寬帶IP及相關技術

2024年3月27日發(作者：論語四則)

寬帶IP及相關技術

1.發展及概述

在20世紀90年代初,隨著網絡規模和復雜性的不斷增加，基于度量

的流量控制變得越來越復雜，以至于對網絡的一部分度量進行調整

時，判斷該調整對網絡其余部分的影響變得越來越困難，難以實現對

整個網絡帶寬的全面有效利用。

基于ATM PVC鏈路的IP網絡中，可以使用ATM的流量工程部分

地滿足業務要求。但是作為備份的PVC鏈路必須提前配置好并安裝到

ATM交換機中。由于故障節點的不確定性，很難設計出與IP內部具

有的可恢復性相似的備份PVC。

MPLS的出現為IP網絡中的流量工程問題提供了有希望的解決方

案。在寬帶IP網絡中，尤其是在全光IP網絡中，MPLS甚至是目前

解決流量工程問題的唯一有效的方案。流量工程的本質是將業務映射

到物理拓撲上去，MPLS通過在輸入點和輸出點之間建立標記交換路

徑來實現流量工程。MPLS可通過離線方式計算出全面或部分標記交

換路徑，并可采用動態協議安裝這些路徑。將來，MPLS可支持基于

約束的路由，由網絡自身參與標記交換路徑計算，減小人工參與的壓

力與不足，并通過域內路由協議（IGP）的動態路由信息，發布加快

流量工程對故障的反應和恢復速度。

新一代寬帶1P網絡要建立在現有的網絡技術基礎上，建立在當前最

先進的網絡傳輸技術基礎上。典型的相關技術有IP over ATM、 IP

crver SDH、IP over WDM等。

IP 0ver ATM，融合了IP和ATM技術特點，發揮ATM支持多業務、

提供QoS（服務質量保證）的技術優勢。IP 0ver SDH，直接在SDH

上傳送IP業務，對IP業務提供了完善支持，提高了效率。而IP over

WDM，采用高速路由交換機設備和DWDM（密集波分復用）技術，極大

地提高了網絡帶寬，對不同碼率、數據幀格式的業務提供全面支持。

2.寬帶IP支持技術

2.1 IP over AIM IP over ATM的基本原理和工作方式為：將IP數

據包在ATM層全部封裝為ATM信元，以ATM信元形式在信道中傳輸。

當網絡中的交換機接收到一個IP數據包時，它首先根據IP數據包的

IP地址通過某種機制進行路由地址處理，按路由轉發。隨后，按已

計算的路由在ATM網上建立虛電路（VC）。以后的TP數據包將在此

虛電路VC上以直通（Cut一Through）方式傳輸而下再經過路由器，

從而有效地解決了IP的路由器的瓶頸問題，并將IP包的轉發速度提

高到交換速度。

重疊模型的實現方式主要有：IETF推薦的IPOA。CIPOA， c1assic IP

Over ATM、 ATM Forum推薦的LAN仿真（LANE： LAN Emulation）

和多協議MPOA等（MPOA：Muti-Protocol over ATM）。重疊技術的

主要思想是：IP的路由功能仍由IP路由器來實現，需要地址解析協

議ARP實現MAC地址與ATM地址或IP地址與ATM地址的映射。而其

中的主機不需要傳統的路由器，任何具有MPOA功能的主機或邊緣設

備都可以和另一設備通過ATM交換直接連接，并由邊緣設備完成包的

交換即第三層交換。

信令標準完善成熟，采用ATM Forum／ITU-T的信令標準，與標準的

ATM網絡及業務兼容。但該技術對組播業務的支持僅限于邏輯子網內

部，子網間的組播需通過傳統路由器，因而對廣播和多發業務效率較

低。

——集成模型的實現技術主要有：Ipsilon公司提出IP交換（IP

Swtich技術、cisco公司提出的標記交換（Tag swtich）技術和IETF

推薦的MPLS技術。集成模型的主要思想是：將ATM層看成IP層的對

等層，將IP層的路由功能GN 層的交換功能結合起來，使IP網絡獲

得ATM的選路功能。ATM端點只需使用IP地址標識，從而不需要地

址解析協議。該技術傳輸IP數據包效率較高，且不需地址解析協議。

但目前標準還未完成，與標準的ATM技術結合不是很好。從以上分析

可以看出，IP Over ATM具有以下特點：

(1)由于ATM技術本身能提供QoS保證，因此可利用此特點提高IP

業務的服務質量。

（2）具有良好的流量控制均衡能力以及故障恢復能力，網絡可靠性

高。

（3）適應于多業務，具有良好的網絡可擴展能力。

（4）對其它幾種網絡協議如IPX等能提供支持。

2.2 IP Pover SDH

IP Over SDH以SDH網絡作為IP數據網絡的物理傳輸網絡。它使用

鏈路及PPP協議對IP數據包進行封裝，把IP分組根據RFC1662規范

簡單地插入到PPP幀中的信息段。然后再由SDH通道層的業務適配器

把封裝后的IP數據包映射到SDH的同步凈荷中，然后向下，經過SDH

傳輸層和段層，加上相應的開銷，把凈荷裝入一個SDH幀中，最后到

達光層，在光纖中傳輸。IP over SDH，也稱Pacdket over SDH（PoS）。

它保留了IP面向無連接的特征。

支持IP over SDH技術的協議、標準和草案主要有：

PPP協議

PPP協議（即IETF FRC1661：The Point-to-Point Protocol和

RFC2153：PPP vendor Extension是一個簡單的OSI第二層網絡協議。

其標頭只有兩個字節，沒有地址信息，只是按點到點順序，面向無連

接。PPP協議可將IP數據包切成PPP幀（符合RFC1662：PPP in

HDLC-Link Faming）以滿足映射到SDH／Sonet幀結構（符合RFC1619：

PP over SDH）上的要求。

簡化的數據鏈路協議（SDL）

在IP／PPP／HDLC／SDH中，使用的基于HDLC的幀定界協議存在一些

問題，主要表現在：用戶使用HDLC幀時，網管需要對每一個輸入、

輸出字節都進行監視。當用戶數據字節的編碼與標志字節相同時，網

管需要進行填充、去填充操作。為此，Lucent提出了簡化數據鏈路

協議SDL。SDL用戶對同步或異步傳送的可變長的IP數據包進行高速

定界，可適用于OC-48／STM-16以上速率的IP over SDH。

——SDL協議主要應用于點到點的IP傳送，可以用于任何類型的數

據包（如IPv4、IPv6等）。與HDLC相比，SDL更容易應用于高速鏈

路，并且可能提供鏈路層的QoS。

從以上分析可以看出，IP over SDH具有以下特點：

優點：

（1）對IP路由的支持能力強，具有很高的IP傳輸效率。

（2）符合Internet業務的特點，如有利于實施多路廣播方式。

（3）能利用SDH技術本身的環路，故可利用自愈合（Self-healing

Ring）能力達到鏈路糾錯；同時又利用OSPF協議防止備和鏈路故障

造成的網絡停頓，提高網絡的穩定性。

(4）省略了不必要的ATM層，簡化了網絡結構，降低了運行費用。

缺點：

（1）僅對IP業務提供好的支持，不適于多業務平臺。

（2）不能像IP crver ATM技術那樣提供較好的服務質量保障（QoS）。

（3）對IPX等其它主要網絡技術支持有限。

2.3 IP over WDM

IP over WDM，也稱光因特網。其基本原理和工作方式是：在發送端，

將不同波長的光信號組合（復用）送入一根光纖中傳輸，在接收端，

又將組合光信號分開（解復用）并送入不同終端。IP over WDM是一

個真正的鏈路層數據網。在其中，高性能路由器通過光ADM或WDM耦

合器直接連至WDM光纖，由它控制波長接入、交換、選路和保護。IP

over WDM的幀結構有兩種形式：SDH幀格式和千兆以太網幀格式。

支持IP over WDM技術的協議、標準、技術和草案主要有：

DWDM（密集波分復用）一般峰值波長在1～10nm量級的WDM系統稱為

DWDM。在此系統中，每一種波長的光信號稱為一個傳輸通道

（channel）。每個通道都可以是一路155Mb/s、622Mb/s、2．5G/b

甚至10Gb／s的ATM或SDH或是千兆以太網信號等。

DWDM提供了接口的協議和速率的無關性，在一條光纖上，可以同時

支持ATM、SDH和千兆以太網，保護了已有投資，并提供了極大靈活

性。

SDH與千兆以太同幀格式比較

目前，主要網絡再生設備大多采用SDH幀格式，此種格式下報頭載有

信令和足夠的網絡管理信息，便于網絡管理。但相較而言，在路由器

接口上針對SDH幀的拆裝分割（SAR）處理耗時，影響網絡吞吐量和

性能，巨采用SDH幀格式的轉發器和再生器造價昂貴。

目前，在局域網中主要采用千兆以太網幀結構，此種格式下報頭包含

的網絡狀態信息不多，但由于沒有使用一些造價昂貴的再生設備，因

而成本相對較低。由于使用的是“異步”協議，對抖動和時延不那么

敏感。同時由于與主機的幀結構相同，因而在路由器接口上下需對幀

進行拆裝分割（SAR）操作和為了使數據幀和傳輸幀同步的比特塞入

操作。

從以上分析可以看出，IP over WDM具有以下特點：

優點：

(1）充分利用光纖的帶寬資源，極大地提高了帶寬和相對的傳輸速率。

（2）對傳輸碼率、數據格式及調制方式透明?？梢詡魉筒煌a率的

ATM、SDH／Sonet和千兆以太網格式的業務。

（3）不僅可以與現有通信網絡兼容，還可以支持未來的寬帶業務網

及網絡升級，并具有可推廣性、高度生存性等特點。

缺點：

（1）目前，對于波長標準化還沒有實現。一般取193．1THz為參考

頻率，間隔取1OOGHz。

（2） WDM系統的網絡管理應與其傳輸的信號的網管分離。但在光域

上加上開銷和光信號的處理技術還不完善，從而導致WDM系統的網絡

管理還不成熟。

（3）目前，WDM系統的網絡拓撲結構只是基于點對點的方式，還沒

有形成“光網”。

3.總結

通過以上的分析比較，我們可以發現，在高性能、寬帶的IP業

務方面，IP over SDH技術由于去掉了ATM設備，投資少、見效快而

且線路利用率高。因而就目前而言，發展高性能IP業務，IP over SDH

是較好選擇。而IP over ATM技術則充分利用已經存在的ATM網絡和

技術，發揮ATM網絡的技術優勢，適合于提供高性能的綜合通信服務，

因為它能夠避免不必要的重復投資，提供Vcrice、Video、Data多項

業務，是傳統電信服務商的較好選擇。對于IP over WDM技術，它能

夠極大地拓展現有的網絡帶寬，最大限度地提高線路利用率，并且在

外圍網絡以千兆以太網成為主流的情況下，這種技術能真正地實現無

縫接入。應該說，IP over WDM將代表著寬帶IP主干網的明天。