宽带IP网络<2>

宽带IP网络<2>
    四、光学宽带IP网络
    1．IP over SDH／SONET方式
    可以认为IP overSDH／SONET是光学宽带IP网络的雏形。IP数据包通过采用点到点协
议（PPP）映射到SDH／SONET帧上，按某次群相应的线速率进行连续传输。
    PPP协议是一个简单的OSI第二层协议，标头只有两个字节，没有地址信息，只是按点
到点顺序。PPP协议可将IP数据包切成PPP帧，以满足映射至SDR/SONET帧结构的要求。
    IP over SDH／SONET技术的实现需要高速路由器和PPP协议，采用的仍然是传统路由
器的逐包转发方式。这种方法的基本思路是将路由计算与包的转发分开，采用缓冲技术、
硬件（芯片）快速处理技术、以ATM信元交换矩阵作为路由器内部体系构架的交换路由技
术，将路由器的逐包转发速度控制到与第二层交换的速度相当。它无须利用广域网上的
ATM交换机来建立虚电路。目前不少网络设备公司已推出基于IP overSDH／SONET技术的交
换路由器产品。
    IP over SDH／SONET的特点如下：IP数据包通过PPP协议直接映射到SDH／SONET帧结
构上，省去中间的ATM层，简化了IP网络体系结构，提高了数据传输效率；将IP网络技术
建立在SDH／SONET传输平台上，可以很容易地跨越地区和国界，兼容各种不同的技术和标
准，实现网络互连；可以充分利用SDH／SONET技术的各种优点，如自动保护切换（APS），
保证网络的可靠性；有利于实施IP多播技术；适用于大型IP骨干网。
    IP overSDH／SONET技术的不足主要有：SDH原主要考虑电路交换网络各种指标，如同
步、自愈、抖动性能等，在IP网络中，这些指标的要求不一定相同；不太适于集数据、语
音、图像等的综合性多业务平台；IPover SDH／SONET技术一般可进行业务分级（CoS），
目前尚不能像IP over ATM技术那样提供较好的服务质量；缺乏电路仿真服务能力；网络
扩充不如 IP overATM技术那样灵活。
    2．IP over DWDM方式
    从光通信技术发展趋势看，SDH／SONET必然以密集波分复用（DWDM）技术为基础，因
此IP overSDH／SONET将最终发展成为IP over DWDM，即IP数据包直接在光波道上传输。
采用IP over DWDM技术可减少网络各层之间的冗余；减少SDH／SONET，ATM，IP等各层之
间的功能重叠；减少设备操作、维护和管理费用。同时，由于省去了中间的ATM层和SDH／
SONET层，其传输效率高，可以大大节省网络运营成本，从而间接降低用户获得多媒体通
信业务的费用。这是一种最直接、最简单、最经济的IP网络体系结构，适用于超大型IP骨
干网。IP和DWDM的结合，将出现一个全光IP网络。全光IP网络将按照IP技术和业务的特性
进行优化，从而为IP网络乃至电信网络开拓一个新世界。
    IP overDWDM应该说是宽带IP网络的较好解决方案。全光网在网络节点处采用波长可
选的光元件将不同波长的光信号分离，从而进行光的复用与解复用，并可进行光选路和光
交换。DWDM技术是全光网的基础。IP技术和DWDM技术结合，IP数据流直接进入大粒度的光
通道，可充分综合WDM技术大容量和IP技术统计复用的优势，真正达到IP优化的目的。IP
over DWDM组网结合了波长路由和IP路由的技术。波长路由提供了大粒度的复用，而IP路
由提供了细粒度的复用，两者的结合为IP应用提供了优化的环境。
    （1）IP over DWD中存在的问题
    IP over DWDM才开始发展，ITU和光互联论坛（OIF）正在进行标准化工作。IP over 
DWDM目前存在的问题有数据网络层与光网络层的适配，物理接口的规范问题和层间管理等。
    IP over DWDM的帧结构选择是上述问题的关键。DWDM系统本身的特点是业务透明性，
它可以承载各种格式的客户层信号。帧结构选择应该考虑到这么几个因素：帧格式对IP包
的打包速度和封装效率；帧格式对DWDM系统管理功能的贡献；目前DWDM系统能够提供的光
波长类型转换器（OTU）接口类型。
    目前可用的IP over DWDM帧结构方案选择基本有SDH帧格式和千兆比以太网帧格式两大类。
    ①SDH帧格式的优缺点
    使用SDH帧格式的好处有：目前大部分DWDM系统的OTU提供SDH接口；SDH格式的帧头中可
载有大量的信令和管理信息。其中信令可以完成保护切换之类的工作，管理信息可以辅助
DWDM系统完成网管功能。
    SDH帧格式的局限为：由于IP包的大小和SDH帧的大小不一定匹配，因此在路由交换机接
口上SDH帧的分段与组装（SAR）处理将影响设备的吞吐量和性能；使用SDH帧格式需要OTU提
供SDH方式的接口，具备SDH方式的转发和再生功能，增加了成本。
    ②千兆比以太网帧格式的优缺点
    使用千兆比以太网帧格式的好处有：对于  DWDM系统，应采用开放式系统，通过波长转
换器将IP数据流接火光传输通道，OTU只需提供透明接口；目前成本较低；在路由交换机接
口中无需SAR操作。
    使用千兆比以太网帧格式的局限为：由于以太网帧是个异步的协议，对抖动和定时敏感；
目前千兆比以太网采用10B／8B编码，封装效率稍低；以太网帧格式中不含管理信息，造成
对DWDM系统的性能监测困难；传送距离不如SDH帧格式方式。
    上述两类帧格式各有优缺点，比较而言目前选择SDH帧格式较千兆比以太网倾格式的可
能性大。目前帧格式的问题在不断的研究发展中，例如为解决SDH帧格式中对于IP网络一些
无用的开销字节而作的简化；为解决以太网帧格式的效率问题对10 Gbit／s以太网接口的研
究等。ITU亦希望能研究出一种全新的光接口，全面考虑恒定比特流和突发传输、解决帧结
构问题和适配协议、提出光参数等物理接口特性和管理问题。
    （2）IP over DWDM组网
    目前，由于OADM和光交叉连接（OXC）等设备不成熟，全光网的发展还处于初期水平，
只是点对点的DWDM传输系统。根据目前技术状况，IP over DWDM组网有两种可能的方式。
    ①叠加方式
    人工配置波道形成IP的骨干中继路由，再在其上进行IP路由的组织。在DWDM节点，除
了需要进行波道组织而进行复用器/解复用器背对背的连接方式外，主要采用大容量高速的
IP路由交换机进行电信号的上下业务。从这个角度出发，IP over DWDM的组网宜尽量形成
环状或总线状，以减小复用器／解复用器背对背连接的不灵活性和对光分插与复用设备
（OADM）的需求，从而降低造价。
    ②集成方式
    使用路由交换机设备作为节点设备，DWDM系统只是作为点到点之间的一种传输手段。
    在这种方式中，路由交换机设备作为网络中的中间设备，既可完成中继传输又可上下
电路。目前新一代路由交换机产品均采用路由计算与包转发相分离的结构，路由计算能力
大大增强；采用面向网络拓扑的转发表维护，支持大容量的路由表；包转发机构采用交换
矩阵实现无阻塞交换。端口吞吐能力在各种包大小情况下已大致接近线速，单机交换时延
已在几十微秒，有能力支持这种方式的组网应用。
    五、宽带IP网络中的流量工程
    在90年代初，当IP网络主要由155Mbit／S以下的链路组成时，流量工程主要通过使用
路由度量值实现。但是随着网络规模和复杂性的不断增加，基于度量的流量控制变得越来
越复杂，以至于对网络的一部分度量进行调整时，判断该调整对网络其余部分的影响变得
越来越困难，难以实现对整个网络带宽的全面有效利用。
    基于ATM PVC链路的IP网络中，可以使用ATM的流量工程部分地满足业务要求。但是作
为备份的PVC链路必须提前配置好并安装到ATM交换机中，由于故障节点的不确定性，很难
设计出与IP内在的可恢复性相似的备份PVC。
    MPLS的出现为IP网络中的流量工程问题提供了有希望的解决方案。在宽带IP网络中，
尤其是全光IP网络中，MPLS甚至是目前解决流量工程问题的唯一有效方案。流量工程的本
质是将业务映射到物理拓扑上去，MPLS通过在输入点和输出点之间建立标记交换路径来实
现流量工程。MPLS可通过离线方式计算出全面或部分标记交换路径，并可采用动态协议安
装这些路径。将来MPLS可支持基于约束的路由，由网络自身参与标记交换路径计算，减小
人工参与的压力与不足，并通过域内路由协议（IGP）的动态路由信息发布加快流量工程
对故障的反应和恢复速度。