边缘光互联网的弹性分组环

　　在九十年代中期，通信市场上发生了激烈的变化，一个是电信市场的放开，另一个是互联网的迅猛发展。由于这些变化的产生，一度曾被认为是已经成熟并稳定了的电信产业正在被新的革新浪潮重新定义和塑造。

　　在电路应用代表网络业务的主体的时期，分组业务主要是通过时分复用（TDM）基础设施传输的。但现在城域市场中更需要面向数据业务的基础设施，这样的基础设施应既能提供SONET的可靠性又为基于分组的应用和业务传送进行了优化。

通用的信息接口

　　当今大多数网络是由专线、ATM和帧中继等组成的混合式网络。虽然这种网络能够满足过去的数据需求，但是它们不具备扩充性，也不能满足互联网经济时代新的市场需求。

　　幸运的是，目前就有一种更好的替代方案，这就是以太网技术。多年来，企业一直使用以太网技术来建设他们的内部网。在这一领域内，以太网已经确立了决定性的优势，它在未来也将会成为广域网的通用业务接口。

在扩展性和适应性方面几乎没有哪种技术能和以太网匹敌。业界最初设计并发展以太网技术的目的就是在满足最新用户需求的同时，尽量保持与现有设备相兼容，这使得以太网保持了长久不衰的生命力。

　　以太网在从出现到现在的20年里发生了很大的变化。最初在市场上出现的以太网是一种共享式半双工的10M局域网（LAN）技术，如今以太网已经成为一种全双工技术，速率从10M到1000M，通过铜缆或光纤的传输距离已超过60公里。正在制定中的10G以太网标准将能把这种适应能力强的技术推向一个新的台阶。

　　以太网的灵活性、低成本、易用性以及人们对它的熟悉使得它已经在局域网中占据了统治地位，局域网的95%都是以太网。人们预计这种成功将会延伸到广域网（WAN）中。在城域网（MAN）中，基于以太网的业务将成为ATM和帧中继业务的继承者。

　　事实上，随着下一代的以太网本地交换运营商（ELEC：Ethernet local-exchange carriers）采用以太网第二层和第三层交换产品来部署他们的接入网，城域以太网业务已经开始逐步出现。

　　使用以太网作为业务接口有许多优点。用户已经对以太网技术非常熟悉。由于以太网在接入路由器和T1、帧中继或ATM通道业务单元中不需要采用昂贵的V.35接口，因此它也是一种经济合算的解决方案。有了以太网接入业务，用户的接入路由器就能直接通过它的一个本地以太网端口与业务相连。

　　可扩充性是以太网的另一个优点。业务提供商能够为一个用户提供一个快速以太网（100Mbits/sec）或千兆以太网（1000Mbits/sec）端口，而在以后的升级中不再需要大动干戈了。带宽和其它的业务改变可以通过远程管理来完成，从而简化和方便了业务的配置。

　　当以太网通过合适的基础设施传送时，它还能够支持综合的接入应用。随着竞争的加剧，业务提供商正在寻找提供与众不同的业务的方法。综合业务就是其中的一种。由于目前有许多的应用都是基于分组技术和像IP这样的技术，因此以太网就很自然地成为这种捆绑式业务的接口。

　　由于以太网具有如此多的优点，因此它被视为未来通用的信息接口也就不足为奇了。业务提供商所面临的问题是选择什么样的基础设施来提供这些以太网业务。目前主要的选择有SONET分插系统和基于以太网交换机或弹性分组环（RPR：resilient packet ring）的交换式分组方案。

SONET已经过时了吗?

　　在电路时代，SONET的特点使得它成为一种最具吸引力的技术，但到了分组时代就逊色许多了。首先是SONET帧结构定义的载荷增量较粗，这样它就不能很好地适应数据负载的小粒度特性。尽管SONET很适合于电路业务的传输和复用，但是它的载荷结构和基于电路的分层结构对于分组传输而言效率不高。为了在一条SONET链路上提供一个快速以太网连接，需要占用整个155M的STS-3c载荷来支持这种突发型100M业务。很明显，这是一种带宽的浪费。

　　SONET的恢复机制需要有一个光纤环在热备份的模式下工作，因此，在正常的操作状态下这个环不能用来承载业务。这种保护技术对于固定速率的持续型业务才有意义，当用于数据业务的保护时它并不是一种有效的方法。

　　SONET的另一个重要特点是它基于电路的配置模型。网络操作员通过在管理系统中选定电路的物理端点来建立一条点到点的电路。而管理系统则会决定并配置该连接所经过的所有中间节点。在旧的SONET系统中，配置过程需要分许多步骤。网络操作员必须在环中为所需的全部直通和分插连接配置每一个节点。这样的配置操作既费时又费力。

　　为了能方便地与像路由器这样的数据网络设备相连，新一代的SONET设备配备了以太网业务端口。来自于这些端口的业务被简单地映射到一个通过环的电路连接。底层的SONET传输仍然是面向电路的并基于TDM。图2给出了一个这样的网络实例。外部路由器通过“SONET上的以太网”连接（STS-12c和STS-3c链路）相连，当以太网端口上没有业务量时，链路处于空闲状态，这对SONET环的带宽是一种浪费。

　　以太网业务在SONET上的映射效率非常低。一个千兆以太网业务占用一个2.5G的STS-48c，这导致了60%的带宽被闲置。表1中显示了以太网业务与SONET之间的映射效率。

　　为了提高效率，在新的SONET解决方案中除了TDM交叉连接设备之外还加上了一个分组交换机。分组交换机将多个以太网接口复用到一个STS-N连接中而提高了带宽利用率。一些解决方案还能提供可配置的串联功能，例如，一个千兆以太网业务可以被映射到两个串联的STS-12c（1.24Gb/s）连接。

　　从网络的角度来看，这种集成的分组交换机的作用相当于一个网桥或路由器。如果交换机充当一个网桥，那么系统就像是一个由网状的STS-N电路连接而成的网桥网络。任何两个网桥之间的STS-N连接的带宽都要在SONET环中留出来的，即使当网桥之间没有业务量时，这些带宽也无法给别人使用。此外，生成树的计算将会导致特定的通路被阻塞，从而产生更多的无法使用的带宽。

　　如果分组交换机充当一个路由器，那么系统就像是一个由格形网状的STS-N电路连接而成的路由器网络。业务量在离开SONET环之前需要在每一个中转节点上进行路由选择，这一过程效率极低，它增加了不必要的复杂度并对网络性能产生了负面影响。即使分组交换通过将数据打包传入SONET而提高了效率，底层的传输依然是面向电路的。

　　下一代的SONET方案还存在一些问题。虽然它尝试去提高SONET承载数据业务的效率，但由于它仍然使用了TDM技术来应付数据业务量的爆炸性增长，因此这种方案并没有解决根本性问题。

　　目前所需要的应该是针对市场的变化而提出的更基本的解决方案。在所有这些变化中最主要的诱因是数据业务量而非电路业务量，数据业务量已经成为通信网络中最重要的组成部分。

以太网交换机

　　以太网交换机提供商利用了包括千兆以太网和长距离以太网器件在内的以太网技术的最新成果提出了城域网交换式以太网解决方案。

　　虽然以太网交换机解决方案具有成本低、面向数据业务等优点，但是这些方案没有为在城域网中占统治地位的环拓扑而优化，此外它们也不能支持公用网络基础设施所期望的业务水平保证的存活级别。网络的故障恢复可能要花数十秒种的时间，使它无法与SONET网络中50ms的网络故障恢复时间相比。

　　此外，以太网交换机缺乏支持确定的和有保证的服务水平协议的能力。由于数据帧在每个节点上进行交换，因此不能保证通过环或格形网中多个交换机的时延和抖动。

　　尽管有一些以太网交换机产品能在入口处设置数据的优先级并在出口处按预定的策略对业务量进行整形，但这些产品不能保证从边缘到边缘的服务质量（QoS）。以太网交换机可以提供通过某一设备的QoS级别，但在各个设备之间很难协调好QoS服务。在包含两个以上交换机的网络中，因缺乏全网范围内的QoS控制而无法实现对边缘到边缘QoS的支持。

　　因此，要想建设一个可扩充的城域网络来提供公用网络基础设施所需的可恢复能力、高性能和有保证的业务，以太网交换机并不是理想的选择。这样，城域分组网络就迫切需要一种新的体系结构将SONET的恢复能力和有保证的性能与以太网交换机对数据友好的特性结合起来。

弹性分组环

　　弹性分组环是一种新型的网络结构和技术，是为了满足基于分组的城域网的要求而设计的。RPR网络是一种环形结构，是由分组交换节点组成的，相邻节点通过一对光纤连接。网络拓扑是基于两个反向传输的环。节点间的链路是基于光纤的并可采用WDM来扩容。

　　IEEE 802.17弹性分组环工作组负责开发有关的标准。目前该工作组正在制定用于城域环网数据传输的媒介访问控制（MAC）层的标准，这也是业界第一次为基于分组的业务而优化的城域体系结构。

　　在一个共享媒介上传输分组通常是由MAC层的一套协议来处理的。以一个10G的光纤环为例，通过控制对媒介的访问并裁定要求，MAC层就能够保证服务质量（时延和抖动）和带宽管理。此外，RPR的MAC实现了一种服务保护机制来避免光纤环失效，它还实现了一种避免阻塞的机制使系统在充分利用资源的同时又能确保所有配置业务的QoS。

　　SONET和以太网交换机都不能满足城域环境的MAC层的设计要求（见图3）。SONET采用了第一层技术来实现带宽管理和服务保护，以太网交换机则依赖于以太网桥接或IP路由选择来实现带宽管理和服务保护。这样，当使用SONET时，网络的使用效率不高，当使用以太网交换机时，网络中的服务质量又得不到保证。

　　RPR采用一个为城域网而优化的MAC层来弥补这些缺点，它能提供下一代接入网所要求的恢复能力、有保证的服务和可管理能力。

　　RPR网络将在城域网中作为馈线环（也称为收集环）。这些馈线环的用法与当前的SONET环十分相似，但它是用于分组业务的。像电缆调制解调器系统和固定无线网络这样的分组接入网络均将形成RPR网络的馈线（见图4）。RPR网络将来自于环路周围的分组业务量聚合到与网络边缘相连的一条或多条高度集中的链路中。在网络边缘，这些链路与DWDM和路由器网络直接相连并通过它们将业务量转移到它的最终目的地。

　　RPR接入环可以是一种重叠网络，它可利用现有的光纤并与承载电路业务（SONET/SDH链路）的光纤设备并行。

　　现有的SONET基础设施将继续被用于专线、电路交换的语音、电路交换的数据、以及像帧中继和ATM这样的窄带和宽带数据虚拟专用网业务的网络接入。

竞争上的优势

　　随着业务提供商数量的增长，网络业务和网络带宽的价格上的压力也在不断增长。为了在这种环境中有效地进行竞争，业务提供商必须实现一种网络结构来满足这些要求并提高运营效率、方便用户响应和提供与众不同的服务。

　　在网络边缘，不会有比RPR更好的体系结构来创造这种竞争上的优势。凭着其运营商级的可靠性、优化的分组传输和点到点以及多点的业务提供，RPR网络能够提供一个可靠、经济有效并且灵活的边缘基础设施来传送高级业务。

　　在城域网中引入10G的RPR将会促进一批新业务的出现，这些业务在价格和带宽效率上是以电路为核心的解决方案所无法比拟的。RPR能为新出现的光互联网提供一个可扩充且有效的分组边缘，它必将在公共网络的演进过程中发挥重要的作用。

----《通信世界》