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传输技术选择.docx
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传输技术选择
1传输技术选择
对于网络设备的互连,传输技术最为重要。
传输链路的带宽已经由原来的几十K,发展到现在的上百G。
实际网络项目中要选择一种适合的传输技术,使之在节省成本的同时,又不成为以后业务传输的瓶颈,并且还可以为以后开展其他业务提供方便。
目前主流的传输链路技术主要有以下几类:
●SDH
●ATM
●10G以太网
●DWDM
●RPR
●MSTP
●RRPP
下面,对这些传输技术分别进行简单描述。
1.1SDH
SDH全称叫做同步数字传输体系(SynchronousDigitalHierarchy),是一种同步数字技术,基于时分复用。
对于上层的各种网络,SDH相当于一个通明的物理通道,在这个透明的通道上,只要带宽允许,用户可以开展各种业务,如电话、数据、数字视频等,这些业务的质量可得到严格的保障,这得益于这个通道就像两个点到点的物理连接。
1.1.1SDH的基础技术
SDH技术体系中,最基本的模块信号是STM-1信号,将其同步、复用,得到STM-N信号,N=1,4,16,64等。
提供的主要标准速率值为:
●STM-1(OC-3)155.520Mb/s
●STM-4(OC-12)622.080Mb/s
●STM-16(OC-48)2488.320Mb/s
●STM-64(OC-192)9953.280Mb/s
SDH设备主要包括:
同步终端复用器STM(SynchronousTerminalMultiplexer),分插复用器ADM(Add/DropMultiplexer)和同步交叉连接设备SDXC(SynchronousDigitalCrossConnect)。
另外,还有网络管理系统设备NMS(NetworkManagementSystem)。
SDH提供自愈功能,作用是提高网络的生存性,即在无人工参与的情况下,网络能及时地发现错误,并能在极短的时间内自动恢复承载的业务,而用户根本感觉不到网络的故障。
SDH具有50ms的保护倒换,可靠性很高。
POS(PacketOverSONET/SDH,SONET/SDH上的分组)是一种应用在城域网及广域网中的技术,它具有支持分组数据,如IP分组的优点。
POS将长度可变的数据包直接映射进SONET同步载荷中,使用SONET物理层传输标准,提供了一种高速、可靠、点到点的数据连接,POS是非通道化的接口。
POS接口支持拆分,可以划分多个虚拟通道的cPOS,即通道化的POS接口,充分利用SDH体制的特点,提供对带宽精细划分的能力,可减少组网中对路由器低速物理端口的数量要求,增强路由器的低速端口汇聚能力,并提高路由器的专线接入能力。
cPOS主要用于提高路由器对低速接入的汇聚能力,STM-1cPOS尤其适宜汇聚多个E1/T1。
1.1.2IPoverSDH的技术优劣势
IPoverSDH的优势
●对IP路由的支持能力强,具有很高的IP传输效率;
●符合Internet业务的特点,如有利于实施多播方式;
●能利用SDH技术本身的环路和网络自愈合能力达到链路纠错的目的;
●将IP网络技术建立在SDH传输平台上,可以很容易地跨越地区和国界,兼容不同技术标准实施全球联网;省略了ATM层,简化了网络结构,降低了运行成本。
IPoverSDH的技术劣势
●IPoverSDH尚不支持虚拟专用网VPN和电路仿真;
●在所有包交换技术中,ATM的QoS是最好的,它可以做到电路仿真,而IPoverSDH技术只能进行业务分级,不能提供较好的QoS;
●对大规模的网络必须处理庞大、复杂的路由表,而且查找困难,路由信息占用比较大的带宽;
●组网灵活度低,最小带宽分配单位取决域网络等级;
●在POS技术中,帧结构比较复杂。
SDH帧结构中有大量的断开销和通道开销,对于IP网络来讲,这些开销是多余的。
1.1.3SDH组网应用
如图7所示,一些政府机关和企事业单位使用中低端路由器通过E1/T1租用线接入到传输网;而带宽需求介于E1和T3(44M)之间的用户,例如一些数据中心,则同时租用几个E1/T1。
所有这些用户的带宽经过传输网会聚到一个或者几个cPOS接口,再接入到高端路由器,高端路由器通过时隙唯一识别各低端路由器。
图7cPOS典型应用组网示意图
实际情况中,cPOS接口与各低端路由器之间可能经过不止一级传输网,各低端路由器与传输网之间可能还需要其它的传输手段进行中继。
这种应用在逻辑上等同于各低端设备分别通过E1/T1或者n×E1/T1的专线接入路由器RouterA。
1.2ATM
1.2.1ATM的基础技术
根据ITU-T定义,ATM以信元(Cell)为基本单位进行信息传输、复接和交换。
ATM信元具有53字节的固定长度,其中5个字节构成信元头,主要用作路由信息和优先级信息,其余48个字节是有效载荷。
ATM是面向连接的交换,每条虚电路VC(VirtualCircuit)使用虚路径标识符VPI(VirtualPathIdentifier)和虚通道标识符VCI(VirtualChannelIdentifier)来标识。
一个VPI/VCI值对只在ATM节点之间的一段链路上有局部意义,当一个连接被释放时,与此相关的VPI/VCI值对也被释放。
ATM基本协议框架分为3个平面,即用户平面、控制平面和管理平面。
用户平面和控制平面又各分为4层,即物理层、ATM层、ATM适配层和高层。
在各层中还有更精细的子层划分。
管理平面又分为层次管理和平面管理。
其中前者负责各平面中各层的管理,具有与其它平面相对应的层次结构;后者负责系统的管理和各平面之间的通信。
控制平面主要利用信令协议来完成连接的建立和拆除。
各平面与各层的关系如图8所示:
图8ATM协议模型图
ATM物理层位于ATM协议参考模型的最低层。
它涉及具体的传输介质,但其功能并不依赖于其所用的传输机制和速率,完成在高层与传输介质之间传送有效的信元和相应的定时信号。
华为3Com设备的的ATM接口支持永久虚电路PVC(PermanentVirtualCircuit),并支持IPoA、PPPoA、IPoEoA以及PPPoEoA这四种应用方式。
1.IPoA
IPoA(IPoverAAL5)是指在AAL5上承载IP协议报文。
AAL5为处在同一网络内的IP主机之间的通信提供数据链路层。
2.IPoEoA
IPoEoA(IPProtocoloverEthernetoverAAL5)有三层结构,最上层封装IP协议;中间为以太网承载IP协议;最下一层为AAL5承载IPoE。
当通过设备高速连入远端的接入服务器,可以采用在ATM端口利用PVC承载以太网报文来实现对外部网络的访问。
对于IPoEoA,VRP实现的基本功能有:
●一个VE(VirtualEthernet)接口可以关联多个PVC。
●同一个VE接口关联的PVC之间二层互通。
3.PPPoA
PPPoA(PPPoverAAL5)是指在AAL5上承载PPP报文。
ATM信元封装PPP报文,PPP报文封装IP或其它协议的报文。
在这种模式下,可以将AAL5简单地看成是PPP报文的承载层。
PPPoA的意义在于:
PPPoA的通讯过程由PPP协议管理,可以利用PPP的灵活性及其丰富的应用。
为了在AAL5上传送PPP报文,用户必须创建一个虚拟接口模板VT(VirtualTemplate)接口。
4.PPPoEoA
PPPoEoA(PPPoEoverAAL5)是指在AAL5上承载PPPoE(PPPoverEthernet)协议报文,其实质是用ATM信元封装以太网报文。
在这种模式下,可以用一个PVC来模拟以太网的全部功能。
VRP通过虚拟以太网接口VE(VirtualEthernet)实现在AAL5上承载以太网报文。
VE具有以太网的特性,由用户通过配置命令动态创建。
接口配置的协议栈是:
底层为ATM的PVC,通过PVC收发报文;链路层为以太网协议;网络层及以上各层协议与普通以太网接口相同。
1.2.2ATM技术的优劣势
ATM技术的优点
●信息实时传送,因为ATM的传输、交换时延较小,可以保证信息的实时传递;
●具有较强的网络处理能力,各种业务包括话音、数据、图像等均可以统一转换为ATM信元在ATM网中传输、处理;
●传输速率高,易于局域网和公用网间的互通,可在局域网上提供高质量的多媒体业务和高速数据传送。
ATM技术的缺点
●技术非常复杂:
它分为AAL层、ATM层和物理层等三层,每一层又都分为两个子层。
●信令不统一:
ATM网内部也使用带外信令机制,ITU和ATM论坛所采用的信令还不一样。
●编码复杂:
ATM是面向连接的传输技术,使用类似于电话号码的十进制数字进行呼叫连接。
其呼叫编码目前有四种之多,尚未统一,最长可达20位。
●ATM网中多采用永久虚电路(静态路由)。
这就限制了ATM网的伸缩能力。
●传输开销大:
ATM信元的53个字节中,有5个字节的信元头,编码效率不高。
一个信元的丢弃将导致整个数据包的重传。
这些处理都会增加系统开销,加大传输时延,降低ATM网的传输能力。
●价格相比其他的传输设备更加昂贵。
1.2.3ATM组网应用
根据用户需求,利用ATM骨干网资源为用户组建某企业网络。
在用户总部新增一根ATM155M(OC3)光纤:
通过局端光端机连接到用户路由器的ATM模块(也可采取直拉光纤直接接入用户路由器),需要用户路由器上相应的配置ATM接口模块。
各分部分别开1M~2M的FrameRelayPVC连接到本地ATM骨干网,企业总部通过ATM155M光纤对所有网点的ATM/FR专线进行收敛,由此构成一个星型拓扑的网络构架。
如图9所示:
图9ATM组网拓扑图
1.310G以太网
随着各种业务对带宽要求的日益增加(如语音,视频等),10G以太网技术渐渐引起了人们的注意,这种高速以太网技术适用于各种网络结构,能够简单、经济地构建各种速率的网络,可以满足骨干网大容量传输的需求,解决了窄带接入、宽带传输的瓶颈问题,并与现行以太网技术兼容。
1.3.110G以太网的基础技术
10G以太网是在以太网技术的基础上发展起来的,但是,由于工作速率的大幅度提升,适用范围有了显著的变化,与原来的以太网技术相比差异很大,主要表现在:
物理层实现方式、帧格式、MAC层的工作速率以及适配策略。
10G以太网具有如下特点:
●在媒体存取控制层(MAC)客户服务器接口保留802.3以太网帧格式;
●保留802.3标准最小和最大帧长度;
●只支持全双工;
●采用点到点连接和结构化电缆附设技术,支持星形局域网拓扑;
●在MAC/PLS(专线业务)接口支持10Gbps的传输速率;
●定义局域网和广域网两个物理层装置(PHY)系列,并定义MAC/PLS数据传;
●输速率适应广域网物理层装置数据传输速率的机制;
●提供支持多膜和单模光纤连接距离的物理层技术规范。
1.3.210G以太网的优劣势
10G以太网的优势
●易于向更高性能发展
10G以太网使用与以往10Mbps和100Mbps以太网相同的形式,它允许直接升级到高速网络。
这三种以太网速率都使用同样的IEEE 802.3帧格式、全双工业务和流量控制方式。
在半双工方式下,10G以太网使用基本的CSMA/CD访问方式来解决共享介质的冲突问题。
●网络费用较低
以太网相对简单,设备产量较大,交换式10G以太网连接要比622Mbps的ATM接口便宜,为户提供了一种用于数据中心网络骨干和服务器连接的选择方式。
●支持新应用和新数据类型
由快速以太网和10G以太网带来带宽的增加以及LAN交换,提供宽预留新协议的出现(RSVP)。
以及新标准的出现,比如802.1Q,802.1p。
这些技术和协议组合在一起,就可以在以太网上传送数据和视频,10G以太网成为解决视频和多媒体业务传输的一种极具吸引力的方案。
●网络互连和设计灵活
10G以太网可进行交换、路由,也可共享。
目前所有的网络互联技术,都完全与10G以太网兼容。
10G以太网不仅可使用LAN交换机和路由器,也可使用全双工转发器。
10G以太网的劣势
●运营商已铺设光纤的大楼或楼群很少。
光纤是10G以太网不可或缺的组件,所以10G以太网业务只能在已部署光纤的地方,或者可以快捷廉价地铺设新光纤的地方提供。
●占用光纤对数较多,增加了成本。
●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(链路/路径的保护和故障恢复、拥塞控制、路由选择和流量控制)的要求。
1.3.310G以太组网应用
10G以太设备可以提供高密度万兆、千兆以太网接口为校园用户和企业用户提供城域网和广域网的连接。
10G以太网在裸光纤上最远可以传送40~80公里,可以用来连接城域网的RPR,满足城域范围的要求。
也可以连接DWDM和SDH/SONET设备实现广域范围的传输,如图10所示。
随着企业及校园网络应用的急剧增长,企业及校园的骨干网承受着不断升级的压力,从当初的快速以太网到现在的千兆网络,很快将过渡到万兆网络。
通过10G以太接入到RPR的城域网中,为用户提供诸如多媒体业务、数据流内容、SAN等服务。
而10G以太网设备具有高带宽、低时延、网络管理简易等特性,非常适用于企业及校园骨干网建设。
图1010G以太组网
1.4DWDM
WDM技术的开发,使一条光纤可以由传递一个讯号变成传递多个讯号,在相同的铺设成本下,将光纤的使用率提高数倍。
由于WDM实现了技术的提升,一个WDM可将一个光源分出越来越多的波长(或称信道,channels),所以为了区别起见,能分出较少波长者称作CWDM(CoarseWDM),分出波长密度较高者称作DWDM(DenseWDM)。
1.4.1DWDM的基础技术
密集型光波复用(DWDM:
DenseWavelengthDivisionMultiplexing)是能组合一组光波长用一根光纤进行传送。
这是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。
该技术是在一根指定的光纤中,多路复用单个光纤载波的紧密光谱间距,以便利用可以达到的传输性能(例如,达到最小程度的色散或者衰减),这样,在给定的信息传输容量下,就可以减少所需要的光纤的总数量。
DWDM能够在同一根光纤中,把不同的波长同时进行组合和传输。
为了保证有效,一根光纤转换为多个虚拟光纤。
所以,如果复用8个光纤载波(OC),即一根光纤中传输48路信号,这样传输容量就将从2.5Gb/s提高到20Gb/s。
目前,由于采用了DWDM技术,单根光纤可以传输的数据流量最大达到400Gb/s。
DWDM它由下列部件组成:
●光发射器(激光器)
●光复用器和分路器
●光放大器
●光接收器。
1.4.2DWDM的优劣势
DWDM的优势
●良好的带宽扩展性
DWDM技术能够在一根光纤中传送多个不同波长的信号,从而能充分挖掘光纤的带宽潜力,320Gbit/s的DWDM系统已经大规模商用。
DWDM技术对于业务的提供基于波长,各波长相互独立,所以新业务可以在不改变原有网络结构和不影响原有业务的情况下方便地加入。
DWDM可以保留现有的终端设备。
●对速率和协议透明
DWDM的协议透明性可以使城域DWDM网络能在同一平台上支持任何可能在城域可能出现的任意种类业务。
比如:
以太网数据、ATM、IPoverSDH等,用不同的波长来支持不同类型的数据。
●提高的业务质量
在城域网中应用DWDM系统可以使光层恢复成为可能。
光层恢复比电层恢复要经济得多。
●缓解光纤资源的紧张
采用DWDM的光纤环比点对点的升级有着更多的好处。
比如可以为未来准备一些“虚”环和“虚”光纤。
它可以根据新业务和新应用的引进而不断地扩展。
将DWDM技术引入城域可以很好的解决光纤资源耗尽的问题。
●故障恢复能力
提出99.999%的工作时间、硬件冗余、光缆环故障保护自愈能力。
能与SDH媲美的网络自愈能力且能根据不同的业务需要提供不同级别的保护手段,有较强的环境适应能力。
DWDM的劣势
●城域波分设备价格仍然相对偏高。
●传统运营商已经在各城市建设了大量基于SDH技术的传输网络,城域波分设备的价格与SDH设备相比没有很大优势
●城域网的业务量(特别是数据/IP的业务量)尽管增长很快,但由于基数比较小,当数据IP业务量不是特别大的时候,采用传输容量相对比较大、业务颗粒度比较粗的城域波分就显得不是很经济;
●城域波分缺乏汇聚和交换功能
1.4.3DWDM组网应用
利用城域DWDM技术,用来组建城域网,可以有效地在城域范围内实现SDH设备通过STM-N(155M,622M或2.5Gbit/s)速率接入城域DWDM设备上;ATM交换机的155M、622Mbit/s和2.5Gbit/sATM端口可以接入城域DWDM设备;IP城域网中的核心层设备,比如千兆比高端路由器等,可以采用POS或RPR(SDH帧结构)等接口形式接入城域DWDM设备,利用光波长构成IP骨干环,保证了对原有设备的充分利用。
由于DWDM还提供GE的连接功能,IP城域网中IP汇聚层的设备,如LAN高速交换机等,可以用GE等接口方式接入城域DWDM设备。
城域DWDM设备可以利用光纤的丰富波长资源,以STM-N、GE或FiberChannel、ESCON等光口形式,可为集团用户,小区用户提供多种带宽服务。
如图11所示:
图11城域DWDM的组网
1.5RPR
RPR是IEEE802.17工作组标准化的一种新的MAC层技术,是工作在OSI协议栈第二层的介质访问控制(MAC)协议,和物理层无关,可运行于SONET/SDH、10GE和DWDM之上。
RPR(弹性分组环)技术融合了SDH故障自愈的高可靠性与以太网的经济性、高带宽、灵活性、可扩展能力等优势,RPR基于环型拓扑提供数据优化的带宽管理、高性能多业务传输解决方案。
1.5.1RPR的基础技术
与SDH拓扑结构类似,RPR为互逆双环拓扑结构,环上的每段光路工作在同一速率上。
不同的是,RPR的双环都能够传送数据,两个环被分别称为0环(Ringlet0)和1环(Ringlet1),如图12所示:
图12RPR的双环结构
RPR0环的数据传送方向为顺时针方向,1环的数据传送方向为逆时针方向。
每个RPR节点(station)都采用了一个以太网中用到的48位MAC地址作为地址标识,因此从RPR节点设备链路层来看,这两对收发的物理光接口只是一个链路层接口;从网络层来看,也只需要分配一个接口IP地址。
两个相邻RPR节点之间链路称为段(span),多个连续的段和其上的节点构成域(domain)。
一个RPR节点具有一个MAC实体和两个物理层实体。
物理层实体与链路关联。
MAC实体包含一个MAC控制实体和2个MAC业务链路实体,并称之为接入点,每个接入点与每个环路相关联。
物理层实体根据环路方向分为东向物理层和西向物理层。
这里东向或西向是约定节点处在RPR北侧为基准的。
东向物理层的“发送口”与西向物理层的“接收口”通过MAC实体连接在一起,构成RPR的0环;同样,东向物理层的“接收口”与西向物理层的“发送口”相连,构成RPR的1环。
节点与环配合,采用分组ADM式数据交换,完成各种数据操作。
常用的基本数据操作包括:
●上环(insert):
节点设备把从其他接口转发过来的报文插入到RPR环的数据流中;
●下环(copy):
节点设备从RPR环的数据流中接收数据,交给节点上层作相应处理;
●过环(transit):
将途经本节点的数据流继续转发到下一个节点;
●剔除(strip):
使途径本节点的数据不再往下转发。
这里对于过环的数据操作,与SDHADM设备的处理方式很相似,即过环数据流不需要设备上层处理,这样一来,设备处理性能大大提高。
这种数据分组的ADM式交换体系很容易支撑各种高速链路接口。
RPR采用了SDH的环形结构,同时也继承了一个特大特点,就是故障自愈能力非常强,能够实现50ms时间内的故障保护切换。
下面是链路故障时的保护情况,在故障链路两端的节点内部把0环和1环连接在一起,重新形成一个新的环网。
1.5.2RPR的技术优劣势
RPR的技术优势
●RPR技术综合了SDH/SONET和以太网以及其它一些环网技术的优点,集IP的智能化、以太网的经济性和光纤环网的高带宽、高可靠性于一体;
●RPR具有电信级的可靠性,不仅能够处理面向数据的业务传送,同时可以提供处理多业务传送的综合传输解决方案。
50ms的保护倒换、高可靠性,又具有10GE的包交换的高带宽使用率,是当前城域网建设中最主要的技术方案之一;
●SDH为实现保护机制,预留了50%带宽,相比较RPR带宽利用率高;而且SDH带宽不能根据网络中流量的实际情况而改变;
●RPR有流量等级保证QoS(QualityofService),支持带宽预留的业务。
RPR的技术劣势
●只有逆向双环结构,组网不灵活;
●对TDM的支持由于没有大量应用,仍然有一定的风险和阻力;
●在某一些具体细节方面,RPR还没有完善,各大厂商之间都有个自的私有技术,在互通方面还存在一些问题;
●技术实现比较简单,无疑成熟性上有所欠缺,而且这些技术体制之间互不兼容,最终增加了网络的成本;
●RPR不能适用于复杂的网络。
1.5.3RPR的组网应用
1.城域网骨干应用
RPR网络可通过裸光纤直接相连,简化网络结构,节省用户对传输网络的投资;网络具有高的可靠性,可提供50ms电信级的快速保护倒换;同时RPR环网可提供高的速率,以及很高的带宽利用率,满足城域网骨干的需要。
如图13所示:
图13RPR在城域网骨干的应用
汇聚层和骨干层可建立各自的RPR环网,同时支持以太网和SONET/SDH物理层,可接入以太网交换机和路由器。
2.区域网应用
RPR可为具有分散机构和分支的区域网,如政务网、企业网和校园网提供组建核心层的功能,提供各办公机构用户、数据中心、Internet等连接,提供对现有FDDI环网的一种逻辑优化,并保留自愈环的特性。
应用如图14所示:
图14RPR在区域网的应用
RPR具有的稳定性高、管理性好、可靠性高的特点,可为企业网用户建立低成本、高效、安全的内部网络,同时支持MPLS,可开展VPN业务。
在使用MPLSVPN时,MPLS标签在环上不改变,每个LSP将整个环作为一跳,既加快前传速度,又减少每节点的MPLSLSP表的大小。
1.6MSTP
改造后的SDH/SONET又称作多业务传送平台(MSTP)。
在这个平台上,TDM业务、ATM业务、IP业务都可以接入,并且能高效传输;更进一步,3种业务还可以进行交叉和交换。
因此多业务传送平台(MSTP)的优势是非常明显的,既能够兼容目前大量应用的TDM业务,又可以满足日益增长的数据业务(IP、ATM)的要求,同时采用了目前最为成熟的SDH组网和保护技术。
1.6.1MSTP的基础技术
MSTP最重要的特性是以太网业务的处理。
按照实现技术划分,MSTP上以太网功能可以分为透传、二层交换,环网等。
●透传:
最简单的一种,对于客户端的以太网信号不做任何二层处理,直接将数据包封装到SDH的VC容器中。
由于功能相对简单,成本也是各类实现技术中最低的。
●二层交换:
利用IEEE802.1D透明网桥的算法,根据数据包的MAC地址,实现以太网接口侧
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