宽带IP新技术的发展

　　当前，通信体制正在发生深刻的变化，以话音业务为主的现代通信体制已在动摇。现代通信正经历着在从信件交换（无连接），发展到电路交换（面向连接），再到包交换（无连接）的螺旋型上升过程。

　　因特网自1994年开始商业化以来，其流量几乎是以每半年翻一番的速度快速增长着，照此速度发展下去，两三年内因特网流量将超过话音成为通信业务的主流。未来新的通信网络势必将以IP业务为主进行优化设计，这就是通信体制革命的原动力。今后，以Web应用为代表的新的IP数据通信业务将有快速发展，而且传统电信业务（包括话音、传统数据业务和视频）也将逐步转到IP网上，其中，IP电话将起到推波助澜的作用。最近，ITU也调整了战略方向，注重IP，并与IETF合作发展制定IP网的标准。

　　1998年，一些传统大电信公司纷纷进行兼并和战略重组，为今后争夺IP市场创造条件。而以IP业务为主的新的电信运营商则蜂拥而起，仅美国近年来就成立了Qwest等5家。从总体上看，传统电信运营商和一些大设备制造商都明确认识到IP是今后的发展方向。但是由于他们对传统通信网络系统和设备制造技术已经做了大量投资，因而并不急于促进这场体制革命，反之在某种程度上尽量延长过渡时期，以保护其已有投资的利益。而一些处在技术创新前沿的高技术小公司和一些新兴的以IP业务为主的电信运营商则积极推动以IP为基础的新体制。从学术方面看，电信业的学者把传统电信体制的优点看得更重，向新体制过渡更困难；而计算机界的学者对新技术更敏感，更乐于向新体制过渡。

　　以通信体制革命为纲，我们就不难对当前通信技术的发展趋势做出分析判断。

　　1、IP和ATM、SDH之争

　　随着宽带IP技术的发展，在IP网上传输话音、视频等实时业务，保证服务质量等问题正逐步得到解决。目前正在发展多种算法和协议，将话音、视频业务以及传统的数据通信业务转移到IP网上，出现了所谓的"Everything on IP"的局面。B-ISDN的概念正在走向消亡，取代它的将是宽带IP网，通信、广播、计算机三网将融合汇聚到宽带IP网上。

　　IP业务即将成为通信业务的主流，但传统电信传输网的基础网是SDH、ATM而不是IP。为此，业界近年发展了多种在这些网上传输IP的方法，如IP over ATM、IP over SDH等，人们概括这种现象为"IP over Everything"。

　　既然IP业务已经成为通信业务的主流，为什么不能按照IP业务的需求来重新优化设计电信传输网络呢？这就是说，宽带IP网应该成为基础网。

　　限制因特网速度的瓶颈是路由器。传统路由器是利用软件来实现路由计算和包转发的，最高包转发速度不超过1Mpps，不能满足因特网骨干网的需求。为了解决这个问题，人们只能求助于ATM。于是，ATM在90年代中期成为因特网骨干网的主流，并且在校园网、企业网方面发展了MPOA、标记交换（MPLS）等在ATM上运行IP的新方法。我们可以称之为ATM/IP平台，它适用于多协议、多业务环境。

　　1997年，新一代吉位线速路由交换机面世。它采用专用硬件ASIC进行包处理，转发速度可以达到40Mpps以上，比传统路由器速度快几十倍，而且结构变化不大。吉位路由交换机一举解决了瓶颈的问题，它的出现向IP over ATM方案提出了有力挑战。首先，在因特网骨干网上，吉位线速度路由交换机取代了ATM交换机，在SDH上甚至直接在光纤（DWDM）上运行IP。这样网络既减少了内部开销，简化了设备，降低了成本，又简化了网管。其次，在城域网、校园网方面，对于以IP业务为主的网络，采用吉位线速路由交换机，直接在光纤上运行吉位以太网，这是构成宽带IP网的最佳方案。另外，随着IP业务的发展，ATM/IP多协议、多业务平台将逐步过渡到纯IP平台。

　　电信网已经装备了大量ATM设备，目前传统数据通信业务也还有很大的市场。因此，ATM/IP多协议、多业务平台会继续存在一个时期。但是，我国由于数据通信业务起步晚，对多协议、多业务的要求不强烈，发展用吉位线速路由交换机构成宽带IP网无疑是最佳选择。随着通信体制革命的深入发展，ATM将逐渐退出历史舞台，让位给宽带IP网。但是，ATM发展的先进思想和技术已经被宽带IP技术吸收。

　　2、一体化交换和LAN/MAN/WAN融合

　　计算机网络在发展过程中分成了局域网、城域网和广域网，在网络交换设备方面，则有工作于链路层的集线器、交换机和工作于网络层的路由器之分。随着吉位路由交换机、吉位以太网的出现和光传输技术的进步，上述产品分工和网络划分概念开始发生变化。吉位线速路由交换机由于采用硬件ASIC电路进行包处理和转发，采用高性能路由处理机计算路由表，因此它既可以提供第二层的交换功能，提供VLAN服务，又可以提供网络层（L3）的路由器的功能，支持RIP、OSPF、BGP4等各种路由协议，另外它还支持传输层(L4)的一些服务。所以，人们又称之为L2/L3/L4一体化交换机。这种路由交换机的出现不仅改变了原有产品的分工方法，也对网络结构产生了重大影响，它可以大大简化网络结构。吉位以太网的出现使传输速率达到1Gbps。现代全双工以太网交换机已经消除了传统以太网共享媒体防碰侦听造成的效率低和传输距离短的限制，量子阱分布反馈激光器等新激光器的出现，使得吉位以太网在单模光纤上的无放大传输距离可以达到80公里以上，有放大、无电再生的传输距离可以达到600公里以上。这样，原来划分LAN/MAN/WAN的界限消失了，吉位以太网可以用于LAN、MAN甚至WAN。从广域网到城域网，局域网采用不同速率的以太网，具有相同的、与IP数据包一致的帧格式，中间不需要任何格式转换，实现无缝连接，设备简单，效率高。

　　目前，光缆到路边或大楼，LAN接入已经成为一种新的接入方法，称为GITS(Gigabit Internet to School(Home))。当然，这种组网新概念在快速发展的同时，它也受到传统组网概念的束缚。一些大网络设备生产商，为了保护其已有投资利益，仍然坚持传统的产品和网络分工方法，强调各种产品的分工和差异，例如他们不承认L3交换是路由器，强调它和吉位以太网只能用于企业网，不能用于骨干网。这样很容易造成用户思想混乱，不能及时采用新技术，接受新概念。我们应该从发展的观点，站在更高的高度看这个问题，做出正确的判断。

　　3、IP over Optical的分帧方法

　　在光纤上直接传输IP数据包需要选择一种帧格式，即选择一种分帧方法。目前，网络中主要有两种帧格式：SDH帧格式和以太网帧格式。采用SDH帧格式时，需要将IP数据包装入SDH帧，需要增加拆装设备SAR，既浪费资源又增加成本（目前路由交换机的线路卡，一个622 Mbps POS端口的价格是吉位以太网端口价格的4倍）。SDH分帧方法主要用在广域网上远距离传输需要使用SDH电再生器时，或需要和SDH设备连接时使用，速率一般为2.5Gbps或10Gbps。采用吉位以太网帧格式，即直接在光纤上运行吉位以太网是一种经济有效的方法。以太网帧格式与IP数据包是一致的，不需要SAR。广域网、城域网和局域网使用统一的以太网帧格式可以无缝连接，大大简化设备，降低成本。另外，速度更快的万兆位以太网10xGE的标准也正在发展中。

　　4、IP优化光网络

　　近几年随着高性能激光器、光耦合器、掺铒放大器等技术的进步和光纤密集波分复用技术（DWDM）的成熟和商品化，在标准单模光纤上可提供96×2.5Gbps传输能力，在出现通路负载能力不够时，只需将光纤两端的端接设备升级，即可大大提高传输能力。光纤传输技术的不断进步，为宽带城域网提供了一个具有高负载能力和高扩充性能的信息承载通路。

　　随着快速交换技术和交换机内部体系结构的发展，尤其是ASIC芯片的出现，交换机的背板带宽越来越大，数据交换的处理能力越来越强，端口密度越来越高，为宽带城域网的信息交换处理提供了高性能的硬件支持。

　　以Intel的ES6000系列千兆路由交换机为例，背板结构同时支持帧交换和信元交换两种，背板带宽可达40Gbps，第三层路由速率为45Mpps，同时支持32个千兆端口，96个百兆端口，其多层交换模块将多层交换技术和第二层的多协议一体化技术相结合，为以太网、快速以太网、千兆以太网提供最低延迟的高性能多层交换。

　　将密集波分复用宽带传输能力与吉位（太位）路由交换机的交换、选路能力结合起来就形成了IP优化光网络。该网络满足以IP业务为主，对网络进行优化设计的需求，是宽带IP网的技术基础。这种系统在一个波长通道内是包统计复用，在光纤内是波分复用，在波长通道内和通道之间的包交换、选路转发则完全依靠电的路由交换机来实现。目前，这样的产品设备可以实现数十兆比特率的传输和交换速度，不久将可以达到1Tbps以上的传输和交换速度。用IP优化光网络构成因特网骨干网与传统电信网相比，带宽可以有上百倍的增加，成本会有成十上百倍的降低。因此，IP优化光网络是宽带IP网的技术基础。

　　以前进行的全光交换网络的研究是以电路交换的概念为基础的，被设计与SDH时分复用系统配合工作。从发展看，人们今后可能会转向光标记交换研究，将波长通道之间的选路、交换由光交换来完成，这样可以减轻交换机电路的负担，而IP优化光网络将会飞快地发展，成为电信骨干网的主流。class="txt">　　5、MPLS流量工程和网络管理

　　IP网管理上的一个重要问题是如何监视流量，防止和化解拥塞。采用OSPF协议的结果是大家都选择最短路径，这可能会在一些热门节点上出现拥塞。早期的因特网骨干网是用人工修改SDH通道的路由，改变路由矩阵来控制流量。在ATM被用于因特网骨干网上时，用虚电路来连接路由器。虚电路上的流量是可以监视的，改变虚电路也很方便，控制流量能力大大提高。而且在发展IP over ATM技术时，人们也发展了多协议标记交换技术MPLS。MPLS可以在ATM交换机中根据标记，为一个IP实时业务数据流建立虚电路，保证QoS。当吉位路由交换机取代ATM用于因特网骨干网时，控制流量的流量工程被再次提出来。其解决办法是采用MPLS在IP网上为某一路由路径建立标记交换路径，借助标记号可以将这一路径变为显式的，从而监视其流量，同时也可以方便地改变路由，重新设置路径。

　　随着标准的制订和完善，今后MPLS将成为实施流量工程的主要方法。此外，MPLS还将为自愈恢复和网络管理提供有力的支持。IP优化网络的网络管理系统要求L1/L2/L3一体化，而MPLS将是一个有力的工具。随着MPLS、流量工程和Qos等最新技术的发展与完善，通过合理设计网络结构，在第三层IP层在传输语音、视频、图象等多媒体数据时可获得与传统电话网络同级别的可靠性和服务质量。

　　PLS（Multi-protocol Label Switching）使得在IP网络中提供类似电路连接特性并提供业务的快速自愈能力成为可能，基于MPLS的Qos能控制网络带宽、延迟、抖动和包丢失，以满足多种业务对服务质量的要求。随着话音、视频等对时延比较敏感的应用的全方位的展开，如何提供Qos保障已成为传输过程中无法避免的问题。

　　虽然MPLS、流量工程和Qos等最新技术的发展对Qos十分有益，但是由于TCP/IP协议本身是面向无连接的，所以在此基础上发展Qos十分困难。与其花费很大的代价发展Qos，还不如充分利用以太网成本低廉的特点，牺牲一部分带宽，以获得高速通信的保障。在以太网技术的发展过程中也有类似于摩尔定律的规律，也就是每隔三四年，以太网的速度就会提高十倍，而价格每年下降30%-40%。

　　结论

　　现代通信体制革命为我国实现迎接头赶上战略提供了难得的历史机会。要把握住这一历史机会，我们必须正确掌握技术发展趋势，结合我国的实际情况，选择我们的发展道路。我国数据通信起步晚，传统数据通信业务规模不大，与发达国家相比多协议、多业务的包袱要小得多。因此，我们应该尽可能快地转向以IP为基础的新体制，在光缆上采用IP优化光网络，建设宽带IP网，大大加速我国因特网数据通信业的发展，加速国民经济信息化的进程。

　　IP技术、千兆以太网交换和多层交换技术的不断发展，结合光纤传输技术的进步，在城域网络设计的观念上带来了一个全新的变革，采用具有多层交换能力的多功能千兆交换机为骨干，千兆交换机或百兆交换机为主体，以IP协议为信息承载协议，构造一个城域宽带IP光纤网已经成为一种高性能、低成本、极具发展前景的网络建设方案。

摘自《天极网》