IP over SDH在城域網(wǎng)中的應(yīng)用

0、引言

　　IP over SDH技術(shù)是將IP分組通過點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議直接映射到SDH幀，省掉了中間的ATM層，從而保留了Internet的無連接特征，簡化了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，提高了傳輸效率，降低了成本，易于兼容不同技術(shù)和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間互聯(lián)。但目前尚不適用于多業(yè)務(wù)平臺(tái)，可擴(kuò)展性差，只有業(yè)務(wù)分級，無優(yōu)先級業(yè)務(wù)質(zhì)量保證。IP over SDH以鏈路方式支持Internet網(wǎng)絡(luò)，不能參與Internet網(wǎng)絡(luò)的尋址，它的作用是將路由器以點(diǎn)到點(diǎn)方式連接起來，提高點(diǎn)到點(diǎn)之間的傳輸速率，因而沒有從總體上提高Internet網(wǎng)絡(luò)的性能，這種Internet網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)仍是一個(gè)路由器網(wǎng)。Internet網(wǎng)絡(luò)整體性能的提高將取決于路由器技術(shù)是否有突破性進(jìn)展，因而這種技術(shù)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術(shù)上已有突破，可實(shí)現(xiàn)第2層交換與第3層選路的綜合，但同時(shí)也帶來了設(shè)備的復(fù)雜性。然而，這種突破性技術(shù)尚不能廣泛應(yīng)用于普通路由器，因而除非全網(wǎng)路由器都能采用千兆比特路由器技術(shù)，否則仍難以從整體上提高Internet網(wǎng)絡(luò)的水平。所以，IP over SDH主要是在干線上用以疏導(dǎo)高速率數(shù)據(jù)流。

1、IP over SDH的傳輸

　　1.1　幀封裝

　　一般意義上講，IP over SDH指的是IP/PPP/HDLC一組協(xié)議在同步光纖網(wǎng)上的傳輸，它的依據(jù)是RFCl619“PPP over SONET/SDH”，IP數(shù)據(jù)包被封裝進(jìn)高層數(shù)據(jù)鏈路控制(HDLC)幀，然后按字節(jié)同步方式把封裝后的IP數(shù)據(jù)包映射到SDH的同步凈荷封裝(SPE)中。在封裝過程中使用HDLC協(xié)議，主要是為了實(shí)現(xiàn)IP包在同步鏈路層的劃分。

　　1.2　數(shù)據(jù)裝入

　　傳統(tǒng)的同步光纖網(wǎng)是對支路信號(hào)(低速信號(hào))進(jìn)行同步數(shù)字復(fù)用、交叉連接和交換。ITU-T采用了一種以字節(jié)為基礎(chǔ)的矩形塊狀幀結(jié)構(gòu)。以STM-1的幀為例，其幀的寬度為270列，高度為9行，前端的段開銷占用9列，通道開銷占用1列，其余部分為數(shù)據(jù)區(qū)。數(shù)據(jù)的傳輸速率為8000幀/s，用戶可利用帶寬為149.76M。

　　另外，把IP數(shù)據(jù)包放入SPE中時(shí)，對IP報(bào)也沒有辦法保證它的邊界和SDH幀的邊界是一致的。這樣就面臨著如何處理跨越不同的SDH幀IP數(shù)據(jù)包的問題。一種策略是不允許這種情況出現(xiàn)，一旦發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的數(shù)據(jù)包的大小超過了SDH幀中的剩余空間，就把它放入下一幀中。但該策略既浪費(fèi)了帶寬，也增加對IP包不必要的拆分和重組。另一方面，在SDH幀結(jié)構(gòu)中通過管理單元(AU)指針和HDLC封裝，可以標(biāo)記出數(shù)據(jù)的正確開始位置，所以可以允許IP數(shù)據(jù)包跨越SDH幀的邊界，到了目的端再加以恢復(fù)。

　　1.3　功能劃分

　　在IP over SDH技術(shù)中，ISO OSI參考模型(OSI/RM)的分層及分割的概念依然得到比較好的體現(xiàn)。把IP數(shù)據(jù)包直接映射到SONET/SDH方式只是一個(gè)籠統(tǒng)的說法，實(shí)際上還需要許多輔助功能，包括必須充分利用SDH幀中的通道開銷和段開銷實(shí)現(xiàn)操作、管理和維護(hù)，由于允許IP數(shù)據(jù)包跨越SDH幀的邊界，必須支持IP數(shù)據(jù)包的截?cái)嗯c恢復(fù)。如果使用IP/PPP協(xié)議方式，為了適應(yīng)HDLC的字節(jié)填充方式，必須在兩層之間增加協(xié)議處理部分，以把PPP報(bào)文恢復(fù)成IP數(shù)據(jù)包。

2、接口模塊

　　IP over SDH在本質(zhì)上保留了Internet作為IP網(wǎng)的無連接特征，形成統(tǒng)一的平面網(wǎng)，簡化了網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，提高了傳輸效率，降低了成本，易于實(shí)現(xiàn)IP組播和兼容不同技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間互聯(lián)。其基本思路是將IP數(shù)據(jù)報(bào)通過點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議(PPP)直接映射到SDH幀，省掉了中間復(fù)雜的ATM層，這樣可大大節(jié)省網(wǎng)絡(luò)的投資。具體做法是先把IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝進(jìn)PPP分組，然后利用HDLC組幀，再將字節(jié)同步映射進(jìn)虛容(VC)包封中，最后再加上相應(yīng)的SDH開銷置入STM-N幀中即可。而實(shí)際上是把IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝在PPP協(xié)議幀中，然后再把PPP幀放入SDH的凈荷字段中。

　　IP數(shù)據(jù)報(bào)首先被封裝進(jìn)PPP數(shù)據(jù)包中。PPP標(biāo)頭只有兩個(gè)字節(jié)，沒有地址信息，只能點(diǎn)到點(diǎn)順序傳輸，是面向非連接的。這個(gè)協(xié)議可將太長的IP包切短成PPP幀，以適應(yīng)映射到SDH幀的要求，它提供了多協(xié)議封裝、差錯(cuò)控制和鏈路初始化控制的特性，然后利用HDLC組幀，再將字節(jié)同步映射進(jìn)SDH的虛容器中，再加上相應(yīng)的SDH開銷置入STM-N幀即可。

　　HDLC的主要功能是區(qū)分通過同步傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)氖褂肞PP封裝的IP數(shù)據(jù)報(bào)。這種區(qū)分是通過字節(jié)填充完成的，每一個(gè)HDLC幀以字節(jié)標(biāo)志0x7e開始，也以0x7e結(jié)束。在發(fā)射端，為了標(biāo)志序列和填充序列，HDLC幀被監(jiān)控，如果標(biāo)志序列發(fā)生在HDLC幀的信息域，它被改變成0x7d和0x5e序列；相反，在填充序列中，0x7d改變成0x7d 0x5e。在接收端，填充的信息被去掉，只剩下原來的信息域，而且在空閑期間，當(dāng)沒有數(shù)據(jù)報(bào)被傳送時(shí)，HDLC的標(biāo)志模式被作為幀間填充傳輸。

　　接口模塊是路由器中高速運(yùn)行的模塊，必須滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的性能要求。它應(yīng)獨(dú)立于其他模塊，并應(yīng)是無阻塞的，代碼精簡、高效。

3、IP over SDH技術(shù)在寬帶信息城域網(wǎng)中的應(yīng)用

　　大多數(shù)電信運(yùn)營公司都建設(shè)了世界范圍或全國范圍的SONET/SDH傳輸網(wǎng)，這些SONET/SDH是通信的主要基礎(chǔ)設(shè)施，電信運(yùn)營公司使用這些基礎(chǔ)設(shè)備來傳遞長途業(yè)務(wù)。因此，非常有必要使數(shù)據(jù)設(shè)備具有SONET/SDH接口，能充分利用現(xiàn)有的SONET/SDH基礎(chǔ)設(shè)施。

　　具有SONET/SDH的數(shù)據(jù)設(shè)備必須能夠處理和識(shí)別段、線路和通道SONET/SDH的開銷字節(jié)，必須具有自動(dòng)保護(hù)切換(APS)功能，即SDH復(fù)用段保護(hù)(MSP)功能。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)生故障以及信號(hào)丟失的情況下，在很短的時(shí)間(如50ms)內(nèi)，能端到端地從工作光纖切換到保護(hù)光纖上，以提高網(wǎng)絡(luò)的生存能力和魯棒性。

　　依照寬帶信息網(wǎng)的要求，在電信網(wǎng)中應(yīng)具有在SONET/SDH上同時(shí)支持ATM多業(yè)務(wù)網(wǎng)和使用IP over SDH技術(shù)的IP網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)中，核心路由器(Cisco12000路由器)具有IP接口，可以直接使用戶接入SDH傳輸網(wǎng)。然后，IP數(shù)據(jù)穿過電信運(yùn)營者的SONET/SDH環(huán)，達(dá)到Internet骨干網(wǎng)。IP業(yè)務(wù)量也可以O(shè)C-12/STM-4、OC-48/STM-16或更高的速率穿過兩個(gè)核心路由器之間的光纖，這樣可以不經(jīng)過擁塞的網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)(NAP)。這里不用IP over ATM網(wǎng)絡(luò)的原因主要是使用IP over ATM技術(shù)信道的利用率較低。采用IP over SDH這一技術(shù)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上的通用協(xié)議，即IP協(xié)議。這樣提高了路由處理器的工作效率，減少了數(shù)據(jù)包在路由器中的滯留時(shí)間，而且千兆比特高速路由器支持IPv6，為下一代Internet的升級做好了準(zhǔn)備。

4、IP over SDH的發(fā)展趨勢

　　現(xiàn)有的基于HDLC封裝的IP over SDH技術(shù)向更的傳輸速率發(fā)展面臨著一些問題。由于HDLC是工作在字節(jié)填充的方式下，在每發(fā)送一個(gè)字節(jié)前都需要檢查它是否應(yīng)加以屏蔽。這種方式既降低了發(fā)送速率和有效帶寬，也為惡意攻擊提供了可能。但是IP over SDH這種方式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)簡單，傳輸效率較高，技術(shù)較為成熟。IP over SDH相對其他傳輸方式(如ATM)具有更高的傳輸效率，提高可用帶寬25%-30%，簡化了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，更適合于組建專門承載IP業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。占據(jù)全世界骨干路由器市場80%的Cisco公司在路由器上加入了SDH接口，并于1997年9月推出了具有交換功能的千兆比特路由器12000系列產(chǎn)品。與傳統(tǒng)路由器相比，在技術(shù)方面有了重大突破，表現(xiàn)在吞吐量大(達(dá)60Gbit/s)和傳送時(shí)延小(14(40µs)，為IP over SDH的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)�？偟目磥恚琁P over SDH適用于經(jīng)營IP業(yè)務(wù)的ISP、以IP業(yè)務(wù)量為主的寬帶信息網(wǎng)或在電信骨干網(wǎng)上疏導(dǎo)高速率數(shù)據(jù)流。