以太网伸入城域网

陈聪

　　过去的几年里，局域网的负载能力一直呈惊人的增长之势。而城域范围内网络服务的水平却并未同步提高，还不那么尽如人意：价格高昂、故障频繁、服务响应缓慢。在这一背景下，成本不高、基于以太网技术的城域网网络服务被看作解决以上种种困扰的救星。

　　当前，越来越多的单位对在广域网上开展ERP和CRM这样的新型网络应用有着浓厚兴趣，同时，视频会议和流媒体这类新型网络应用也正方兴未艾。对于新型的接入服务来说，仅仅提供点廉价的带宽显然不能满足用户需要，可靠性、安全性、可管理性以及灵活性，这些曾经对构筑于SONET之上的传统广域网提出的服务要求，同样也是用户对新网络服务的要求。

　　人们在城域网服务方面最重要的一次尝试是在上世纪九十年代中期。当时，服务供应商试图在基于ATM/SONET的网络架构上提供透明的LAN服务。这种尝试是不成功的。失败的原因有以下二点：一、把功夫下在了如何掩盖广域网的应用复杂性上，而未能着重考虑如何降低传输成本和提高带宽；二、当时，以太网还未形成像今天这样的强势，光纤的应用也不普遍。

　　什么撑起了城域网

　　如今，运营商们把光纤技术从局域网和广域网的核心延伸到城域网，从而在城域网范围内消除了网络传输瓶颈。城域网将最终取代各种传统的本地网络提供的连接服务，其主要服务模式为：同一城市内的点对点通信；因特网接入；城市间的广域网服务。

　　综合了局域网和广域网技术的城域网，造就了更简单、更单纯、速度更高的、端到端的LAN/MAN/WAN网络。城域网的简单性使运营商降低了运营成本，提高了响应速度，用户可随时方便地进行扩容。

　　在城域网中，主要采用了以下几种脱胎于局域网的技术：构建于无源光纤之上的长距以太网、稀疏波分复用（CWDM）和万兆以太网。广域网的某些核心技术也被引入到城域网中，这些技术包括：密集波分复用（DWDM）、光信号放大、基于SONET/SDH的IP包传输、基于DWDM的IP包传输、包环路技术（技术标准仍在拟订当中）以及MPLS。

　　硬件厂商开发了一系列集成了上述技术的服务接口单元（SIU），SIU是介于城域网服务提供商POP和用户网络之间的设备，用户的交换机和路由器与这些设备相连，获取城域网的各种服务。SIU主要有几下二大类：一、以太城域网交换机。这是一种二层或三层交换机，可以与长距以太网和CWDM进行互操作，具有支持城域网服务的能力。二、DWDM 设备。具有OADM、时分复用、IP包交换等功能。

　　结构决定服务

　　评价城域网的服务，首先要考查城域网的结构。城域网的结构直接关系到网络服务的类型和水平，相关主要指标有：对新的应用提供支持的灵活性、带宽的扩展性、成本、可靠性、安全性、可管理性、QoS等等。从用户的角度看，城域网结构最重要的特性是对ISU、CPE、POP以及其它相关设备的管理能力。用户正是通过这些设备与城域网相连并进一步得到其它广域网服务。

　　有很多公司早就推出了透明LAN服务，SBC就是其中的一家。根据RFC1483协议，从某一个节点发出的以太网数据流在被封装后，经由ATM网络被发往另一个节点。在城域网中，需要在两节点之间配置一条永久虚电路（PVC）。扩展性和成本取决于ATM/SONET设备的性能。为了增强对SONET的保护，需要对POP进行冗余设计，以消除城域网自身的单点故障，这也是影响扩展性和成本的因素。由于每个用户节点的PVC和SIU配置都是专用的，因此其安全性与ATM网络服务的安全性是相同的。如果要进行因特网和广域网连接，还要在节点路由器和交换机上配置更多的路由端口，此外，还要增加与ISP或广域网骨干网服务供应商相连的永久虚电路。

　　另一家城域网服务供应商TELSEON公司的城域网基于长距以太网和第二/第三层以太网交换机，网络结构更简单、更单纯。用户节点处的SIU既可由某一个用户独占，也可被大楼中多个用户共享，根据802.1Q VLAN协议，每个用户的数据包都先被加上一个唯一的标识报头，然后再发送到城域网上。如果要连接因特网和广域网，那么和透明局域网服务一样，也要配置额外的路由端口。

　　快速以太网、千兆以太网以至万兆以太网的长距延伸能力为网络的扩展提供了充分保证。由于网络中采用了冗余链路设计，当某段链路发生了传输故障时，数据流量可通过快速生成树选择新的路由，因此，网络的可靠性与基于SONET的透明局域网服务的可靠性不相上下。在安全性方面，如果用户觉得VLAN的安全强度对某些特定节点来说显得还不够强的话，还可以为这类节点单独配备防火墙或其它安全设备。

　　为解决最后一公里的光纤接入问题，有些设备厂商将CWDM和包环路技术集成在以太城域网交换机中。CWDM在单根光纤上可复用4~8个波长，DWDM则最多能复用32~64个波长。CWDM以太城域网的大部分特性与上述介绍的点对点的以太城域网非常类似。多个用户通过共享单元（MTU）共享城域网交换机前端设备，每个用户的数据包都被打包成VLAN或VMAN在城域网中传输。如果需要连接因特网或得到其它广域网服务，同样需要配置额外的路由端口。Yipes公司的POP大多采用这种模式。

　　目前，投入实用的包环路网络的种类很多，标准也不统一。IEEE正在制订“弹性包环路”标准，即IEEE802.17，旨在对以太帧进行优化，并在无源光纤或WDM上提供类似于SONET上的某些服务。同时，IEEE还对Cisco提出的基于空间重用协议（SRP）的环网络技术进行前期标准化审议。这种环网络技术是Cisco为基于环路网络的包交换开发的一种媒质访问控制层协议，具备自恢复功能，恢复时间不超过50毫秒。SRP协议和802.17协议能提高带宽的利用率，在网络拓扑结构的支持上比SONET上的TDM要好得多。

　　城域网的另一类结构是基于DWDM环的OADM链接。各种OADM之间的区别主要表现在对SONET支持的程度不同上。对SONET的支持包括如下几方面：对SONET帧的支持、对SONET保护/恢复的支持、对SONET TDM或ADM功能的支持。对某些服务供应商而言，继续对SONET提供支持显得尤其重要，一方面，要向后兼容TDM基础设施，另一方面，在提供10M/100M/1000M的以太城域网和其它高带宽的服务的同时，还要继续提供传统的广域网接入服务（如帧中继、T-1租用线等）。

　　对于新兴的服务提供商来说，由于不需要考虑对SONET的支持，能够把全部财力物力用于DWDM来构建以太城域网，其建设成本可能会很低。基于DWDM的城域网将灵活性和可扩充性完美地结合，吸引了一大批老牌和新兴的城域网运营商，比较知名的有LightWave、Gigx和GiantLoop等公司。

　　对于网络规模很大的用户来说，基于DWDM的城域网有可能利用整个波长连接同一城域网中的两个节点，或连接远隔千里之外分别位于两个城域网中的两个节点。网络的极限容量取决于城域网或与城域网相连的广域网的带宽。用户可以任何方式使用带宽，例如，在上班时间，将全部带宽分配给千兆以太网，而在夜间，就可用全部带宽以ESCON方式进行远程备份和数据库同步。

摘自《计算机世界》