城域网的发展方向

2019-11-03 19:23:56

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供稿：网友

蒋林涛

　　城域网建设的投入大、问题多、困难多是运营商最为关注和急于解决的问题。正因为运营商极为关注，制造商的商机大，因而城域网的新技术在不断推出，达到令人眼花缭乱的程度。但是，目前推出的技术虽多，却没有一种技术可以满足运营商的全部需求，因而城域网技术也是运营商最为困惑、最难确定的。

　　不同的电信运营商因其所拥有的资源不同，对城域网技术、设备有不同的要求，导致目前城域网的发展方向不能唯一确定；但是，用一个网络来承载众多业务，使运营成本最小化，则是他们的共同的要求。虽然目前还没有一种技术能满足运营商在可见的将来业务发展的需要，但市场的需求将会促进城域网技术的发展，并最终走向一致。

　　随着国内宽带接入的快速发展，城域网已成为运营商对市场快速反应和有效扩展业务的瓶颈，由此国内正在掀起建设城域网的高潮。目前，城域网技术成了电信制造业和运营业重点关注的问题。

城域网的定义

　　城域网是一种主要面向公众电信用户的、最大可覆盖城市及其郊区范围的、可提供丰富业务和支持多种通信协议的公用网，在地理位置上网络覆盖一个城市（该城市一般属于行政地级市以上的城市）市区和近郊区及其所辖的所有县市（考虑到网络扁平化结构等实际情况，也可做适当扩充，地理上覆盖若干个地级城市）。

　　一个完整的城域网在垂直方向上由城域传送网、城域承载网、城域业务/应用网及支撑网（如信令网、同步网、管理及用户支撑系统）组成。城域传送网和城域分组承载网共同构成了整个城域网的基础承载平台。城域业务/应用网是整个城域网各种业务和应用的提供平台，由具体的业务与应用系统组成，如城域会议电视网、城域ip电话网、城域远程教育网等。目前大家经常提及的城域网通常指由城域传送网和城域分组承载网共同构成的基础承载平台。

　　城域传送网、城域承载网在水平方向一般可分为核心部分（网）、汇聚部分（网）和接入部分（网）等。对于中小规模的城域网，则可以简化为两层，只有核心层、汇聚层（汇聚层与接入层综合在一起），或者是只有核心层（汇聚层）与接入层（汇聚层与核心层综合在一起）。

　　目前传送网的作用主要是向业务承载网的节点设备提供连接专线，光纤、波长可以提供高速、大带宽的点对点专线；SDH VC可以提供中、高速，大带宽的点到点专线；ATM PVC可以提供中速、高速的点到点专线；帧中继、DDN提供中、低速专线，以上的专线均可以提供长途远程专线。双绞线、同轴线等能提供用户与局端连接专线，从形式上来说长途远程专线和本地近程专线有巨大的差异，但从本质上来说，两者对业务承载网都是连接其节点设备间的连接专线，它们都不参与业务信息元的交换或路由，从这个意义上说，传送网这一层可厚、可薄，最薄的传送层只剩光纤。

　　承载网完成业务信息元的交换或路由，将业务信息元从源端送达目的端。

影响城域网走向的主要因素

1.业务的多样化和综合化趋势影响城域网发展方向

　　业务的多样化是运营商商业运作的需要，也是社会信息化带来的用户需求；业务的综合化是技术发展的必然产物，多媒体业务是下一代的主流业务已是业界的共识。业务的多样化和综合化趋势要求网络有能力承载宽带业务与窄带业务，还要有能力承载实时业务与非实时业务，理论与实践都表明能够承载上述4类业务的网目前只能是基于分组交换技术的网络。ATM做过尝试，没有成功；IP技术正在做尝试，目前看来很有可能成功，IP电话的突破，表明电话业务分组化技术可行、商业上也可行；视讯业务的全IP化已成定局；实时业务的全IP化已无障碍，商业运营已接受，非实时业务已经实现全IP化；从业务综合的角度来看IP技术已经获得成功。因而从业务发展来看，IP技术是发展的方向。

　　网络是用于承载业务的，网络与业务的适配将最大限度地发挥网络优势，业务的发展走向直接决定了网络的发展方向，因而城域网的走向将是发展IP城域网。但是，目前的IP网是完全建立在Internet设计理念的基础上，在服务质量、安全等问题上存在严重的不足，无法用于建设运营商信任的商用网，过去3～4年来没有得到具有实质意义的进展，严重影响了电信运营商使用IP网的信心，也影响确定城域网技术的走向。

2. TDM的大量存在将影响城域网技术的走向

　　下一代城域网应该能够综合宽带、窄带、实时、非实时业务，而TDM资源调度困难，很难实现对宽带和窄带业务的综合。此外，TDM对于具有突发特征的非实时业务并非最佳方案，因而TDM不是下一代城域网技术的发展方向。然而，由于基于TDM技术的传统电话是电信运营商业务收入的主体，因此TDM的大量存在将影响到城域网技术的走向。

　　对电信运营商来说，充分利用“存量资源”、有效使用“增量资本”、使新增资金效益最优化，追求网络的综合化和最简化、减少网络种类、降低运维成本是至关重要的。但是，不同电信运营商因其掌控的资源不同，对城域网的考虑也不相同，这就影响他们对城域网发展方向的判定，从而影响城域网发展方向的确定。运营商拥有的资源不对等性，过渡时期技术的多样性、不确定性以及业内技术观点的离散性，都为城域网的发展方向带来了不确定性。服务质量问题、安全问题、接入论证和信任关系、面向连接与不面向连接、业务汇集点与业务控制问题和商业模型等问题，现有的技术难以给出令各方面都满意的结果，实际上严重地影响着城域网技术走向的确定。过渡时期对新业务监管不能及时到位，并且新业务发展中存在诸多不确定因素，同样会影响城域网发展方向的确定。

城域传送网技术

　　在目前电信网中，传送网有两个用途：一是作为业务承载网的节点设备提供连接专线。从本质上讲传送网无需建全程网，为了能有效地提供长途专线（国际、国内和本地），可以构建若干个网，在管理系统的支持下，用配置的方式向业务承载层提供可靠的连接专线。二是传送网负责对汇聚的业务信息（元）群路进行交换或路由。在这种场合下，传送网是需要成网的（但仍然不需要有全程网），它可以对主干业务信息（元）群路进行交换或路由，或对本地（城域）业务信息（元）群路进行交换或路由。

　　对于城域传送网来说，它的主要作用是为承载网提供可靠的数据专线。目前城域传送网常用的技术主要有：光纤、WDM（包括CWDM，DWDM）、SDH、RPR，很显然，以上这些技术主要是用于提供粒度大小不同的数据专线，属于典型的城域传送网。

　　MSTP以及GFT则是另外两种技术。MSTP最初是传送网，它在SDH技术的基础上增加了一些技术措施，可以同时提供TDM专线和分组专线。目前MSTP在向承载网发展，将愈来愈多的承载网内容加在MSTP的节点设备中。从逻辑层面来看，SDH与GFP属于传送层，以太网交换属于业务承载层，目前MSTP将逻辑上独立的两层设备，物理上放在一个节点设备中。除此之外，业内最新提出一种通用帧传送（GFT）的技术思路。

1.基于MSTP的城域网技术

　　传统电信运营商拥有大量TDM资源，传统电话在国内大部地区还是业务收入的主要来源，基于SDH的MSTP将是今后几年城域传送网建设的重点。它对传统SDH设备进行了改进，在SDH帧格式中提供不同颗粒的多种业务、多种协议的接入、汇聚和传输能力，是目前城域传送网最主要的实现方式之一。

　　第一代MSTP技术是将以太网信号直接映射到SDH的虚容器（VC）中，进行点到点传送；提供以太网透传租线业务，业务粒度受限于VC，一般最小为2Mbit/s；不能提供不同以太网业务的QoS区分；不提供流量控制；不提供多个以太网业务流的统计复用和带宽共享；保护完全基于SDH，不提供以太网业务层的保护。

　　第二代MSTP技术是在一个或多个用户以太网接口与一个或多个独立的基于SDH虚容器的点对点链路之间，实现基于以太网链路层的数据帧交换。第二代MSTP可提供基于802.3x的流量控制、多用户隔离和VLAN划分、基于STP的以太网业务层保护、基于802.1p的优先级转发。第二代MSTP也有一些缺点：不能提供良好的QoS支持；无法很好地取代利润丰厚的租线业务；基于STP的业务层保护时间太慢；业务带宽粒度也受限于VC，一般最小为2Mbit/s；VLAN的4096地址空间使其在主干节点的扩展能力很受限制，不适合大型城域公网应用；节点处在环上不同位置时，其业务的接入是不公平的；MAC地址学习/维护以及MAC地址表影响系统性能；基于802.3x的流量控制只是针对点到点链路；多用户/业务的带宽共享是对本地接口而言，还不能对整个环业务进行共享。

　　第三代MSTP技术的主要特征是引入了中间的智能适配层（1.5层）、采用通用成帧规程（GFP）高速封装协议、支持VC虚级联和链路容量自动调整（LCAS）机制，因此可支持多点到多点的连接、具有可扩展性；支持用户隔离和带宽共享；支持QoS、SLA增强、阻塞控制以及公平接入。

　　智能适配层：以太网新业务的QoS要求推动着MSTP向第三代发展。从第一代和第二代MSTP的以太网业务支持上看，不能支持良好QoS的一个主要原因是现有以太网技术是无连接的，尚没有足够的QoS处理能力。为了能将真正的QoS引入以太网业务，需要在以太网和SDH间引入一个中间的智能适配层来处理以太网业务的QoS要求。从目前的技术发展来看，该中间层主要有两种，分别是MSTP和弹性分组环（RPR）。

　　通用成帧规程（GFP）：GFP是一种先进的数据信号适配、映射技术，可以透明地将上层的各种数据信号封装为可以在SDH/OTN传输网络中有效传输的信号；GFP有二类映射方式，即帧映射（GFP-F）和透明映射（GFP-T）。GFP吸收了ATM信元定界技术，数据承载效率不受流量模式的影响，同时具有更高的数据封装效率，它还支持灵活的头信息扩展机制来适配各种传输。

　　VC虚级联和LCAS：虚级联的主要优势是仅要求通道两端的设备支持虚级联，并且可大量节省传输带宽，因此为SDH传送网提供了一种更加灵活的通道容量组织方式，以更好地满足数据业务的传输。

　　链路容量自动调整（LCAS）机制：为了满足带宽需求，在VC虚级联的源和宿适配功能之间提供一种无损伤的增加/减少电路容量的控制机制，它也可将部分失效链路移出。因此，在LACS技术的支持下，SDH网络可根据业务流量模式对所分配的虚容器传输带宽进行动态调整而不中断业务。

　　具有二层交换的MSTP技术在城域传送网的汇聚和接入层用途较广，主要完成大量的TDM和以太网业务的收集和汇聚功能。内嵌RPR功能的MSTP技术主要应用于城域传送网的汇聚层，通过RPR来实现带宽分配和拥塞控制，该技术还为多种业务提供不同层次的环网保护能力。

　　近期，我国电信运营商的盈利业务大部分是TDM业务，因此基于SDH的MSTP设备的应用和发展潜力巨大，使用范围广泛，在未来二、三年内仍将在城域光传送的建设中占据主导地位，并且市场应用需求更多地集中在城域光传送网的汇聚层和接入层。

2. GFT技术

　　GFT技术是建立在对三种基本的数据传输技术进行深入分析的基础之上，目前最常用的三种基本的数据传输技术有以下几种。

　　①桥接（Bridging）：桥接技术由IEEE802.1工作组进行标准化。是一种即插即用技术，因此管理比较简单。该技术的不足之处是由于网络中无用链路的存在而导致效率低下，且缺乏快速保护机制。

　　②路由（Routing）技术：路由技术主要是由IETF进行标准化。该技术的特点是有效使用网络资源，且相对简单，但缺乏快速保护机制和有效、简单的QoS支持，不具备即插即用的特性。在当前的传送网中，没有采用路由技术。

　　③交换（Switching）:是以ATM技术与MPLS技术为代表的技术。其特点是可以有效使用网络资源，具备有效的QoS支持，可以实现快速保护，但是连接建立、拆除和维持通信的过程复杂，不具备即插即用特性。

　　到目前为止，上述三种基本的数据传输技术是互斥的，在一个给定的网络中只能用一种技术，业务提供者必须选择三种基本数据传输技术的一种来满足现在和将来业务的需要。这三种基本的数据传输技术要实现相互转移就意味着整个网络要进行升级。

　　通用传输帧（GFT）提供一种有效、简单的数据帧格式。该技术不仅具有即插即用能力，而且运营者或节点管理者无须执行连接的建立事宜。GFT技术采用上述三种技术的优点集合而成，因而这种方式是最为有效的，它将所有三种基本的数据传输技术统一到一个帧结构中，可以方便地交叉使用，能充分发挥三种技术的优点。业务提供者只需用一种网络，而无须在三种网络中做出选择。GFT技术是在不同环境条件下使用最为有效的数据传输机制。

　　此外，GFT用下述机制提供增强的不面向连接技术：

·运行网和用户网拓扑分离；

·对所有三种基本的数据传输技术提供保护机制；

·在数据传输中支持路由技术，同时利用桥接技术提供即插即用特性。

　　GFT是一种新的技术思路，它创新性地将三种数据技术结合在一起，取其长而避其短，是一种很有前景的技术。城域承载网技术

　　目前城域承载网主要有基于以太网的城域网技术、基于纯IP网（包括路由器和三层交换机）的城域网技术、基于ATM+IP的城域网技术和GFT技术。

1.基于以太网的城域承载网技术

　　基于以太网的城域承载网的本质就是IP over Ethernet。以太网技术发展很快，其主要进展是传输速率的提高，10Mbit/s，100Mbit/s，1000Mbit/s和10Gbit/s以太网在技术上一脉相承，有很好的继承性和兼容性，在传输速率、能力上不断进取。在技术上，生成树、快速生成树产生即插即用的工作特点；集线器、交换机、VLAN、用户接入论证、资源优先队列等技术不断发展。基于以太网的城域承载网的不足之处在于路径最优问题（生成树不是最优路径）、业务隔离和安全问题、资源控制和服务质量问题、可维护和管理问题、可靠性问题及快速保护和倒换技术。因此，虽然基于以太网的城域承载网建网成本低，但至今还没有大型城域网的案例。

2.基于纯IP网的城域承载网技术

　　从理论上讲，分组交换技术能够综合实时业务与非实时业务、宽带与窄带业务，是实现电信业务综合的最佳技术。IP技术采用不面向连接的工作方式，简化了信令，克服了节点设备复杂化的问题。随着光纤通信技术的发展，DWDM的大量商用，使得传输资源不再紧缺和昂贵，IP技术与传送网技术的发展是匹配的。因此，基于IP技术的分组数据通信技术应该是下一代电信网的核心技术。

　　近3～4年电信业务及电信网的IP化之所以没有取得预期的效果，其根本原因是电信界的专家盲从于Internet模式，将基于Internet设计理念的IP网不加改变地搬来，试图在其上加载电信业务，来实现电信网的过渡，而不考虑二者之间设计理念的巨大差异和Internet在设计上的固有缺陷。既然要将IP技术用于电信网，就不能不考虑电信网的特点、电信网的要求与其商业目的，就不能不对Internet与电信网设计理念上的差异进行深入研究，以此来改造IP网，使之成为真正能用于电信目的的IP网，这将是下一代电信网的方向，即IP电信网。

　　目前国内大量城域网采用的是基于纯IP网的城域网，这种网络由路由器和三层交换机组成。此方案的最大问题在于，基于Internet的IP网有若干关键问题没有解决，如安全问题、服务质量问题、商业模式问题等。该方案与业务（IP业务）的发展是适宜的，但技术上必须要有创新。

3.基于ATM+IP的城域承载网技术

　　由于业务的IP化趋向，ATM已不可能到达网络边缘，因此发展ATM业务已无可能。由于IP网在安全、服务质量方面存在严重缺陷，而业务的发展又对IP网的安全、服务质量提出了更高的要求。因此，IP网技术支持业务的能力和现实业务需求之间有着巨大的差距。在不能改进IP网技术的情况下，为了满足业务发展对网络的要求，设备开发商和系统集成商提出了“2层＋3层”的IP网过渡性结构体系，即用ATM的PVC组成若干个资源独立的虚拟专网（VPN）。由于ATM的VPN具有很好的资源独立性，可以确保用户所需的传输资源，同时具有很好的信息隔离性，以此来保证业务网之间的安全性，这构成了所谓的“第2层”体系；在ATM的虚拟专网（VPN）的基础上，建立物理上完全独立的路由器网，构成若干个物理上完全隔离的路由器网，这些路由器网构成“第3层”架构。当然这里的路由器，可以是物理路由器也可以是ATM边缘交换机上的虚拟路由器，它们的本质是一样的。很显然在“2层＋3层”的IP网体系结构中，ATM是一种补救措施。从技术层面来讲，这种设计是不合理的，造成功能的重复和设备上的重叠，传输和处理的开销加大。目前，国内大量城域网是采用此技术建设的。这种方案虽然可行，但问题也很多，主要是二层设备（ATM、IP）间功能重叠，建网成本高，可扩展性差。该方案只是一种过渡型方案，一旦IP网的技术问题得到解决，该方案将不会存在。

结束语

　　目前的TDM业务是过渡性业务，不是发展方向，对于传统电信运营商而言，在TDM资源占优势的地方，应采用重叠网技术；而新电信运营商不宜再用TDM技术，因而TDM不应该影响城域网未来发展的走向。

　　目前城域网技术发展很快、种类繁多，但方向并不明朗，大部分技术是过渡技术，这要引起运营商和制造商的高度重视，否则投入将得不到合理的产出。当前，业务的全IP趋向已经明朗，网络的发展方向应符合业务的发展方向，未来城域网发展的走向应该是IP城域网。在城域网范围内，城域传送网具有与城域承载网合一的趋势，虽然这方面技术尚为空白，但有很大的开拓空间。

摘自　信息网络

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