太網(wǎng)能按照用戶的要求提供各種速率，從1Mbit/s到10Gbit/s，而且?guī)捲黾拥念w粒可以為1Mbit/s或者更小，甚至客戶可以使用基于Web的工具自己控制帶寬。

· 速率升級(jí)輕易，以太網(wǎng)不具備不同的平臺(tái)和環(huán)境，因此它的配置和工作更為簡(jiǎn)單，以太網(wǎng)的可插卡特性使以太網(wǎng)從低速向高速的升級(jí)很輕易。

· 應(yīng)用廣泛，多年來(lái)以太網(wǎng)廣泛應(yīng)用于企業(yè)和校園局域網(wǎng)中，并提供標(biāo)準(zhǔn)的FE/GE/10Gbit/s接口。

盡管以太網(wǎng)技術(shù)用于城域網(wǎng)具有很多優(yōu)勢(shì)，但是它在端到端QoS保障機(jī)制、保護(hù)機(jī)制、環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等方面存在缺陷：

· 以太網(wǎng)本身沒(méi)有端到端的概念，盡管能在單獨(dú)鏈路上提供COS，卻不能提供端到端的QoS保障機(jī)制；以太網(wǎng)利用Spanning Tree算法建立路徑，不存在最佳的路由，缺少優(yōu)化的路徑選擇機(jī)制；盡管IEEE 802.1q定義了三個(gè)比特的優(yōu)先級(jí)，但是以太網(wǎng)不具備像DiffServ模型的分類服務(wù)，因此不能對(duì)報(bào)文直接進(jìn)行標(biāo)記，不能進(jìn)行有效的優(yōu)先級(jí)的分類、調(diào)度和實(shí)施一定的策略。

· 以太網(wǎng)的保護(hù)機(jī)制主要存在自愈時(shí)間慢，缺少有效的故障隔離的能力等缺陷。盡管利用MPLS的快速重路由能達(dá)到50ms的自愈時(shí)間，但是當(dāng)不啟用MPLS 時(shí)，大多數(shù)以太網(wǎng)利用Spanning Tree算法進(jìn)行故障保護(hù)倒換，沒(méi)有基于環(huán)的快速保護(hù)機(jī)制。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模不同，它的自愈時(shí)間可能要花幾十秒。

· 以太網(wǎng)只是為點(diǎn)到點(diǎn)或者是網(wǎng)狀網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，不適用于環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。城域網(wǎng)內(nèi)以太網(wǎng)交換機(jī)組網(wǎng)通常采用雙歸形組網(wǎng)，浪費(fèi)光纖資源。

3. 適用范圍

城域以太網(wǎng)技術(shù)適用于城域的核心、匯聚和接入承載各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

4 光城域網(wǎng)技術(shù)

光城域網(wǎng)技術(shù)可分為MSTP技術(shù)、RPR技術(shù)、DWDM/CWDM技術(shù)，下面分別介紹。

4.1 MSTP技術(shù)

1. 概述

SDH設(shè)備最初只支持2Mbit/s、155Mbit/s 等話音業(yè)務(wù)接口，為了適應(yīng)城域網(wǎng)多業(yè)務(wù)的需求，出現(xiàn)了MSTP技術(shù)——多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)。MSTP 是指以SDH平臺(tái)為基礎(chǔ)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)TDM、ATM、以太網(wǎng)等業(yè)務(wù)的接入、處理和傳送的技術(shù)。MSTP將多種不同業(yè)務(wù)通過(guò)VC或VC 級(jí)聯(lián)方式映射入SDH 時(shí)隙進(jìn)行處理。

MSTP是SDH 技術(shù)在新技術(shù)條件下的重要發(fā)展，客觀上延長(zhǎng)了SDH 的生命，有些人甚至稱之為“新一代SDH”。目前大部分廠商都有MSTP產(chǎn)品，對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持能力各有不同。有的只能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的透明傳輸，而有的則具有二層交換能力；有的只支持以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，而有的同時(shí)支持以太網(wǎng)、RPR和ATM。

2. 優(yōu)缺點(diǎn)

MSTP技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能提供TDM業(yè)務(wù)，可對(duì)數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，替代少量的數(shù)據(jù)接入和路由設(shè)備。它的缺點(diǎn)為：MSTP主要實(shí)現(xiàn)二層功能，缺少三層功能；利用MSTP提供GE端口價(jià)格昂貴；由于映射方式和帶寬治理等有不同的實(shí)現(xiàn)方式，因此目前不同廠家的設(shè)備還無(wú)法實(shí)現(xiàn)互連互通，從而影響了端到端數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的提供，限制了MSTP在網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模的應(yīng)用。

3. 適用范圍

MSTP技術(shù)是對(duì)數(shù)據(jù)網(wǎng)優(yōu)化的，而不是替代數(shù)據(jù)設(shè)備，它的輔助的地位不會(huì)改變。MSTP可以根據(jù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需要替代少量數(shù)據(jù)網(wǎng)接入和路由設(shè)備，但輔助的地位不會(huì)改變。適用于城域傳送網(wǎng)的匯聚和接入層，支持混合型業(yè)務(wù)量非凡是以TDM業(yè)務(wù)量為主的混合型業(yè)務(wù)量。

4.2 RPR技術(shù)

1. 概述

RPR是一項(xiàng)基于分組的全新的傳輸技術(shù)，它綜合了以太網(wǎng)和SDH的優(yōu)點(diǎn)，將IP路由技術(shù)對(duì)帶寬的高效利用、豐富的業(yè)務(wù)融合能力和光纖環(huán)路的高帶寬及自愈能力結(jié)合起來(lái)，更好地滿足城域網(wǎng)的多業(yè)務(wù)需求。

RPR一般采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)，由兩根反向光纖組成環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中一根順時(shí)針，一根逆時(shí)針，節(jié)點(diǎn)在環(huán)上可從兩個(gè)方向到達(dá)另一節(jié)點(diǎn)。每根光纖可以同時(shí)用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)和同向控制信號(hào)，RPR環(huán)雙向可用。利用空間重用技術(shù)實(shí)現(xiàn)的空間重用，使環(huán)上的帶寬得到更為有效的利用。RPR技術(shù)具有空間復(fù)用、環(huán)自愈保護(hù)、自動(dòng)拓?fù)渥R(shí)別、多等級(jí)QoS服務(wù)、帶寬公平機(jī)制和擁塞控制機(jī)制、物理層介質(zhì)獨(dú)立等技術(shù)特點(diǎn)。

目前RPR的標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有正式公布，只是一個(gè)草案，預(yù)計(jì)2003年秋季完成。目前多數(shù)廠家能提供非標(biāo)準(zhǔn)的RPR產(chǎn)品，它具備了RPR的基本特性，RPR產(chǎn)品有兩種實(shí)現(xiàn)方式：獨(dú)立的RPR設(shè)備和插卡式。其中插卡式設(shè)備以Cisco、華為等公司為代表，采用DPT協(xié)議；獨(dú)立的設(shè)備以Luminous公司為代表，采用RPT協(xié)議。

2. 優(yōu)缺點(diǎn)

RPR技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能提供MAC層的50ms自愈時(shí)間，能提供多等級(jí)、可靠的QoS服務(wù)。它的缺點(diǎn)為：

· 標(biāo)準(zhǔn)不成熟。目前RPR的標(biāo)準(zhǔn)未正式通過(guò)，它只是個(gè)草案，廠家提供的為非標(biāo)準(zhǔn)RPR產(chǎn)品，將來(lái)需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)；

· 組網(wǎng)能力差。由于草案中沒(méi)有提及相交環(huán)、相切環(huán)等組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，當(dāng)利用RPR組建大型城域網(wǎng)時(shí)，多環(huán)之間只能利用業(yè)務(wù)接口進(jìn)行互通，不能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的直接互通，因此它的組網(wǎng)能力相對(duì)SDH、MSTP較弱；

· 業(yè)務(wù)能力不統(tǒng)一。由于RPR的草案只是定義了一個(gè)新的MAC層協(xié)議，對(duì)RPR提供的業(yè)務(wù)能力沒(méi)有明確規(guī)定，因此目前實(shí)際的RPR產(chǎn)品提供的業(yè)務(wù)能力差異較大，如插卡式的DPT設(shè)備目前能承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，不能承載TDM業(yè)務(wù)；獨(dú)立的設(shè)備既能承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，又能承載TDM業(yè)務(wù)，但是同SDH、MSTP相比，承載 TDM的能力又較弱。當(dāng)承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，RPR沒(méi)有明確規(guī)定具體的承載方式，由此導(dǎo)致了目前的產(chǎn)品工作方式不統(tǒng)一。例如，DPT工作在IP層，二層的流量需要在DPT設(shè)備上進(jìn)行終結(jié)，不能直接跨越DPT；而RPT的報(bào)文處理基于二層，因此它的路由功能較弱。提供TDM業(yè)務(wù)能力較弱；標(biāo)準(zhǔn)不成熟。

3. 適用范圍

獨(dú)立設(shè)備組網(wǎng)能力弱，適于城域傳送網(wǎng)的接入，支持混合型業(yè)務(wù)量，非凡是以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量為主，TDM業(yè)務(wù)量為輔的情況。插卡式設(shè)備組網(wǎng)能力靈活，適于城域數(shù)據(jù)網(wǎng)的匯聚、骨干，支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

4.3 DWDM/CWDM技術(shù)

1. 概述

城域波分技術(shù)是波分復(fù)用技術(shù)在城域范圍內(nèi)的應(yīng)用。WDM技術(shù)解決了兩個(gè)重要問(wèn)題：光纖短缺和多業(yè)務(wù)的透明傳輸。它對(duì)信號(hào)具有透明性，可以直接對(duì)從不同設(shè)備出來(lái)的信號(hào)不進(jìn)行速率和幀結(jié)構(gòu)調(diào)整，直接進(jìn)行透明傳輸。這可給用戶，非凡是租用波長(zhǎng)的用戶以最大的靈活性。CWDW和DWDM技術(shù)都屬于WDM技術(shù)，CWDM與DWDM系統(tǒng)的最大區(qū)別就在于其波長(zhǎng)柵格較寬。

WDM技術(shù)具有透明傳送的特點(diǎn)，與業(yè)務(wù)和協(xié)議無(wú)關(guān)。適合大顆粒的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化。能提供可靠的光層保護(hù)，節(jié)省光纖資源，適合光纖緊缺的環(huán)境。

2. 優(yōu)缺點(diǎn)

WDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省光纖資源，透明傳輸業(yè)務(wù)。缺點(diǎn)為成本較高。

3. 適用范圍

適合光纖緊缺的環(huán)境，主要用于城域核心層，在中短距離范圍內(nèi)對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行透明傳輸。

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)對(duì)三種主流城域網(wǎng)技術(shù)的對(duì)比分析，得到以下結(jié)論：

1. 建設(shè)城域網(wǎng)時(shí)應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)種類的不同、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的大小選用不同的城域網(wǎng)技術(shù)。光城域網(wǎng)技術(shù)適于組建城域傳送網(wǎng)，盡管目前光城域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展較快（MSTP、 RPR、WDM），但是它們都不能完美地解決同時(shí)承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和TDM業(yè)務(wù)的問(wèn)題，因此光城域網(wǎng)技術(shù)應(yīng)主要用于為TDM業(yè)務(wù)提供承載。

2. 目前以太網(wǎng)技術(shù)不僅是交換技術(shù)，能提供各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（VLL、VPLS、VLAN等），而且能作為一種傳輸技術(shù)，為城域匯聚、骨干節(jié)點(diǎn)之間提供高速鏈路（1/10Gbit/s）。可利用城域以太網(wǎng)技術(shù)直接構(gòu)建城域數(shù)據(jù)網(wǎng)，省去城域傳送網(wǎng)。

3. 盡管城域以太網(wǎng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但是當(dāng)組建大型或超大型城域數(shù)據(jù)網(wǎng)時(shí)，由于L3交換機(jī)的性能和處理能力還低于高端路由器，因此城域核心應(yīng)采用POS，匯聚、接入采用L3或L2交換機(jī)。對(duì)于小型、中型城域網(wǎng)，城域核心采用以太網(wǎng)。

4. 可結(jié)合使用各種技術(shù)。在城域數(shù)據(jù)網(wǎng)核心，將以太網(wǎng)同RPR結(jié)合，將RPR板卡集成到高端路由器和高端交換機(jī)中，直接將IP和光纖相連，既發(fā)揮了以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，又利用RPR補(bǔ)充了以太網(wǎng)的不足。在城域數(shù)據(jù)網(wǎng)的接入，將以太網(wǎng)同MSTP相結(jié)合，利用MSTP提供TDM業(yè)務(wù)，并解決光纖資源消耗大的問(wèn)題。在城域數(shù)據(jù)網(wǎng)核心將DWDM/CWDM技術(shù)同以太網(wǎng)、POS結(jié)合，解決光纖資源緊缺的問(wèn)題。

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