城域以太網(wǎng)的升級和優(yōu)化

摘要　分析了傳統(tǒng)城域以太網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)；介紹了電信級以太網(wǎng)的基本屬性、特點(diǎn)、技術(shù)、MEF已通過的業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)及解決方案（以西門子產(chǎn)品為例）。

0、前言

1973年，Bob Metcalfe提出以太網(wǎng)的概念。由于以太網(wǎng)技術(shù)配置簡單、組網(wǎng)靈活、成本低、互操作性好，而且技術(shù)本身已經(jīng)被大多數(shù)人所熟悉和接受，以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)得到很大發(fā)展。目前有近90%的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)來自以太網(wǎng)。以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中表現(xiàn)出的優(yōu)勢，正在逐漸使其成為城域網(wǎng)甚至廣域網(wǎng)中的主流傳送網(wǎng)技術(shù)之一。城域以太網(wǎng)以簡單、可快速擴(kuò)展以及低成本等優(yōu)勢在很多國家迅猛發(fā)展。Frost&Sullivan公司的研究表明，2004年城域以太網(wǎng)設(shè)備全球銷售額為26億美元，2005年翻一番達(dá)49億美元。預(yù)計(jì)2009年可以達(dá)到150億美元。將以太網(wǎng)技術(shù)推向城域網(wǎng)或廣域網(wǎng)目前已經(jīng)成為業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。城域以太網(wǎng)快速發(fā)展正在成為寬帶城域網(wǎng)的主流。

1、傳統(tǒng)城域以太網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)

雖然城域以太網(wǎng)憑借簡單、可以快速布設(shè)，帶寬可擴(kuò)展和粒度可變，內(nèi)部開銷低，低成本（城域以太網(wǎng)以傳統(tǒng)技術(shù)2倍的代價，提供7-8倍帶寬）等優(yōu)勢得到快速發(fā)展，但當(dāng)時的城域網(wǎng)建設(shè)主要是針對窄帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場（如上網(wǎng)瀏覽、電子郵件等業(yè)務(wù)）。沒考慮QoS問題、組播等應(yīng)用問題。近幾年來，隨著VoIP、IPTV等新業(yè)務(wù)的發(fā)展，給網(wǎng)絡(luò)提出更高要求。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)面臨如下挑戰(zhàn)：

a）不完全具備電信級的可靠性和可擴(kuò)展性。沒有冗余和彈性、采用了很多中低端交換機(jī)作為匯聚設(shè)備、沒有保護(hù)的級聯(lián)。

b）不能完全支持多業(yè)務(wù)部署。QoS機(jī)制不完善、難以進(jìn)行用戶和業(yè)務(wù)的區(qū)分、不支持端到端的業(yè)務(wù)實(shí)施、組播支持能力差。

c）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不清晰。很多小BRAS、性能有限、擴(kuò)展困難、成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸；一些匯聚交換機(jī)被當(dāng)作3層設(shè)備使用。

d）不能滿足新業(yè)務(wù)，需要更多的帶寬。

2、電信級以太網(wǎng)

為了實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)電信級傳送網(wǎng)（如SDH）和承載網(wǎng)（如ATM/FRPVC）相同的可靠性，使之有可能作為今后運(yùn)營商承載業(yè)務(wù)的一種新的可選技術(shù)，城域以太網(wǎng)論壇（MEF）對城域以太網(wǎng)絡(luò)從體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)管理、保護(hù)、QoS、業(yè)務(wù)等方面進(jìn)行了完善的功能框架定義。

MEF定義的電信級以太網(wǎng)（Carrier Ethernet）的基本屬性為標(biāo)準(zhǔn)化的業(yè)務(wù)（以太網(wǎng)透明專線、虛擬專線、虛擬局域網(wǎng)）、可擴(kuò)展性（各種以太網(wǎng)業(yè)務(wù)、10萬條以上的業(yè)務(wù)規(guī)模）、業(yè)務(wù)管理（快速業(yè)務(wù)建立、OAM、用戶網(wǎng)絡(luò)管理）、服務(wù)質(zhì)量（端到端有保障的業(yè)務(wù)性能）、可靠性（用戶無感知的故障恢復(fù)、低于50 ms的保護(hù)倒換）。這5個基本屬性決定了它與傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)的區(qū)別，使可觀的商業(yè)利益來源于以太網(wǎng)的成本模型，從而實(shí)現(xiàn)了顯著的成本節(jié)省。

2.1　電信級以太網(wǎng)的特點(diǎn)

電信級以太網(wǎng)有以下特點(diǎn)：

a）具有高擴(kuò)展性、網(wǎng)絡(luò)彈性以及安全性；

b）通過先進(jìn)的QoS機(jī)制增強(qiáng)服務(wù)區(qū)分能力；

c）支持端到段網(wǎng)絡(luò)管理控制；

d）先進(jìn)的以太網(wǎng)整體服務(wù)；

e）解決網(wǎng)絡(luò)拓展性問題；

f）增加了網(wǎng)絡(luò)的靈活性。

2.2　電信級以太網(wǎng)中的技術(shù)

電信級以太網(wǎng)主要包括如Q in Q（SVLAN）、以太網(wǎng)環(huán)保護(hù)（ERP）、彈性分組環(huán)（RPR）、多業(yè)務(wù)環(huán)（MSR），MAC in MAC封裝、網(wǎng)絡(luò)提供商骨干傳送（PBT）、虛擬專用局域網(wǎng)業(yè)務(wù)（VPLS）等技術(shù)。ERP在現(xiàn)有以太網(wǎng)硬件基礎(chǔ)上，結(jié)合Q in Q和增強(qiáng)QoS能力，提供很低成本的電信級以太網(wǎng)。ERP可與傳統(tǒng)以太網(wǎng)和MPLS的保護(hù)機(jī)制實(shí)現(xiàn)互操作，但QoS和擴(kuò)展性是其最大的劣勢。

MAC in MAC技術(shù)中采用用戶以太幀再封裝運(yùn)營商以太幀頭的技術(shù)，形成2個MAC地址。其中用戶的MAC地址存儲于運(yùn)營商的以太網(wǎng)幀中，核心網(wǎng)只根據(jù)運(yùn)營商MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)流量。由于具有清晰的運(yùn)營網(wǎng)和用戶間界限，因此安全性較高。運(yùn)營網(wǎng)與用戶隔離，規(guī)避了用戶網(wǎng)中的可能發(fā)生的廣播風(fēng)暴和轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)路問題。另外由于運(yùn)營商無需擔(dān)心VLAN和MAC地址與用戶網(wǎng)沖突，簡化了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和運(yùn)營。二層封裝，無需復(fù)雜信令，交換機(jī)只需學(xué)習(xí)自己的MAC地址，減少了存貯和處理要求。因此大大降低了成本。

PBT是在MAC in MAC基礎(chǔ)上，關(guān)掉了MAC學(xué)習(xí)功能。它的主要特點(diǎn)首先是擴(kuò)展性好，關(guān)掉MAC學(xué)習(xí)功能，可以消除導(dǎo)致MAC泛洪和限制網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的廣播功能。采用VID+MAC（60 bit）作為全球惟一地址和基于目的地地址的轉(zhuǎn)發(fā)，隧道數(shù)目高達(dá)260。轉(zhuǎn)發(fā)信息不再靠傳統(tǒng)的泛洪和學(xué)習(xí)，由網(wǎng)管／控制面直接提供，提供確知通道，還能支持各種基于MPLS的業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)靈活性很好。但是其N平方問題需要手動，明顯增加管理難度，自動隧道建立能力也值得商榷。

RPR采用一種新的MAC層和共享接入方式，工作在第2層，既可以架構(gòu)在層1的SDH、GE上，又可以直接工作在裸光纖上作為路由器的線路接口板。同時無需對非落地IP包進(jìn)行拆分重組，可直接前轉(zhuǎn)，簡化了處理，提高了交換處理能力，可以在二層上實(shí)現(xiàn)50 ms的保護(hù)倒換時間，有自動拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)能力，可自動識別二層拓?fù)渥兓�，增�?qiáng)了自愈能力，支持即插即用。RPR支持兩纖雙向環(huán)，能按每個用戶每種業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)保留帶寬和服務(wù)質(zhì)量，RPR帶寬利用率比SDH高很多倍。同時，RPR在環(huán)上支持大約250個節(jié)點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過SDH環(huán)。但是RPR新增了一個MAC層，使系統(tǒng)成本增加。

MSR的基本思路是在RPR的MAC層上再架構(gòu)一客戶子層（XP鏈路子層），解決了RPR如下問題：同節(jié)點(diǎn)上多支路業(yè)務(wù)的傳送和封裝、支路業(yè)務(wù)的保護(hù)、組播、服務(wù)質(zhì)量監(jiān)測以及多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的支持問題等；實(shí)現(xiàn)了運(yùn)營網(wǎng)和用戶間的地址和拓?fù)浞蛛x；在鏈路層實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)的底層統(tǒng)一封裝，是一種融合網(wǎng)絡(luò)的底層解決方案。缺點(diǎn)是支持廠家少，規(guī)模小，性價比差。

2.3　MEF已通過的業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范

目前，MEF已通過如下業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范：

a）MEF 2　以太網(wǎng)業(yè)務(wù)保護(hù)的要求和框架；

b）MEF 3　城域以太網(wǎng)電路仿真業(yè)務(wù)的定義、框架和要求；

c）MEF 4　城域以太網(wǎng)架構(gòu)第一部分：總框架；

d）MEF 6　城域以太網(wǎng)業(yè)務(wù)定義第1階段；

e）MEF 7　EMS-NMS信息模型；

f）MEF 8　城域以太網(wǎng)PDH電路仿真實(shí)施協(xié)議；

g）MEF 9　以太網(wǎng)業(yè)務(wù)在UNI的抽象測試集；

h）MEF 10　以太網(wǎng)業(yè)務(wù)屬性第1階段；

i）MEF 11　用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）的要求和框架；

j）MEF 12　城域以太網(wǎng)架構(gòu)第二部分：以太業(yè)務(wù)層；

k）MEF 13　UNI Type 1實(shí)施協(xié)議；

l）MEF 14　以太網(wǎng)業(yè)務(wù)在UNI的抽象測試集；

m）MEF 15　城域以太網(wǎng)第1階段網(wǎng)絡(luò)元素的管理要求；

n）MEF 16　以太網(wǎng)本地管理接口。

2.4　電信級以太網(wǎng)解決方案

目前國內(nèi)各設(shè)備廠商在城域以太網(wǎng)方面也在積極跟進(jìn)，提出了一些新的技術(shù)。如西門子推出了一系列電信級以太網(wǎng)解決方案（如圖1所示）。包括SURPASS hiD6610系列的二層接入交換機(jī)、高性能L2／L3接入交換機(jī)，SURPASS hiD6615高性能千兆交換機(jī)以及SURPASS hiD 6650/6670電信級以太網(wǎng)匯聚/核心交換機(jī)。

圖1　西門子城域以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)

其中，SURPASS hiD6610系列的二層接入交換機(jī)可提供8.8G/13.8G無阻塞交換能力，6.6 Mpps轉(zhuǎn)發(fā)能力，為用戶創(chuàng)造了可擴(kuò)展、高性能和可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，擁有完整的二層交換功能，可以為一個網(wǎng)絡(luò)平臺提供先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)安全功能和網(wǎng)絡(luò)管理功能。從而創(chuàng)造高性價比的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

URPASS hiD6615高性能千兆交換機(jī)是一款可堆疊架構(gòu)交換機(jī)，通過如QoS、速率限制、高可用性、安全性等出色的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)為網(wǎng)絡(luò)操作與維護(hù)帶來便利，并可提供一系列的FE端口和GE端口的組合，是城域網(wǎng)應(yīng)用及企業(yè)應(yīng)用的優(yōu)選方案，該交換機(jī)的無阻塞交換能力達(dá)到24G，轉(zhuǎn)發(fā)能力達(dá)到17.8 Mpps。SURPASS hiD661O L2/L3接入交換機(jī)能提供高性價比的快速以太網(wǎng)接入，能夠令SURPASS hiD6610提供出色的寬帶網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，在維護(hù)傳統(tǒng)LAN交換的同時具備QoS、速率限制、強(qiáng)制安全性、組播管理和高性能IP路由等先進(jìn)功能，無阻塞交換能力達(dá)到13G，轉(zhuǎn)發(fā)能力為9.5 Mpps。

SURPASS hiD 6650、6670電信級以太網(wǎng)匯聚交換機(jī)和hiD 6670城域核心交換機(jī)能夠支持多種業(yè)務(wù)運(yùn)行在一個網(wǎng)絡(luò)上，如語音、視頻和數(shù)據(jù)，能夠有效而低成本地承載企業(yè)客戶和個人用戶的業(yè)務(wù)。在端到端的產(chǎn)品系列中，既可以模擬傳統(tǒng)專線業(yè)務(wù)。也可以大規(guī)模提供新型的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)。所有這些潛在的業(yè)務(wù)都是由一個具備電信級可靠性和彈性，并具備業(yè)界領(lǐng)先的操作、管理、維護(hù)與部署能力的平臺來提供。

3、結(jié)束語

城域網(wǎng)的建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入了一個快速演變的時期，電信級以太網(wǎng)也從概念開始走向部署階段。對于運(yùn)營商而言，城域以太網(wǎng)的多業(yè)務(wù)能力可以使運(yùn)營商利用較小的投資帶來更多的業(yè)務(wù)收入，使網(wǎng)絡(luò)的投資價值最大化。但以太網(wǎng)技術(shù)源于局域網(wǎng)，在應(yīng)用到城域網(wǎng)時，對業(yè)界和設(shè)備廠商提出了新的挑戰(zhàn)�？蛇\(yùn)營的電信級城域以太網(wǎng)無論從體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)管理、保護(hù)和QoS還是業(yè)務(wù)方面，仍有許多問題有待進(jìn)一步解決。與現(xiàn)存的城域網(wǎng)相比，MEF倡導(dǎo)的是遠(yuǎn)期目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。如何向MEF所設(shè)想的城域以太網(wǎng)平滑過渡是運(yùn)營商所面臨的任務(wù)。