寬帶IP新技術(shù)的發(fā)展

　　當(dāng)前，通信體制正在發(fā)生深刻的變化，以話音業(yè)務(wù)為主的現(xiàn)代通信體制已在動搖�，F(xiàn)代通信正經(jīng)歷著在從信件交換（無連接），發(fā)展到電路交換（面向連接），再到包交換（無連接）的螺旋型上升過程。

　　因特網(wǎng)自1994年開始商業(yè)化以來，其流量幾乎是以每半年翻一番的速度快速增長著，照此速度發(fā)展下去，兩三年內(nèi)因特網(wǎng)流量將超過話音成為通信業(yè)務(wù)的主流。未來新的通信網(wǎng)絡(luò)勢必將以IP業(yè)務(wù)為主進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，這就是通信體制革命的原動力。今后，以Web應(yīng)用為代表的新的IP數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)將有快速發(fā)展，而且傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)（包括話音、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和視頻）也將逐步轉(zhuǎn)到IP網(wǎng)上，其中，IP電話將起到推波助瀾的作用。最近，ITU也調(diào)整了戰(zhàn)略方向，注重IP，并與IETF合作發(fā)展制定IP網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。

　　1998年，一些傳統(tǒng)大電信公司紛紛進(jìn)行兼并和戰(zhàn)略重組，為今后爭奪IP市場創(chuàng)造條件。而以IP業(yè)務(wù)為主的新的電信運(yùn)營商則蜂擁而起，僅美國近年來就成立了Qwest等5家。從總體上看，傳統(tǒng)電信運(yùn)營商和一些大設(shè)備制造商都明確認(rèn)識到IP是今后的發(fā)展方向。但是由于他們對傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和設(shè)備制造技術(shù)已經(jīng)做了大量投資，因而并不急于促進(jìn)這場體制革命，反之在某種程度上盡量延長過渡時期，以保護(hù)其已有投資的利益。而一些處在技術(shù)創(chuàng)新前沿的高技術(shù)小公司和一些新興的以IP業(yè)務(wù)為主的電信運(yùn)營商則積極推動以IP為基礎(chǔ)的新體制。從學(xué)術(shù)方面看，電信業(yè)的學(xué)者把傳統(tǒng)電信體制的優(yōu)點(diǎn)看得更重，向新體制過渡更困難；而計算機(jī)界的學(xué)者對新技術(shù)更敏感，更樂于向新體制過渡。

　　以通信體制革命為綱，我們就不難對當(dāng)前通信技術(shù)的發(fā)展趨勢做出分析判斷。

　　1、IP和ATM、SDH之爭

　　隨著寬帶IP技術(shù)的發(fā)展，在IP網(wǎng)上傳輸話音、視頻等實時業(yè)務(wù)，保證服務(wù)質(zhì)量等問題正逐步得到解決。目前正在發(fā)展多種算法和協(xié)議，將話音、視頻業(yè)務(wù)以及傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到IP網(wǎng)上，出現(xiàn)了所謂的"Everything on IP"的局面。B-ISDN的概念正在走向消亡，取代它的將是寬帶IP網(wǎng)，通信、廣播、計算機(jī)三網(wǎng)將融合匯聚到寬帶IP網(wǎng)上。

　　IP業(yè)務(wù)即將成為通信業(yè)務(wù)的主流，但傳統(tǒng)電信傳輸網(wǎng)的基礎(chǔ)網(wǎng)是SDH、ATM而不是IP。為此，業(yè)界近年發(fā)展了多種在這些網(wǎng)上傳輸IP的方法，如IP over ATM、IP over SDH等，人們概括這種現(xiàn)象為"IP over Everything"。

　　既然IP業(yè)務(wù)已經(jīng)成為通信業(yè)務(wù)的主流，為什么不能按照IP業(yè)務(wù)的需求來重新優(yōu)化設(shè)計電信傳輸網(wǎng)絡(luò)呢？這就是說，寬帶IP網(wǎng)應(yīng)該成為基礎(chǔ)網(wǎng)。

　　限制因特網(wǎng)速度的瓶頸是路由器。傳統(tǒng)路由器是利用軟件來實現(xiàn)路由計算和包轉(zhuǎn)發(fā)的，最高包轉(zhuǎn)發(fā)速度不超過1Mpps，不能滿足因特網(wǎng)骨干網(wǎng)的需求。為了解決這個問題，人們只能求助于ATM。于是，ATM在90年代中期成為因特網(wǎng)骨干網(wǎng)的主流，并且在校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)方面發(fā)展了MPOA、標(biāo)記交換（MPLS）等在ATM上運(yùn)行IP的新方法。我們可以稱之為ATM/IP平臺，它適用于多協(xié)議、多業(yè)務(wù)環(huán)境。

　　1997年，新一代吉位線速路由交換機(jī)面世。它采用專用硬件ASIC進(jìn)行包處理，轉(zhuǎn)發(fā)速度可以達(dá)到40Mpps以上，比傳統(tǒng)路由器速度快幾十倍，而且結(jié)構(gòu)變化不大。吉位路由交換機(jī)一舉解決了瓶頸的問題，它的出現(xiàn)向IP over ATM方案提出了有力挑戰(zhàn)。首先，在因特網(wǎng)骨干網(wǎng)上，吉位線速度路由交換機(jī)取代了ATM交換機(jī)，在SDH上甚至直接在光纖（DWDM）上運(yùn)行IP。這樣網(wǎng)絡(luò)既減少了內(nèi)部開銷，簡化了設(shè)備，降低了成本，又簡化了網(wǎng)管。其次，在城域網(wǎng)、校園網(wǎng)方面，對于以IP業(yè)務(wù)為主的網(wǎng)絡(luò)，采用吉位線速路由交換機(jī)，直接在光纖上運(yùn)行吉位以太網(wǎng)，這是構(gòu)成寬帶IP網(wǎng)的最佳方案。另外，隨著IP業(yè)務(wù)的發(fā)展，ATM/IP多協(xié)議、多業(yè)務(wù)平臺將逐步過渡到純IP平臺。

　　電信網(wǎng)已經(jīng)裝備了大量ATM設(shè)備，目前傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)也還有很大的市場。因此，ATM/IP多協(xié)議、多業(yè)務(wù)平臺會繼續(xù)存在一個時期。但是，我國由于數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)起步晚，對多協(xié)議、多業(yè)務(wù)的要求不強(qiáng)烈，發(fā)展用吉位線速路由交換機(jī)構(gòu)成寬帶IP網(wǎng)無疑是最佳選擇。隨著通信體制革命的深入發(fā)展，ATM將逐漸退出歷史舞臺，讓位給寬帶IP網(wǎng)。但是，ATM發(fā)展的先進(jìn)思想和技術(shù)已經(jīng)被寬帶IP技術(shù)吸收。

　　2、一體化交換和LAN/MAN/WAN融合

　　計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在發(fā)展過程中分成了局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，在網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備方面，則有工作于鏈路層的集線器、交換機(jī)和工作于網(wǎng)絡(luò)層的路由器之分。隨著吉位路由交換機(jī)、吉位以太網(wǎng)的出現(xiàn)和光傳輸技術(shù)的進(jìn)步，上述產(chǎn)品分工和網(wǎng)絡(luò)劃分概念開始發(fā)生變化。吉位線速路由交換機(jī)由于采用硬件ASIC電路進(jìn)行包處理和轉(zhuǎn)發(fā)，采用高性能路由處理機(jī)計算路由表，因此它既可以提供第二層的交換功能，提供VLAN服務(wù)，又可以提供網(wǎng)絡(luò)層（L3）的路由器的功能，支持RIP、OSPF、BGP4等各種路由協(xié)議，另外它還支持傳輸層(L4)的一些服務(wù)。所以，人們又稱之為L2/L3/L4一體化交換機(jī)。這種路由交換機(jī)的出現(xiàn)不僅改變了原有產(chǎn)品的分工方法，也對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重大影響，它可以大大簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。吉位以太網(wǎng)的出現(xiàn)使傳輸速率達(dá)到1Gbps。現(xiàn)代全雙工以太網(wǎng)交換機(jī)已經(jīng)消除了傳統(tǒng)以太網(wǎng)共享媒體防碰偵聽造成的效率低和傳輸距離短的限制，量子阱分布反饋激光器等新激光器的出現(xiàn)，使得吉位以太網(wǎng)在單模光纖上的無放大傳輸距離可以達(dá)到80公里以上，有放大、無電再生的傳輸距離可以達(dá)到600公里以上。這樣，原來劃分LAN/MAN/WAN的界限消失了，吉位以太網(wǎng)可以用于LAN、MAN甚至WAN。從廣域網(wǎng)到城域網(wǎng)，局域網(wǎng)采用不同速率的以太網(wǎng)，具有相同的、與IP數(shù)據(jù)包一致的幀格式，中間不需要任何格式轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)無縫連接，設(shè)備簡單，效率高。

　　目前，光纜到路邊或大樓，LAN接入已經(jīng)成為一種新的接入方法，稱為GITS(Gigabit Internet to School(Home))。當(dāng)然，這種組網(wǎng)新概念在快速發(fā)展的同時，它也受到傳統(tǒng)組網(wǎng)概念的束縛。一些大網(wǎng)絡(luò)設(shè)備生產(chǎn)商，為了保護(hù)其已有投資利益，仍然堅持傳統(tǒng)的產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)分工方法，強(qiáng)調(diào)各種產(chǎn)品的分工和差異，例如他們不承認(rèn)L3交換是路由器，強(qiáng)調(diào)它和吉位以太網(wǎng)只能用于企業(yè)網(wǎng)，不能用于骨干網(wǎng)。這樣很容易造成用戶思想混亂，不能及時采用新技術(shù)，接受新概念。我們應(yīng)該從發(fā)展的觀點(diǎn)，站在更高的高度看這個問題，做出正確的判斷。

　　3、IP over Optical的分幀方法

　　在光纖上直接傳輸IP數(shù)據(jù)包需要選擇一種幀格式，即選擇一種分幀方法。目前，網(wǎng)絡(luò)中主要有兩種幀格式：SDH幀格式和以太網(wǎng)幀格式。采用SDH幀格式時，需要將IP數(shù)據(jù)包裝入SDH幀，需要增加拆裝設(shè)備SAR，既浪費(fèi)資源又增加成本（目前路由交換機(jī)的線路卡，一個622 Mbps POS端口的價格是吉位以太網(wǎng)端口價格的4倍）。SDH分幀方法主要用在廣域網(wǎng)上遠(yuǎn)距離傳輸需要使用SDH電再生器時，或需要和SDH設(shè)備連接時使用，速率一般為2.5Gbps或10Gbps。采用吉位以太網(wǎng)幀格式，即直接在光纖上運(yùn)行吉位以太網(wǎng)是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。以太網(wǎng)幀格式與IP數(shù)據(jù)包是一致的，不需要SAR。廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)和局域網(wǎng)使用統(tǒng)一的以太網(wǎng)幀格式可以無縫連接，大大簡化設(shè)備，降低成本。另外，速度更快的萬兆位以太網(wǎng)10xGE的標(biāo)準(zhǔn)也正在發(fā)展中。

　　4、IP優(yōu)化光網(wǎng)絡(luò)

　　近幾年隨著高性能激光器、光耦合器、摻鉺放大器等技術(shù)的進(jìn)步和光纖密集波分復(fù)用技術(shù)（DWDM）的成熟和商品化，在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖上可提供96×2.5Gbps傳輸能力，在出現(xiàn)通路負(fù)載能力不夠時，只需將光纖兩端的端接設(shè)備升級，即可大大提高傳輸能力。光纖傳輸技術(shù)的不斷進(jìn)步，為寬帶城域網(wǎng)提供了一個具有高負(fù)載能力和高擴(kuò)充性能的信息承載通路。

　　隨著快速交換技術(shù)和交換機(jī)內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，尤其是ASIC芯片的出現(xiàn)，交換機(jī)的背板帶寬越來越大，數(shù)據(jù)交換的處理能力越來越強(qiáng)，端口密度越來越高，為寬帶城域網(wǎng)的信息交換處理提供了高性能的硬件支持。

　　以Intel的ES6000系列千兆路由交換機(jī)為例，背板結(jié)構(gòu)同時支持幀交換和信元交換兩種，背板帶寬可達(dá)40Gbps，第三層路由速率為45Mpps，同時支持32個千兆端口，96個百兆端口，其多層交換模塊將多層交換技術(shù)和第二層的多協(xié)議一體化技術(shù)相結(jié)合，為以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)提供最低延遲的高性能多層交換。

　　將密集波分復(fù)用寬帶傳輸能力與吉位（太位）路由交換機(jī)的交換、選路能力結(jié)合起來就形成了IP優(yōu)化光網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)滿足以IP業(yè)務(wù)為主，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的需求，是寬帶IP網(wǎng)的技術(shù)基礎(chǔ)。這種系統(tǒng)在一個波長通道內(nèi)是包統(tǒng)計復(fù)用，在光纖內(nèi)是波分復(fù)用，在波長通道內(nèi)和通道之間的包交換、選路轉(zhuǎn)發(fā)則完全依靠電的路由交換機(jī)來實現(xiàn)。目前，這樣的產(chǎn)品設(shè)備可以實現(xiàn)數(shù)十兆比特率的傳輸和交換速度，不久將可以達(dá)到1Tbps以上的傳輸和交換速度。用IP優(yōu)化光網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成因特網(wǎng)骨干網(wǎng)與傳統(tǒng)電信網(wǎng)相比，帶寬可以有上百倍的增加，成本會有成十上百倍的降低。因此，IP優(yōu)化光網(wǎng)絡(luò)是寬帶IP網(wǎng)的技術(shù)基礎(chǔ)。

　　以前進(jìn)行的全光交換網(wǎng)絡(luò)的研究是以電路交換的概念為基礎(chǔ)的，被設(shè)計與SDH時分復(fù)用系統(tǒng)配合工作。從發(fā)展看，人們今后可能會轉(zhuǎn)向光標(biāo)記交換研究，將波長通道之間的選路、交換由光交換來完成，這樣可以減輕交換機(jī)電路的負(fù)擔(dān)，而IP優(yōu)化光網(wǎng)絡(luò)將會飛快地發(fā)展，成為電信骨干網(wǎng)的主流。class="txt">　　5、MPLS流量工程和網(wǎng)絡(luò)管理

　　IP網(wǎng)管理上的一個重要問題是如何監(jiān)視流量，防止和化解擁塞。采用OSPF協(xié)議的結(jié)果是大家都選擇最短路徑，這可能會在一些熱門節(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)擁塞。早期的因特網(wǎng)骨干網(wǎng)是用人工修改SDH通道的路由，改變路由矩陣來控制流量。在ATM被用于因特網(wǎng)骨干網(wǎng)上時，用虛電路來連接路由器。虛電路上的流量是可以監(jiān)視的，改變虛電路也很方便，控制流量能力大大提高。而且在發(fā)展IP over ATM技術(shù)時，人們也發(fā)展了多協(xié)議標(biāo)記交換技術(shù)MPLS。MPLS可以在ATM交換機(jī)中根據(jù)標(biāo)記，為一個IP實時業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流建立虛電路，保證QoS。當(dāng)吉位路由交換機(jī)取代ATM用于因特網(wǎng)骨干網(wǎng)時，控制流量的流量工程被再次提出來。其解決辦法是采用MPLS在IP網(wǎng)上為某一路由路徑建立標(biāo)記交換路徑，借助標(biāo)記號可以將這一路徑變?yōu)轱@式的，從而監(jiān)視其流量，同時也可以方便地改變路由，重新設(shè)置路徑。

　　隨著標(biāo)準(zhǔn)的制訂和完善，今后MPLS將成為實施流量工程的主要方法。此外，MPLS還將為自愈恢復(fù)和網(wǎng)絡(luò)管理提供有力的支持。IP優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)要求L1/L2/L3一體化，而MPLS將是一個有力的工具。隨著MPLS、流量工程和Qos等最新技術(shù)的發(fā)展與完善，通過合理設(shè)計網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在第三層IP層在傳輸語音、視頻、圖象等多媒體數(shù)據(jù)時可獲得與傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)同級別的可靠性和服務(wù)質(zhì)量。

　　PLS（Multi-protocol Label Switching）使得在IP網(wǎng)絡(luò)中提供類似電路連接特性并提供業(yè)務(wù)的快速自愈能力成為可能，基于MPLS的Qos能控制網(wǎng)絡(luò)帶寬、延遲、抖動和包丟失，以滿足多種業(yè)務(wù)對服務(wù)質(zhì)量的要求。隨著話音、視頻等對時延比較敏感的應(yīng)用的全方位的展開，如何提供Qos保障已成為傳輸過程中無法避免的問題。

　　雖然MPLS、流量工程和Qos等最新技術(shù)的發(fā)展對Qos十分有益，但是由于TCP/IP協(xié)議本身是面向無連接的，所以在此基礎(chǔ)上發(fā)展Qos十分困難。與其花費(fèi)很大的代價發(fā)展Qos，還不如充分利用以太網(wǎng)成本低廉的特點(diǎn)，犧牲一部分帶寬，以獲得高速通信的保障。在以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展過程中也有類似于摩爾定律的規(guī)律，也就是每隔三四年，以太網(wǎng)的速度就會提高十倍，而價格每年下降30%-40%。

　　結(jié)論

　　現(xiàn)代通信體制革命為我國實現(xiàn)迎接頭趕上戰(zhàn)略提供了難得的歷史機(jī)會。要把握住這一歷史機(jī)會，我們必須正確掌握技術(shù)發(fā)展趨勢，結(jié)合我國的實際情況，選擇我們的發(fā)展道路。我國數(shù)據(jù)通信起步晚，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)規(guī)模不大，與發(fā)達(dá)國家相比多協(xié)議、多業(yè)務(wù)的包袱要小得多。因此，我們應(yīng)該盡可能快地轉(zhuǎn)向以IP為基礎(chǔ)的新體制，在光纜上采用IP優(yōu)化光網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)寬帶IP網(wǎng)，大大加速我國因特網(wǎng)數(shù)據(jù)通信業(yè)的發(fā)展，加速國民經(jīng)濟(jì)信息化的進(jìn)程。

　　IP技術(shù)、千兆以太網(wǎng)交換和多層交換技術(shù)的不斷發(fā)展，結(jié)合光纖傳輸技術(shù)的進(jìn)步，在城域網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的觀念上帶來了一個全新的變革，采用具有多層交換能力的多功能千兆交換機(jī)為骨干，千兆交換機(jī)或百兆交換機(jī)為主體，以IP協(xié)議為信息承載協(xié)議，構(gòu)造一個城域?qū)拵�IP光纖網(wǎng)已經(jīng)成為一種高性能、低成本、極具發(fā)展前景的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案。

摘自《天極網(wǎng)》