邊緣光互聯(lián)網(wǎng)的彈性分組環(huán)

　　在九十年代中期，通信市場上發(fā)生了激烈的變化，一個是電信市場的放開，另一個是互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展。由于這些變化的產(chǎn)生，一度曾被認為是已經(jīng)成熟并穩(wěn)定了的電信產(chǎn)業(yè)正在被新的革新浪潮重新定義和塑造。

　　在電路應(yīng)用代表網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的主體的時期，分組業(yè)務(wù)主要是通過時分復(fù)用（TDM）基礎(chǔ)設(shè)施傳輸?shù)�。但現(xiàn)在城域市場中更需要面向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施，這樣的基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)既能提供SONET的可靠性又為基于分組的應(yīng)用和業(yè)務(wù)傳送進行了優(yōu)化。

通用的信息接口

　　當(dāng)今大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)是由專線、ATM和幀中繼等組成的混合式網(wǎng)絡(luò)。雖然這種網(wǎng)絡(luò)能夠滿足過去的數(shù)據(jù)需求，但是它們不具備擴充性，也不能滿足互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟時代新的市場需求。

　　幸運的是，目前就有一種更好的替代方案，這就是以太網(wǎng)技術(shù)。多年來，企業(yè)一直使用以太網(wǎng)技術(shù)來建設(shè)他們的內(nèi)部網(wǎng)。在這一領(lǐng)域內(nèi)，以太網(wǎng)已經(jīng)確立了決定性的優(yōu)勢，它在未來也將會成為廣域網(wǎng)的通用業(yè)務(wù)接口。

在擴展性和適應(yīng)性方面幾乎沒有哪種技術(shù)能和以太網(wǎng)匹敵。業(yè)界最初設(shè)計并發(fā)展以太網(wǎng)技術(shù)的目的就是在滿足最新用戶需求的同時，盡量保持與現(xiàn)有設(shè)備相兼容，這使得以太網(wǎng)保持了長久不衰的生命力。

　　以太網(wǎng)在從出現(xiàn)到現(xiàn)在的20年里發(fā)生了很大的變化。最初在市場上出現(xiàn)的以太網(wǎng)是一種共享式半雙工的10M局域網(wǎng)（LAN）技術(shù)，如今以太網(wǎng)已經(jīng)成為一種全雙工技術(shù)，速率從10M到1000M，通過銅纜或光纖的傳輸距離已超過60公里。正在制定中的10G以太網(wǎng)標準將能把這種適應(yīng)能力強的技術(shù)推向一個新的臺階。

　　以太網(wǎng)的靈活性、低成本、易用性以及人們對它的熟悉使得它已經(jīng)在局域網(wǎng)中占據(jù)了統(tǒng)治地位，局域網(wǎng)的95%都是以太網(wǎng)。人們預(yù)計這種成功將會延伸到廣域網(wǎng)（WAN）中。在城域網(wǎng)（MAN）中，基于以太網(wǎng)的業(yè)務(wù)將成為ATM和幀中繼業(yè)務(wù)的繼承者。

　　事實上，隨著下一代的以太網(wǎng)本地交換運營商（ELEC：Ethernet local-exchange carriers）采用以太網(wǎng)第二層和第三層交換產(chǎn)品來部署他們的接入網(wǎng)，城域以太網(wǎng)業(yè)務(wù)已經(jīng)開始逐步出現(xiàn)。

　　使用以太網(wǎng)作為業(yè)務(wù)接口有許多優(yōu)點。用戶已經(jīng)對以太網(wǎng)技術(shù)非常熟悉。由于以太網(wǎng)在接入路由器和T1、幀中繼或ATM通道業(yè)務(wù)單元中不需要采用昂貴的V.35接口，因此它也是一種經(jīng)濟合算的解決方案。有了以太網(wǎng)接入業(yè)務(wù)，用戶的接入路由器就能直接通過它的一個本地以太網(wǎng)端口與業(yè)務(wù)相連。

　　可擴充性是以太網(wǎng)的另一個優(yōu)點。業(yè)務(wù)提供商能夠為一個用戶提供一個快速以太網(wǎng)（100Mbits/sec）或千兆以太網(wǎng)（1000Mbits/sec）端口，而在以后的升級中不再需要大動干戈了。帶寬和其它的業(yè)務(wù)改變可以通過遠程管理來完成，從而簡化和方便了業(yè)務(wù)的配置。

　　當(dāng)以太網(wǎng)通過合適的基礎(chǔ)設(shè)施傳送時，它還能夠支持綜合的接入應(yīng)用。隨著競爭的加劇，業(yè)務(wù)提供商正在尋找提供與眾不同的業(yè)務(wù)的方法。綜合業(yè)務(wù)就是其中的一種。由于目前有許多的應(yīng)用都是基于分組技術(shù)和像IP這樣的技術(shù)，因此以太網(wǎng)就很自然地成為這種捆綁式業(yè)務(wù)的接口。

　　由于以太網(wǎng)具有如此多的優(yōu)點，因此它被視為未來通用的信息接口也就不足為奇了。業(yè)務(wù)提供商所面臨的問題是選擇什么樣的基礎(chǔ)設(shè)施來提供這些以太網(wǎng)業(yè)務(wù)。目前主要的選擇有SONET分插系統(tǒng)和基于以太網(wǎng)交換機或彈性分組環(huán)（RPR：resilient packet ring）的交換式分組方案。

SONET已經(jīng)過時了嗎?

　　在電路時代，SONET的特點使得它成為一種最具吸引力的技術(shù)，但到了分組時代就遜色許多了。首先是SONET幀結(jié)構(gòu)定義的載荷增量較粗，這樣它就不能很好地適應(yīng)數(shù)據(jù)負載的小粒度特性。盡管SONET很適合于電路業(yè)務(wù)的傳輸和復(fù)用，但是它的載荷結(jié)構(gòu)和基于電路的分層結(jié)構(gòu)對于分組傳輸而言效率不高。為了在一條SONET鏈路上提供一個快速以太網(wǎng)連接，需要占用整個155M的STS-3c載荷來支持這種突發(fā)型100M業(yè)務(wù)。很明顯，這是一種帶寬的浪費。

　　SONET的恢復(fù)機制需要有一個光纖環(huán)在熱備份的模式下工作，因此，在正常的操作狀態(tài)下這個環(huán)不能用來承載業(yè)務(wù)。這種保護技術(shù)對于固定速率的持續(xù)型業(yè)務(wù)才有意義，當(dāng)用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的保護時它并不是一種有效的方法。

　　SONET的另一個重要特點是它基于電路的配置模型。網(wǎng)絡(luò)操作員通過在管理系統(tǒng)中選定電路的物理端點來建立一條點到點的電路。而管理系統(tǒng)則會決定并配置該連接所經(jīng)過的所有中間節(jié)點。在舊的SONET系統(tǒng)中，配置過程需要分許多步驟。網(wǎng)絡(luò)操作員必須在環(huán)中為所需的全部直通和分插連接配置每一個節(jié)點。這樣的配置操作既費時又費力。

　　為了能方便地與像路由器這樣的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相連，新一代的SONET設(shè)備配備了以太網(wǎng)業(yè)務(wù)端口。來自于這些端口的業(yè)務(wù)被簡單地映射到一個通過環(huán)的電路連接。底層的SONET傳輸仍然是面向電路的并基于TDM。圖2給出了一個這樣的網(wǎng)絡(luò)實例。外部路由器通過“SONET上的以太網(wǎng)”連接（STS-12c和STS-3c鏈路）相連，當(dāng)以太網(wǎng)端口上沒有業(yè)務(wù)量時，鏈路處于空閑狀態(tài)，這對SONET環(huán)的帶寬是一種浪費。

　　以太網(wǎng)業(yè)務(wù)在SONET上的映射效率非常低。一個千兆以太網(wǎng)業(yè)務(wù)占用一個2.5G的STS-48c，這導(dǎo)致了60%的帶寬被閑置。表1中顯示了以太網(wǎng)業(yè)務(wù)與SONET之間的映射效率。

　　為了提高效率，在新的SONET解決方案中除了TDM交叉連接設(shè)備之外還加上了一個分組交換機。分組交換機將多個以太網(wǎng)接口復(fù)用到一個STS-N連接中而提高了帶寬利用率。一些解決方案還能提供可配置的串聯(lián)功能，例如，一個千兆以太網(wǎng)業(yè)務(wù)可以被映射到兩個串聯(lián)的STS-12c（1.24Gb/s）連接。

　　從網(wǎng)絡(luò)的角度來看，這種集成的分組交換機的作用相當(dāng)于一個網(wǎng)橋或路由器。如果交換機充當(dāng)一個網(wǎng)橋，那么系統(tǒng)就像是一個由網(wǎng)狀的STS-N電路連接而成的網(wǎng)橋網(wǎng)絡(luò)。任何兩個網(wǎng)橋之間的STS-N連接的帶寬都要在SONET環(huán)中留出來的，即使當(dāng)網(wǎng)橋之間沒有業(yè)務(wù)量時，這些帶寬也無法給別人使用。此外，生成樹的計算將會導(dǎo)致特定的通路被阻塞，從而產(chǎn)生更多的無法使用的帶寬。

　　如果分組交換機充當(dāng)一個路由器，那么系統(tǒng)就像是一個由格形網(wǎng)狀的STS-N電路連接而成的路由器網(wǎng)絡(luò)。業(yè)務(wù)量在離開SONET環(huán)之前需要在每一個中轉(zhuǎn)節(jié)點上進行路由選擇，這一過程效率極低，它增加了不必要的復(fù)雜度并對網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生了負面影響。即使分組交換通過將數(shù)據(jù)打包傳入SONET而提高了效率，底層的傳輸依然是面向電路的。

　　下一代的SONET方案還存在一些問題。雖然它嘗試去提高SONET承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的效率，但由于它仍然使用了TDM技術(shù)來應(yīng)付數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的爆炸性增長，因此這種方案并沒有解決根本性問題。

　　目前所需要的應(yīng)該是針對市場的變化而提出的更基本的解決方案。在所有這些變化中最主要的誘因是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量而非電路業(yè)務(wù)量，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量已經(jīng)成為通信網(wǎng)絡(luò)中最重要的組成部分。

以太網(wǎng)交換機

　　以太網(wǎng)交換機提供商利用了包括千兆以太網(wǎng)和長距離以太網(wǎng)器件在內(nèi)的以太網(wǎng)技術(shù)的最新成果提出了城域網(wǎng)交換式以太網(wǎng)解決方案。

　　雖然以太網(wǎng)交換機解決方案具有成本低、面向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等優(yōu)點，但是這些方案沒有為在城域網(wǎng)中占統(tǒng)治地位的環(huán)拓撲而優(yōu)化，此外它們也不能支持公用網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施所期望的業(yè)務(wù)水平保證的存活級別。網(wǎng)絡(luò)的故障恢復(fù)可能要花數(shù)十秒種的時間，使它無法與SONET網(wǎng)絡(luò)中50ms的網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)時間相比。

　　此外，以太網(wǎng)交換機缺乏支持確定的和有保證的服務(wù)水平協(xié)議的能力。由于數(shù)據(jù)幀在每個節(jié)點上進行交換，因此不能保證通過環(huán)或格形網(wǎng)中多個交換機的時延和抖動。

　　盡管有一些以太網(wǎng)交換機產(chǎn)品能在入口處設(shè)置數(shù)據(jù)的優(yōu)先級并在出口處按預(yù)定的策略對業(yè)務(wù)量進行整形，但這些產(chǎn)品不能保證從邊緣到邊緣的服務(wù)質(zhì)量（QoS）。以太網(wǎng)交換機可以提供通過某一設(shè)備的QoS級別，但在各個設(shè)備之間很難協(xié)調(diào)好QoS服務(wù)。在包含兩個以上交換機的網(wǎng)絡(luò)中，因缺乏全網(wǎng)范圍內(nèi)的QoS控制而無法實現(xiàn)對邊緣到邊緣QoS的支持。

　　因此，要想建設(shè)一個可擴充的城域網(wǎng)絡(luò)來提供公用網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施所需的可恢復(fù)能力、高性能和有保證的業(yè)務(wù)，以太網(wǎng)交換機并不是理想的選擇。這樣，城域分組網(wǎng)絡(luò)就迫切需要一種新的體系結(jié)構(gòu)將SONET的恢復(fù)能力和有保證的性能與以太網(wǎng)交換機對數(shù)據(jù)友好的特性結(jié)合起來。

彈性分組環(huán)

　　彈性分組環(huán)是一種新型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和技術(shù)，是為了滿足基于分組的城域網(wǎng)的要求而設(shè)計的。RPR網(wǎng)絡(luò)是一種環(huán)形結(jié)構(gòu)，是由分組交換節(jié)點組成的，相鄰節(jié)點通過一對光纖連接。網(wǎng)絡(luò)拓撲是基于兩個反向傳輸?shù)沫h(huán)。節(jié)點間的鏈路是基于光纖的并可采用WDM來擴容。

　　IEEE 802.17彈性分組環(huán)工作組負責(zé)開發(fā)有關(guān)的標準。目前該工作組正在制定用于城域環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇樵L問控制（MAC）層的標準，這也是業(yè)界第一次為基于分組的業(yè)務(wù)而優(yōu)化的城域體系結(jié)構(gòu)。

　　在一個共享媒介上傳輸分組通常是由MAC層的一套協(xié)議來處理的。以一個10G的光纖環(huán)為例，通過控制對媒介的訪問并裁定要求，MAC層就能夠保證服務(wù)質(zhì)量（時延和抖動）和帶寬管理。此外，RPR的MAC實現(xiàn)了一種服務(wù)保護機制來避免光纖環(huán)失效，它還實現(xiàn)了一種避免阻塞的機制使系統(tǒng)在充分利用資源的同時又能確保所有配置業(yè)務(wù)的QoS。

　　SONET和以太網(wǎng)交換機都不能滿足城域環(huán)境的MAC層的設(shè)計要求（見圖3）。SONET采用了第一層技術(shù)來實現(xiàn)帶寬管理和服務(wù)保護，以太網(wǎng)交換機則依賴于以太網(wǎng)橋接或IP路由選擇來實現(xiàn)帶寬管理和服務(wù)保護。這樣，當(dāng)使用SONET時，網(wǎng)絡(luò)的使用效率不高，當(dāng)使用以太網(wǎng)交換機時，網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)質(zhì)量又得不到保證。

　　RPR采用一個為城域網(wǎng)而優(yōu)化的MAC層來彌補這些缺點，它能提供下一代接入網(wǎng)所要求的恢復(fù)能力、有保證的服務(wù)和可管理能力。

　　RPR網(wǎng)絡(luò)將在城域網(wǎng)中作為饋線環(huán)（也稱為收集環(huán)）。這些饋線環(huán)的用法與當(dāng)前的SONET環(huán)十分相似，但它是用于分組業(yè)務(wù)的。像電纜調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)和固定無線網(wǎng)絡(luò)這樣的分組接入網(wǎng)絡(luò)均將形成RPR網(wǎng)絡(luò)的饋線（見圖4）。RPR網(wǎng)絡(luò)將來自于環(huán)路周圍的分組業(yè)務(wù)量聚合到與網(wǎng)絡(luò)邊緣相連的一條或多條高度集中的鏈路中。在網(wǎng)絡(luò)邊緣，這些鏈路與DWDM和路由器網(wǎng)絡(luò)直接相連并通過它們將業(yè)務(wù)量轉(zhuǎn)移到它的最終目的地。

　　RPR接入環(huán)可以是一種重疊網(wǎng)絡(luò)，它可利用現(xiàn)有的光纖并與承載電路業(yè)務(wù)（SONET/SDH鏈路）的光纖設(shè)備并行。

　　現(xiàn)有的SONET基礎(chǔ)設(shè)施將繼續(xù)被用于專線、電路交換的語音、電路交換的數(shù)據(jù)、以及像幀中繼和ATM這樣的窄帶和寬帶數(shù)據(jù)虛擬專用網(wǎng)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)接入。

競爭上的優(yōu)勢

　　隨著業(yè)務(wù)提供商數(shù)量的增長，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)帶寬的價格上的壓力也在不斷增長。為了在這種環(huán)境中有效地進行競爭，業(yè)務(wù)提供商必須實現(xiàn)一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來滿足這些要求并提高運營效率、方便用戶響應(yīng)和提供與眾不同的服務(wù)。

　　在網(wǎng)絡(luò)邊緣，不會有比RPR更好的體系結(jié)構(gòu)來創(chuàng)造這種競爭上的優(yōu)勢。憑著其運營商級的可靠性、優(yōu)化的分組傳輸和點到點以及多點的業(yè)務(wù)提供，RPR網(wǎng)絡(luò)能夠提供一個可靠、經(jīng)濟有效并且靈活的邊緣基礎(chǔ)設(shè)施來傳送高級業(yè)務(wù)。

　　在城域網(wǎng)中引入10G的RPR將會促進一批新業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，這些業(yè)務(wù)在價格和帶寬效率上是以電路為核心的解決方案所無法比擬的。RPR能為新出現(xiàn)的光互聯(lián)網(wǎng)提供一個可擴充且有效的分組邊緣，它必將在公共網(wǎng)絡(luò)的演進過程中發(fā)揮重要的作用。

----《通信世界》