弹性快速以太网环路技术

石杰明 RAD数据通信公司

　　在同一个企业城域以太网环路上同时支持话音、传统数据和LAN业务

　　迄今为止，需要分布式联网或城域网（MAN）环路结构提供的电信业务快速恢复和高可用性的企业一直处于一种进退维谷的境况。
毋庸置疑，SDH/SONET环路可以提供非常强大的保护功能，但是同步设备的成本远远高于基于以太网的联网设备，而且实现保护功能需要大量带宽。尽管它在点到点和网状网络拓扑结构中可以令人满意地发挥作用，但要在网状拓扑结构中部署以太网，它会带来很大的麻烦。具体而言，以太网从本质上讲不提供SDH/SONET式的快速保护机制。

　　另一种替代方案是Resilient Packet Ring（RPR，弹性分组环路），它结合了SDH/SONET的恢复功能和IP/以太网的低成本优势。但这种方法并未普遍采用。业界人士普遍认为，虽然RPR将成为使用最普遍的IP联网工具之一，但从商业角度来说它不大可能适用于所有网络规模和应用类型。现在，业界开发出了第三种实现低成本快速联网的方法——弹性(Resi-lient)快速以太网环路（RFER）。这是一种全新的技术，可以以以太网的成本为中小型应用提供类似SDH/SONET的恢复功能。

　　以太网环路的优缺点

　　在点到点或环状拓扑中高效地利用带宽来传输数据业务方面，以太网要远远胜过SDH/SONET。然而，该协议最初并非设计用于传输实时话音和视频业务，或用于环路应用。

　　相对而言，以太网的内置恢复机制在出现光纤断裂时实现恢复的速度较慢（30秒），不适合用于路径级保护。这种保护可以确保运营商级的业务恢复。此外，在实施共享环路带宽的全局公平策略方面，以太网也不是非常高效。

　　RPR的局限性

　　RPR、RPR标准及Cisco建议的Dubbed Dynamic Packet Transfer（DPT）都是旨在提供全面的分组联网解决方案，同时利用SDH/SONET环路优势的计划。RPR非常适合用于传输IP和数据业务，它是一种统计联网解决方案，可以在城域网（MAN）和广域网（WAN）中实现局域网（LAN）的高效性。与ATM over SDH/SONET解决方案相比，RPR/DPT的成本更低。它的另一个设计目的是在不需要50%的带宽开销的情况下实现SDH/SONET环路不到50毫秒的业务恢复功能。

　　始终在环路的两个方向上同时传输业务可以实现超高速RPR/DTP恢复。在出现光纤断裂的情况下，所有业务都会被切换到一个环路上。显而易见，这会带来出现拥塞和业务质量下降的风险。为了解决这一问题，RPR/DPT采用了服务质量（QoS）机制来优先处理高优先级业务。

　　然而，RPR/DPT也有自己的局限性。优化用于传输LAN和IP业务的不利方面是使它不太适合用于话音和传统的数据业务。虽然最终用户迫切需要以太网和IP的低成本和更灵活的优势，但他们大多数大量投资部署了各种传统系统，如PBX、帧中继和ATM。这些传统系统的叉式替换在大多数情况下既不现实又成本过高。

　　虽然RPR/DPT设备可以提供可靠的传输解决方案，但它们本身并不支持接入业务。RPR/DPT从设计和价位方面主要面向高端STM-4及更高级的传输应用。迄今为止，业界只有寥寥几家RPR芯片供应商，而且硬件成本一直居高不下。

　　最后，由于RPR/DTP总是试图优先处理高优先级业务，所以低优先级业务会经历很长的延迟。一般而言，这种业务恢复方法总会带来QoS、时延和恢复方面的问题。

　　弹性快速以太网环路

　　弹性快速以太网环路（RFER）是RAD数据通信公司开发的一种新方法，它可以在光纤甚至铜线环路上结合SDH/SONET和RPR/DTP的最佳特性。RFER设计用于中小型应用，它可以提供不到50毫秒的SDH/SONET恢复性能和更细的粒度。

　　RFER的快速恢复功能使用户（如企业、购物中心和商场、校园、公共事业公司和运输服务公司）可以通过在环路拓扑中使用暗光纤或干铜线（dry copper）来构建高度可靠的网络。RFER对多个环路的可扩展支持可以进一步提高环路的抗损毁能力。这样便消除了出现单点故障的风险。

　　工作原理

　　RFER基于标准的低成本第2层数据链路交换，增加了一种智能RAD算法。它可以实现非常快速的业务恢复，因为它能够为环路中的每个节点提供完全相同而且一目了然的网络运行状态视图，从而在发现任何异常情况时迅速启动备用路由。

　　主要节点

　　RFER环路节点是作为第2层交换机运行的网络单元。每个RFER节点有两个环路端口，用于传输环路业务（发往该节点的业务和发往其它节点的过路业务）：向环路上发送数据的接入端口和传输分组业务的用户端口。

　　有业务需要传输时，所有RFER节点彼此交换点到点控制信息。每个节点都通过自己的两个环路端口以一定的时间间隔发送链路状态控制消息。即使没有环路消息，端口也会继续发送“keep-alive（保活）”信息。当一个节点从一个端口上接收到控制信息，而且该信息表明它的邻点也在接收控制信息时，便认为链路和环路在正常运行。在有迹象表明物理链路中断，30毫秒内未收到控制信息，或收到的控制信息表明出现故障时，链路便被认为“中断”。然后，业务便在环路上沿相反方向传输。

　　这种方法可以保持第2层交换的高速度和简便性优势，同时增加快速恢复功能，而且可以非常经济高效地在企业网、园区网和公共事业公司网络中实施。

　　一台设备中的接入和业务分离

　　RFER解决方案的另一个重要特性是它本身可以支持菊花链网络。在传统的菊花链网络中，E1或E3电路在整个链路上被共享。由于任何两个站点间的每一条以太网链路上有100Mb/s的可用容量，而且业务是通过交换机层传输，所以只要两个站点间任何一条链路上的业务量不超过100Mb/s，就可以完全灵活地在节点间建立连接（注：RFER不能在IP云上运行）。此外，任何菊花链都可以就近形成一个环路，从而获得上述的业务恢复优势。

　　RFER解决方案非常经济高效的一个很重要原因是一台低成本设备，如RAD公司的Megaplex接入多路复用器就可以提供接入和业务分离功能。SDH/SONET最低只能支持E1/T1速率，而Megaplex可以支持DS0甚至更低的速率，因此可以处理多种数据和话音业务。相反，SDH/SONET环路则需要独立的设备才能提供此类业务。此外，SDH/SONET环路的管理还会产生一些“看不见”的成本，而RFER则不需要。
TDMoIP和RFER：在快速以太网上提供具有SDH/SONET可靠性的传统业务

　　使用ML-IP上行链路的Megaplex多路复用器可以支持RAD首创的IP时分复用（TDMoIP），这是RAD全面的业务包的基本组成部分。ML-IP是一种3端口10/100BaseT以太网模块，最高可提供4Mb/s的上行链路容量。该模块可用作连接IP网络的主链路，以TDMoIP成帧的形式将来自I/O模块的分组化TDM数据流发往IP网络中。这种集成技术使Megaplex可以提供以太网的简便性和SDH/SONET的灵活性。这种技术允许在IP网络上透明地扩展E1/T1电路——话音、视频和TDM数据。从概念上讲，TDMoIP的根本运行原理是将同步TDM E1/T1比特流分割成数据包，为它们添加IP报头，然后在IP网络上发送。在目的地，始发比特流被重组，删除IP报头，连接各个数据包并重新生成TDM时钟同步。

　　最佳结合：RFER和ML-IP环路

　　RFER光纤环路和TDMoIP的结合可以支持一些有趣的业务选项。Megaplex ML-IP可以自动为TDMoIP业务分配最高的优先级，即使在有越来越多的IP路由器业务进入RFER网络（通过Megaplex的串行接口或LAN模块）时也是如此。多个“闭合”以太网/IP环路实际上可在TDM一级互连，构成分布式网络拓扑，同时提供极高的业务抗损毁性。TDMoIP和RFER的结合可以形成一条具有与STM-1/OC-3相同的业务恢复功能和容量的TDM环路。增加更多ML-IP模块和光纤LAN接口后，Megaplex平台可以在同一套基础设施上同时传输电路交换和分组交换业务。这种通用基础设施便是以太网LAN/MAN。构建一个可同时支持TDM和以太网的网络还可以大幅度降低设备采购、维护和运营成本。

　　设在柏林的European Advanced Networking Test Center（EANTC）于2002年7月进行了一系列独立测试，全面测试了在采用Megaplex ML-IP的以太网环路基础设施上同时发送话音和数据业务的情况。EANTC在测试报告中称：“Megaplex ML-IP在三项测试中通过了全部测试。环路显示出了卓越的业务恢复和话音连接质量。测试话音质量时，ML-IP表现出了最高的业务传输质量……而且不受环路网络负载的影响。此外，以太网/IP性能评估也证明Megaplex ML-IP适合用于企业城域网。”
----《通讯世界》