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SONET/SDH 对决以太网：迁移与测试问题
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EXFO公司系统工程师 André Leroux
EXFO公司技术人员 Bruno Giguère
过去几年里，基于以太网的服务倍受人们的青睐。万兆位以太网 (10GigE) 的出现带来了更高的带宽和更卓越的故障检测方案，成为业界宠儿，进一步促使人们在核心传输网络中部署以太网技术。
采用以太网基础架构的企业客户正在将他们的核心传输链路向 10GigE 局域网 (LAN) 升级，以便在功能性不受损失的同时最大限度的使用他们现有的架构。服务供应商也正从基于 SONET/SDH 的架构向 10GigE 广域网 (WAN) 技术转移，以便他们能够在不升级整个网络的前提下提供实时应用，比如基于 Internet 协议的音频和视频传输。 然而，10GigE 本身却不能保证具有与 SONET/SDH 网络相同的性能。因此，为确保已部署的 10GigE 系统提供理想的服务质量，同时向客户证明其网络符合服务等级协议 (SLA) 中规定的性能标准，网络操作人员必须测试大量的网络参数。 | 制订 10GigE 标准时，IEEE 就充分认识到这是为满足核心网络容量而对以太网进行升级。因此规定，10GigE 必须要能与其它核心网络技术（时下最流行的为 SONET/SDH）实现无缝互操作。另一方面，10GigE 还必须匹配以太网固有的可伸缩性，以便 10GigE 可传输 10 个 1GigE 或 100 个快速以太网 (FE)。 令人遗憾的是，无法通过一种技术顺利满足这两个要求，因为 OC-192 SONET 通道的有效带宽仅为 9.58464 Gb/s，与 10 Gb/s 的完整带宽不兼容。这一认识促使人们开发了两种 10GigE。一种为 10GigE LAN—可与以前的以太网技术实现互操作，具有 10 Gb/s 的完整带宽。另一种为 10GigE WAN—可通过将以太网信息流封装进 STS-192c 通道而实现与 SONET 网络的互操作，支持 9.58464 Gb/s 的有效带宽。虽然 10GigE WAN 使用 STS-192c 帧结构会降低 SONET 带来的成本，但许多限制（比如时钟容限、保护切换、抖动等等）却不被支持。 |
核心 10GigE
了解 SONET/SDH 和以太网功能之间的主要差异至关重要（见表 1）。事实上，SONET/SDH 的创建原本是用于传输基于电路的语音信息流，而以太网则用于传送基于数据包的数据。虽然 SONET/SDH 后来几经改进可更有效的支持数据信息流，但仍缺乏数据通信世界固有的灵活性。
相比之下，最新推出的以太网提供足够的带宽，可满足当今核心网络的需求，但是，最基本的 10GigE 形式却没有 SONET/SDH 一样的高性能。以太网本身不提供保护机制、没有端到端服务监控、没有默认服务质量 (QoS)，而所有这些在 SONET/SDH 网络上都是标准服务。
虽然以太网中可以增添附加功能以提高性能，但每个操作必须由网络操作员执行并进行维护。由此可见，SONET/SDH 和 10GigE 各有利弊，具体选择哪一个主要取决于网络传送的数据流类型。例如，纯粹的 10GigE 网络可降低设备成本，但需要支持额外的协议才能保证获得所需性能，所以会产生较高的运行成本。
由于需要支持额外的协议，所以必须在安装和试运行期间执行网络测试，以确保部署的以太网能够提供所需的服务等级。尤其重要的是，这些测试应确保网络能够从保护切换、非活动/故障链路或无效的信息流管理等网络问题中恢复。
表 1：SONET/SDH 和以太网的主要功能比较
| 标准 | SONET/SDH | 以太网 |
冗余保护 | 自动保护切换功能 (50 ms)。 虚级联链路容量调整方案 (LCAS)。 | 快速生成树（10 ms 到 1 s，取决于网络拓扑）。 链路汇聚 弹性分组环 (<50 ms) MPLS 快速重新路由 (<50 ms) |
| 操作、管理、维护 (OAM) | SONET/SDH OAM 框架。 | 符合 IEEE 802.3ah 和 ITU Y.17ethoam 标准的点对点链路、符合 IEEE 802.1ag 的端到端服务。 城域以太网论坛服务 OAM |
| 故障检测 | 分段错误/故障监测与远程指示。 SONET 中故障监视与阈值交叉，SDH 中性能监测。 | 远程链路故障检测（仅限 10GigE）。 具有专有阈值的远程监控。 |
| 维护 | 离线服务测试的环回功能。 | 在以太网中无环回。通过远程检测或通过 IEEE 802.3ah 服务（仅限点对点）可获取交换机和路由器信息。 |
| 信息流工程 | 虚级联 (VC)。 | 嵌套 VLAN (VLAN over VLAN)。 MPLS 标签交换通道。 虚拟线模拟 (PWE) |
| 可伸缩性 | 传输速率最高 40 Gb/s。 粒度可为 VC 级（1.5 Mb/s 或 2 Mb/s） | 传输速率最高 10 Gb/s。 粒度可为任何速率。 |
| QoS | 确定。 | 专有服务质量。 供应商之间支持较困难。 |
| 稳定性 | 99.999% 有效工作时间。 误码率 (BER) = 10-12 | 有效工作时间取决于网络所有者所执行的冗余/保护服务。误码率 = 10-12。 |
迁移问题
网络操作人员在将光纤网络向 10GigE 升级时必须考虑一系列迁移问题。例如在物理层上，务必要了解色散与偏振模色散的影响，因为这两个参数对维护最佳传输性能有着重要的作用。
接口问题
在向 10GigE 系统迁移时，除考虑物理层和光纤层的问题外，还需要仔细考虑信息流工程问题。LAN 和 WAN 之间的接口处通常会产生特定的问题；传输频率容限方面和带宽方面的差异是两个需要考虑的重要因素。
SONET/SDH 网络基于一个主时钟，该时钟被分配给了所有的网络节点；而以太网没有被分配的时钟且时钟容限更低。将这两个网络连接在一起时，在 LAN/WAN 配置下，时钟差异可高达 ±120 ppm，在 LAN/LAN 系统中甚至可高达 ±200 ppm，这样会导致当以最大吞吐量发送信息流时丢失以太网帧。
此外，10GigE WAN 仅能传输 9.58464 Gb/s 的有效数据速率。
如果 LAN 网络的吞吐量接近 10 Gb/s，以太网帧可能会在速率到达 415.36 Mb/s 时丢失。尽管网络操作人员可将入口速率限制到 9.58464 Gb/s 以解决此问题，但时钟容限方面的差异仍会导致产生 1.2 Mb/s 的额外速率失配。因此应执行 RFC 2544 吞吐量测试以确定 10GigE WAN 链路可支持的最大吞吐量。
另一重要的信息流工程问题就是“停顿数据包”的使用，它是由 IEEE 802.3x 定义的流量控制协议，旨在当内部缓冲区接近饱和时回送点对点链路中的入口信息流。当到达网络操作人员所设定的缓冲区阈值时，此方案会向下行网络元素发送一个暂停数据包，以停止信息流的传输，直到本地缓冲区变为空为止。
必须要将此暂停阈值设置为恰当的级别，以最大化吞吐量而不丢失任何帧；暂停帧的影响主要由发送它和在下行端接收它所花费的时间决定。在光纤上，一个位传输 10 km 区间需要 53 秒。在此时间内，1GigE 链路最多可发送 79 个帧，而 10GigE 链路能够发送约 788 个帧。当暂停帧被发送且信息流被停止时，10GigE 链路将收到比 1GigE 链路多十倍的帧。
如果将此暂停阈值设置的太高，则反应时间将非常慢，这样本地缓冲区会溢出，从而会导致帧丢失。如果设置的太低，则发送暂停帧的频率过高，这样会降低整个吞吐量并增加数据包抖动。因此网络操作人员应执行 RFC-2544 帧损耗测试以确定最佳阈值。
测试的重要性
在安装和试运行阶段进行网络测试会使网络操作人员获得非常重要的网络性能记录。正是借助这些测试，电信操作人员和他们的客户定义了 SLA 的基础条文，以保证获得期望的服务质量。有代表性的用于定义 SLA 的参数一般为：网络和应用的运行时间/停机时间和有效性；平均维修时间、性能有效性；传输延迟、链路突发性和服务完整性。
要确定这些参数，服务提供商必须具备测试设备。不过，测试的重要程度不尽相同，这取决于被测网络的类型。请务必阅读下一期，进一步了解不同网络应执行的特定测试。
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