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弹性分组环与光以太网争夺城域网
 
慧聪网   2005年9月21日16时52分   信息来源:译自《Lightwave》04年5月1页    

    城域网中数据业务的迅猛增长暴露了原有SONET/SDH传送系统效率低下的缺点。因此迫切需要一种新的传送技术以满足终端用户巨大的数据业务需求,并为运营商带来巨大的商业利润。 解决这一问题最直接的技术是以太网(图1)。作为全世界应用最广泛的通信技术,以太网是针对数据业务的传送进行设计和优化的。目前以太网端口数已经达到数亿个(也许十多亿个),它具有使用广泛、标准化程度高、互操作性强等优点,最重要的是它的价格非常低廉。

业务融合

 

  图1  由于众多商业和技术原因,许多业务都融合到以太网中,将以太网作为其传送媒介。然而,为了保证业务的成功汇聚,以太网技术必须实现从企业级向电信级的升级。

  然而,最初设计的以太网并不是用于电信网的。为了满足许多电信级的基本要求,企业级以太网面临众多挑战。例如,运营商需要提供带有业务等级协议(SLA)的业务,其中包含很多参数,例如协议带宽、最大突发带宽、时延、抖动限制等等。而企业级以太网仅能使用端口速率来限制带宽(10Mb/s、100Mb/s、1Gb/s或10Gb/s)。

  同样,运营商对保护也有很严格的要求。当设备或者光纤发生故障时,必须保证在50ms之内实现业务的自动恢复。而企业通常对保护没有如此严格的要求,甚至根本没有保护要求。企业级以太网能提供的保护机制仅仅是生成树协议。它具有汇聚时间非常长、正常工作期间不能使用备用链路等众多缺陷。

  此外,运营商不仅要提供以太网业务,还需要提供E1/T1等TDM业务,以支持PBX专网、PSTN接入,以及原有的路由器连接等应用。企业级以太网不能提供符合TDM标准的具有特定机制和QoS保证的TDM界面。而且,典型的企业以太网拓扑是树形的,而运营商则需要其它类型的拓扑,例如环形和格形拓扑。由于在2层网络中不能存在环回,因此企业级以太网不能支持上述拓扑。

  最后,运营商需要一种简单高效的机制来提供这些业务,同时还需要具备监控业务状态和SLA符合程度的能力。

  目前有两种方案可以实现运营商的上述要求。一种是弹性分组环(RPR),另一种是光以太网(OpE)。两种方案都致力于解决上述问题,而且都可以为运营商提供能盈利的城域网业务。然而,两者之间也存在显著差别。
  
  弹性分组环

  弹性分组环是由新的IEEE标准枣IEEE802.17确定的高速数据接入技术。IEEE  802.17通过改变以太网的基本特性和帧格式实现了特定的网络特性。

  弹性分组环借鉴了SONET/SDH环网的概念,是一种环网技术,只能工作在环形拓扑中。在弹性分组环中,终端用户被连接到类似于上下路复用器的弹性分组环设备上。在每个节点处,业务可以直通(直接被传送到下一节点而不发生任何改变)、下路(从环网传送到终端用户处)或者上路(从终端用户处传送到环网)。

  弹性分组环是一种2层技术,它可以使用以太网或者SONET/SDH作为传送媒介。但实际应用中弹性分组环大都采用SONET/SDH作为其传送平台。

  弹性分组环比SONET/SDH和企业级以太网有了进一步的改善。与SONET/SDH相比,弹性分组环更好的解决了数据业务的突发问题,同时避免了TDM技术中的业务粒度问题。由于弹性分组环只是一种接入技术,因此端到端的性能将取决于网络边缘和核心设备的性能。

  与企业级以太网相比,弹性分组环可以满足前述电信级要求。例如,为了支持SLA,弹性分组环采用了确定的共享媒质。在这种情况下,接入环网中每个节点的可用带宽都是可知的。因此可以使用协议带宽提供各种业务。而在网络的其它部分,如果需要,可以使用其它机制。

  当接入环网中发生光纤断裂或设备故障时,弹性分组环可以采用“环回”和“源路由”机制实现50ms的保护。在正常工作时,预留的保护带宽可以用于传送尽力而为型业务。如果网络其它部分需要故障保护,则必须使用边缘和核心保护机制。

  弹性分组环可以采用SONET/SDH作为传送平台,所以它能够很自然地在接入环网中集成原有的TDM业务,例如E1/T1和DS-3,同时具有业务提供和监控等基本功能。由于每个节点都知道环网中的可用带宽,因此在业务的起始和终结节点就可以提供业务接入。同样,在业务端点也可以实现SLA监控。然而在网络的其它部分,必须采用各种现有机制实现业务提供。

  目前,作为一种针对资料业务优化的技术,弹性分组环主要用于升级接入环网以延长现有SONET/SDH网络的生命周期。在大多数实际应用中,弹性分组环主要用于SONET/SDH传送平台之上,与SONET/SDH边缘和核心设备集成在一起,在接入环网中同时传送TDM和分组数据业务。

  除了只能用于环形拓扑之外,弹性分组环还有其它限制。很多城域网需要结合使用环形、格形和树形拓扑以满足实际应用的需要,而弹性分组环很难满足这种要求。而且由于弹性分组环使用环形拓扑,当环中两个节点之间的带宽需求增加时,整个环网的带宽都需要进行升级。弹性分组环的保护机制位于网络层。它缺少对于单个业务和单个用户的保护粒度,因此造成了网络资源不必要的浪费,同时也减少了所能提供的业务类型。由于SONET/SDH本身具有50ms保护机制,因此当采用SONET/SDH作为传送层时,弹性分组环的保护机制有些画蛇添足。此外,IEEE  802.17尚未定义多个环形拓扑的保护机制,因此现有的50ms保护机制仅限于单个环形拓扑中。
  
  光以太网

  光以太网方案和弹性分组环不同,它仅使用标准以太网技术,或者结合使用MPLS技术以满足电信级要求(图2)。例如,为了实现SLA,光以太网结合使用了连接许可控制(和ATM中的呼叫许可控制类似)、业务管理规则、拥塞控制,以及多重优先级等技术。

光以太网

光以太网

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  图2  光以太网从标准的以太网技术开始,加入了业务管理功能,例如:点选方式的业务提供,运行、管理、维护功能,50ms恢复等。然后它集成了光交换和TDM处理能力以便于扩展,同时也大大降低了投资和运营支出。

  在面向连接的光以太网体系中,业务作为一个连接被预先提供(类似于ATM中的虚电路)。业务的定义包含了端到端SLA、承诺信息速率(CIR)、峰值信息速率(PIR-尽力而为型业务的突发速率)、时延,以及抖动。业务在网络中的路由是根据可用带宽确定的。连接许可控制确保CIR不被过量预约(除非运营商指定了过量预约规则),因此SLA总可以得到保证。业务在入口处被管制,以确保它不超过SLA定义的PIR。当拥塞发生时,超过CIR的流量将被丢弃。

  光以太网采用“快速重路由”机制实现保护。在这种方式下,链路或设备故障将触发网络中的路由向预先提供的备用通路倒换。这种方案可以在50ms内实现故障恢复,而无需考虑故障发生的位置。而且在正常工作时,这些预留的保护带宽可以用于尽力而为型无保护业务,例如互联网接入等。

  光以太网将SLA机制和电路仿真技术相结合,可以集成原有的TDM业务。电路仿真业务可以在以太网上提供标准的TDM业务,例如E1/T1、E3/DS-3,以及STM-1/OC-3等。
  
  无环回特性

  由于光以太网是面向连接的技术,不存在环回,因此光以太网可以用于各种拓扑,例如环形、星形、树形或者格形。

  光以太网技术包含多种机制,可以完成业务提供和业务状态监控。通常,网络管理系统就可以完成光以太网业务提供。光以太网定义的多种算法可以根据可用资源进行最优路由选择。更重要的是,光以太网定义了运行、管理和维护协议,它们可以对业务的连接性、实际吞吐量、丢包率、时延,以及抖动进行监控。

  在光以太网中,以太网帧结构不发生改变。光以太网将以太网和标准的MPLS结合,提供多种机制来实现上述功能。由于使用了标准以太网技术,光以太网可以利用大量现有的以太网器件,通过使用这些成熟的价格低廉的器件可以降低成本。

  光以太网是一种用于城域网的端到端技术(图3)。光以太网的优势不仅仅体现在城域接入层,而且可以深入到城域核心层,到达业务的终点。在整个端到端的过程,它都能够支持业务等级协议,并对业务加以监控。光以太网可以为网络的任意部分提供保护,并可以用于各种拓扑。因此,光以太网为下一代城域网提供了完整的端到端解决方案。

电信以太网

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          图3  光以太网使用以太网和MPLS技术来满足现代城域网的电信级要求。

  
  

 
作者:陈利兵:北京邮电大学光通信中心 
 
 
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