IP over WDM技术概述

IP over WDM技术概述（吴亦川、吕宇航、冯玉珉）

网络信息量爆炸式增长和IP技术的深入人心促进了宽带IP主干网的出现和发展，而宽

带IP网络必须建立在现有的网络技术基础上，建立在当前最先进的网络传输技术基础上。

现在典型的相关技术有IP over ATM．IP overSDH、IP over WDM等。IP over WDM由于具

有其它相关技术所不具有的～系列优点而成为未来网络发展的方向。

一、什么是IP over WDM

IP over WDM也称光因持网。简言之，就是直接在光上运行的因特网。其基本原理和

工作方式是：在发送端，将不同波长的光信号组合（复用）送入一极光纤中传输，在接收

端，又将组合光信号分开（解复用）并送入不同终端。

IP over WDM是一个真正的链路层数据网。在其中，高性能路由器取代传统的基于电

路交换概念的ATM和SDH电交换与复用设备，成为关键的统计复用设备。高性能路由器通过

光ADM或WDM耦合器直接连至WDM光纤。由它控制波长接入，交换，选路和保护。IP over

WDM由于使用了指定的波长，在结构上将更加灵活，并具有向光交换和全光选路结构转移

的可能。

二、IP over WDM帧结构

IP over WDM的帧结构有两种形式；SDH帧格式牙和千兆以太网帧格式。下面分别加以

介绍。

1.SDH帧格式

目前，主要网络再生设备大多采用SDH帧格式。在使用SDH再生设备和转发器的网络内，

来自路由器的IP分组必须装放在SDH帧内。此种格式下报头载有信令和足够的网络管理信息，

便于网络管理。但相较而言，在路由器接口上针对SDH帧的拆装分割（SAR）处理耗时。影

响网络吞吐量和性能，且采用SDH帧格式的转发器和再生器造价昂贵。

许多公司现正在制定一种新的帧结构标准，称作“Fast－IP””或”SlimSDH”它提供

SDH帧的许多功能，但在报头位置和如何使帧大小与分组大小匹配方面使用了更新的技术。

2千兆以太网帧格式

目前，在局域网中主要采用千兆以太网帧结构。此种格式下报头包含的网络状态信息

不多，但由于没有使用一些造价昂贵的再生设备，因而成本相对较低。由于使用的是“异

步”协议，故对抖动和定时不像SDH那样敏感，只要控制好，就不会有明泉的分组丢失。同

时由于与主机的帧结构相同，因而在路由器接口上需对帧进行拆装分割（SAR）操作和为了

使数据帧和传输帧同步的比特塞人操作。另外千兆比以太同的分路设备成本也较低。

三、IP over WDM系统组成

IP over WDM系统的组成器件包括光纤、激光器、EDFA、光耦合器。电再生中继器、转

发器、光分插复用器、交叉连接器与交换机。

非零色散偏移光纤（NZDSF）因其色度色散的非线性效应小，最适宜WDM。高性能激光

是WDM系统中最贵的器件。EDFA多数都是宽带的能同时放大WDM的所有波长因对平坦增益的

要求很高。在经过6个左右光放大器之后就需要做一次电放大。光耦合器用来把各波长组合

在一起和分解开来,起到复用和去复用的作用．在长途WDM系统中需要电再中继器，再生分

三级R1、R2、R3。R1再生是数据透明的，并对脉冲重新成形R2再生对脉冲重新成形，对时

钟重新定位。R3再生对数据分组重新形成格式。转发器用来变换来自路由器或其它设备的

光信号。并产生要插入光耦合器的正确波长光信号。光分插复用器、先交叉连接设备在长

途WDM系统中被广泛使用。光交换机可以使ADM和交叉连接设备作动态配置。

在IP over WDM基本系统中，光纤直接连光耦合器，耦合器把各波长分开或组合，其

输入输出都是简单的光纤连接器，把原波长内的数据送给SDH设备或高性能路由器。

IP over WDM最大的优点之一就是可以适应厂数据业务的不对称性，不同波长上的

数据速率可以不同。另一特点是光纤环的两侧都能使用，使路由可获得全部带宽，在传大

突发数据时就不需要缓存，也不会有分组丢失。只有当光纤断裂时才会发生分组丢失。同

内有工作光纤和保护光纤，保护光纤中的闲带宽在业务高峰时也可用来传数据，不会引入

抖动、时延或分经丢失。恢复工作在IP层而不在物理层上完成。在光纤断裂对抖动和时延

敏感的实时业务可给以高的优先级。使用工作光纤和保护光纤的另一忧点是可以建立“直

通”或”旁路”波长。

四、IP over WDM与现有的ATM和SDH同的比较

1.IP over WDM与ATM相比

ATM网在综合传送各种业务时是最优的，但对IP业务而言，ATM不是最优的。ATM在网

络工程设计方面有高度灵活性，易于支持VPN和各种服务类别：ATM在业务工程方面也有很

强的能力，它允许我们为不同的业务类型建立“清晰“的通道，根据业务负荷、拥塞及其

它情况提供备种键路，但付出的代价是复杂性。ATM的另一不利因素是由于SVC建立时间长

而损失了带宽利用率。因为SVC的建立时间比网络转接肘间长，在其建立时间内要在SVC上

传送的数据必须缓存到SVC建立之后，故在此期间即使网上有容量，也无法用来传数据。随

着带宽越来越大，SVC建立时间所代表的空闲带宽也就越大，甚至超过了原来要传的数据量。

因此，如与兆兆比路由器相比，ATM过于复杂，在吞吐量方面又没有特别改善，那么在

大型骨干网中IP overATM就没有优势了。如果主导业务是IP，那么ATM网只能增加复杂性，

使网络提供者在管理方面增加成本。然而直接把路由器和WDM光纤相连的光因特网却变得

更有利了。

2.IP over WDM与SDH相比

SDH的一大优点是它的恢复能力但需复杂的键路管理。在IP over WDM中，SDH层中的复

杂链路管理就未必需要。因为保护和恢复能力是因特网固有的分布式存活能力的一部分因

此如果IP层能单独承担存活能力就不需要在因特网结构底下再设一层存活能力。另外。当

初开发SDH网的一个原意是使整个网络同步，更加牢靠。现在利用GPS也能经济地达到同步

目的。而且随着IP技术的渗透，网络变得越来越能容忍定时差错，因此可以省去SDH这一中

间层。在IP over WDM中，让路由器直接与WDM波长相连有一很大的优点，即路由器可在光

纤环两侧使用几个波长，对IP业务进行负荷分担，有可能使因特网链路的带宽利用率加倍，

而增加的成本很少。万一光纤断路，可以把IP业务放到一条能用的光纤上去送，或者放到

另一完全不同的路径上去重新选路。由于因特网数据具有自相似性，故光纤断裂的后果在

数据网环境下不如在传统电信网环境下严重，可以通过流量控制、缓存和重新选路等技术

来加以补偿。

此外，在IP over WDM中，路由器可以建立不对称的收发波长，来平衡出入网络的业务。

SDH网在设计时总是考虑收发业务是平衡的，因此对不对称业务流它不是最忧的。与基于电

路交换的WDM光交换相比在IP over WDM中,处于网络边缘的路由器,而不是处干网络核心的

光交换设备将成为对分组进行选路和交换的主要智能设备。所以将来引人光交换时不必使

用过于复杂的交换技术，可缩短光电路的建立时间，网络管理也相对简单。

五、IP over WDM的特点

IP over WDM具有以下的特点：

优点（1）充分利用光纤的带宽资源，极大地提高了带宽和相对的传输速率。（2）对

传输码率、数据格式及调制方式透明。可以传送不同码率的ATM、 SDH／Sonet和千兆以太

网格式的业务。（3）不仅可以与现有通信网络兼容，还可以支持未来的宽带业务网及网

络升级，并具有可推广性、高度生存性等特点。

缺点（1）目前，对于波长标准化还没有实现。一般取193.1THZ为参考频率，间隔取

100GHZ。（2）WDM系统的网络管理应与其传输的信号的网管分离。但在光城上加上开销和

光信号的处理技术还不完善，从而导致WDM系统的网络管理还不成熟。（3）目前WDM系统

的网络拓扑结构只是基于点对点的方式，还没有形成”光网”。

六、结束语

从以上的分析来看IP over WDM对传送大量IP业务是比较理想的。它能够极大地拓展

现有的网络带宽，最大限度地提高线路利用率，并且在外围网络以千兆以太网成为主流的

情况下，这种技术能真正地实现无缝接入。应该说，IP over WDM将代表着宽带IP主干网

的明天。但是由于路由器本身对高质量业务传送的局限性，目前看来，最有可能的解决办

法是先建设混合网，让IP over ATM和IP over WDM等并存，满足用户的各种需求。