寬帶網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展走向

楊然

　　摘要：隨著Internet的飛速發(fā)展，在網(wǎng)絡(luò)的幾乎所有層面（如企業(yè)網(wǎng)、接入網(wǎng)、選路與交換、傳送）都在開發(fā)與應(yīng)用高速技術(shù)，寬帶網(wǎng)步入了快速發(fā)展的階段。與此同時(shí)，寬帶多媒體應(yīng)用的發(fā)展促進(jìn)了寬帶接入的發(fā)展，寬帶接入已經(jīng)開始走向大眾化，企業(yè)（甚至家庭）采用以太網(wǎng)接入也在逐漸普及，這些將為已經(jīng)建設(shè)的寬帶骨干網(wǎng)帶來(lái)巨大的業(yè)務(wù)量。這里將從新的寬帶模型著眼，探討核心交換路由器、光傳送網(wǎng)、多協(xié)議標(biāo)記交換（MPLS）與QOS的發(fā)展走向。

　　關(guān)鍵詞；寬帶網(wǎng)，核心交換路由器，光傳送網(wǎng)，MPLS，QOS

　　隨著Internet的飛速發(fā)展，在網(wǎng)絡(luò)的幾乎所有層面（如企業(yè)網(wǎng)、接入網(wǎng)、選路與交換、傳送）都在開發(fā)與應(yīng)用高速技術(shù)，寬帶網(wǎng)步入了快速發(fā)展的階段。與此同時(shí)，寬帶多媒體應(yīng)用的發(fā)展促進(jìn)了寬帶接入的發(fā)展，目前，僅北美的DSL和Cable Modem用戶數(shù)就達(dá)到900多萬(wàn)，每月有40萬(wàn)個(gè)家庭采用高速接入技術(shù)，寬帶接入已經(jīng)開始走向大從化，企業(yè)（甚至家庭）采用以太網(wǎng)接入也在逐漸普及，這些將為已經(jīng)建設(shè)的寬帶骨干網(wǎng)帶來(lái)巨大的業(yè)務(wù)量。本文將從新的寬帶網(wǎng)模型著眼，探討核心交換路由器、光傳送網(wǎng)、多協(xié)議標(biāo)記交換（MPLS）和QOS的發(fā)展走向。

　　1.用戶需求推動(dòng)寬帶網(wǎng)的發(fā)展

　　寬帶公用網(wǎng)要能夠支持一系列業(yè)務(wù)與應(yīng)用，包括現(xiàn)有和即將產(chǎn)生的新業(yè)務(wù)�；�于IP的寬帶組網(wǎng)技術(shù)使得一些在過去電路交換網(wǎng)上難以實(shí)現(xiàn)或推廣的業(yè)務(wù)與應(yīng)用得以展開并投入商用，如視頻點(diǎn)播、交互型游戲、可視電話等。圖1所示的是已經(jīng)展開商用和處于早期應(yīng)用的一些公用業(yè)務(wù)。

　　對(duì)于家庭或個(gè)人用戶來(lái)說，娛樂性業(yè)務(wù)無(wú)疑是寬帶網(wǎng)重要的應(yīng)用之一，但是，以前人們一直不能確定基于IP網(wǎng)的娛樂性應(yīng)用將是什么方式的。2000年出現(xiàn)并風(fēng)靡全球的Napster音樂下載業(yè)務(wù)使人們看到了基于網(wǎng)絡(luò)的娛樂性業(yè)務(wù)的雛形與光明前途。在不到一年的時(shí)間里，Napster用戶數(shù)從0發(fā)展到了1000萬(wàn)個(gè)。Napster的實(shí)踐證明，用戶（特別是青少年）正把更多的時(shí)間花在計(jì)算機(jī)上而不是在電視機(jī)前，多媒體應(yīng)用將驅(qū)動(dòng)寬帶接入的應(yīng)用。隨之而來(lái)的是，在網(wǎng)絡(luò)的邊緣將采用高性能路由器，由這些路由器來(lái)更深入地解析每一個(gè)分組，采取比傳統(tǒng)路由器更多樣化的方式對(duì)分組進(jìn)行排序。在網(wǎng)絡(luò)的核心則采用大型可擴(kuò)展的交換與選路。光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不僅要支持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的越來(lái)越粗的管道和組建靈活的智能光網(wǎng)，而且還要能夠適應(yīng)IP業(yè)務(wù)量不斷變化的特性。

　　2.寬帶網(wǎng)模型

　　以前，電信中各種技術(shù)、設(shè)備及功能的劃分非常清楚，網(wǎng)中最基本的是SONET管道設(shè)施，所有的業(yè)務(wù)在上面運(yùn)行，每一種業(yè)務(wù)有它自己的專用設(shè)備，如電話交換機(jī)用于話音，路由器用于Internet。

　　現(xiàn)代寬帶網(wǎng)所采用的是一種新的模式，涵蓋了從接入到城域到核心的各個(gè)部分，圖2是最近提出的新一代公用網(wǎng)參考模型（圖2中沒有示出SDH等傳統(tǒng)設(shè)備，但它們?nèi)詫��?huì)在新一代公用網(wǎng)中繼續(xù)廣泛使用）。在此模型中，網(wǎng)絡(luò)被橫切為傳送層和服務(wù)層。傳送層又被豎切為接入網(wǎng)、城域網(wǎng)和核心網(wǎng)；服務(wù)層被豎切為邊緣和核心兩大部分。

　　傳送層提供的基本功能是在光纖上傳送比特，這包括使用密集波分復(fù)用（DWDM）把多個(gè)波長(zhǎng)放到一根光纖上，以及用光交換對(duì)這些波長(zhǎng)進(jìn)行連接；還包括把使用SONET的低帶寬電路打包到波長(zhǎng)上，以及使用波長(zhǎng)傳送吉比特以及網(wǎng)。傳送層中的接入部分（用戶和入網(wǎng)點(diǎn)之間）帶寬一般最高到2.5Gbit/s（OC-48），這些接入連接被放入城域網(wǎng)的大管道中（多個(gè)OC-48），然后再進(jìn)入核心網(wǎng)更大的管道中（如OC-192）。

　　服務(wù)層被橫切為邊緣和核心兩大部分。界線是10萬(wàn)分組/s。在服務(wù)層，數(shù)據(jù)分組被單獨(dú)處理或者作為流（與特定用戶或應(yīng)用相關(guān)的分組串）來(lái)處理，老的技術(shù)包括幀中繼和ATM，新的技術(shù)----MPLS有可能成為ATM的一種替代。

　　多業(yè)務(wù)配置平臺(tái)（MSPP）（包括下一代SONET、多協(xié)議DWDM、光以太網(wǎng)/IP等新型設(shè)備）是新出現(xiàn)的跨越傳送層與服務(wù)層的設(shè)備，它在傳送層同時(shí)跨越接入與城域網(wǎng)。它們把數(shù)據(jù)匯集與交換功能綜合進(jìn)城域網(wǎng)傳送網(wǎng)，形成對(duì)數(shù)據(jù)優(yōu)化的城域網(wǎng)。MSPP把WDM（或者SONET/SDH）、ADM、交叉連接，以及2層與3層交換機(jī)放到一個(gè)系統(tǒng)中，直接把數(shù)據(jù)映射進(jìn)WDM和SONET信道，并且把它們傳到網(wǎng)絡(luò)邊緣，以簡(jiǎn)化城域網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

　　3.核心交換路由器

　　核心交換路由器的發(fā)展方向是：增加接口卡的密度和速度、采用更加先進(jìn)的高速交換矩陣（如底盤連接、二維、三維交換矩陣），使得IP與DWDM的結(jié)合更直接、緊密。

　　太比特路由器已經(jīng)進(jìn)入商用階段，一些設(shè)備廠商已經(jīng)推出可以擴(kuò)展到太比特的產(chǎn)品，但是，由于目前運(yùn)營(yíng)商和ISP還用不了這樣大的容量，所以市場(chǎng)中的太比特產(chǎn)品目前還只是一些容量可擴(kuò)展到太比特的吉比特級(jí)產(chǎn)品。隨著寬帶接入的發(fā)展（特別是城域以太網(wǎng)應(yīng)用的推廣），將促使真正意義上的太比特路由器早日使用。

　　10Gbit/s接口是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)者所關(guān)注的一個(gè)重要性能，新出現(xiàn)的太比特級(jí)路由器大部分都有10Gbit/s接口，可以與OC-192鏈路相連。這樣的高速端口將使大型ISP能夠方便組建10Gbit/s的骨干網(wǎng)。WorldCom等公司已經(jīng)開始不太滿足10Gbit/s的端口速率，他們希望能夠早日出現(xiàn)40Gbit/s的端口來(lái)建設(shè)容量更大的骨干網(wǎng)。

　　由于Internet發(fā)展迅速，目前邊緣網(wǎng)關(guān)協(xié)議（BGP）路由表過大，已經(jīng)達(dá)到10萬(wàn)個(gè)條目，路由器可能會(huì)面臨擴(kuò)展性問題，業(yè)務(wù)提供者可能更會(huì)超前使用高性能設(shè)備。

　　4.光傳送網(wǎng)

　　光傳送網(wǎng)是寬帶網(wǎng)的基礎(chǔ)。寬帶網(wǎng)的各個(gè)部分（接入、城域和核心）對(duì)光傳送設(shè)備的要求是不盡相同的。例如，城域網(wǎng)使用的光通信產(chǎn)品應(yīng)該成本低，靈活支持多業(yè)務(wù)；而長(zhǎng)途網(wǎng)則要求再生器之間跨度大、容量高。

　　長(zhǎng)途光網(wǎng)的發(fā)展方向是超長(zhǎng)距離的超密集波分復(fù)用，即更多的波道、更大的容量和更長(zhǎng)的再生器跨度。DWDM研發(fā)取得了很大進(jìn)展，今后將在L和S頻段上繼續(xù)進(jìn)行擴(kuò)展。1.6Tbit/s的商用系統(tǒng)已經(jīng)規(guī)模使用，10Tbit/s的實(shí)驗(yàn)室記錄也被打破（見表1）。Ciena等公司已經(jīng)在研發(fā)16Tbit/s的系統(tǒng)。朗訊貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家認(rèn)為，從理論上講，商用的DWDM系統(tǒng)容量最高將達(dá)到100Tbit/s。

　　超長(zhǎng)距離傳輸將極大地減少網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本，深受運(yùn)營(yíng)商歡迎，目前實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)做到了6400km無(wú)再生器，一些運(yùn)營(yíng)商開始了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與應(yīng)用，例如，Williams使用Corvis公司產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了在3200km上無(wú)再生器傳送多個(gè)2.5Gbit/s光信號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。這是第一個(gè)在實(shí)際運(yùn)行的網(wǎng)中進(jìn)行的超長(zhǎng)距離試驗(yàn)，并且傳送了16個(gè)波長(zhǎng)的2.5Gbit/s信號(hào)。

　　在DWDM系統(tǒng)中，由于功率的限制，波長(zhǎng)數(shù)、每波長(zhǎng)的波特率以及再生器的跨度之間是相互制約的，用戶要根據(jù)自己的網(wǎng)絡(luò)情況來(lái)進(jìn)行權(quán)衡選擇。

　　此外，設(shè)備廠商還在積極開發(fā)40Gbit/s的設(shè)備，朗訊科技、北電網(wǎng)絡(luò)、阿爾卡特等都開發(fā)了產(chǎn)品，提前實(shí)現(xiàn)40Gbit/s傳輸。Global Crossing，WorldCom等運(yùn)營(yíng)商開始了40Gbit/s系統(tǒng)的試驗(yàn)。由于需求和經(jīng)濟(jì)性的原因，Gbit/s系統(tǒng)商用不會(huì)馬上鋪開。

　　光交換和軟件控制的使用，使得今天的光網(wǎng)絡(luò)將演進(jìn)為智能光網(wǎng)，使運(yùn)營(yíng)者可以更加靈活、有效地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)、業(yè)務(wù)自動(dòng)配置和流量管理，開展一些新的應(yīng)用，包括提供波長(zhǎng)業(yè)務(wù)、光層組網(wǎng)、光虛擬專用網(wǎng)（OVPN）以及帶寬的交易與轉(zhuǎn)售。光交換現(xiàn)正在進(jìn)入實(shí)用化，現(xiàn)在，在交換矩陣上使用最廣的是微電機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），水滴、液晶等技術(shù)也開始被看好。朗訊科技的帶有128個(gè)端口的WaveStarlambda全光路由器已經(jīng)開始被Global Crossing公司用來(lái)在網(wǎng)中進(jìn)行試驗(yàn)，邁出了走向商用的第一步。

　　5、MPLS與QoS的實(shí)施

　　MPLS在兩年之前開始得到重視，人們?cè)噲D用MPLS為IP提供類擬ATM的控制能力和安全性，希望在骨干網(wǎng)上用MPLS，并且在接入鏈路上使用DiffServ這樣的QoS協(xié)議，業(yè)務(wù)提供者為不民的應(yīng)用安排不同的服務(wù)等級(jí)，并收取不同的費(fèi)用。例如，E-mail對(duì)時(shí)延的要求低，可以少付費(fèi)；而對(duì)于會(huì)議電視或者VoIP這樣的對(duì)時(shí)延/抖動(dòng)要求高的業(yè)務(wù)要多安排容量。

　　但是，到目前為止，MPLS業(yè)務(wù)仍然不多見，全球只有大約20多個(gè)業(yè)務(wù)提供者在某種程度上采用了MPLS，例如：Interoute,Ipulsys,Global One,QoS Networks,Swisscom,Energis和Japan Telecom。在美國(guó)，MPLS的重點(diǎn)是在流量工程上，歐洲則是為了虛擬專用網(wǎng)，因?yàn)闅W洲的租用線價(jià)格較貴。

　　Infonetics最近作了一項(xiàng)調(diào)查（見圖3），9個(gè)美國(guó)一流運(yùn)營(yíng)商中的2個(gè)已經(jīng)在他們的網(wǎng)上采用了MPLS，其中有一半計(jì)劃在2001年采用MPLS。二流運(yùn)營(yíng)商中，有65％（23個(gè)中的15個(gè)）計(jì)劃在2001年使用MPLS。但是，由于MPLS的擴(kuò)展性不好，運(yùn)營(yíng)公司只在網(wǎng)的有限部分采用。除了Teleglobal以外，還沒有一個(gè)公司在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施MPLS。ATM仍然是目前最流行的QoS方式。

　　此外，不同廠商設(shè)備之間的MPLS互操作性也存在一定問題，主要表現(xiàn)在不同廠商的實(shí)現(xiàn)方式不同：使IP網(wǎng)可可以快速繞開障礙點(diǎn)（Fast ReRoute）、防止不能容忍擁塞的應(yīng)用中出現(xiàn)分組丟失（Error Corrction Notification）等性能的實(shí)施上。

　　美國(guó)最大的本地運(yùn)營(yíng)商Verizon在2001年7月16日的一份研究報(bào)告中表明：寬帶服務(wù)在美國(guó)普及后，每年對(duì)美國(guó)經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)將超過5000億美元。Verizon，SBC等電信運(yùn)營(yíng)商正在力促美國(guó)政府立法，以鼓勵(lì)寬帶服務(wù)的發(fā)展。毫無(wú)疑問，寬帶網(wǎng)將極大地改善人們的生活、工作以及娛樂方式，并且對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的推進(jìn)作用。在中國(guó)隨著寬帶業(yè)務(wù)的推廣與普及，同樣會(huì)對(duì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，但必須采取穩(wěn)步前進(jìn)的發(fā)展策略。

摘自《現(xiàn)代電信科技》