IP over SDH在城域网中的应用

0、引言

　　IP over SDH技术是将IP分组通过点到点协议直接映射到SDH帧，省掉了中间的ATM层，从而保留了Internet的无连接特征，简化了网络体系结构，提高了传输效率，降低了成本，易于兼容不同技术和实现网间互联。但目前尚不适用于多业务平台，可扩展性差，只有业务分级，无优先级业务质量保证。IP over SDH以链路方式支持Internet网络，不能参与Internet网络的寻址，它的作用是将路由器以点到点方式连接起来，提高点到点之间的传输速率，因而没有从总体上提高Internet网络的性能，这种Internet网络的本质仍是一个路由器网。Internet网络整体性能的提高将取决于路由器技术是否有突破性进展，因而这种技术的核心是千兆比特高速路由器。目前千兆比特高速路由器在技术上已有突破，可实现第2层交换与第3层选路的综合，但同时也带来了设备的复杂性。然而，这种突破性技术尚不能广泛应用于普通路由器，因而除非全网路由器都能采用千兆比特路由器技术，否则仍难以从整体上提高Internet网络的水平。所以，IP over SDH主要是在干线上用以疏导高速率数据流。

1、IP over SDH的传输

　　1.1　帧封装

　　一般意义上讲，IP over SDH指的是IP/PPP/HDLC一组协议在同步光纤网上的传输，它的依据是RFCl619“PPP over SONET/SDH”，IP数据包被封装进高层数据链路控制(HDLC)帧，然后按字节同步方式把封装后的IP数据包映射到SDH的同步净荷封装(SPE)中。在封装过程中使用HDLC协议，主要是为了实现IP包在同步链路层的划分。

　　1.2　数据装入

　　传统的同步光纤网是对支路信号(低速信号)进行同步数字复用、交叉连接和交换。ITU-T采用了一种以字节为基础的矩形块状帧结构。以STM-1的帧为例，其帧的宽度为270列，高度为9行，前端的段开销占用9列，通道开销占用1列，其余部分为数据区。数据的传输速率为8000帧/s，用户可利用带宽为149.76M。

　　另外，把IP数据包放入SPE中时，对IP报也没有办法保证它的边界和SDH帧的边界是一致的。这样就面临着如何处理跨越不同的SDH帧IP数据包的问题。一种策略是不允许这种情况出现，一旦发现当前的数据包的大小超过了SDH帧中的剩余空间，就把它放入下一帧中。但该策略既浪费了带宽，也增加对IP包不必要的拆分和重组。另一方面，在SDH帧结构中通过管理单元(AU)指针和HDLC封装，可以标记出数据的正确开始位置，所以可以允许IP数据包跨越SDH帧的边界，到了目的端再加以恢复。

　　1.3　功能划分

　　在IP over SDH技术中，ISO OSI参考模型(OSI/RM)的分层及分割的概念依然得到比较好的体现。把IP数据包直接映射到SONET/SDH方式只是一个笼统的说法，实际上还需要许多辅助功能，包括必须充分利用SDH帧中的通道开销和段开销实现操作、管理和维护，由于允许IP数据包跨越SDH帧的边界，必须支持IP数据包的截断与恢复。如果使用IP/PPP协议方式，为了适应HDLC的字节填充方式，必须在两层之间增加协议处理部分，以把PPP报文恢复成IP数据包。

2、接口模块

　　IP over SDH在本质上保留了Internet作为IP网的无连接特征，形成统一的平面网，简化了网络的体系结构，提高了传输效率，降低了成本，易于实现IP组播和兼容不同技术体系，实现网间互联。其基本思路是将IP数据报通过点到点协议(PPP)直接映射到SDH帧，省掉了中间复杂的ATM层，这样可大大节省网络的投资。具体做法是先把IP数据报封装进PPP分组，然后利用HDLC组帧，再将字节同步映射进虚容(VC)包封中，最后再加上相应的SDH开销置入STM-N帧中即可。而实际上是把IP数据报封装在PPP协议帧中，然后再把PPP帧放入SDH的净荷字段中。

　　IP数据报首先被封装进PPP数据包中。PPP标头只有两个字节，没有地址信息，只能点到点顺序传输，是面向非连接的。这个协议可将太长的IP包切短成PPP帧，以适应映射到SDH帧的要求，它提供了多协议封装、差错控制和链路初始化控制的特性，然后利用HDLC组帧，再将字节同步映射进SDH的虚容器中，再加上相应的SDH开销置入STM-N帧即可。

　　HDLC的主要功能是区分通过同步传输网络传输的使用PPP封装的IP数据报。这种区分是通过字节填充完成的，每一个HDLC帧以字节标志0x7e开始，也以0x7e结束。在发射端，为了标志序列和填充序列，HDLC帧被监控，如果标志序列发生在HDLC帧的信息域，它被改变成0x7d和0x5e序列；相反，在填充序列中，0x7d改变成0x7d 0x5e。在接收端，填充的信息被去掉，只剩下原来的信息域，而且在空闲期间，当没有数据报被传送时，HDLC的标志模式被作为帧间填充传输。

　　接口模块是路由器中高速运行的模块，必须满足实时数据处理的性能要求。它应独立于其他模块，并应是无阻塞的，代码精简、高效。

3、IP over SDH技术在宽带信息城域网中的应用

　　大多数电信运营公司都建设了世界范围或全国范围的SONET/SDH传输网，这些SONET/SDH是通信的主要基础设施，电信运营公司使用这些基础设备来传递长途业务。因此，非常有必要使数据设备具有SONET/SDH接口，能充分利用现有的SONET/SDH基础设施。

　　具有SONET/SDH的数据设备必须能够处理和识别段、线路和通道SONET/SDH的开销字节，必须具有自动保护切换(APS)功能，即SDH复用段保护(MSP)功能。网络设备发生故障以及信号丢失的情况下，在很短的时间(如50ms)内，能端到端地从工作光纤切换到保护光纤上，以提高网络的生存能力和鲁棒性。

　　依照宽带信息网的要求，在电信网中应具有在SONET/SDH上同时支持ATM多业务网和使用IP over SDH技术的IP网络，在网络中，核心路由器(Cisco12000路由器)具有IP接口，可以直接使用户接入SDH传输网。然后，IP数据穿过电信运营者的SONET/SDH环，达到Internet骨干网。IP业务量也可以OC-12/STM-4、OC-48/STM-16或更高的速率穿过两个核心路由器之间的光纤，这样可以不经过拥塞的网络接入点(NAP)。这里不用IP over ATM网络的原因主要是使用IP over ATM技术信道的利用率较低。采用IP over SDH这一技术可以提高20%-30%的利用率。

　　在IP over SDH中使用的Cisco12000(千兆比特高速路由器)只支持Internet上的通用协议，即IP协议。这样提高了路由处理器的工作效率，减少了数据包在路由器中的滞留时间，而且千兆比特高速路由器支持IPv6，为下一代Internet的升级做好了准备。

4、IP over SDH的发展趋势

　　现有的基于HDLC封装的IP over SDH技术向更的传输速率发展面临着一些问题。由于HDLC是工作在字节填充的方式下，在每发送一个字节前都需要检查它是否应加以屏蔽。这种方式既降低了发送速率和有效带宽，也为恶意攻击提供了可能。但是IP over SDH这种方式网络体系结构简单，传输效率较高，技术较为成熟。IP over SDH相对其他传输方式(如ATM)具有更高的传输效率，提高可用带宽25%-30%，简化了网络的复杂性，更适合于组建专门承载IP业务的数据网络。占据全世界骨干路由器市场80%的Cisco公司在路由器上加入了SDH接口，并于1997年9月推出了具有交换功能的千兆比特路由器12000系列产品。与传统路由器相比，在技术方面有了重大突破，表现在吞吐量大(达60Gbit/s)和传送时延小(14(40µs)，为IP over SDH的实现奠定了基础。总的看来，IP over SDH适用于经营IP业务的ISP、以IP业务量为主的宽带信息网或在电信骨干网上疏导高速率数据流。
作者：冀常鹏   来源：中国联通网站