光以太網技術打造寬帶城域網

2019-11-04 22:17:57

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供稿：網友

許多研究表明，專線接入的帶寬平均使用率不足50%，多數情況下不超過20%。隨著用戶需求的不斷增加，傳輸帶寬的耗盡必然導致傳輸網絡的擴容。造成了一方面帶寬利用率非常低，另一方面必須擴容的矛盾。光以太網的出現，徹底解決了這一問題。

城域網的瓶頸

目前，用戶可以選擇的接入手段和速率基本上是基于銅線的各種接入方式，如X.25、DDN、E1、ISDN、ADSL和撥號接入等，速率介于k比特和M比特之間，已經無法滿足用戶日益增長的需求。在個人用戶方面，用戶已不僅僅停留在對Internet的慢速瀏覽，VOD、WeBTV等各種新的有高帶寬需求的應用,也吸引著用戶和內容服務提供商。

從另一個角度看，超過95%的用戶使用以太網連接其內部網絡，目前的接入網迫使用戶必須購買昂貴的路由器來連接電信接入網，協議的轉換帶來了大量額外的開銷。

ip以其無連接的特性、靈活的帶寬分配完全占據了局域網的應用，同時許多運營商使用IP over ATM和IP over SONET的方式建設可靠和功能強大的網絡。運營商選擇ATM和SDH/SONET傳輸IP，是基于眾多的考慮，如可擴展性、可靠性以及技術的成熟性。

這些方式固然有其眾多的優點，但在將Layer2數據映射到Layer1的帶寬的治理上有明顯缺點。從傳輸的角度來看，他們基于 “專線”的方式，需要預先確定傳輸所需的帶寬。數據進入骨干網遵循傳統TDM網絡的規律，其顆粒度可能是E1、E3、STM1或STM4等。這些方式導致了光傳輸帶寬的浪費。

光以太網解決瓶頸

包括北電網絡公司在內的一些電信設備公司提出了光以太網的概念。這一解決方案的核心，是利用光纖的巨大帶寬資源和以太網的成熟和易用，為運營商建造新一代的寬帶城域接入網，滿足市場對帶寬的巨大需求。

光以太網將以太網的優越性擴展到了城域網，如低成本的以太網接口（10Mbps、100Mbps、1Gbps），由于以太網在企業和個人計算機上的廣泛使用，使得以太網的硬件成本非常低，大大降低了運營商的網絡建設成本。以太網已經有26年的歷史，技術的成熟更降低了網絡的風險。通過跨廣域網的VLAN實現虛擬專用網絡應用，不需要企業改變他們現有的IP地址，簡化了企業的治理成本，使得光以太網可以同時為住宅用戶和商業用戶服務。

圖1 路由器網狀互連和光以太網的比較

光以太網首先在北美得到應用。與北美不同，中國的以太網接入業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量非常小，因此，在北美使用ADSL和Cable Modem更為經濟。中國的情況完全不同，城市的居民集中居住在各類小區內，小區內的住宅數量在300到2000戶之間。運營商采用光纖到小區的方法非常經濟實用。據測算，以太網接入用戶的成本（不計光纖和雙絞線）約在30到60美元之間，大大低于ADSL和Cable Modem。

光以太網建設三步曲

寬帶城域網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，運營商充分熟悉到市場就是公司的生命線，所以包括中國電信、聯通、網通、有線電視公司等都把快速接入商業樓宇和住宅小區為第一要務。在這一階段，大家紛紛采用現有的各種以太網交換機，快速搭起網絡的架構，提供的主要業務是包月制的Internet接入服務。

第二階段，運營商從公共運營網絡的角度重新審閱自己已建成的寬帶城域網，并且從各種角度進行優化，提高網絡的可靠性、可治理性，并考慮采用新的技術。以太網在城域網中的應用，同樣對業界和設備廠商也提出了挑戰。由于目前以太網產品主要應用在企業網環境下，在設備可靠性、網絡可靠性等方面存在弱點。另外，發展基于以太網的組網技術、用戶治理、帶寬治理、計費系統，已成為主要任務。所以，第二階段的主要任務是將寬帶城域網優化成為一個真正意義的公共電信網。

第三階段的主要任務是在已有網絡的基礎上，如何開發出更多吸引用戶的業務，帶來更多的業務收入，使其在網絡上的投資價值最大化。目前來看，寬帶城域網的主要業務是Internet接入。我們可以在幾個方面拓展業務面。

光以太網的組網考慮

以太網技術具有非常好的擴展性，可以非常方便地擴展用戶的數量，同時它的統計復用功能能提高網絡中繼帶寬的利用率。但在用戶治理和網絡可靠性方面，目前的以太網技術還不能滿足電信網的要求。

用戶治理

我們可以毫不夸張地講，用戶治理是一切業務的基礎。目前很多已建和正在建的寬帶城域網，都沒有用戶治理功能，不能提供按使用計費的功能，因此，只能對用戶實行包月制，使業務推廣受到極大的限制。

用戶治理，包括我們通常所講的用戶認證、授權和計費三個方面的功能。目前PPPoE是比較常用的一種用戶治理手段（如圖2所示）。

　圖2 用戶治理模式圖

光以太網技術打造寬帶城域網（圖二）

BRAS是寬帶接入網關，如北電網絡公司的Shasta 5000就是此類設備。它可以安裝在端局的POP節點，負責終結由用戶PC機發起的PPPoE進程。在BRAS的后面，連接了運營商的Radius認證服務器和Radius計費服務器。當用戶登錄時，BRAS將用戶輸入的用戶名和口令傳送到認證服務器，驗證通過后，BRAS將答應用戶接入網絡，并啟動計費服務器對用戶進行計費。

新用戶治理方式802.1X介紹

作為以太網標準的制定者，IEEE也開始探討以太網在城域網范圍內使用所涉及的安全和認證方面的問題，提出了802.1x草案。該方案的核心內容如下圖。

光以太網技術打造寬帶城域網（圖三）

靠近用戶一側的以太網交換機上放置一個EAP代理，用戶PC機運行EAPoE的客戶端軟件與交換機通信。初始狀態下，交換機上的所有端口處于關閉狀態。當用戶通過EAPoE登錄交換機時，交換機將用戶同時提供的用戶名口令傳送到后臺的Radius認證服務器上。假如用戶名/口令通過了驗證，則相應的以太網端口打開，答應用戶訪問。802.1x的實現基于以太網交換機，為運營商提供了一種更為經濟實用的用戶治理方式。

由于目前城域網的建設處于第一階段，運營商往往希望以最小的投資盡快占領市場，相對比較昂貴的BRAS投資往往超出他們的預算，因此目前采用BRAS PPPoE用戶治理方式的網絡較少。BRAS的大量使用，應該出現在網絡建設的第二階段之后。

組網技術

網絡的可靠性包含以下幾個方面：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。已有的以太網技術在這幾方面存在缺陷。如在城域網的組網中，經常會出現環路，雖然Spanning Tree可以用來消除環路，但這樣不僅帶寬不能有效利用，并且當鏈路發生故障時，Spanning Tree的重構又需要多達十幾秒的時間。與傳統的SDH相比，是無法接受的。為解決以上問題，IEEE成立了802.17工作組專門致力與環結構以太網技術RPR的研究。以期在網絡可靠性方面有較大的提高。

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