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发信人: freshwind (浮云流水|生命何物), 信区: Communication
标  题: 如何构建高速ＩＰ核心网络
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年06月24日22:01:01 星期天), 站内信件

湖北省多媒体通信局韦勇

ＳＤＨ和ＡＴＭ作为电信网的基础设施平台在数据通信领域承担了重要的角色，混
合ＡＴＭ／ＳＤＨ的叠加网络结构一直被传统运营商所沿用。然而，随着ＩＰ业
务的蓬勃发展，这种结构在核心网络中已不再适用。如何构建ＩＰ核心网络，使之
既能兼顾成本效益因素又能快速提供服务和保护已有投资，已成为运营商必须认真
考虑的问题。随着业务的扩展，传输带宽将成为限制网络发展的瓶颈，最终，传输
系统的演进将奠定未来光互联网的基础。

１ＳＤＨ传送网

过去的１０年中，同步光网络／同步数字系列（ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ）技术已
发展得十分完备，由分插复用设备（ＡＤＭ）、数字交叉设备（ＤＸＣ）和光纤线
路组成的ＳＤＨ传送网在运营商骨干基础网络中已完全取代了原有的ＰＤＨ设施而
成为首选的传送平台。ＳＤＨ继承了传统的８ｋＨｚ采样的时分复用技术，采用直
接字节间插进行同步复用，可方便地对支路信号进行同步复用／解复用和交叉连
接。同时，ＳＤＨ可部署在多种拓扑结构的传送网中，如点到点系统、环网、网状
网等，对于每种结构，传输系统都有相应的快速故障处理手段，如复用段保护（Ｍ
ＳＰ）、复用段共享保护环（ＭＳＳＰｒｉｎｇ）等；在其基本传输单元ＳＴＭ
（ＳＯＮＥＴ）帧中还包含了丰富的开销（Ｏｖｅｒｈｅａｄ）字节用于网络的运
行维护与管理。

近年来，随着突发性数据业务，特别是ＩＰ业务的飞速发展，人们开始考虑如何高
效地利用已建成的光纤网络来传送这些由不同技术手段实现的业务。然而，ＳＤＨ
最初是为语音业务优化而设计的，它采用时分复用和电路交换方式承载数据业务时
，通常需要在业务节点间建立起固定带宽的连接。考虑到目前ＳＤＨ传送网有限的
带宽容量，这种带宽分配方案将限制网络所能支持的用户数量，因此，对运营商和
用户而言，它显得过于昂贵和效率低下。

另一方面，ＴＤＭ技术决定了ＳＤＨ不能在同一带宽上承载多种业务，但是为了满
足不断膨胀的新兴数据业务的需求，运营商不得不新建多个用不同技术实现、同时
又彼此独立的业务网络，如帧中继、ＡＴＭ等。由于技术开发的因素以及考虑到在
现有ＳＤＨ上所投入的大笔资金，那些采用分组交换和异步传送方式的业务网络最
终仍需选择ＳＤＨ作为它们的传送平台。其结果是增加了整个运营网络的层次及设
备上的投资和运行成本。可是，除非找到更好的替代方案，否则，这种方式还将继
续延续下去。

2 ＡＴＭ／ＳＤＨ混合结构

ＡＴＭ似乎是一个能够解决带宽利用问题的良好方案，至少在ＩＰ业务爆炸性增长
之前情况大体如此。ＡＴＭ采用综合电路交换和分组交换的组网技术，它取消了Ｔ
ＤＭ的固定带宽分配原则，在网络中引入了统计复用功能，从而可根据具体的业务
需求来配置带宽，并以此来提高带宽的利用效率。

但是直到现在，我们仍未看到基于裸信元传输的纯ＡＴＭ传送网络。从技术角度来
看，ＳＤＨ是综合了传输、复用和交叉连接的数字传输技术，它作为电信网的基础
传输平台已运行了多年，并已演变成一种成熟可靠的技术手段。它所采用的定长（
１２５μｓ）帧格式中包含了丰富的用于网络运行、管理、维护和保护的开销字节
，极大地增强了网络的健壮性和可扩展性。并且，ＳＤＨ的ＳＴＭ（ＳＯＮＥＴ）
帧已成为一个业界认可的标准协议，这解决了不同厂家间传输设备的互连互通问题
。

反过来看，尽管ＡＴＭ是一种基于高效复用、传输和交换的技术，但在长距离传输
方面却不具备与ＳＤＨ抗争的能力。同时，即使理论上可实现光纤上的裸信元传输
，但在长途网络中大多数设备厂家并不直接支持这种方式。另一方面，利用ＳＤＨ
作为传输网络可以极大地减轻ＡＴＭＶＰ层的功能，从而将ＡＴＭ的统计复用和
ＱｏＳ优势充分用于与业务提供相关的ＶＣ连接上以提高效率。因此，对ＡＴＭ而
言，最经济的解决办法就是将其建立在ＳＤＨ之上。

这种将ＡＴＭ叠加在ＳＤＨ之上的混合结构结合了ＡＴＭ的高效交换、统计复用和
ＳＤＨ的高效传输功能，它使网络能够同时传送ＡＴＭ和ＳＴＭ业务。在这种情形
下，所有的业务流量都被封装到统一的ＳＤＨ帧中，而在骨干网的大颗粒ＳＤＨ管
道中，由不同虚拟支路（ＶＴ）来封装不同类型的业务，ＡＴＭ业务以信元方式承
载，而ＳＴＭ业务仍以帧方式承载。混合ＡＴＭ和ＳＤＨ的网络结构在传送异步流
量时体现了ＡＴＭ的统计复用优势，并且ＡＴＭ具有灵活配置网络带宽和可承载多
种业务的能力，因此早在２０世纪９０年代初期业界就已选定它作为未来宽带数据
通信网络的核心技术。目前，业已建成的ＡＴＭ综合多业务网络基本上都是基于混
合结构的。

3 网络核心：ＩＰｏｖｅｒＷｈａｔ

然而，互联网的出现迫使人们重新评估这种堆叠的组网方式。这是因为，如果继续
沿用混合ＡＴＭ和ＳＤＨ的叠加方式，ＩＰ将放置在ＡＴＭ之上。毫无疑问，这将
继续增加网络的层次，同时也将使网络的业务预测、带宽配置及运行管理变得更为
复杂。当核心网络中承担的主要业务流量急剧地向ＩＰ收敛时，这种复杂程度将变
得尤为突出。需要认真考虑的问题是，为此所付出的代价果真能提高业务效率吗？

大多数老牌运营商已接受ＡＴＭ作为其多种业务的承载平台。ＡＴＭ的虚电路有能
力传送多种业务流量，如ＤＤＮ、帧中继等。同样，在ＩＰ路由器之间也可以建立
类似的连接，并可有效地传递互联网业务，同时，这些连接的特性也可由ＡＴＭ的
ＱｏＳ保证机制进行控制，并以此来优化共享的ＳＤＨ带宽资源。但是，随着ＩＰ
业务在核心网络中所占比重的不断增加，情况就有所不同了。

ＡＴＭ的优势很大程度体现在它的跨越多个交换机的虚电路和良好的统计复用功能
以及对业务流的ＱｏＳ管理机制上。但是将ＩＰ包通过ＡＴＭ信元封装后映射到Ｓ
ＤＨ管道的做法将导致大约１０％～５０％的额外开销。当核心路由器间的业务流
量不大时（如ＳＴＭ－４以下），这种所谓的信元税开销尚可容忍，如果干线流量
达到ＳＴＭ－１６ｃ或更高时，ＩＰ／ＡＴＭ／ＳＤＨ混合结构将产生以下问
题：（１）ＡＴＭ的优势在大颗粒ＳＤＨ管道中已变得毫无意义，因为此时单个虚
电路上的流量已相当于一个波长通道的容量；（２）由于增加中间的ＡＴＭ层而导
致的带宽利用效率下降的问题已不容忽视；（３）ＡＴＭ交换机似乎已不能跟上路
由器链路带宽的快速增长步伐。

上述问题的存在要求运营商必须重新考虑其核心ＩＰ网络的组网方案。我们看到，
当核心网络中的干线流量超过ＳＴＭ－１６ｃ时，ＡＴＭ虚电路已不再适应业务的
需求。因而，合理的方案是设法移去混合结构中的ＡＴＭ层。最简单的办法是将网
络边缘已适配的ＩＰ业务流量通过ＨＤＬＣ链路层协议以ＰＰＰ方式映射到ＳＤＨ
帧中，在核心路由器间按相应的线速传送业务。这种将ＩＰ直接放置在ＳＤＨ上的
方式可望将网络层次间因为协议封装所造成的额外开销降至５％左右。在网络边缘
，ＡＴＭ的高效交换优势依然存在，这是因为对于低速分组业务的适配，ＡＴＭ固
有的灵活性可满足各类用户的需求。

结合当前的实际情况，一种可能的方案是，将ＡＴＭ从ＩＰ核心网络中移到网络边
缘，利用其高效交换功能作为能适应多种接入手段的业务汇聚层设施；在网络中心
，采用高端线速路由器构建高容量的ＩＰｏｖｅｒＳＤＨ核心网络。如图１所示
，位于业务网络边缘的ＡＴＭ交换机将只作为ＰＯＰ点的业务汇聚点，并且，这种
结构也不意味着ＡＴＭ将ｏｖｅｒ在ＩＰ之上。

在上述方案中，原先部署在核心网络中的ＡＴＭ交换机已转移到网络边缘，在那里
，它将来自不同用户的低速业务流汇聚到一个与核�
未来：光传输系统的演进是构建核心网络的关键

我们目前的策略是在ＳＤＨ上直接构建ＳＴＭ－１６ｃＰｏＳ核心网络，但随着
业务的持续增长，核心网络中的带宽可能很快就会耗尽。另一方面，在现有ＳＤＨ
设施上实现ＳＴＭ－６４ｃ的骨干传输速率可能会变得非常困难，因为这几乎已达
到当前电子器件的处理极限。总体情况表明，传输系统的容量将成为限制高速ＩＰ
网络发展的瓶颈。因此，传输系统的演进将是构建未来核心网络的关键。

当前，密集波分复用（ＤＷＤＭ）技术正趋于成熟，新一代Ｇ．６５５光纤也逐渐
被广泛采用。世界各国主要的运营商已开始改造他们的传送网，通过敷设新的光纤
线路和部署ＤＷＤＭ基础设施使之具备更高的容量来适应未来融合业务的需求。与
此同时，新兴运营商则倾向于直接采用最新的技术来构建传送网，以使自己处于有
利的竞争地位。总的发展趋势表明，运营商骨干基础网络正在经历一场革命。最终
，网络的传输能力将远远超过现有的水平。

然而，短时期内带宽的价格并不会因为新技术的应用而大幅下降。之所以如此有以
下诸多因素的制约。其一，许多已投入运营的长途光缆因为光纤性能参数和纤芯数
量的限制而不能部署ＤＷＤＭ设施，重新敷设光缆将是一个耗时和昂贵的过程；其
二，目前已商用的ＤＷＤＭ基础设施在点到点传输系统中应用得非常好，但是设计
一个具有波长透明转换和传输功能的ＤＷＤＭ自愈环网却存在技术上和光学器件上
（如ＯＸＣ、ＯＡＤＭ等）的困难，这将使得传送网的运行管理、监测及自愈保护
必须依赖于放置在ＤＷＤＭ之上的ＳＤＨ设施；其三，大多数ＷＤＭ设备厂家只能
提供ＳＴＭ－１６速率的３Ｒ（Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ、Ｒｅｓｈａｐｉｎｇ
、Ｒｅｔｉｍｉｎｇ）光转换单元（ＯＴＵ），对于更高速率的接口器件则无能为
力；最后，即使所有问题都得到解决，现有的ＳＤＨ网络也不可能立刻就被替换，
网络的演进是一个渐进的过程。

与传送网的演进过程相应，设备制造厂家开始竞相推出能适应多种传输平台的ＩＰ
核心网络设施，并且，更新设备的研发工作还在进行中。在这些高度集成的设施中
包含了能够直接处理ＡＴＭ信元、ＳＴＭ帧的模块单元，这将使得网络的业务接口
看上去像是直接建立在传输光纤之上。因此，从某种意义上可以认为，光传送技术
的演进将促进各种技术从孤立走向融合。随着光传输技术的进一步完善，曾经表征
网络智能的ＡＴＭ、ＳＤＨ将逐步融入到传输平台的光信号处理层面上，由此产生
的智能全光交换系统将奠定未来光互联网的基础。

2001年05月23日

路由器相连的高速率ＰｏＳ管
道中传送到骨干网络。同时，原先用于交换机之间互连的虚电路也将拆除，因为Ａ
ＴＭ不再作为一个多业务承载平台。相反，它已退化为单一的ＩＰ业务网络的汇接
手段。

这种ＩＰｏＡ＋ＰｏＳ的组网方案看上去有些另类。一方面它违背了将ＡＴＭ作为
综合多业务平台的构想；另一方面，它也不符合纯ＩＰ网络的组网原则。但是对于
已在ＡＴＭ和ＳＤＨ上投入了大量资金的运营商而言，这种方案有利于快速提供业
务。从另一个角度看，业务的迅速膨胀导致网络折旧周期迅速缩短，因而，上述方
案在缩短建设周期、减少建设成本上极具竞争力。

业界在ＩＰｏｖｅｒＷｈａｔ的问题上已困扰了很久。运营商们纷纷采用不同的
网络结构来组建他们的ＩＰ业务网络。这种现象表明，不同的场合应有不同的组网
方案，这需要综合考虑相应的网络环境。ＡＴＭ曾经被认为是未来融合话音和数据
的宽带通信技术，但随着互联网应用的飞速发展，人们又把希望寄托在ＩＰ之上。
长久以来，研究者们一直在争论这个问题：ＩＰ和ＡＴＭ，谁是未来的主流技术？
但是对运营商而言，他们的目的很明确，那就是快速提供服务、赚更多的钱。从这
个角度看，技术的抉择很大程度上取决于运营商的业务观念。用户的需要是第一位
的，因为他们不会关心运营商用什么样的技术来构建网络。网络建设的原则要兼顾
总体成本效益，既要保护现有投资，又要能快速收回成本。至于用什么技术（如Ｉ
Ｐ、ＡＴＭ等）来承载单一的业务并不重要。因此，无论选用哪种技术，已建成的
ＳＤＨ传送网都将作为底层的基础传输平台在运营商的各种业务网络中承担起主要
的角色，直到它完全被另一种更好的技术所取代。$
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  十年磨一剑
  努力为报国

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