寬帶IP網(wǎng)絡(luò)<2>

寬帶IP網(wǎng)絡(luò)<2>
    四、光學(xué)寬帶IP網(wǎng)絡(luò)
    1．IP over SDH／SONET方式
    可以認(rèn)為IP overSDH／SONET是光學(xué)寬帶IP網(wǎng)絡(luò)的雛形。IP數(shù)據(jù)包通過采用點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)
議（PPP）映射到SDH／SONET幀上，按某次群相應(yīng)的線速率進(jìn)行連續(xù)傳輸。
    PPP協(xié)議是一個(gè)簡(jiǎn)單的OSI第二層協(xié)議，標(biāo)頭只有兩個(gè)字節(jié)，沒有地址信息，只是按點(diǎn)
到點(diǎn)順序。PPP協(xié)議可將IP數(shù)據(jù)包切成PPP幀，以滿足映射至SDR/SONET幀結(jié)構(gòu)的要求。
    IP over SDH／SONET技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要高速路由器和PPP協(xié)議，采用的仍然是傳統(tǒng)路由
器的逐包轉(zhuǎn)發(fā)方式。這種方法的基本思路是將路由計(jì)算與包的轉(zhuǎn)發(fā)分開，采用緩沖技術(shù)、
硬件（芯片）快速處理技術(shù)、以ATM信元交換矩陣作為路由器內(nèi)部體系構(gòu)架的交換路由技
術(shù)，將路由器的逐包轉(zhuǎn)發(fā)速度控制到與第二層交換的速度相當(dāng)。它無須利用廣域網(wǎng)上的
ATM交換機(jī)來建立虛電路。目前不少網(wǎng)絡(luò)設(shè)備公司已推出基于IP overSDH／SONET技術(shù)的交
換路由器產(chǎn)品。
    IP over SDH／SONET的特點(diǎn)如下：IP數(shù)據(jù)包通過PPP協(xié)議直接映射到SDH／SONET幀結(jié)
構(gòu)上，省去中間的ATM層，簡(jiǎn)化了IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率；將IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
建立在SDH／SONET傳輸平臺(tái)上，可以很容易地跨越地區(qū)和國(guó)界，兼容各種不同的技術(shù)和標(biāo)
準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連；可以充分利用SDH／SONET技術(shù)的各種優(yōu)點(diǎn)，如自動(dòng)保護(hù)切換（APS），
保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性；有利于實(shí)施IP多播技術(shù)；適用于大型IP骨干網(wǎng)。
    IP overSDH／SONET技術(shù)的不足主要有：SDH原主要考慮電路交換網(wǎng)絡(luò)各種指標(biāo)，如同
步、自愈、抖動(dòng)性能等，在IP網(wǎng)絡(luò)中，這些指標(biāo)的要求不一定相同；不太適于集數(shù)據(jù)、語(yǔ)
音、圖像等的綜合性多業(yè)務(wù)平臺(tái)；IPover SDH／SONET技術(shù)一般可進(jìn)行業(yè)務(wù)分級(jí)（CoS），
目前尚不能像IP over ATM技術(shù)那樣提供較好的服務(wù)質(zhì)量；缺乏電路仿真服務(wù)能力；網(wǎng)絡(luò)
擴(kuò)充不如 IP overATM技術(shù)那樣靈活。
    2．IP over DWDM方式
    從光通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)看，SDH／SONET必然以密集波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)為基礎(chǔ)，因
此IP overSDH／SONET將最終發(fā)展成為IP over DWDM，即IP數(shù)據(jù)包直接在光波道上傳輸。
采用IP over DWDM技術(shù)可減少網(wǎng)絡(luò)各層之間的冗余；減少SDH／SONET，ATM，IP等各層之
間的功能重疊；減少設(shè)備操作、維護(hù)和管理費(fèi)用。同時(shí)，由于省去了中間的ATM層和SDH／
SONET層，其傳輸效率高，可以大大節(jié)省網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本，從而間接降低用戶獲得多媒體通
信業(yè)務(wù)的費(fèi)用。這是一種最直接、最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)的IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，適用于超大型IP骨
干網(wǎng)。IP和DWDM的結(jié)合，將出現(xiàn)一個(gè)全光IP網(wǎng)絡(luò)。全光IP網(wǎng)絡(luò)將按照IP技術(shù)和業(yè)務(wù)的特性
進(jìn)行優(yōu)化，從而為IP網(wǎng)絡(luò)乃至電信網(wǎng)絡(luò)開拓一個(gè)新世界。
    IP overDWDM應(yīng)該說是寬帶IP網(wǎng)絡(luò)的較好解決方案。全光網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處采用波長(zhǎng)可
選的光元件將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)分離，從而進(jìn)行光的復(fù)用與解復(fù)用，并可進(jìn)行光選路和光
交換。DWDM技術(shù)是全光網(wǎng)的基礎(chǔ)。IP技術(shù)和DWDM技術(shù)結(jié)合，IP數(shù)據(jù)流直接進(jìn)入大粒度的光
通道，可充分綜合WDM技術(shù)大容量和IP技術(shù)統(tǒng)計(jì)復(fù)用的優(yōu)勢(shì)，真正達(dá)到IP優(yōu)化的目的。IP
over DWDM組網(wǎng)結(jié)合了波長(zhǎng)路由和IP路由的技術(shù)。波長(zhǎng)路由提供了大粒度的復(fù)用，而IP路
由提供了細(xì)粒度的復(fù)用，兩者的結(jié)合為IP應(yīng)用提供了優(yōu)化的環(huán)境。
    （1）IP over DWD中存在的問題
    IP over DWDM才開始發(fā)展，ITU和光互聯(lián)論壇（OIF）正在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化工作。IP over 
DWDM目前存在的問題有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層與光網(wǎng)絡(luò)層的適配，物理接口的規(guī)范問題和層間管理等。
    IP over DWDM的幀結(jié)構(gòu)選擇是上述問題的關(guān)鍵。DWDM系統(tǒng)本身的特點(diǎn)是業(yè)務(wù)透明性，
它可以承載各種格式的客戶層信號(hào)。幀結(jié)構(gòu)選擇應(yīng)該考慮到這么幾個(gè)因素：幀格式對(duì)IP包
的打包速度和封裝效率；幀格式對(duì)DWDM系統(tǒng)管理功能的貢獻(xiàn)；目前DWDM系統(tǒng)能夠提供的光
波長(zhǎng)類型轉(zhuǎn)換器（OTU）接口類型。
    目前可用的IP over DWDM幀結(jié)構(gòu)方案選擇基本有SDH幀格式和千兆比以太網(wǎng)幀格式兩大類。
    ①SDH幀格式的優(yōu)缺點(diǎn)
    使用SDH幀格式的好處有：目前大部分DWDM系統(tǒng)的OTU提供SDH接口；SDH格式的幀頭中可
載有大量的信令和管理信息。其中信令可以完成保護(hù)切換之類的工作，管理信息可以輔助
DWDM系統(tǒng)完成網(wǎng)管功能。
    SDH幀格式的局限為：由于IP包的大小和SDH幀的大小不一定匹配，因此在路由交換機(jī)接
口上SDH幀的分段與組裝（SAR）處理將影響設(shè)備的吞吐量和性能；使用SDH幀格式需要OTU提
供SDH方式的接口，具備SDH方式的轉(zhuǎn)發(fā)和再生功能，增加了成本。
    ②千兆比以太網(wǎng)幀格式的優(yōu)缺點(diǎn)
    使用千兆比以太網(wǎng)幀格式的好處有：對(duì)于  DWDM系統(tǒng)，應(yīng)采用開放式系統(tǒng)，通過波長(zhǎng)轉(zhuǎn)
換器將IP數(shù)據(jù)流接火光傳輸通道，OTU只需提供透明接口；目前成本較低；在路由交換機(jī)接
口中無需SAR操作。
    使用千兆比以太網(wǎng)幀格式的局限為：由于以太網(wǎng)幀是個(gè)異步的協(xié)議，對(duì)抖動(dòng)和定時(shí)敏感；
目前千兆比以太網(wǎng)采用10B／8B編碼，封裝效率稍低；以太網(wǎng)幀格式中不含管理信息，造成
對(duì)DWDM系統(tǒng)的性能監(jiān)測(cè)困難；傳送距離不如SDH幀格式方式。
    上述兩類幀格式各有優(yōu)缺點(diǎn)，比較而言目前選擇SDH幀格式較千兆比以太網(wǎng)傾格式的可
能性大。目前幀格式的問題在不斷的研究發(fā)展中，例如為解決SDH幀格式中對(duì)于IP網(wǎng)絡(luò)一些
無用的開銷字節(jié)而作的簡(jiǎn)化；為解決以太網(wǎng)幀格式的效率問題對(duì)10 Gbit／s以太網(wǎng)接口的研
究等。ITU亦希望能研究出一種全新的光接口，全面考慮恒定比特流和突發(fā)傳輸、解決幀結(jié)
構(gòu)問題和適配協(xié)議、提出光參數(shù)等物理接口特性和管理問題。
    （2）IP over DWDM組網(wǎng)
    目前，由于OADM和光交叉連接（OXC）等設(shè)備不成熟，全光網(wǎng)的發(fā)展還處于初期水平，
只是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的DWDM傳輸系統(tǒng)。根據(jù)目前技術(shù)狀況，IP over DWDM組網(wǎng)有兩種可能的方式。
    ①疊加方式
    人工配置波道形成IP的骨干中繼路由，再在其上進(jìn)行IP路由的組織。在DWDM節(jié)點(diǎn)，除
了需要進(jìn)行波道組織而進(jìn)行復(fù)用器/解復(fù)用器背對(duì)背的連接方式外，主要采用大容量高速的
IP路由交換機(jī)進(jìn)行電信號(hào)的上下業(yè)務(wù)。從這個(gè)角度出發(fā)，IP over DWDM的組網(wǎng)宜盡量形成
環(huán)狀或總線狀，以減小復(fù)用器／解復(fù)用器背對(duì)背連接的不靈活性和對(duì)光分插與復(fù)用設(shè)備
（OADM）的需求，從而降低造價(jià)。
    ②集成方式
    使用路由交換機(jī)設(shè)備作為節(jié)點(diǎn)設(shè)備，DWDM系統(tǒng)只是作為點(diǎn)到點(diǎn)之間的一種傳輸手段。
    在這種方式中，路由交換機(jī)設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)中的中間設(shè)備，既可完成中繼傳輸又可上下
電路。目前新一代路由交換機(jī)產(chǎn)品均采用路由計(jì)算與包轉(zhuǎn)發(fā)相分離的結(jié)構(gòu)，路由計(jì)算能力
大大增強(qiáng)；采用面向網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞霓D(zhuǎn)發(fā)表維護(hù)，支持大容量的路由表；包轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)構(gòu)采用交換
矩陣實(shí)現(xiàn)無阻塞交換。端口吞吐能力在各種包大小情況下已大致接近線速，單機(jī)交換時(shí)延
已在幾十微秒，有能力支持這種方式的組網(wǎng)應(yīng)用。
    五、寬帶IP網(wǎng)絡(luò)中的流量工程
    在90年代初，當(dāng)IP網(wǎng)絡(luò)主要由155Mbit／S以下的鏈路組成時(shí)，流量工程主要通過使用
路由度量值實(shí)現(xiàn)。但是隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和復(fù)雜性的不斷增加，基于度量的流量控制變得越來
越復(fù)雜，以至于對(duì)網(wǎng)絡(luò)的一部分度量進(jìn)行調(diào)整時(shí)，判斷該調(diào)整對(duì)網(wǎng)絡(luò)其余部分的影響變得
越來越困難，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)帶寬的全面有效利用。
    基于ATM PVC鏈路的IP網(wǎng)絡(luò)中，可以使用ATM的流量工程部分地滿足業(yè)務(wù)要求。但是作
為備份的PVC鏈路必須提前配置好并安裝到ATM交換機(jī)中，由于故障節(jié)點(diǎn)的不確定性，很難
設(shè)計(jì)出與IP內(nèi)在的可恢復(fù)性相似的備份PVC。
    MPLS的出現(xiàn)為IP網(wǎng)絡(luò)中的流量工程問題提供了有希望的解決方案。在寬帶IP網(wǎng)絡(luò)中，
尤其是全光IP網(wǎng)絡(luò)中，MPLS甚至是目前解決流量工程問題的唯一有效方案。流量工程的本
質(zhì)是將業(yè)務(wù)映射到物理拓?fù)渖先ィ琈PLS通過在輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)之間建立標(biāo)記交換路徑來實(shí)
現(xiàn)流量工程。MPLS可通過離線方式計(jì)算出全面或部分標(biāo)記交換路徑，并可采用動(dòng)態(tài)協(xié)議安
裝這些路徑。將來MPLS可支持基于約束的路由，由網(wǎng)絡(luò)自身參與標(biāo)記交換路徑計(jì)算，減小
人工參與的壓力與不足，并通過域內(nèi)路由協(xié)議（IGP）的動(dòng)態(tài)路由信息發(fā)布加快流量工程
對(duì)故障的反應(yīng)和恢復(fù)速度。