城域网是数据骨干网和长途电话网在城域范围内的延伸和覆盖,它承担着集团用户、商用大楼、智能小区等业务接入和通路出租等纷繁复杂的任务,需要通过各类网关实现话音、数据、图像、多媒体、IP接入和各种增值业务及智能业务,并与各运营商的长途网和骨干网实现互通。城域网不仅是传统长途网与接入网的连接桥梁,更是传统电信网与新兴数据网络的交汇点及今后三网融合的基础。
近年来,以10G SDH和DWDM技术为代表的光纤传输技术有了重大突破,骨干网带宽从Gb/s向Tb/s发展;在企业和居民用户端的网络速率,则随着G比特以太网技术进入商业应用而向Gb/s发展。这两个趋势使城域传送网产生了巨大的带宽压力和多种新的功能需求,主要包括:高带宽、大量的用户节点及众多的类型、灵活的带宽分配、多业务支持和协议无关性、保护和自愈以及便捷的网络管理等。
有需求就有创新,满足上述要求的光城域网技术蓬勃发展,业界将其统称为MSPP或MSTP。由于应用技术不同,它的主要发展有以下几个方向:
以太网为主的城域传送网技术
作为城域传送网的最初形态,以太网直连被看做是最简单的城域传输连网方式,其较低的成本及便捷的开通、运营方式一度受到服务供应商的青睐。
GE、10GE大容量以太网技术使城域网应用上一个新的台阶,IEEE也在802.3标准中明确对其进行了定义。这种技术适应了城域网中占据主导地位的IP业务的增长的需要,且支持附加大带宽、高成本的城域核心网络,可与TDM或DWDM光纤网络进行无缝连接,满足更大容量组网的需求。该技术的不足之处是占用光纤对数较多;带宽是静态分配的,传送IP数据业务的效率相对较低;不能满足以太网业务对可靠性的要求,QoS没有保障;不支持电路业务的开展等。
解决以太网城域传送方式缺憾的方法是采用光以太网RPR技术(Optical Ethernet RPR)。RPR(Resilient Packet Rings)综合了以太网和SDH的优点,使设备能共享环上的所有或部分的带宽;它定义了一个独立的物理层-弹性分组环媒介访问控制层,给各个厂商提供互通性,从而增加竞争,降低了用户的投资;它提供了一个双环结构,在环上传送反方向的信号,并提供小于50ms的保护倒换。
在业务方面,RPR可以结合MPLS协议,利用帧结构中的MPLS标签的CoS字节标识,提供四种等级的业务:快速传送业务(具有严格的时延、抖动和保护、时钟同步。如实时性E1语音业务和图像业务)、保障传输业务1(对时延和抖动无特殊要求,但有带宽承诺,无突发的图像、数据业务)、保障传输业务2(有带宽承诺,属突发型数据业务,采用尽力传送机制)、尽力传送业务。这种技术如果得到大范围应用,将解决城域网中多业务传输问题。
有一点需要提出的是,虽然RPR技术的好处很多,但是它以及相关的MPLS技术都暂时没有统一的国际标准(制定中),不能提供多厂家的互通机制,因此尚无大规模的商用。
SDH为平台的城域MSTP技术
由于具有可靠的业务保护能力,SDH技术也正在成为城域传输网的一种选择。但是令人感到棘手的问题是:对于固定速率的业务(如传统话音业务),SDH很容易将其适配到固定容量通道中,但对于可变速率VBR业务和任意速率业务,SDH则显得不够灵活,特别是传送效率不高。
SDH的高市场占有率以及城域网的巨大增值潜力使SDH的倡导者们费尽心思,在原有SDH的基础上加入对数据业务层的处理,比如以太网的二层处理、ATM的统计复用等功能,使其更适合数据业务的传送。
对于以太网业务,其在映射到VC之前需要经历处理的过程有:二层交换、协议封装、映射前的处理等。
将以太网数据通过专用协议映射到SDH帧结构中,目前有三种方案:
(1)通过点到点协议PPP转换成HDLC帧结构,再映射到SDH的虚容器VC中,简称POS。
(2)将数据包转换成LAPS结构映射到SDH虚容器VC中,这是中国人自己提出的IP over SDH提案,已被正式批准作为国际电联标准,其标准号为X.85/Y.1321 IP over SDH。
(3)将数据包通过简化数据链路协议SDL的方式映射到SDH虚容器VC中。
POS技术比较成熟,适于多协议环境;但由于PPP并不是专为SDH运载设计的,POS效率并不理想;LAPS在HDLC净荷中省去填充字节PAD,因而对于短数据包,LAPS比PPP效率要高,并将扰码作为强制要求,而不像PPP那样是可选功能;SDL技术主要针对高容量的数据包及传输系统,效率很高。
以太网端口在接收到数据业务之后,需经过二层交换处理(可选),保障其高效传输。另外,为了增强承载业务的灵活性,级联(Concat-enation)技术在数据业务进入VC之前得到应用。级联技术又分为连续(Contiguous)级联或虚(Virtual)级联两种。以100M以太网的VC-12级联为例说明其原理:该技术将n个VC-12捆绑在一起形成一个整体VC-12-n,在VC-12-n所支持的净负荷C-12-n中建立一个LAPS(或HDLC)链路在SDH网中传送。当N个VC-12连续排列时为连续级联,通常以VC-12-n中第一个VC-12的POH作为级联后整体的POH,其缺点是n个VC-12必须地址相邻,带宽分配不灵活。
虚级联方式无需VC-12相邻,仅需通道终端设备提供级联功能即可。这种方式需要通道业务起始端和终止端各增加相应处理功能,接收端需引入一个缓存器以增加额外时延。
对于ATM业务,系统提供统计复用功能,可对多个ATM业务流中的非空闲信元进行抽取,复用进一个ATM业务流,以提高其在SDH线路上的利用率,同时节约了ATM交换机的端口数。另外,还可以在SDH环路上形成一个ATM的虚拟通道环,这样ATM的业务层面可以实现环保护。