光通信技術(shù)向電信級(jí)以太網(wǎng)發(fā)展

業(yè)界對(duì)光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的投資正從SONET/SDH向基于WDM的以太網(wǎng)轉(zhuǎn)移。這種網(wǎng)絡(luò)目前被認(rèn)為是最適合擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)容量，以適應(yīng)電信級(jí)以太網(wǎng)和三重業(yè)務(wù)的技術(shù)。借助于WDM光傳輸?shù)木薮髱?，下一代網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)者可以提高以太網(wǎng)交換技術(shù)的效率。

　　本文將回顧光通信技術(shù)支持以太網(wǎng)包交換業(yè)務(wù)的發(fā)展過(guò)程，比較主要WDM以太網(wǎng)傳輸技術(shù)的帶寬利用率，描述電信級(jí)以太網(wǎng)的主要標(biāo)準(zhǔn)，并說(shuō)明建設(shè)與維護(hù)一個(gè)基于WDM的光傳輸網(wǎng)絡(luò)的成本。

　　向基于WDM的以太網(wǎng)發(fā)展

　　SONET/SDH出現(xiàn)于上世紀(jì)九十年代初。作為TDM的承載網(wǎng)絡(luò)，它為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸作了專門優(yōu)化?？梢哉f(shuō)，SONET/SDH是應(yīng)用最廣泛的光網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。Infonetics研究預(yù)測(cè)，用于SONET/SDH建設(shè)的光網(wǎng)絡(luò)

　　設(shè)備投資于2006年達(dá)到頂峰，然后會(huì)逐漸向基于WDM的以太網(wǎng)轉(zhuǎn)移。

　　很多因素促成了這一轉(zhuǎn)變。其中最主要的原因是，相對(duì)TDM傳輸而言，通過(guò)以太網(wǎng)以IP包交換形式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量增長(zhǎng)非常迅速，而SONET/SDH只為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸優(yōu)化，并不適用于承載以太網(wǎng)匯聚業(yè)務(wù)。另一個(gè)原因是，10Gbit/s以太網(wǎng)接口的出現(xiàn)，為以太網(wǎng)傳輸提供了經(jīng)濟(jì)的方法。

　　最近，由于能提供確定性的網(wǎng)絡(luò)、低于50毫秒的恢復(fù)時(shí)間和強(qiáng)壯的OA&M功能，運(yùn)營(yíng)商對(duì)基于

　　SONET/SDH的以太網(wǎng)設(shè)備的興趣越來(lái)越濃厚。隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸容量的不斷增長(zhǎng)，SONET/SDH最高每環(huán)10Gbit/s的容量已不能滿足需求，因此人們引入了WDM光路交換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在一根光纖中同時(shí)傳輸多路SONET/SDH。由于必須傳輸管控信息，需要增加很多與客戶無(wú)關(guān)的接口，導(dǎo)致這種堆環(huán)結(jié)構(gòu)的造價(jià)非常高。

　　ITU-T光傳輸網(wǎng)絡(luò)(OTN)G.709標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)公布十年多，實(shí)現(xiàn)了在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中光復(fù)用器的互通。OTN支持光纖通道、ESCON、SONET/SDH和以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為它們提供了靈活的OA&M和前向糾錯(cuò)性能。不過(guò)，OTN并未針對(duì)以太網(wǎng)傳輸優(yōu)化。OTN-1容器定義為一個(gè)2.5Gbit/s負(fù)載，要想使用一個(gè)吉比特以太網(wǎng)接口，就必須將其映射到這個(gè)OTN-1上，容量浪費(fèi)非常大。

　　基于WDM的以太網(wǎng)消除了以太網(wǎng)傳輸?shù)闹虚g層(SONET、OTN)，提高了包交換業(yè)務(wù)的帶寬利用率。最近，大多數(shù)電信設(shè)備供應(yīng)商對(duì)外公布了他們研發(fā)的相關(guān)產(chǎn)品?；赪DM的以太網(wǎng)將第二層以太交換的高效率和WDM的高帶寬相結(jié)合，同時(shí)具備確定性、低于50毫秒的恢復(fù)時(shí)間和強(qiáng)壯的OAM功能。

　　主要標(biāo)準(zhǔn)

　　目前，已有和正在發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)主要關(guān)注將以太網(wǎng)從一個(gè)企業(yè)級(jí)協(xié)議向運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)和傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)變。

　　1998年為局域和城域網(wǎng)絡(luò)制定的IEEE 802.1q標(biāo)準(zhǔn)面世。這一標(biāo)準(zhǔn)為原始的以太網(wǎng)增加了虛擬橋接局域網(wǎng)(VLAN)功能。VLAN允許在一個(gè)共享鏈路上隔離不同以太網(wǎng)廣播域間的傳輸。同年也頒布了為以太網(wǎng)業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)別進(jìn)行標(biāo)識(shí)的IEEE 802.1p標(biāo)準(zhǔn)，為同一連接中不同傳輸流定義了相對(duì)優(yōu)先級(jí)。

　　IETF為多協(xié)議標(biāo)記交換(MPLS)制定的標(biāo)準(zhǔn)還包括與傳輸相關(guān)的內(nèi)容，但這一標(biāo)準(zhǔn)只允許以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。而IETF后來(lái)頒布的虛LAN業(yè)務(wù)(VPLS)則為MPLS添加了點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)連接功能。

　　2004年，城域以太網(wǎng)論壇(MEF)參考非常成功的幀中繼業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，制定發(fā)布了電信級(jí)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的技術(shù)規(guī)范，其速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于T1和DS3。

　　MEF定義了以太網(wǎng)專用線路(EPL)，可以提供被稱為約定信息速率(CIR)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)專用以太網(wǎng)鏈路。現(xiàn)在，由于EPL屬于電路交換模式，很多運(yùn)營(yíng)商都可以在已有的SONET/SDH和OTN傳輸系統(tǒng)上提供EPL，而不需要以太網(wǎng)匯聚、交換或相對(duì)較高的QoS要求。

　　而以太網(wǎng)LAN(E-LAN)定義為點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的第二層以太網(wǎng)業(yè)務(wù)。市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Vertical Systems Group預(yù)測(cè)，由于大量企業(yè)用戶從幀中繼向電信級(jí)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換，E-LAN將成為未來(lái)發(fā)展最快的

　　以太網(wǎng)業(yè)務(wù)。問(wèn)題是，在基于電路交換的結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)E-LAN接入線路都必須與第二層交換連接，導(dǎo)致帶寬被浪費(fèi)，部署E-LAN的成本增加很多。

　　E-LAN常被用作高層業(yè)務(wù)(如IPTV)的基礎(chǔ)傳輸。此時(shí)，類似于廣播的業(yè)務(wù)必須經(jīng)過(guò)多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接實(shí)現(xiàn)傳輸，無(wú)形中降低了帶寬使用率。

　　最近，ITU-T和IEEE的建議都提出了光包交換技術(shù)。其中傳輸MPLS(T-MPLS)是ITU提出的標(biāo)準(zhǔn)。這一標(biāo)準(zhǔn)定義了傳輸級(jí)MPLS的功能，并著重定義了包傳輸網(wǎng)絡(luò)的OAM和保護(hù)切換等功能。

　　電信級(jí)骨干網(wǎng)橋接(PBB)和電信級(jí)骨干網(wǎng)傳輸(PBT)(又被稱作PBB-TE)，是IEEE提出的標(biāo)準(zhǔn)。在PBB，或稱為MAC-in-MAC技術(shù)中，用戶的以太網(wǎng)MAC地址和負(fù)載被封裝進(jìn)運(yùn)營(yíng)商的以太網(wǎng)幀中，然后通過(guò)運(yùn)營(yíng)商的MAC地址實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的交換與傳輸。

　　而PBT技術(shù)為端到端以太網(wǎng)傳輸提供了工具，保證了以太網(wǎng)業(yè)務(wù)通過(guò)電信級(jí)以太光傳輸網(wǎng)絡(luò)時(shí)的QoS。PBB/PBT的目的是提供低成本的二層交換和以太網(wǎng)匯聚設(shè)備，以便為電信級(jí)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)提供合適的網(wǎng)絡(luò)。

　　帶寬利用率

　　基于WDM的以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)極大地提高了光通信的帶寬利用率。圖1說(shuō)明了基于WDM的以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展與帶寬利用率的關(guān)系。目前大多數(shù)已部署的WDM平臺(tái)采用電路交換的形式，即每個(gè)波長(zhǎng)用作一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。因此，為了維持一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光鏈路，就必須專門配備兩個(gè)收發(fā)器。

　　最早的基于WDM的以太網(wǎng)系統(tǒng)將單個(gè)1Gbit/s或10Gbit/s以太網(wǎng)接口直接映射到一個(gè)波長(zhǎng)里，作為一路信號(hào)收發(fā)。這種方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但帶寬利用率很低。

　　圖2顯示了一個(gè)將以太網(wǎng)接口映射到波長(zhǎng)的系統(tǒng)。20Gbit/s的數(shù)據(jù)從核心網(wǎng)過(guò)來(lái)。路由器通過(guò)城域電信級(jí)以太光傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳遞到接入節(jié)點(diǎn)。如圖所示，由于數(shù)據(jù)帶寬大于傳輸容量，2.5Gbit/s的單路波長(zhǎng)已經(jīng)不夠用，必須部署10Gbit/s，結(jié)果導(dǎo)致備用容量的上升以及成本的增加。

　　為了提高帶寬利用率，光路交換供應(yīng)商開(kāi)發(fā)了以太網(wǎng)接口疏導(dǎo)模塊，靜態(tài)地將多路以太網(wǎng)接口映射到一個(gè)波長(zhǎng)中。例如，有些系統(tǒng)可以將多個(gè)1Gbit/s以太網(wǎng)接口合并到一個(gè)10Gbit/s波長(zhǎng)中。這種方法確實(shí)提高了一部分帶寬利用率，但由于不論是否有傳輸需求，每個(gè)接口都占用了部分帶寬，導(dǎo)致利用率仍然不高。

　　最近，有些供應(yīng)商已經(jīng)為光路交換平臺(tái)增加了二層包交換模塊。這些系統(tǒng)允許任意一個(gè)以太網(wǎng)接口中的包交換到預(yù)先指配的波長(zhǎng)中，從而降低了以太網(wǎng)接口的數(shù)量，提高了帶寬利用率。這種方法相對(duì)疏導(dǎo)系統(tǒng)確實(shí)有所改進(jìn)，但仍存在帶寬浪費(fèi)。

　　光突發(fā)交換(OBS)已經(jīng)逐漸成為光路交換的替代技術(shù)。兩種交換技術(shù)的主要區(qū)別在于，光突發(fā)交換僅僅需要一半數(shù)量的收發(fā)器。光路交換為每?jī)蓚€(gè)接入點(diǎn)指配一對(duì)專用收發(fā)器，而突發(fā)交換為每個(gè)接入點(diǎn)配置一個(gè)突發(fā)收發(fā)器，就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)環(huán)上任意節(jié)點(diǎn)間的包傳輸。這種技術(shù)提高了光域的包復(fù)用效率，每個(gè)收發(fā)器共享了所有節(jié)點(diǎn)的帶寬，傳輸容量可以實(shí)時(shí)進(jìn)行再分配。

　　OBS具備低于50毫秒恢復(fù)的能力，能夠提供確定性的、類似電路的以太網(wǎng)包傳輸能力。圖3顯示了OBS的相對(duì)帶寬利用率。

　　總擁有成本

　　傳統(tǒng)的組網(wǎng)開(kāi)支分為基本建設(shè)開(kāi)支和運(yùn)營(yíng)開(kāi)支，它們共同構(gòu)成了電信級(jí)光以太網(wǎng)的總成本。

　　光通信系統(tǒng)的基本建設(shè)費(fèi)用主要由需要部署的收發(fā)器數(shù)量決定，它們的價(jià)格一般是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中最貴的。同樣的，包交換系統(tǒng)的基本建設(shè)費(fèi)主要由高速以太網(wǎng)接口數(shù)量決定。只有爭(zhēng)取最少的收發(fā)器和接口數(shù)量，才能最大限度地降低建設(shè)成本。

　　通過(guò)提高光路交換的連接性，具備接口疏導(dǎo)和二層交換能力的波分復(fù)用以太網(wǎng)可以減少路由器端的以太網(wǎng)接口。

　　采用光路交換的光以太網(wǎng)平臺(tái)需要為每一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接指配兩個(gè)專用收發(fā)器，而突發(fā)交換系統(tǒng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)只需要一個(gè)收發(fā)器。這使得OBS網(wǎng)絡(luò)與光路交換結(jié)構(gòu)相比，所需的收發(fā)器減少了一半。

　　電信級(jí)光以太網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)成本包括包業(yè)務(wù)設(shè)施的運(yùn)營(yíng)成本和光收發(fā)傳輸設(shè)施的運(yùn)營(yíng)成本。其中，光收發(fā)傳輸設(shè)施的運(yùn)營(yíng)成本主要由固定運(yùn)維成本決定，其形式主要是業(yè)務(wù)維護(hù)合同，一般是整個(gè)系統(tǒng)資產(chǎn)投資的固定百分比。當(dāng)然，計(jì)劃升級(jí)、增加新容量和重置網(wǎng)絡(luò)容量也會(huì)增加運(yùn)營(yíng)成本。

　　網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者不僅要考慮目前已經(jīng)提供的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)(主要指EPL)，還要考慮傳統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)提供E-LAN業(yè)務(wù)的需求。在光路交換網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)連接必須占用回程線路，因此采用E-LAN業(yè)務(wù)的用戶越多，傳輸網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜。

　　目前，基于WDM的以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為承載電信級(jí)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)和三重業(yè)務(wù)的最佳技術(shù)。而這種技術(shù)的不同方案可以提供不同級(jí)別的帶寬利用率和成本。通過(guò)將T-MPLS或PBT的電路控制模式、以太網(wǎng)的高效率和WDM的大容量結(jié)合，電信級(jí)光以太網(wǎng)傳輸技術(shù)將變得更加有效。