DPT：光网络的数据传输技术

周明
　　随着Internet用户数量和Web数量的急剧增长，Internet对带宽的需求也急剧增加。据统计，每过6到9个月，主要ISP的Internet骨干链路带宽将增长一倍，链路速率将从OC-3/STM-1增长到OC-48/STM-16或OC-192/STM-64甚至更高。据预测，数据将是未来网络上最主要的信息流，它将带来最有利可图的商机，而现在的互联网技术由于带宽小，在很多应用中已经显示出了它的局限性，因此网络提供商都把注意力转向光纤互联网技术，以满足其客户和业务的发展需求。

一、SONET/SDH的不足和WDM技术的发展

　　为了确保不同系统间的相互可操作性和整个光纤网络的可靠性，业界出台了新的技术标准：同步光纤网络（SONET）和同步数字序列（SDH）。这些标准定义了系统间的相互操作性，同时使电子信号向光纤信号的转换更加简便易行。此外，它还使得环形结构的开发成为可能，而环形结构可以为保证系统的可靠性提供必要的冗余度。

　　但是近年来，TDM（SONET/SDH）线路速率增长较慢，预计几年内将不能满足数据业务量增长的需要，而波分复用（WDM）技术是最新出现的一种新技术，可以增加光纤的容量。WDM系统使用不同的波长（在1550nm附近），可以承载多个通路的信息，每条通路速率可以高达2.5Gbps或10Gbps。第一代WDM系统支持4到16波长，每个波长通路的速率为2.5Gbps；第二代WDM系统现在能支持32到40个波长，预计能达到100个波长。目前已有能支持1Tbps容量（100个10Gbps通路）的WDM实验演示系统。此外，WDM技术的采用，减少了数据网络中的SONET/SDH设备，可以大大降低网络建设的成本。

二、IP Over Optical

　　基于WDM的光互连网络（Optical Internetworking）又称为IP优化互连网络或IP Over Optical网络。它是数据网络，其底层使用光传送网作为物理传输网络。在数据网络中，它的组成设备主要是ATM交换机、路由器等；在光传送网络中，它的组成设备主要是WDM终端、光放大器以及光纤等。光互连网络不致力于研究数据网络或光网络内部的问题，而致力于数据网络与光网络之间的互操作性或兼容性问题的研究。

　　为了推动IP Over Optical技术和网络的发展，由AT&T、Bellcore、CIENA、Cisco、Hewlett-Packard、Qwest、Sprint 和Worldcom等公司发起建立了光互联网络论坛（Optical Internetworking Forum）。Cisco的安德鲁·格林菲尔德先生担任OIF的主席。

　　OIF旨在加速光互连网络技术的发展，推动光互连网络技术的标准化进程，为此OIF制定了一系列光互连网络应该具有的功能和应达到的技术水准。光互连网络与TCP/IP一样采取分层模型，包括数据网络层、光网络层和层间适配及管理功能。数据网络层提供数据的处理和传送；光网络层负责提供传送通道；层间适配和管理功能用于适配数据网络和光网络，同时保证数据网络和光网络相互独立。

　　数据网络与光网络层之间的层间管理功能是光互连网络研究的一个重要内容，层间管理功能主要是在数据网络层和光网络层之间交换状态和配置信息，通过控制接口对业务和通路进行管理。

OIF提出，层间管理应该具有以下主要功能：

（1）保护和恢复；

（2）故障管理；

（3）性能管理；

（4）配置管理；

（5）连接管理；

（6）会话管理等；

三、DPT技术的实现和巨大优点

　　根据光互联网络论坛所提出的IP Over Optical所需要解决的问题和提出的要求，Cisco对IP Over Optical技术进行了深入研究，并研制出了动态分组传输技术（Dynamic Packet Transport），简称DPT，用于直接在光纤上高效、可靠的传输IP分组。

DPT是最先进的IP分组优化的光传输技术之一，它解决了以上所述IP Over Optical所需解决的问题，具有很大的优越性。

1．DPT环前所未有的带宽

　　DPT采用环形的光纤结构，DPT环由两个分别沿不同方向传送的光纤环所组成。在SDH环中，最多只能连接16个路由器，而在DPT环中，最多可连接256个千兆位高速路由器。

　　DPT的物理接口速率可以从155Mbps、622Mbps、2.4Gbps到10Gbps甚至更高，而在一个千兆以太网中，其接口速率最大也就是1Gbps。
在IP Over SDH光纤环中，由于需要预留带宽用于光纤环的保护切换，因此，IP Over SDH只有一半的带宽用于传送IP数据分组，带宽利用率很低。而在DPT中，由于两根光纤环中的所有带宽都可以同时用来传输IP数据分组和控制分组，因此，DPT能最大限度的利用光纤带宽。

2．DPT高度的灵活性和不可思议的兼容性

　　IP Over Optical的一个关键问题是要解决IP分组层与光通路层之间的适配问题，DPT利用SDH的成帧格式同时加上新定义的第二层（MAC层）协议，即部分重利用协议（SRP），作为IP分组层与光通路层之间的适配。使用SDH帧格式的原因是考虑到与世界上大规模建设的SDH网之间的相互连通需要。使用SRP协议的目的是在SDH的级联净荷中识别出各个IP分组，并提供带宽重用/复用功能和其他控制功能。

正是由于DPT使用了SDH成帧格式，因此DPT可以在目前所有的光纤传输基础设施上运行，包括：

* 裸光纤（Dark fiber）；

* 波分复用设备（DWDM）；

* SDH/SONET点到点通路或自愈环。

　　DPT还可以在混合了上述三种光传输通路的设施上传输，例如，在一个DPT环中，其中几个节点与裸光纤相连接，而同时其他几个节点与SDH/DWDM设备相连接。

　　DPT技术的这种高度的灵活性，使它适用于多种性质的运营者的情况。例如，对于新兴的想要向用户提供宽带IP业务的CATV ISP来说，可以直接在他们已建立的裸光纤上，直接使用DPT技术，即把具有DPT接口的路由器直接运行在裸光纤上，这样，不仅节省了购买SDH设备的费用，同时还能向用户提供具有QoS保证的IP业务，而且由于DPT本身的自愈功能，使DPT网络具有非常快速的保护切换时间，从而丝毫不影响向用户提供的业务，特别是不影响向银行、公安、政府等关键部门所提供的业务。

　　对于已大规模建设了SDH基础设施的运营商来说DPT技术为他们提供了一个非常经济的网络演进方案。例如，在IP网络建设初期，由于用户较少，IP业务量也较少，因此这时可以利用已有的SDH设备的空余容量来组建DPT环。当用户和业务量发展到一定规模时，可以引入DWDM或新建裸光纤，并在其上使用DPT技术。

　　DPT可以在多模光纤上运行，也可在单模光纤上运行。例如对于业务接入点（PoP）内部的连接，可以使用多模光纤来进行连接，而对于一个城域网或广域网来说，可以使用中距离或长距离的单模光纤来进行连接。

DPT基于更先进的WDM技术，但它既可以兼容现今广泛使用的基于TDM的SONET/SDH，同时您又可以不通过SONET/SDH而将网络直接连接在DPT上。这种广泛的兼容性给厂商提供了充分的选择余地和升级扩展的可能性，是一种具有良好扩展性、兼容性和冗余性的光互连网络的解决方案。
3．DPT的带宽复用特性

　　除了上述不可思议的兼容性外，DPT最大的好处，在于其最有效的利用了光纤的带宽，以及快速保护切换功能（在50ms之内）。
DPT采用了下面的技术来保证其高效利用带宽的特性。

* 部分重用（SRP）技术

　　在以前的数据环网技术中，如FDDI或令牌环，采用的是源删除技术。其明显的缺点是，当IP分组到达目的端后，从目的端到源发送端的一部分带宽将被已经无意义的IP分组所占用，导致带宽的利用率降低。而DPT的SRP技术克服了源删除技术的缺陷，它规定目的端在接受到IP分组后，立即把该IP分组从DPT环上删除， 这样，就不会有一部分带宽被浪费，其带宽利用率提高了一倍。

* DPT同时使用两根光环

　　DPT环是双向光纤环，可以同时使用两根光纤环来传输数据。这极大的改进了SDH环的情况。在SDH中，需要保留相应的带宽用于切换保护，而DPT却可以利用所有的带宽来传输IP数据分组和控制分组。

* 统计复用

　　与SDH这样的TDM环不同，DPT环中不会给某个节点分配专门的时隙或带宽。DPT与ATM相类似，环上各节点统计复用DPT环带宽，这样带宽的利用率将大幅度提高。

4．DPT强大的保护切换和业务恢复能力

　　DPT环利用一整套称为智能保护切换（IPS）的技术，在环路节点或光纤发生故障时，提供主动的链路性能监视、快速自愈和IP业务恢复功能。IPS不仅提供了与SDH的APS（自动保护切换）类似的功能，而且还提供其他一些IP优化功能，包括：

* IPS可以不依赖于SDH开销字节，这样允许IPS可以应用于非SDH环的环境，例如裸光纤和WDM的环境；

* 当网络节点或链路发生故障时，可以在50ms时间内恢复IP业务，这样不需要重新收敛第3层路由协议，从而不会中断IP业务；
* 不要求专门的保护带宽，这样就不需要保留50%的带宽用于保护。

四、结束语

　　DPT的推出，使得光互连网络（IP Over Optical）有了一个坚实的基础，届时，现在的SDH时分复用网络将被WDM波分复用网络代替，使IP优化光网络具有更优越的性能：比SDH更好的快速自愈恢复能力和优异的兼容性，这必将促使一个先进的一体化网络系统的形成。

摘自《中国光网》