IP城域网——未来城域网的发展方向

2019-11-04 20:46:58

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供稿：网友

　　城域网建设的投入大、问题多、困难多是运营商最为关注和急于解决的问题。正因为运营商极为关注，制造商的商机大，因而城域网的新技术在不断推出，达到令人眼花缭乱的程度。但是，目前推出的技术虽多，却没有一种技术可以满足运营商的全部需求，因而城域网技术也是运营商最为困惑、最难确定的。
　　
　　不同的电信运营商因其所拥有的资源不同，对城域网技术、设备有不同的要求，导致目前城域网的发展方向不能唯一确定；但是，用一个网络来承载众多业务，使运营成本最小化，则是他们的共同的要求。虽然目前还没有一种技术能满足运营商在可见的将来业务发展的需要，但市场的需求将会促进城域网技术的发展，并最终走向一致。
　　
　　随着国内宽带接入的快速发展，城域网已成为运营商对市场快速反应和有效扩展业务的瓶颈，由此国内正在掀起建设城域网的高潮。目前，城域网技术成了电信制造业和运营业重点关注的问题。
　　
　　城域网的定义
　　城域网是一种主要面向公众电信用户的、最大可覆盖城市及其郊区范围的、可提供丰富业务和支持多种通信协议的公用网，在地理位置上网络覆盖一个城市（该城市一般属于行政地级市以上的城市）市区和近郊区及其所辖的所有县市（考虑到网络扁平化结构等实际情况，也可做适当扩充，地理上覆盖若干个地级城市）。
　　
　　一个完整的城域网在垂直方向上由城域传送网、城域承载网、城域业务/应用网及支撑网（如信令网、同步网、治理及用户支撑系统）组成。城域传送网和城域分组承载网共同构成了整个城域网的基础承载平台。城域业务/应用网是整个城域网各种业务和应用的提供平台，由具体的业务与应用系统组成，如城域会议电视网、城域ip电话网、城域远程教育网等。目前大家经常提及的城域网通常指由城域传送网和城域分组承载网共同构成的基础承载平台。
　　
　　城域传送网、城域承载网在水平方向一般可分为核心部分（网）、汇聚部分（网）和接入部分（网）等。对于中小规模的城域网，则可以简化为两层，只有核心层、汇聚层（汇聚层与接入层综合在一起），或者是只有核心层（汇聚层）与接入层（汇聚层与核心层综合在一起）。
　　
　　目前传送网的作用主要是向业务承载网的节点设备提供连接专线，光纤、波长可以提供高速、大带宽的点对点专线；SDH VC可以提供中、高速，大带宽的点到点专线；ATM PVC可以提供中速、高速的点到点专线；帧中继、DDN提供中、低速专线，以上的专线均可以提供长途远程专线。双绞线、同轴线等能提供用户与局端连接专线，从形式上来说长途远程专线和本地近程专线有巨大的差异，但从本质上来说，两者对业务承载网都是连接其节点设备间的连接专线，它们都不参与业务信息元的交换或路由，从这个意义上说，传送网这一层可厚、可薄，最薄的传送层只剩光纤。
　　
　　承载网完成业务信息元的交换或路由，将业务信息元从源端送达目的端。
　　
　　影响城域网走向的主要因素
　　1.业务的多样化和综合化趋势影响城域网发展方向
　　
　　业务的多样化是运营商商业运作的需要，也是社会信息化带来的用户需求；业务的综合化是技术发展的必然产物，多媒体业务是下一代的主流业务已是业界的共识。业务的多样化和综合化趋势要求网络有能力承载宽带业务与窄带业务，还要有能力承载实时业务与非实时业务，理论与实践都表明能够承载上述4类业务的网目前只能是基于分组交换技术的网络。ATM做过尝试，没有成功；IP技术正在做尝试，目前看来很有可能成功，IP电话的突破，表明电话业务分组化技术可行、商业上也可行；视讯业务的全IP化已成定局；实时业务的全IP化已无障碍，商业运营已接受，非实时业务已经实现全IP化；从业务综合的角度来看IP技术已经获得成功。因而从业务发展来看，IP技术是发展的方向。
　　
　　网络是用于承载业务的，网络与业务的适配将最大限度地发挥网络优势，业务的发展走向直接决定了网络的发展方向，因而城域网的走向将是发展IP城域网。但是，目前的IP网是完全建立在Internet设计理念的基础上，在服务质量、安全等问题上存在严重的不足，无法用于建设运营商信任的商用网，过去3～4年来没有得到具有实质意义的进展，严重影响了电信运营商使用IP网的信心，也影响确定城域网技术的走向。
　　
　　2. TDM的大量存在将影响城域网技术的走向
　　
　　下一代城域网应该能够综合宽带、窄带、实时、非实时业务，而TDM资源调度困难，很难实现对宽带和窄带业务的综合。此外，TDM对于具有突发特征的非实时业务并非最佳方案，因而TDM不是下一代城域网技术的发展方向。然而，由于基于TDM技术的传统电话是电信运营商业务收入的主体，因此TDM的大量存在将影响到城域网技术的走向。
　　
　　对电信运营商来说，充分利用“存量资源”、有效使用“增量资本”、使新增资金效益最优化，追求网络的综合化和最简化、减少网络种类、降低运维成本是至关重要的。但是，不同电信运营商因其掌控的资源不同，对城域网的考虑也不相同，这就影响他们对城域网发展方向的判定，从而影响城域网发展方向的确定。运营商拥有的资源不对等性，过渡时期技术的多样性、不确定性以及业内技术观点的离散性，都为城域网的发展方向带来了不确定性。服务质量问题、安全问题、接入论证和信任关系、面向连接与不面向连接、业务汇集点与业务控制问题和商业模型等问题，现有的技术难以给出令各方面都满足的结果，实际上严重地影响着城域网技术走向的确定。过渡时期对新业务监管不能及时到位，并且新业务发展中存在诸多不确定因素，同样会影响城域网发展方向的确定。
　　
　　城域传送网技术
　　在目前电信网中，传送网有两个用途：一是作为业务承载网的节点设备提供连接专线。从本质上讲传送网无需建全程网，为了能有效地提供长途专线（国际、国内和本地），可以构建若干个网，在治理系统的支持下，用配置的方式向业务承载层提供可靠的连接专线。二是传送网负责对汇聚的业务信息（元）群路进行交换或路由。在这种场合下，传送网是需要成网的（但仍然不需要有全程网），它可以对主干业务信息（元）群路进行交换或路由，或对本地（城域）业务信息（元）群路进行交换或路由。
　　
　　对于城域传送网来说，它的主要作用是为承载网提供可靠的数据专线。目前城域传送网常用的技术主要有：光纤、WDM（包括CWDM，DWDM）、SDH、RPR，很显然，以上这些技术主要是用于提供粒度大小不同的数据专线，属于典型的城域传送网。
　　
　　MSTP以及GFT则是另外两种技术。MSTP最初是传送网，它在SDH技术的基础上增加了一些技术措施，可以同时提供TDM专线和分组专线。目前MSTP在向承载网发展，将愈来愈多的承载网内容加在MSTP的节点设备中。从逻辑层面来看，SDH与GFP属于传送层，以太网交换属于业务承载层，目前MSTP将逻辑上独立的两层设备，物理上放在一个节点设备中。除此之外，业内最新提出一种通用帧传送（GFT）的技术思路。
　　
　　1.基于MSTP的城域网技术
　　
　　传统电信运营商拥有大量TDM资源，传统电话在国内大部地区还是业务收入的主要来源，基于SDH的MSTP将是今后几年城域传送网建设的重点。它对传统SDH设备进行了改进，在SDH帧格式中提供不同颗粒的多种业务、多种协议的接入、汇聚和传输能力，是目前城域传送网最主要的实现方式之一。
　　
　　第一代MSTP技术是将以太网信号直接映射到SDH的虚容器（VC）中，进行点到点传送；提供以太网透传租线业务，业务粒度受限于VC，一般最小为2Mbit/s；不能提供不同以太网业务的QoS区分；不提供流量控制；不提供多个以太网业务流的统计复用和带宽共享；保护完全基于SDH，不提供以太网业务层的保护。
　　
　　第二代MSTP技术是在一个或多个用户以太网接口与一个或多个独立的基于SDH虚容器的点对点链路之间，实现基于以太网链路层的数据帧交换。第二代MSTP可提供基于802.3x的流量控制、多用户隔离和VLAN划分、基于STP的以太网业务层保护、基于802.1p的优先级转发。第二代MSTP也有一些缺点：不能提供良好的QoS支持；无法很好地取代利润丰厚的租线业务；基于STP的业务层保护时间太慢；业务带宽粒度也受限于VC，一般最小为2Mbit/s；VLAN的4096地址空间使其在主干节点的扩展能力很受限制，不适合大型城域公网应用；节点处在环上不同位置时，其业务的接入是不公平的；MAC地址学习/维护以及MAC地址表影响系统性能；基于802.3x的流量控制只是针对点到点链路；多用户/业务的带宽共享是对本地接口而言，还不能对整个环业务进行共享。
　　
　　第三代MSTP技术的主要特征是引入了中间的智能适配层（1.5层）、采用通用成帧规程（GFP）高速封装协议、支持VC虚级联和链路容量自动调整（LCAS）机制，因此可支持多点到多点的连接、具有可扩展性；支持用户隔离和带宽共享；支持QoS、SLA增强、阻塞控制以及公平接入。
　　
　　智能适配层：以太网新业务的QoS要求推动着MSTP向第三代发展。从第一代和第二代MSTP的以太网业务支持上看，不能支持良好QoS的一个主要原因是现有以太网技术是无连接的，尚没有足够的QoS处理能力。为了能将真正的QoS引入以太网业务，需要在以太网和SDH间引入一个中间的智能适配层来处理以太网业务的QoS要求。从目前的技术发展来看，该中间层主要有两种，分别是MSTP和弹性分组环（RPR）。
　　
　　通用成帧规程（GFP）：GFP是一种先进的数据信号适配、映射技术，可以透明地将上层的各种数据信号封装为可以在SDH/OTN传输网络中有效传输的信号；GFP有二类映射方式，即帧映射（GFP-F）和透明映射（GFP-T）。GFP吸收了ATM信元定界技术，数据承载效率不受流量模式的影响，同时具有更高的数据封装效率，它还支持灵活的头信息扩展机制来适配各种传输。
　　
　　VC虚级联和LCAS：虚级联的主要优势是仅要求通道两端的设备支持虚级联，并且可大量节省传

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