三種寬帶IP主干網(wǎng)技術(shù)的比較

  1  概述

新一代寬帶IP網(wǎng)絡(luò)要建立在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上，建立在當(dāng)前最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)基礎(chǔ)上。典型的相關(guān)技術(shù)有IP over ATM、IP over SDH、IP overWDM等。

  IP over ATM,融合了 IP和 ATM技術(shù)特點(diǎn)，發(fā)揮 ATM支持多業(yè)務(wù)、提供QoS（服務(wù)質(zhì)量保證）的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。IP over SDH,直接在SDH上傳送IP業(yè)務(wù)，對(duì)IP業(yè)務(wù)提供了完善支持，提高了效率。而IP overWDM,采用高速路由交換機(jī)設(shè)備和  DWDM（密集波分復(fù)用）技術(shù)，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)帶寬，對(duì)不同碼率、數(shù)據(jù)幀格式的業(yè)務(wù)提供全面支持。

  2 寬帶IP支持技術(shù)

  2.1 IP over ATM

  IP over ATM的基本原理和工作方式為：將IP數(shù)據(jù)包在ATM層全部封裝為ATM信元，以ATM信元形式在信道中傳輸。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)接收到一個(gè)IP數(shù)據(jù)包時(shí)，它首先根據(jù)IP數(shù)據(jù)包的IP地址通過(guò)某種機(jī)制進(jìn)行路由地址處理，按路由轉(zhuǎn)發(fā)。隨后，按已計(jì)算的路由在ATM網(wǎng)上建立虛電路（VC）。以后的IP數(shù)據(jù)包將在此虛電路VC上以直通（Cut-Thtough）方式傳輸而不再經(jīng)過(guò)路由器，從而有效地解決了IP的路由器瓶頸問(wèn)題，并將IP包的轉(zhuǎn)發(fā)速度提高到交換速度。

  實(shí)現(xiàn)IP over ATM,ITH-T SG-13組把相應(yīng)的解決方案分為兩種模型：重疊模型和集成模型。

  * 重疊模型。

  重疊模型的實(shí)現(xiàn)方式主要有：IETF推薦的IPOA（CIPOA:Classic IP over ATM）、ATM Forum推薦的 LAN仿真（LANE:LAN Emulation）和多協(xié)議MPOA等（MPOA: Muti-Protocol over ATM）。重疊技術(shù)的主要思想是：IP的路由功能仍由IP路由器來(lái)實(shí)現(xiàn)，需要地址解析協(xié)議ARP實(shí)現(xiàn)MAC地址與ATM地址或IP地址與ATM地址的映射。而其中MPOA不需要傳統(tǒng)的路由器，任何具有MPOA功能的主機(jī)或邊緣設(shè)備都可以和另一設(shè)備通過(guò)ATM交換直接連接，并由邊緣設(shè)備完成包的交換即第三層交換。該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)完善成熟，采用ATM Forum/ITU-T的信令標(biāo)準(zhǔn)，與標(biāo)準(zhǔn)的ATM網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)兼容。但該技術(shù)對(duì)組播業(yè)務(wù)的支持僅限于邏輯子網(wǎng)內(nèi)部，子網(wǎng)間的組播需通過(guò)傳統(tǒng)路由器，因而對(duì)廣播和多發(fā)業(yè)務(wù)效率較低。

  * 集成模型

  集成模型的實(shí)現(xiàn)技術(shù)主要有：Ipsilon公司提出IP交換（Ip Swtich）技術(shù)、Cisco公司提出的標(biāo)記交換（Tag Swtich）技術(shù)和 IETF推薦的 MPLS技術(shù)。集成模型的主要思想是：將ATM層看成 IP層的對(duì)等層，將IP層的路由功能與 ATM層的交換功能結(jié)合起來(lái)，使IP網(wǎng)絡(luò)獲得ATM的選路功能。ATM端點(diǎn)只需使用IP地址標(biāo)識(shí)，從而不需要地址解析協(xié)議。該技術(shù)傳輸IP數(shù)據(jù)包效率較高，且不需地址解析協(xié)議。但目前標(biāo)準(zhǔn)還未完成，與標(biāo)準(zhǔn)的 ATM技術(shù)結(jié)合不是很好。從以上分析可以看出，IP over ATM具有以下特點(diǎn)：

  * 優(yōu)點(diǎn)：

  （1）由于ATM技術(shù)本身能提供QoS保證，因此可利用此特點(diǎn)提高IP業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。

  （2）具有良好的流量控制均衡能力以及故障恢復(fù)能力，網(wǎng)絡(luò)可靠性高。

  （3）適應(yīng)于多業(yè)務(wù)，具有良好的網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展能力。

  （4）對(duì)其它幾種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議如IPX等能提供支持。

  * 缺點(diǎn)

  （1）目前 IP over ATM還不能提供完全的 QoS保證。因?yàn)槟壳斑€沒(méi)有一種標(biāo)準(zhǔn)方法實(shí)現(xiàn)IP優(yōu)先級(jí)（CoS）分類映射到ATM的QoS.

  （2）對(duì)IP路由的支持一般，IP數(shù)據(jù)包分割加入大量頭信息，造成很大的帶寬浪費(fèi)（20%~30%）。

  （3）在復(fù)制多路廣播方面缺乏高效率。

  （4）由于 ATM本身技術(shù)復(fù)雜，導(dǎo)致管理復(fù)雜。

  2.2 IP over SDH

  IP over SDH以 SDH網(wǎng)絡(luò)作為IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的物理傳輸網(wǎng)絡(luò)。它使用鍵路及PPP協(xié)議對(duì)IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝，把IP分組根據(jù)RFC1662規(guī)范簡(jiǎn)單地插入到PPP幀中的信息段。然后再由SDH通道層的業(yè)務(wù)適配器把封裝后的IP數(shù)據(jù)包映射到SDH的同步凈荷中，然后向下，經(jīng)過(guò)SDH傳輸層和段層，加上相應(yīng)的開(kāi)銷(xiāo)，把凈荷裝入一個(gè)SDH幀中，最后到達(dá)光層，在光纖中傳輸。IP over SDH,也稱Packet over SDH（PoS）它保留了IP面向無(wú)連接的特征。

  支持IP over SDH技術(shù)的協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)和草案主要有：

  · PPP協(xié)議 PPP協(xié)議（即IETF FRC1661: The Point-to-Point Protocol和RFC2153:PPP vendor Extension）是一個(gè)簡(jiǎn)單的OSI第二層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。其標(biāo)頭只有兩個(gè)字節(jié)，沒(méi)有地址信息，只是按點(diǎn)到點(diǎn)順序，面向無(wú)連接。PPP協(xié)議可將IP數(shù)據(jù)包切成PPP幀（符合RFC1662:PPP in HDL-CLink Framing）以滿足映射到  SDH/Sonet幀結(jié)構(gòu)（符合RFC1619;PPP overSDH）上的要求。

  ·簡(jiǎn)化的數(shù)據(jù)鍵路協(xié)議（SDL）

  在IP/PPP/HDLC/SDH中，使用的基于HDLC的幀定界協(xié)議存在一些問(wèn)題，主要表現(xiàn)在：用戶使用HDLC幀時(shí)，網(wǎng)管需要對(duì)每一個(gè)輸入、輸出字節(jié)都進(jìn)行監(jiān)視。當(dāng)用戶數(shù)據(jù)字節(jié)的編碼與標(biāo)志字節(jié)相同時(shí)，網(wǎng)管需要進(jìn)行填充、去填充操作。

  為此，Lucent提出了簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)鍵路協(xié)議SDL.SDL用戶對(duì)同步或異步傳送的可變長(zhǎng)的IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行高速定界，可適用于 OC-48/STM-16以上速率的 IP over SDH.SDL的幀格式如圖4所示。

  SDL協(xié)議主要應(yīng)用于點(diǎn)到點(diǎn)的IP傳送，可以用于任何類型的數(shù)據(jù)包（如IPv4、IPv6等）。與HDLC相比，SDL更容易應(yīng)用于高速鏈路，并且可能提供鍵路層的QoS.

  從以上分析可以看出，IP over SDH具有以下特點(diǎn)：

  * 優(yōu)點(diǎn)：

  （1）對(duì)IP路由的支持能力強(qiáng)，具有很高的IP傳輸效率。

  （2）符合Internet業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，如有利于實(shí)施多路廣播方式。

  （3）能利用SDH技術(shù)本身的環(huán)路，故可利用自愈合（Self-healing Ring）能力達(dá)到鏈路糾錯(cuò)；同時(shí)又利用OSPF協(xié)議防止設(shè)備和鍵路故障造成的網(wǎng)絡(luò)停頓，提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

  （4）省略了不必要的ATM層，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低了運(yùn)行費(fèi)用。

  * 缺點(diǎn)：

  （1）僅對(duì)IP業(yè)務(wù)提供好的支持，不適于多業(yè)務(wù)平臺(tái)。

  （2）不能像IP over ATM技術(shù)那樣提供  較好的服務(wù)質(zhì)量保障（QoS）。

  （3）對(duì)IPX等其它主要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持有限。

  2.3 IP over WDM

  IP over WDM,也稱光因特網(wǎng)。其基本原理和工作方式是：在發(fā)送端，將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合（復(fù)用）送入一根光纖中傳輸，在接收端，又將組合光信號(hào)分開(kāi)（解復(fù)用）并送入不同終端。 IP over WDM是一個(gè)真正的鏈路層數(shù)據(jù)網(wǎng)。在其中，高性能路由器通過(guò)光ADM或WDM耦合器直接連至WDM光纖，由它控制波長(zhǎng)接入、交換、選路和保護(hù)。IP over WDM的幀結(jié)構(gòu)有兩種形式名DH幀格式和干兆以太網(wǎng)幀格式。

  支持IP over WDM技術(shù)的協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)和草案主要有：

  * DWDM（密集波分復(fù)用）

  一般峰值波長(zhǎng)在1~10nm星級(jí)的WDM系統(tǒng)稱為DWDM.在此系統(tǒng)中，每一種波長(zhǎng)的光信號(hào)稱為一個(gè)傳輸通道（channel）。每個(gè)通道都可以是一路155Mb/s、622Mb/s、2.5Gb/s甚至10Gb/s的ATM或SDH或是千兆以太網(wǎng)信號(hào)等。

  DWDM提供了接口的協(xié)議和速率的無(wú)關(guān)性，在一條光纖上，可以同時(shí)支持ATM、SDH和千兆以太網(wǎng)，保護(hù)了已有投資，并提供了極大靈活性。

  * SDH與千兆以太網(wǎng)幀格式比較目前，主要網(wǎng)絡(luò)再生設(shè)備大多采用SDH幀格式，此種格式下報(bào)頭載有信令和足夠的網(wǎng)絡(luò)管理信息，便于網(wǎng)絡(luò)管理。但相較而言，在路由器接口上針對(duì)SDH幀的拆裝分割（SAR）處理耗時(shí)，影響網(wǎng)絡(luò)吞吐量和性能，且采用SDH幀格式的轉(zhuǎn)發(fā)器和再生器造價(jià)昂貴。

  目前，在局域網(wǎng)中主要采用千兆以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)，此種格式下報(bào)頭包含的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息不多，但由于沒(méi)有使用一些造價(jià)昂貴的再生設(shè)備，因而成本相對(duì)較低。由于使用的是“異步”協(xié)議，對(duì)抖動(dòng)和時(shí)延不那么敏感。同時(shí)由于與主機(jī)的幀結(jié)構(gòu)相同，因而在路由器接口上下需對(duì)幀進(jìn)行拆裝分割（SAR）操作和為了使數(shù)據(jù)幀和傳輸幀同步的比特塞入操作。

  從以上分析可以看出，IP over WDM具有以下特點(diǎn)：

  * 優(yōu)點(diǎn)：

  （1）充分利用光纖的帶寬資源，極大地提高了帶寬和相對(duì)的傳輸速率。

  （2）對(duì)傳輸碼率、數(shù)據(jù)格式及調(diào)制方式透明?？梢詡魉筒煌a率的ATM、SDH/Sonet和千兆以太網(wǎng)式的業(yè)務(wù)。

  （3）不僅可以與現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)兼容，還可以支持未來(lái)的寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)升級(jí)，并具有可推廣性、高度生存性等特點(diǎn)。

  * 缺點(diǎn)：

  （1）目前，對(duì)于波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)化還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。一般取193.1THz為參考頻率，間隔取100GHz.

  （2）WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)與其傳輸?shù)男盘?hào)的網(wǎng)管分離。但在光域上加上開(kāi)銷(xiāo)和光信號(hào)的處理礎(chǔ)還不完善，從而導(dǎo)致WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理還不成熟。

  （3）目前，WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只是基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式，還沒(méi)有形成“光網(wǎng)”

  3 總結(jié)

  通過(guò)以上的分析比較，我們可以發(fā)現(xiàn)，在高性能、寬帶的 IP業(yè)務(wù)方面，IP over SDH技術(shù)由于去掉了ATM設(shè)備，投資少、見(jiàn)效快而且線路利用率高。因而就目前而言，發(fā)展高性能IP業(yè)務(wù)，IP over SDH是較好選擇。而IP over ATM技術(shù)則充分利用已經(jīng)存在的ATM網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)，發(fā)揮ATM網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，適合于提供高性能的綜合通信服務(wù)，因?yàn)樗軌虮苊獠槐匾闹貜?fù)投資，提供Voice、 Video、 Data多項(xiàng)業(yè)務(wù)，是傳統(tǒng)電信服務(wù)商的較好選擇。對(duì)于 IP overW-DM技術(shù)，它能夠極大地拓展現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)帶寬，最大限度地提高線路利用率，并且在外圍網(wǎng)絡(luò)以千兆以太網(wǎng)成為主流的情況下，這種技術(shù)能真正地實(shí)現(xiàn)無(wú)縫接入。應(yīng)該說(shuō)，IP overWDM將代表著寬帶IP主干網(wǎng)的明天。