城域网的建设与应用(上)

1.概述

城域网是数据骨干网和长途电话网在城域范围内的延伸和覆盖，它承担着集团用户、商用大楼、智能小区等业务接入和通路出租等纷繁复杂的任务，需要通过各类网关实现话音、数据、图像、多媒体、ip接入和各种增值业务及智能业务，并与各运营商的长途网和骨干网实现互通。城域网不仅是传统长途网与接入网的连接桥梁，更是传统电信网与新兴数据网络的交汇点及今后三网融合的基础。

近年来，以10G SDH和DWDM技术为代表的光纤传输技术有了重大突破，骨干网带宽从Gb/s向Tb/s发展；在企业和居民用户端的网络速率，则随着G比特以太网技术进入商业应用而向Gb/s发展。这两个趋势使城域传送网产生了巨大的带宽压力和多种新的功能需求，主要包括：高带宽、大量的用户节点及众多的类型、灵活的带宽分配、多业务支持和协议无关性、保护和自愈以及便捷的网络治理等。

从目前市场需求的统计来看，城域网所承载的业务将从原来以语音为主转变为以数据为主。业务内容从Web浏览、网上聊天、电子邮件等非实时业务向多媒体图像、语音和在线游戏等实时性业务转变。在新的宽带IP城域网中，数据业务将成为主导业务，但并不是说完全取代传统的语音业务。到目前为止，基于时分复用的语音业务仍是电信运营商的主要的稳定收入来源，市场上仍存在大量传统专线接入和交换需求。所以在建设城域网时不能一味地寻求技术的先进性，必须考虑到目前现状及未来的可扩展性，建设一个能服务于多种业务的城域网平台，在这种背景下MSTP(多业务传送平台)就应运而生。更进一步来讲，目前SDH已成为公认的未来信息高速公路的主要物理传送平台。这样，骨干网和城域网的SDH会对下一代的传输交换系统选择产生影响。现在，在光传输市场出现了各种基于SDH的过渡产品解决方案，它们的共性就是建立统一的多业务平台来迎合来自企业集团用户日益增长的快速宽带多业务要求。MSTP不但可以完成TDM业务的传送，而且还可接入ATM和ETN/IP业务，实现二层桥接和交换功能，完成数据业务的接入和传送，是实现综合光网络业务运营的技术保障。通过这种方式建设的宽带专线网可提供64k～155M的专线业务，包括以太网、ATM业务，也可提供波长出租业务，满足本地运营商和集团用户的互联需求。

目前广域网带宽已经达到数百Gb/s，而宽带接入网的建设也已经步入快速发展的轨道。IP-DSLAM和5类线以太网接入使用户接入速率达到数百Kb/s 到数Mb/s。采用SDH的传统城域网成为发展宽带业务的瓶颈。目前已出现城域网建设的高潮。目前主要的宽带城域网技术方案有以下四种。

新一代SDH城域网多业务传输平台MSTP

2.1SDH多业务传输平台MSTP城域网

新一代SDH多业务传输平台MSTP城域网具有以下特点：

2.1.1高集成度。SDH处理专用芯片和光收发器的进步和成熟使SDH系统的集成度不断提高， NGSDH的高集成度表现为设备体积紧凑，端口密度高，通过很小的空间提供超大的接入容量和业务调度容量。

2.1.2MADM集成和业务调度能力。新一代SDH设备的高集成度可使系统集成多个分插复用ADM，同时还融合了大容量同步交叉连接(SDXC)矩阵，可灵活实现多个ADM间的业务调度，构成多分插复用MADM(Multiple-ADM)。

2.1.3多业务传送能力。新一代SDH在保持传统SDH优势的同时，融合了ATM和IP技术，针对不同的业务采用不同的传送方式，形成了一个统一的多业务传送平台。支持STM-4C 、STM-16C等级业务的透明传送。

STM-4C 、 STM-16C等级业务用于承载ATM、 POS(Packetover SDH)等数据业务。新一代SDH在透明传送 STM-4C 、 STM-16C等级业务的基础上，进一步融合了ATM信元统计复用和交换、IP帧统计复用和交换等功能，在充分发挥SDH技术特点的同时(快速环网自愈环倒换、高QoS保证)，通过数据业务统计复用技术，提高带宽利用率，可广泛应用于宽带城域网。

2.2具备弹性分组环RPR功能

通过RPR接口板和SDH设备的交叉功能，在SDH环路上开辟N×VC-4通道用于IP业务的传送，在这个IP环路中，实现Package ADM ，空间重用。同时通过流分类、业务优先级等技术满足以太业务的QOS功能，通过VDQ等带宽的公平算法保证各节点的接入带宽，环网保护技术增强业务的可靠性。RPR是一种与物理层无关的二层技术，已明确提出将SDH作为其物理载体。所以在NGSDH上实现RPR是对以太网业务的一种很好的解决方案。

2.3智能化治理

传统的SDH治理基于单网元，业务配置、设备性能和告警等治理功能的操作对像为单网元。SDH的新一代治理是则面向整个网络，业务配置、设备性能和告警等功能直接基于面向用户提供的网络。新一代SDH配置业务时，只需指定网络业务的源和宿及其相应要求，网络业务即可快速自动生成，而不需象传统SDH那样逐个进行网元设置，系统可提供端到端的业务性能、告警监控和故障辅助定位。此外，新一代SDH还支持用户等级定义、带宽租用和计费等功能，智能化特性是新一代SDH的一项显著特征。

SDH具有灵活的带宽调整能力，适应宽带城域网以太网业务的大带宽传送要求，通常采用两种方式实现。一种是采用ML-PPP(Multi-Link Point-to-Point Protocol)捆绑多个VC-12/VC-3通道传送以太网帧，另一种是采用多个VC-12/VC-3/VC-4级联或虚级联通道传送。其中，由于虚级联(VC-v12-Xv/VC-3-Xv/VC-4-Xv)方式兼容传统的SDH网络，从而得到广泛应用。

对于以太网承载，应满足对上层业务的透明性，映射封装过程应支持带宽可配置。在这个前提之下，可以选择在进入VC映射之前是否进行二层交换。不论是否交换，对于二层交换功能，良好的实现方式应该支持如STP、VLAN、流控、地址学习、组播等辅助功能。我国行标中规定可以选用三种以太网映射方式中的一种：LAPS方式(ITU-TX.85)、PPP方式(IETF系列RFC)、GFP方式(ITU-TG.704)。对于ATM接口，在映射入VC之前，提供ATM统计复用和VP、VC交换功能。对于宽带数据业务的映射，MSTP还应该支持低阶和高阶的VC级联功能，包括相邻级联和虚级联。

3.城域网WDM方案

随着技术的进展和业务的发展，WDM技术正从长途传输领域向城域网领域扩展，当然，这种扩展不是直截了当的，需要针对城域网的特定环境进行改造，其主要特点和要求可以归结如下几个方面。

首先，采用WDM后，容量有了大幅度的增加，至少几十倍，且可以提供某种形式的WDM环保护。其次，应用WDM后容许网络运营者提供透明的以波长为基础的业务。这样用户可以灵活地传送任何协议和格式的信号而不受限于SDH格式。非凡是对于应用在城域网边缘的系统，直接与用户接口，需要能灵活快速地支持各种速率和信号格式的业务，因而要求其光接口可以自动接收和适应从10Mb/s 到2.5Gb/s范围的所有信号。而对于应用在城域网核心的系统，则将来有可能还会要求支持10Gb/s的SDH信号和10Gb/s的以太网信号。最后，城域网WDM系统还应具备波长可扩展性，新的波长应能随时加上而不会影响原有工作波长。这样，系统可以通过简单地增加波长而迅速提供新的业务，极大地增强了运营者的市场竞争能力。

城域网WDM系统的主要不足之处在于不能有效灵活地将低速率信号汇聚进较昂贵的波长通路；此外，不能动态地配置波长，实现光层灵活连接；最后，目前其成本仍然较高。

总的看，城域网WDM的演进可以分为下述几个步骤：

①在城域网敷设WDM的主要目的是解决城域网枢纽点光纤耗尽的问题。

②逐步敷设OADM形成光自愈环，将大量现有的SDH自愈环汇聚到光自愈环。

③引入OXC互连大量的光自愈环形成光网状网结构，从而带来网状网结构的大量好处，还能提供端到端波长业务。

当然在合适的阶段需要在OXC的基础上引入自动交换光网络（ASON）进一步实现动态分配部署波长通路以适应

业务量的需要。

4.光以太网城域网

近来以太网最重要的动向是向城域网乃至广域网的扩展。从技术上看，以太网是一种很简单的解决方案，只需要最少量的规划、设计和测试工作，并且应用多年，为用户熟悉，业务指配时间可以减少到几个小时或几天。其次，以太网是标准技术，互换互操作性好，具有广泛的软硬件支持，成本低。再者，以太网是与媒体无关的承载技术，可以透明地与铜线对、电缆和各种光纤等不同传输媒体接口，避免了重新布线的成本。从结构上看，以太网正以前所未有的端到端解决方案面目出现，消去了其他解决方案所必不可少的网络边界处的格式变换，减少了网络的复杂性。此外，以太网是具有很好扩展性的解决方案，其速率可以从10Mb/s、 100Mb/s、1Gb/s一直扩展到10Gb/s。从治理上看，由于同样的系统可以应用在网络的各个层面上，因此网络治理可以大大简化。尤其值得一提的是，由于很多用户已经熟悉了以太网，因此培训工作简化，新业务可以拓展得更快。采用吉位以太网GbE和万兆以太网10GbE直接在裸光纤或波分复用 (WDM)光缆网上架构宽带IP城域网。

目前L2/L3一体化的吉位以太网路由交换机的背板容量已经达到几百Gb/s，数据包通过量达每秒一亿个以上。可以以线速进行第三层IP/IPX选路和第二层无阻塞交换。支持冗余端口，生成树，多选择路由和冗余路由器协议增加系统可靠性;可以提供上百个1000BASE-X端口。提供带宽治理、优先权和基于策略的QoS;可以方便的通过HTTP、SNMP、RMON、本地和远程CLI的进行灵活治理，而价格只是骨干网高性能路由器的几分之一；将CWDM直接装在以太网路由交换机端口上可以进一步降低成本。光以太网城域网的建设和运营成本不仅低于MSTP和WDM城域网，也低于用各个网路由器架构的宽带IP 城域网，光以太网城域网可以提供VPLS虚拟专网，比 MPLS-VPN更便宜有效。

对于环型拓扑光网适宜采用弹性分组环(Resilient Packet Ring)。环路的两侧都可以用来传输数据，又可以发挥自愈恢复环的功能，大大提高利用效率。目前IEEE成立802.17工作组，IETF成立IP oPTR组来发展这一技术，制定相应标准。

要定义UNI和EVC首先要确定以太网业务的属性包括：物理接口、带宽概况、服务性能(CoS)和CoS标识符(ID)、业务帧递送和VLAN标记支持以及业务复用等。

然而，原来以太网用于局域网，QoS不是问题，当试图扩展应用到公用电信网时需要提供随用户而异的QoS，而目前以太网还没有机制能保证端到端性能，无法提供实时业务所需要的QoS和多用户共享节点和网络所必需的计费统计能力。其次，以太网原来是为局域网企事业用户内部应用设计的，缺乏安全机制保证，即便有需求也是由高层协议来处理，当扩展到MAN和WAN以后，上述利用高层协议的处理方法就无法接受了，需要开发新的安全机制。第三，以太网主要用于小型局域网络环境，网管能力很弱，且目前只有网元级的治理系统。第四，以太网交换机的光口是以点到点方式直接相连的，省掉了传输设备，无法提供故障定位和性能监视，保护功能也难以实现。最后，尽管以太网作为局域网应用是一项久经考验的技术，但是用于公用电信网非凡是广域网环境仍然是一项未经测试的新技术，其设备是否能提供大型电信级公用网所必需的硬件和软件可靠性也需要实践和时间的验证。总的看，只有妥善地解决了上述主要问题后，传统以太网才能顺利地应用于大型公用电信网环境。

5.以ATM为基础的多业务平台

ATM是一种出色的多业务平台技术，而且由于其固有的设计已经充分考虑了业务的QoS问题，因此可以为IP或其他任意客户层信号提供面向连接的、带宽可控、安全性好、延时小的高质量业务。非凡是目前在城域网中应用的ATM VP环技术利用在SDH骨干网上为ATM业务量生成虚通道VP的方式可以使SDH网更有效地承载数据流。

对于未来网络最重要的IP客户层信号而言，将IP与ATM结合可以综合利用ATM的速度快、颗粒细、多业务支持能力强的优点以及IP的简单、灵活、易扩充和统一性的特点，达到优势互补的目的。由于ATM具有固定的信元长度，又工作在链路层，因而是速度最快的分组交换技术。这种技术具有较强的流量工程能力，可以为不同类型的业务流建立不同的通道，根据业务流负荷和阻塞情况疏导不同链路，确保实时业务的QoS。然而其主要缺点是网络体系结构复杂重复；传输效率较低。在网络扩展性方面，ATM的分段和组装（SAR）功能将随着接口速率增加而变得十分复杂困难，速率难以提高。此外，ATM的连接建立信令较复杂，选路灵活性不高；硬件投资高，运行维护治理复杂，非凡是作大型路由配置时耗时耗力；对于较短的数据包，链路建立时间远长于网络数据传输延时，其间无法传数据，在高速条件下成为重要的带宽损失。

简言之，以ATM为基础的多业务平台最适用于多业务电信环境以及服务质量要求较高的IP业务，主要应用于网络边缘多业务的汇集和一般IP骨干网。由于其扩展性受限，高业务量下的性能表现不理想，ATM VP环也不支持网状网结构，因而以ATM为基础的多业务平台不太适合超大型IP骨干网应用。一般说，对于那些已经敷设了核心ATM网而计划扩展到网络边缘的大型电信运营公司，ATM VP环不失为一种可选的解决方案。但是对于预计近期IP业务量会持续大幅度攀升，网络规模需要大幅度扩展的情况，则以ATM为基础的多业务平台不是一种长远解决方案。

尽管目前宽带业务传输主要是IP数据，由于目前的IP网控制治理，结算计费能力差，只能靠包月收费，最受运营商青睐的是基于新一代SDH的多业务传输平台 MSTP。运营商将IP业务纳入SDH专线或虚拟专网IP-VPN，这样就可以方便地治理计费。新一代SDH不仅提高了性能价格比，还解决了传输以太网帧的效率问题成为多业务传输平台。成为当前宽带城域网建设的主流。