宽带IP城域网骨干网络建设方案研究探讨

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一、宽带 IP城域网
    IP技术为代表的宽带数据通信业务的迅速崛起，使得全球新老电信运营商在宽带IP网络的建设上基本都站在同一起跑线上，纷纷斥巨资构造面向未来的宽带网络。目前宽带骨干网上的ATM与IP之争已经随着大部分运营商国家宽带骨干网建设的完成而结束了，作为国家宽带骨干网竞争的延续，竞争的焦点集中到宽带城域网和宽带接入网方面了。应该说，是用户对宽带多媒体业务的需求和数据网络自身发展的需要促使了宽带IP城域网建设与运营的发展，而出口速率的拓宽和骨干网络的宽带化也为城域网的建设提供了条件。
    宽带IP城域网的定位对于不同运营商可能侧重点也不同，但一般来说都认为是各运营商宽带IP骨干网络在各城市范围内的延伸，可以支撑高速上网、带宽租用、虚拟专用网(VPN)、窄带拨号接入、视频、话音各种多媒体业务，是以电信网络的可管理性、可扩充性为基础，来满足政府部门、企业、个人用户对各种带宽的基于IP的多媒体业务的需求。其典型技术特征是在城域范围内实现了传输的宽带化和节点的宽带化，使得城域网从接入到核心各个部分都实现了宽带化。
    宽带IP城域网的网络结构通常分为三层：核心层、汇聚层和接入层。核心层网络完成高速数据转发的功能。汇聚层网络节点则主要实现扩展核心层设备的端口密度和端口种类，扩大核心层节点的业务覆盖范围，汇聚接入节点，解决接入节点到核心节点间光纤资源紧张问题，实现接入用户的可管理性等功能。接入层网络节点主要是将不同地理分布的用户快速有效地接入骨干。
    本文要讨论的是宽带IP城域网骨干网络的建设方案，它主要是针对核心层和汇聚层，可以采用ATM技术、GE(千兆以太网)技术、POS(Packet Over SDH)技术、DPT(动态包交换)技术等。而接入层主要有LAN、xDSL、HFC、LMDS等接入技术，在此并不做过多讨论。
二、宽带 IP城域网骨干网络技术选择
    作为网络连接和交换的平台，城域网骨干网络需要快速的交换和转发能力，还要有冗余链路以保证网络安全可靠以及良好的流量控制和QoS等。目前骨干网技术突飞猛进，针对不同的运营环境有ATM、GE、POS、DPT等多种技术供运营商选择。对于运营商来说，首先要综合考虑技术的发展趋势、技术特点、技术成熟性和标准化。例如万兆以太网技术尽管会是未来城域网的发展趋势，但是就目前技术发展程度而言，GE无论是在技术成熟度、标准化方面，还是在价格等方面都是一个更合适的选择。其次对运营商来说要对所建城域网现在和将来要开放什么业务，面对的重点用户群是谁等有一个清晰的目标，这样才能更好地选择合适的技术。例如ATM技术适合于初期数据业务量不是很大，希翼能兼顾话音和基础数据业务,以占领部分集团客户市场的综合业务运营商建立一个多业务城域网，但它并不适合那些新兴的ISP。另外对运营商来说，投资成本也是考虑的一个重要方面，因为建设城域网的目标一定是要建一个可赢利的网络。例如建设一个ATM多业务网络的成本要比纯IP网络的价格高，而对于一个纯IP网络来说，完全采用GE技术要比采用POS技术的成本更低。还应看到的是，不同的技术有不同的切入点，不同的运营商由于市场定位、网络资源、运营权、品牌和用户规模等的差异，在技术选择上肯定会不同。就目前来说，基于FTTB+LAN的以太网接入网将可能成为主流的接入方式。因此对运营商来说，如何使宽带IP城域网更加有效地配合接入网，尤其是以太网接入网进行无缝连接，也会成为影响城域网技术选择的一个重要因素。
    总的来说，要建设一个可运营可管理的电信级宽带IP城域网，采用什么技术是一个非常复杂的决策过程。它需要综合考虑技术先进性和实用性，投资成本和回报，业务类型和客户目标等多种因素，才能找到一个针对某个运营商最适合、最经济和最具发展潜力的技术。下面对目前城域网建设的几种主流技术作些简单先容与分析。
    1．ATM技术
    ATM采用53字节固定长度的信元(Cell)作为最基本的传输单元，利用IPOA、LANE、MPOA和MPLS等协议来承载IP。它的优点在于可以把不同的服务(FR、DDN、Voice、D1)集中到一个管道中，并提供分类管理，同时可以提供强大的流控机制但ATM在传输IP业务时存在协议过于复杂，信头协议太大，设备价格高而速率有上限(目前ATM接口最高速率是2.5G，而且622M和2.5G接口价格非常高)。
    2．GE(千兆以太网)技术
    GE技术基于传统的成熟稳定的以太网技术，设备价格较低。它可以自然的方式来升级现有的以太网、工作站、管理工具和管理人员的技能，实现与用户原有以太网的无缝连接，中间不需要任何格式转换，提高了数据转发和处理能力。可以说GE的突出优势是低带宽成本以及简单、易用和对IP的无缝支撑。但在流量控制和带宽管理、可管理性和安全等方面能力则还有待于进一步完善。
    3．POS(Packet Over SDH)技术
    Packet Over SDH(POS)，更准确的说，是IP/PPP/HDLC Over SDH/SONET。它由于省去了ATM层可以简化网络体系结构，从而可减少费用，提高传输速度和效率，而且由于保留了SDH的基本传输体系和性能监控，可以实现网络层保护。但在IP Over SDH中SDH仍是以链路的方式来支撑IP网，没有从本质上提高IP网的性能。和GE技术相比，POS端口价格则仍显过高。
    4．DPT(动态包传输)技术
    DPT技术是基于光纤传输的优化包传输，结合了IP路由的带宽效率、成本有效性和服务丰富性以及光纤环的带宽丰富性和积极自愈功能，提供了下一代数据化的光纤传输解决方案，最大限度的提高了网络稳健性和可用性。DPT采用分组环解决方案，充分利用带宽复用功能，比TDM的SDH设备和分/插复用器(ADM)等组网方式经济便宜。
三、宽带 IP城域网骨干网建设方案
    目前，宽带IP城域网骨干网络建设的技术方案可以分成三类，一个是ATM多业务平台系统；另一个是纯IP网络平台；还有一个就是IP多业务平台系统。
    1．ATM多业务平台系统
    利用ATM交换机建设ATM城域网多业务平台系统存在两种方式，一种是全部采用ATM交换机和复用设备，即所谓的纯ATM体制。另一种是仅在城域网的接入部分采用以太网交换机，其它部分采用ATM设备，即所谓ATM+IP体制。由于在城域网中要提供非常多的以太网端口，直接由ATM设备来提供，成本太高。而采用ATM+IP方式的话，则既可减低成本同时又可方便管理，提供多业务能力。但即使是ATM+IP方式，它仍然存在IP Over ATM网络方案的弊病，如对于大量的WWW浏览、FTP、E-mail等Internet业务，依然存在传输效率低、不能实现分布式路由等缺点。不过一旦MPLS技术在ATM网络上可以大规模使用的话，就可以较好的解决这些问题。目前MPLS是业界最为看好的组建大规模ATM城域网多业务平台系统的技术。
    对于IP业务量小的城市，可利用现有ATM交换机增加模块和节点来组建城域网。对于这些城市，由于需要处理和承载的IP数据包不是特别多，并且现有电信ATM网络带宽相对比较富余，为了充分利用现有的设备和资源，完全可以通过改造和适当扩建ATM 网络，比如在ATM网络中引入MPLS等功能，使其拥有支撑高速IP路由的能力来组建小型的IP城域网。同时，由于ADSL业务覆盖范围较广，对于初期IP业务量小的城市有较大的发展空间。可以通过ATM的汇聚能力，采用宽带服务器集中式接入方案。由于大部分ADSL系统是基于ATM的，在这些城市建设一个基于ATM的小型宽带IP城域网也可较好地和ADSL宽带接入网实现无缝连接，并达到节省投资的目的。
    对于一些才涉足宽带IP领域的运营商，如果想在发展IP业务的同时也发展FR、DDN、话音等高附加值业务，也可以考虑建立一个ATM城域网多业务平台系统来为IP提供面向连接、带宽可控、安全性高、时延小的高品质多媒体服务和商业用户互联服务。如联通、吉通在某些城市就是采用了这种城域网建设方案。
    目前这种IP城域网主要受ATM容量和交换机成本限制，只能适合于IP业务量不大的城域网。但它具有快速建网，提供多业务，并充分利用原有ATM 投资的优点。将来随着这些城市IP业务量的逐渐发展，可以在ATM核心层逐步引入一些高速路由器，同时将原有ATM设备往汇聚层和接入层延伸。如果MPLS技术成熟的话，也可以用MPLS技术来在ATM交换机上提供高速路由能力以支撑IP业务的持续发展。
    2．纯IP网络系统
    纯IP网络系统主要是以提供IP业务为主，采用了IP Over Fiber技术。尽管IP Over DWDM已经成为广域IP骨干网的主流技术，但在城域范围内，IP在光纤传输方面仍存在不同的传输格式的争议。目前发展纯IP城域网的骨干光传输平台存在以下几种方案。
    （1）高速LAN交换机方案
    这种方案主要是利用千兆以太网技术在城域构建纯IP的网络平台。它以高速LAN交换机(同时支撑第2层和第3层)为核心，中继采用市内光纤或传输连接，完全采用GE方式组网。其主要优点是组网简单、低成本、可以和现有的以太网实现无缝连接。这种方案最大的问题在于单链路的最高传输带宽相当于POS和DPT的一半。而稀疏波分复用系统CWDM技术和已商品化的万兆以太网技术，将是在城域解决这个问题以及提高千兆以太网带宽扩充能力的有效方法。
    高速LAN交换机方案较适合IP业务量中等的城市，这主要是考虑到这些城市需要处理的IP数据包不是特别的多，并且由于带宽比较富余，IP层面的流量控制和服务级别划分(COS)也不是特别重要。另外对某些新进入IP宽带数据市场的运营商或是一些小型宽带ISP，由于初期业务量不会特别大，为了降低城域网建设费用规避技术风险，同时尽快建立网络以早日投入使用产生效益，较多的也是采用GE方案来构建自己的宽带IP城域网。
    （2）高速路由器方案
    这种方案以高速路由器为核心在城域构建纯IP的网络平台。它以GE方式组网为主，POS连接为辅，中继采用市内光纤或传输连接。这种方式性能较佳，但投资较大。这主要是高速路由器价格相对较高，同时考虑到虚拟拨号(PPPOE)不能传透城域网的IP网络层，使得宽带接入服务器要采用分布式接入方案，这些都导致该方案在初期投资会较大。
    高速路由器方案较适合IP业务量较大的城市，这主要是考虑到这些城市需要处理的IP数据包比较多，只有采用