光以太网技术打造宽带城域网

2019-11-04 22:17:57

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供稿：网友

许多研究表明，专线接入的带宽平均使用率不足50%，多数情况下不超过20%。随着用户需求的不断增加，传输带宽的耗尽必然导致传输网络的扩容。造成了一方面带宽利用率非常低，另一方面必须扩容的矛盾。光以太网的出现，彻底解决了这一问题。

城域网的瓶颈

目前，用户可以选择的接入手段和速率基本上是基于铜线的各种接入方式，如X.25、DDN、E1、ISDN、ADSL和拨号接入等，速率介于k比特和M比特之间，已经无法满足用户日益增长的需求。在个人用户方面，用户已不仅仅停留在对Internet的慢速浏览，VOD、WeBTV等各种新的有高带宽需求的应用,也吸引着用户和内容服务提供商。

从另一个角度看，超过95%的用户使用以太网连接其内部网络，目前的接入网迫使用户必须购买昂贵的路由器来连接电信接入网，协议的转换带来了大量额外的开销。

ip以其无连接的特性、灵活的带宽分配完全占据了局域网的应用，同时许多运营商使用IP over ATM和IP over SONET的方式建设可靠和功能强大的网络。运营商选择ATM和SDH/SONET传输IP，是基于众多的考虑，如可扩展性、可靠性以及技术的成熟性。

这些方式固然有其众多的优点，但在将Layer2数据映射到Layer1的带宽的治理上有明显缺点。从传输的角度来看，他们基于 “专线”的方式，需要预先确定传输所需的带宽。数据进入骨干网遵循传统TDM网络的规律，其颗粒度可能是E1、E3、STM1或STM4等。这些方式导致了光传输带宽的浪费。

光以太网解决瓶颈

包括北电网络公司在内的一些电信设备公司提出了光以太网的概念。这一解决方案的核心，是利用光纤的巨大带宽资源和以太网的成熟和易用，为运营商建造新一代的宽带城域接入网，满足市场对带宽的巨大需求。

光以太网将以太网的优越性扩展到了城域网，如低成本的以太网接口（10Mbps、100Mbps、1Gbps），由于以太网在企业和个人计算机上的广泛使用，使得以太网的硬件成本非常低，大大降低了运营商的网络建设成本。以太网已经有26年的历史，技术的成熟更降低了网络的风险。通过跨广域网的VLAN实现虚拟专用网络应用，不需要企业改变他们现有的IP地址，简化了企业的治理成本，使得光以太网可以同时为住宅用户和商业用户服务。

图1 路由器网状互连和光以太网的比较

光以太网首先在北美得到应用。与北美不同，中国的以太网接入业务首先瞄准了住宅用户。北美的私人住宅非常分散，采用光纤到路边的方法，每对光纤覆盖的用户数量非常小，因此，在北美使用ADSL和Cable Modem更为经济。中国的情况完全不同，城市的居民集中居住在各类小区内，小区内的住宅数量在300到2000户之间。运营商采用光纤到小区的方法非常经济实用。据测算，以太网接入用户的成本（不计光纤和双绞线）约在30到60美元之间，大大低于ADSL和Cable Modem。

光以太网建设三步曲

宽带城域网的建设基本可以分为3个阶段。第一阶段主要目标是抢占市场，运营商充分熟悉到市场就是公司的生命线，所以包括中国电信、联通、网通、有线电视公司等都把快速接入商业楼宇和住宅小区为第一要务。在这一阶段，大家纷纷采用现有的各种以太网交换机，快速搭起网络的架构，提供的主要业务是包月制的Internet接入服务。

第二阶段，运营商从公共运营网络的角度重新审阅自己已建成的宽带城域网，并且从各种角度进行优化，提高网络的可靠性、可治理性，并考虑采用新的技术。以太网在城域网中的应用，同样对业界和设备厂商也提出了挑战。由于目前以太网产品主要应用在企业网环境下，在设备可靠性、网络可靠性等方面存在弱点。另外，发展基于以太网的组网技术、用户治理、带宽治理、计费系统，已成为主要任务。所以，第二阶段的主要任务是将宽带城域网优化成为一个真正意义的公共电信网。

第三阶段的主要任务是在已有网络的基础上，如何开发出更多吸引用户的业务，带来更多的业务收入，使其在网络上的投资价值最大化。目前来看，宽带城域网的主要业务是Internet接入。我们可以在几个方面拓展业务面。

光以太网的组网考虑

以太网技术具有非常好的扩展性，可以非常方便地扩展用户的数量，同时它的统计复用功能能提高网络中继带宽的利用率。但在用户治理和网络可靠性方面，目前的以太网技术还不能满足电信网的要求。

用户治理

我们可以毫不夸张地讲，用户治理是一切业务的基础。目前很多已建和正在建的宽带城域网，都没有用户治理功能，不能提供按使用计费的功能，因此，只能对用户实行包月制，使业务推广受到极大的限制。

用户治理，包括我们通常所讲的用户认证、授权和计费三个方面的功能。目前PPPoE是比较常用的一种用户治理手段（如图2所示）。

　图2 用户治理模式图

光以太网技术打造宽带城域网（图二）

BRAS是宽带接入网关，如北电网络公司的Shasta 5000就是此类设备。它可以安装在端局的POP节点，负责终结由用户PC机发起的PPPoE进程。在BRAS的后面，连接了运营商的Radius认证服务器和Radius计费服务器。当用户登录时，BRAS将用户输入的用户名和口令传送到认证服务器，验证通过后，BRAS将答应用户接入网络，并启动计费服务器对用户进行计费。

新用户治理方式802.1X介绍

作为以太网标准的制定者，IEEE也开始探讨以太网在城域网范围内使用所涉及的安全和认证方面的问题，提出了802.1x草案。该方案的核心内容如下图。

光以太网技术打造宽带城域网（图三）

靠近用户一侧的以太网交换机上放置一个EAP代理，用户PC机运行EAPoE的客户端软件与交换机通信。初始状态下，交换机上的所有端口处于关闭状态。当用户通过EAPoE登录交换机时，交换机将用户同时提供的用户名口令传送到后台的Radius认证服务器上。假如用户名/口令通过了验证，则相应的以太网端口打开，答应用户访问。802.1x的实现基于以太网交换机，为运营商提供了一种更为经济实用的用户治理方式。

由于目前城域网的建设处于第一阶段，运营商往往希望以最小的投资尽快占领市场，相对比较昂贵的BRAS投资往往超出他们的预算，因此目前采用BRAS PPPoE用户治理方式的网络较少。BRAS的大量使用，应该出现在网络建设的第二阶段之后。

组网技术

网络的可靠性包含以下几个方面：链路/路径的保护和故障恢复、拥塞控制、路由选择和流量控制。已有的以太网技术在这几方面存在缺陷。如在城域网的组网中，经常会出现环路，虽然Spanning Tree可以用来消除环路，但这样不仅带宽不能有效利用，并且当链路发生故障时，Spanning Tree的重构又需要多达十几秒的时间。与传统的SDH相比，是无法接受的。为解决以上问题，IEEE成立了802.17工作组专门致力与环结构以太网技术RPR的研究。以期在网络可靠性方面有较大的提高。

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