（通信与信息系统专业论文）ip网与sdh网融合技术方案的研究与实现.pdf

摘要 现在，应用i p 技术的数据网络在日常生活和商业运作中变得越来越 普遍，而传统的s d h 设备不能提供高速率、低成本的数据业务；同时要 对新设备进行可观的投资和撤出对现有s d h 设备的投资，把s i ) h 网络重 组成一个纯数据网络也不经济；而且纯数据网络不能经济地实现现有的 传统业务，如固定带宽的租用线业务和话音业务。如何把i p 数据网与 s d h 网络很好的融合起来成为了一项很关键和实用的技术。 本文阐述了i p 网络与s d h 网络融合的趋势和目前相关的技术，并对 这些技术进行了详细的分析与比较。然后本文对其中两项数据链路层技 术，即i po v e rs d hu s i n gl a p s 和e t h e r n e to v e rs d h 技术做了详细的 阐述，分析说明了这两项技术的优势与不足。 本文紧接着提出了基于这两种技术的i s l 系统的设计方案，并详细 说明了i s l 系统的软件硬件的具体实现方案。 然后，作者对其在i s l 系统项目中的具体工作做了详细的介绍。这 部分介绍主要包括两部分内容，一部分是i s l 系统的硬件平台的设计与 调试的介绍，另一部分是关于i s l 系统的软件平台的设计与调试的介绍。 其中，软件设计部分，作者着重介绍了其具体负责的以太网通信模块程 序设计的相关问题。 最后，作者对整个项目做了一个整体的回顾，阐述了i s l 系统项目 研发过程中的一些经验与不足，并对i s l 系统的进一步开发作出了技术 上的分析与展望。 关键词：i p ，s d h ，s o n e t ，e t h e r n e t ，l a p s a b s t r a c t a t p r e s e n t ，i pb a s e dn e t w o r ki sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ep o p u l a r i nd a i l yl i f ea n d c o m m e r c i a lo p e r a t i o nh o w e v e r , t h et r a d i t i o n a ls d h e q u i p m e n tc o u l dn o tp r o v i d eh i g h s p e e da n dl o w c o s td a t as e r v i c e a n di f sn o te c o n o m i c a lo fi n v e s t i n gt o om u c ho nn e w e q u i p m e n ta n dw i t h d r a w i n gt h ep r i m a r yi n v e s t m e n t f u r t h e r m o r e ，t h ee n t i r ed i g i t a l n e t w o r kc a n n o tf u l f i lt h ee x i s t i n gt r a d i t i o n a l o p e r a t i o n s oh o wt oi n o s c u l a t ei pb a s e d d a t an e t w o r ka n ds d hn e t w o r kb e c o m e sav e r yi n p o r t a n ta n d p r a t i c a lt e c h n o l o g y f i r s t l y ，t h i s a r t i c l ed e s c r i b e dt h i s i n o s c u l a t i n g t r e n da n dc o r r e l a t i v e t e c h n o l o g y a i d e rt h ea u t h o ra n a l y e dt h e s et e c h n o l o g y , h er e e o m m a n d e dt w od a t al i n k l a y e rt e c h n o l o g y i n d e t a i l ，i e i p o v e rs d hu s i n gl a p sa n de t h e r n e to v e rs d h t e c h n o l o g yi nd e t a i l a n dt h e nt h ea u t h o rb r o u g h tf o r w a r dai s ls y s t e mp l a nb a s e do nt h e s et w o t e c h n o l o g y a n dd e s c r i b e dt h e r e a l i z i n gp l a no fi s ls y s t e mi c l u d i n gs o f t w a r ea n d h a r d w a r ea r c h i t e c t u r e a f t e rt h a t ，t h ea u t h o ri n t r o d u c e dh i sd e v e l o p m e n tw o r ka tl e n g t h ，w h i c hi n v o l v e d d e s i g na n dd e b u go f s y s t e mh a r d w a r ea n ds o f t w a r e f i n a l 5t h ea u t h o rr e v i e w e dt h ew h o l ep r o j e c ta n dd e s c r i b e dt h ee x p e r i e n c e sa n d d e f e c t sd u r i n g p r o j e c td e v e l o p m e n t k e y w o r d s ：i p ，s d h ，s o n e t ，e t h e r n e t ，l a p s 第一章i p 网结与s d h 网络技术概述 i n t e m e t 正在成为人们生活中越来越重要的组成部分，它已经从学 术交流工具演变为商业工具，并且随着电子商务的迅速发展而发展。 i n t e m e t 可能成为世界上最大的、效率最高的和最安全的市场，也就是 说，它将从目前的通信手段进一步演变成为一个数字化的虚拟的商务平 台。中国作为加入i n t e r n e t 的第7 1 个国家，在i n t e m e t 进入中国短短的 1 5 年里，已经具有了相当的网络规模和用户数量。中国互联网络信息 中q 2 ( c n n i c ) 第1 1 次中国互联网络发展状况统计报告公布的最 新的统计报告数据显示，截至2 0 0 2 年1 2 月3 1 日，我国网民数量已经 达到5 9 1 0 万，较之半年前增长了1 3 3 0 万，我国上网计算机数、域名数、 网站数等参数都有了较大的增长。 中国互联网络发展状况统计报告中另外值得注意的是我国专线 上网计算机数达到4 0 3 万，占全部上网计算机数量的1 9 - 3 ，比半年前 的1 9 略有增长；宽带上网用户数达到6 6 0 万，占中国全部网民的1 1 2 ，宽带上网用户人数半年增加了4 6 0 万人，增长率为2 3 0 o 。这里 所说的专线上网用户指通过以太网方式接入局域网，然后再通过专线的 方式接入互联网的用户；宽带上网用户指使用a d s l 、c a b l e m o d e m 等方式上网的用户。由此可以看出，宽带接入方式越来越成为一种普遍 的i n t e r n e t 接八方式，专线的使用比例也随着i n t e r n e t 的普及而稳步增 长。 1 1ip 网络技术概述 i p 是英文i n t e m e t p r o t o c o l 的缩写，意思是“网间互连协议”，是专 门为计算机网络相互连接、进行通信而设计的协议。目前人们广泛使用 的i n t e m e t 就是基于d 协议构建的。口协议确定了计算机在网络上进行 通信时应当遵守的规则，从而实现相互间的通信。任何厂家生产的计算 机系统，只要遵守口协议就可以与i n t e m e t 互连互通。也正是因为有了 i p 协议，i n t e m e t 才能得以迅速发展成为世界上最大的、开放的计算机 通信网络。 1 1 1 t c p i p 参考模型 t c p i p 这个术语并不仅仅指网际协议( 口) 和传输控制协议( t c p ) ， 它包括许多与之相关的协议和应用程序，是一个协议簇。t c p 口协议 遵从一个五层参考模型：应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理 层。上层协议层需要低层的协议层提供服务，这样，当任何一个计算机 应用模块有网络通信的需求时，只要按照标准的接口使用低层协议模块 提供的网络服务即可。表1 1 1 1 给出了t c p 1 2 参考模型的体系结构及 各协议所处的位置。 第五层 应用, 层r ( a p p l i c a t i o nl a y e o h t t p 、f t p 、t e l n e t 第四层 传输层r ( t r a n s p o r tl a y e r ) t c p 八j d p 第三层 网- 络- , g ：( n e t w o r kl a y e r l 1 2 第二层 数据链路g ：( d a t al i n kl a y e o e t h e r n e t 第一层 物理层( p 蛳i c a ll a y e r ) 光纤、同轴等 表1 1 1 1t c p i p 参考模型 网络层是整个体系结构的关键部分，使主机可以把分组发往任何网 络并使分组独立地向目标发送( 可能经过不同地路由) 。这些分组到达 的顺序和发送的顺序可能不同，因此如果需要按顺序发送和接收时，上 层必须对分组进行排序。 网络层定义了正式的分组格式和协议，即p 协议。网络层的功能 就是把印分组发送到应该去的地方。分组路由并口避免阻塞时这里主要 的设计问题。 传输层的功能是使源端和目标主机的对等实体可以进行会话。在这 一层定义了两个端到端的协议。一个是传输控制协议t c p ，它是一个面 向连接的协议，允许从一台机器发出的字节流无差错地发往另一台机 2 器。它将输入的字节流分成报文段并传给网络层。t c p 还要处理流量控 制，以避免快速发向低速接收方送方过多的报文而使接收方无法处理。 该层的另一个协议是用户数据报协议u d p ，它是一个不可靠的、无连 接的协议，用于不需要t c p 排序和流量控制能力而是本身具备这些功 能的应用。 应用层包含所有的高层协议。主要有：t e l n e t 、f t p 、s m t p 、d n s 、 h t t p 协议等。 在基于p 协议的网络中，位于口上层的应用将数据交给p 层，由 i p 层对数据进行封装并交由下层传输，从网络层的角度看，网络上统一 以口数据包的形式封装用户数据，从而使i p 网络成为一个具有普遍适 用性的平台，各种计算机或者其他具有d 能力的设备都能在网络上实 现互通，具有“开放性”的特点。 i p 网络节点之间的数据通信通过数据包( 数据包或分组) 的形式实 现，每个数据包都由头部和有效净荷这两部分组成，数据包头部中有目 的地址等必要内容，需要传送的数据则被分割并封装到数据包的有效负 荷中。网络节点检查数据包头部信息，根据目的地址等决定这个数据应 该被发给哪一个下游节点。封装在数据包有效净荷中的数据在最终的目 的节点被取出并重新组合，恢复成发送前的形式。即便是拥有同一个目 的地址的数据包也可能通过不同的网络路径达到同一个目的节点。在实 际传送过程中，数据包还要能根据所经过网络规定的分组大小来改变数 据包的长度，p 数据包的最大长度可达6 5 5 3 5 个字节。 1 1 2 以太网技术 口协议成为网络层的主导通信协议与它在以太网中的成功运行分 不开的。以太网协议已经成为目前局域网内使用范围最广的一种局域网 通信协议，由于后面阐述的需要，我们这里对以太网相关技术做一下简 要介绍。 以太网是e t h e m e t 的中译名，它是一种基于i e e e 的8 0 2 3 标准的 局域网通信协议。8 0 2 3 协议使用一种c s m a c d 协议，即载波监听多 点接入，冲突检测协议，这种协议的主要内容是每个站都能在发送数据 前提前监听信道上其他站是否在发送数据，如在发送则此站暂不发送数 据，如发现信道空闲则把准备好的数据帧发出去。这里让我们介绍一下 8 0 2 3 协议中m a c 子层的协议映射模型。 图1 1 2 1 所示为以太网内数据帧的映射过程。网络层数据，即口 数据包，经逻辑链路控制协议封装戍l l c 帧。l l c 帧至m a c 帧的映 射过程由8 0 2 3 标准规定，其主要内容是：m a c 帧由五个字段组成； 前两个字段分别为目的地址字段和源地址字段，其长度是2 或6 个字节， 8 0 2 3 标准规定对于1 0 m b s 的基带以太网只使用6 字节的地址字段；第 三个字段指出后面数据字段的字节长度；数据字段就是l l c 子层交下 来的l l c 帧；最后一个4 字节字段是帧校验序列f c s 。从图1 1 2 - 1 中 我们也可以看出，总线上实际传送的帧还不是m a c 帧，这是因为从 m a c 子层向下传到物理层时还要加一个8 字节的前同步码字段，这个 字段是1 0 1 0 交替码，但到最后一位时将0 变1 。前同步码的作用是 使接收端在接收m a c 帧时能够迅速实现比特同步。在图1 1 2 1 中m a c 帧的数据字段长度的最小值时4 6 字节。当l l c 帧的长度小于此值时， 则应加以填充。这样，m a c 帧的最小长度时6 4 字节。 高层协议高屡悱议 髑络屉网络层 逻辑链蹄控制l l c 数据链路层 蝶体接入控制砒c 物理层物理层 0 s i 七层 协议模型 圃 。8 0 2 。帧3 匝耍工巫习匿巫工 亘盈 协& 焘! 构 以太嘲内的帧映射过程 图1 i 2 1 以太网内数据包映射过 4 1 2 s d h 网络技术概述 1 2 1 $ d 8 网络综述 光纤通信在电信网络中有着大规模的应用范围，它的应用场合已经 从长途通信、市话局间中继通信转向了用户接入网。光纤通信所采用的 廉价设备和其优良的宽带特性使之成为了电信网络中的主要传输手段。 早期电信网络中的光纤通信主要使用的是p d h 准同步数字体系结构， 然而随着电信网的发展和用户要求的提高，p d h 暴露出一些固有的弱 点：没有世界性的标准的数字信号速率币口帧结构标准，没有世界性的标 准光接口规范，网络运行、管理和维护复杂，复用结构缺乏灵活性等等。 要想完满的在原有的技术体制和技术框架内解决这些问题，唯一的 出路就是从技术体制上进行根本的改革。以微处理器支持的智能网元的 出现有力地支持了这种网络技术体制上的重大改革，光同步传输网络 ( s o n e t ) 也就应运而生。制定s o n e t 标准的最初目的是为了阻止互 不兼容的光接口的大量滋生，以实现标准光接口，便于各厂家的设备在 光路上互通。然后以后的发展已经大大超过了这一最初的目标，s o n e t 已扩展成为一个全新的传榆网技术体制。国际电信联盟标准部将 s o n e t 重新命名为同步数字体系( s d h ) ，使之成为不仅适于光纤也适 用于微波和卫星传输的通用技术体制。当然就体制而言，随着实际应用 经验的积累还会不断进行修改，并且随着实际应用的需要还会有新的标 准出现，但基本的框架和主要问题已经得到了解决，s d h 将在世界范 围内进入大发展时期。 1 2 2 s d h 网络的基本概念 s d h 网是有一些s d h 网元组成的，在光纤上进行同步的信息传输、 复用、分插和交叉连接的网络。它有全世界统一的网络节点，从而简化 了信号的互通以及信号的传输、复用、分插和交叉连接过程；它有一套 标准化的信息结构等级，并具有一种块状帧结构，允许安排丰富的开销 比特用于网络的o a m ；它的基本网元有终端复用器、再生中继器、分 插复用器和同步数字交叉连接设备等等。虽然功能各异，但是都拥有统 一的标准光接口，能够在基本光缆中实现横向兼容性，即允许不同厂家 设备在光路上互通；它有一套特殊的复用结构，允许现存准同步数字体 系、同步数字体系和b i s d n 信号都可以进入其帧结构，因而具有广 泛的适应性；它采用软件进行网络配置和控制，使得新功能和新特性的 增加非常方便，适用于将来的不断发展。 1 2 3s d h 网络的特点 s d h 光同步传输网较之传统的准同步传输网有着明显的优越性， 传输网的发展方向应该是这种高度灵活和规范化的s d h 网，它必将最 终取代p d h 传输体制。它具有如下特点： 1 使1 ，5 m b i t s 和2 m b i f f s 两大数字体系在s t m 一1 等级上获得统 一。数字信号在跨越国界通信时，不再需要转换成为另一种标准，第一 次真正实现了数字传输体制上的世界性标准。 2 采用了同步复用方式和灵活的复用映射结构。各种不同等级的 码流在帧结构净负荷内的排列是有规律的，而净负荷与网络是同步的， 因而只需要利用软件即可使高速信号一次直接分插出低速支路信号即 所谓的一步复用特征。这样既不影响别的支路信号，又避免了需要对全 部高速复用信号进行分用的做法，省去了全套背靠背复用设备，使网络 结构得以简化，上下业务十分容易，也使d x c 的实现大大简化。利用 同步分插能力还可以实现自愈环形网，改进网络的可靠性和安全性。此 外，背靠背接口的减少还可以改善网络的业务透明性，便于端到端的业 务管理，使网络易于容纳和加速各种新的带宽业务的引入。 3 s d h 帧结构中安排了丰富的开销比特，因而使得网络的o a m 能力大大加强。此外，由于s d h 中的d x c 和a d m 等一类网元是智能 化的，通过嵌入的控制通路可以使部分网络管理能力分配到网元，实现 分布式管理，使新特性和新功能的开发变得比较容易。 6 4 由于将标准光接口综合进各种不同的网元，减少了将传输和复 用分开的需要，从而简化了硬件，缓解了布线拥挤。此外，有了标准光 接口和通信协议后，使光接口成为开放型接口，还可以在基本光缆段上 实现横向兼容，满足多厂家环境要求，降低了联网成本。 5 由于用一个光接口代替了大量电接口，因而s d h 网所传输的业 务信息可以不必经由常规同步系统所具有的一些中间背靠背电接口而 直接经光接1 ：2 通过中间节点，省去了大量的相关电路单元和跳线光缆， 使网络的可用性和误码性能都获得改善。而且，由于电接口数量锐减导 致运行操作任务的简化以及设备种类和数量的减少，使运营成本减少 2 0 一3 0 。 6 s d h 网与现有网络能完全兼容，即可以兼容现有准同步数字体 系的各种速率。同时，s d h 网还能容纳各种新的业务信号，使之具有 完全的向后兼容性和向前兼容性。 1 3 i p 网络与电信网络的融合趋势 口网络技术在经历了快速发展之后，已逐渐成熟，其发展的趋势必 然是融合传统的电信网络和业务，并最终取代之。这种必然性的趋势是 由p 网络的发展现状和其发展的趋势所决定的。 1 3 1 1 p 网络发展现状 ( 一) 承载网的现状 i p 网络的早期发展依托于公用通信网和专线网( s t m 体制) 来建 立骨干网，其数据速率为5 6 k b p s 5 0 m b p s 。随着数据业务量的增加，9 0 年代起又依托a t m 技术建立骨干网，其数据速率为 1 5 5 5 2 m b p s 6 2 2 0 8 m b p s 。1 9 9 7 年以后随着吉位线速路由交换机的商品 化，口网络开始独立发展承载网，由吉位线速路由交换机和专线组成的 骨干网( 底层仍采用s t m 体制) 线速为2 5 g b p s 。我国现阶段的p 骨 7 干网主要还是s t m 一1 6 ( 2 5 g b p s ) 和s t m 6 4 ( 1 0 g b p s ) ，正在向以 1 0 g b p s t d m 为基础的4 0 g b p s ( 4 0 i o g t d m ) 、8 0 g b p s ( 8 x1 0 g t d m ) 和 3 2 0 g b p s ( 3 2 1 0 g t d m ) 发展。美国等发达国家的口骨千网已经开始应 用高迭1 6 0 0 g b p s ( 1 6 0 1 0 g b p s l 的波分复用系统。 ( 二) 业务现状 礤网络初期的目的只是为计算机间传输数据提供连接，因而业务单 一，只有数据业务。目前口网络发展最为迅速，其数据业务量正在赶 上或超过传统的电话业务量，并且其业务类型已由数据业务发展到数 据、语音通信和视频综合业务，其中发展最快的是i p 电话业务。实际 上邛网络能够高速发展的原因之一应归功于传统电话业务的普及。p 网络的早期用户主要是大学、研究机构、团体和企业，其普及程度远不 及电话业务的普及，随着借助电话线路拨号上网和d 网络电话实用技 术的发展，坤网络的应用已进入家庭及个人，p 网络也因此有了高速 发展的市场驱动。p 网络已能够提供接近传统电话质量的电话业务，而 i p 网络电话的成本却只有传统p s t n 电话的1 0 ，又有着最大的用户群 体，因此各传统电话公司和新p 网络业务提供商无不大力发展疋网络 电话。邛网络电话业务的迅速发展又促进了i p 网络的发展。口网络的 其它业务如数据和视频业务目前仍然主要面对大客户，因而相对发展较 慢。 ( 三) 协议标准现状 为了实现口o v e r a t m ，先后提出了多种协议标准。a t m 论坛开发 的局域网仿真l a n e 标准，由i e t f 组织颁布的传统的互连网层i p 在 a t m 上的运行标准i p o a ，克服了l a n e 和i p o a 局限性的多协议信息 传输标准m p o a ，以及比l a n e 、i p o a 和m p o a 更完善的多协议标记 交换m p l s 。目前版本的共享介质局域网仿真存在虚电路开销大，能 够支持的用户数少等缺陷，因而只适用于网络规模不大的场合。i p o a 则存在可扩展性问题，对其地址解析所支持的用户规模有限制( 不超过 数千用户) ，故也只适应于较小规模的网络。m p o a 有效地克服了 l a n e 和i p o a 在可扩展方面的局限性与性能的瓶颈等问题，能够高效 可伸缩地在a t m 上支持多种网络协议，支持网络层的虚拟子网，与现 有路由器网络协同工作，存在的主要问题是如何解决具有n h r p 协议的 地址解析响应时间所导致的较大延迟。 多协议标记交换m p l s 是针对i p o a 、l a n e 、m p o a 等技术存在 的不足而提出来的po v e r a t m 的解决方案。m p l s 将口的智能和a t m 的高速交换结合在一起，采用m p l s 技术的网络在转发口业务时，不 采用逐跳转发方式，也无需在网络中的所有路由器进行第三层路由表的 查询，而是在网络的边缘进行一次路由表的查询，然后给进入m p l s 域 的礤包加上一个标签，带标签的p 包在网络进行第二层交换快速转发 到m p l s 标记的边缘，再去掉标签还原成传统m 包进行转发，由此大 大提高了口包的转发速度。m p l s 可以控制口包在网络中所走过的路 径，避开拥塞的节点，均衡网络中的业务流向，从而达到网络资源的合 理利用。m p l s 采用类似a t m 信令的方式，为具有特定属性的一类p 包建立一条转发p 包的路径，同时规定该路径的带宽、时延的业务属 性，由此来满足一定的业务属性要求。该路径业务属性的参数可以映射 到a t m 的几个服务等级( c b r 、v b r r t 、v b r - n r t 和l i b r ) ，可以 按照a t m 的业务量控制机制对p 业务进行业务量的控制和管理，由此 保证了用户要求的业务的服务质量。m p l s 协议使得i po v e ro p t i c a l 成为可能。i p s d h o p t i c a l 模式直接发展成为i p o p t i c a l ( d w d m ) 时，m p l s 是目前必须应用和发展的技术。因为从i p 到光的密集波分 复用d w d m ，从层次的概念看，中间有一链路层，即用于传输、交换 和转发的一层。现有适用于口分组在链路层传送的技术，只有同步传 递模式s t m 的s d h 和异步传递模式a t m 的信元两类。m p l s 是同时 适用于s d h 和a t m 并可适用于未来发展的任一特定的链路层制式的技 术。m p l s 还蕴含着支持网络管理、流量工程、0 0 s 和c o s 等各项功能。 i p 必须通过m p l s 或将来可能出现的其它技术才能直接在o p t i c a l 上 传送。目前m p l s 应用的主要障碍是m p l s 标准尚未完全制定。 ( 四) 接入技术现状 随着i p 网络业务的快速增长，骨干网的带宽正在向t b p s 演化，高 达特位速率的路由器也已经开发出来。为了适应骨干网超高速化的发展 速度，改造利用现有接入网使之宽带化是一种简便快捷的方法，发展新 9 的宽带接入技术是未来的趋势。 1 铜线接入技术 采用h d s l 技术传输语音和数据业务的接入速率为1 2 m ，可传输 语音、数据和视频综合业务的a d s l 技术的接入速率为1 1 0 m ，只传 输数据业务的v d s l 技术可实现的接入速率高达1 3 5 2 m 。铜线接入技 术的发展解决了接入技术宽带化要求与传统铜线接入技术带宽窄的矛 盾，能够很好地保护现有的投资，又能满足了现有接入网迅速宽带化的 需求。 2 光纤接入技术 光纤接入技术的接入速率最高，可高选g 数量级甚至更高，而且 适合于双向传输语音、数据和视频综合业务，是将来接入网的发展趋势， 目前采用最多的复用技术有时分复用、波分复用、频分复用和码分复用 等。 3 混合接入技术 混合光纤同轴网接入技术将光纤的高速与现有同轴网结合，可利用 现有的同轴网迅速提供高达1 g 速率的宽带业务，既保护了以前的投资， 叉可发挥光纤网的宽带优势。 4 无线接入技术 无线接入技术是目前通信行业中最活跃的领域之一。移动无线接入 网，如移动电话网、无绳电话网、集群电话网和卫星移动通信网已经得 到广泛应用，固定无线接入网，如微波一点多址、蜂窝区移动接入的固 定应用、无线用户环和卫星v s a t 网由于近年来i p 网络固定接入业务 ( 如电子邮件、w e b 、i p 电话、电子商务等) 的快速发展和手机移动通 信的超高速发展。 1 3 2i p 网络发展趋势 l 、网络宽带化 目前的i p 网络由于带宽窄而带来一系列问题，如时延长、时延不 稳定、丢包和拥塞，直接导致i p 网络电话质量的不如人意，不能满足 1 0 数据专网业务对服务质量的高要求。解决口网络局限性的手段之一是 加大网络带宽。近来i p 网技术的迅速发展使得宽带化成为可能。千兆 以太网标准的发布，交换速度高达6 0 g b p s 的千兆位高速路由交换机的 商品化，交换速度达几t b p s 的特位路由交换机的研制成功，密集波分 复用技术的应用，这些i p 网络技术的新进展都将加速p 网络的宽带化 趋势。未来i p 网络的骨干网将由高速路由器交换机和采用密集波分复 用技术的光纤网络组成，边缘则采用a t m 网络、以太网或f r 。线速路 由交换机的出现使碑数据包可以直接在s d h 网上运行，从而塔去a t m 交换机，即v s d 剧o p t i c a l 。密集波分复周技术的应用提供了在光 纤上直接传输口数据包的方法不采用a t m 设备和s d h 时分复用设备， 而是在光纤上直接用以太网帧格式运行m 数据包，将原复用的多个信 道改为波分复用，然后用千兆位或特位路由交换机进行路由交换，即口 o v e ro p t i c a l 。高速路由器技术和密集波分复用技术的直接结合，使 每个信道不再是s d h 时分复用的一个信道，而是独占密集波分复用的 一个通道，速率在l g b p s 以上，因而可以获得更高的速率，其网络的复 杂性和成本都大为降低。在酬o p t i c a l 骨干网的端口上可以提供f r 和a t m 接入，在p 网络上运行f r 和a t m ，从而构成f ro y e ri p 或 a t mo v e r i p 网络。现在已经在运行的a t m 网络和f r 网络将可作为以 i po v e r o p t i c a l 技术构建的骨干网的边缘网络，从而大大拓宽网络的 带宽。 2 、业务多样化和分类化 i p 网络传统的业务是非实时的计算机数据业务，目前发展最快的业 务则是传输实时语音业务。口网络的优势在于综合传输数据、话音、图 像和视频等多媒体业务。目前的p 网络限制了业务多样化的主要原因 是带宽和时延特性。在i p 网络实现宽带化并由此带来时延特性的改善 以后，业务的多样化是盛然的趋势。 电话业务 电话业务有很大的用户群体，电话使用的便捷性使得电话业务每年 仍有一定的增长。在我国由于电话发展较晚，虽然电话业务保持较高的 增长率，仍然有很大的增长空间，今后的十年内仍将保持较高的增长率。 因此，要求i p 网络能承载电话业务。限制i p 网络提供传统电话服务质 量的因素主要是网络传输时延、时延抖动和丢包。 当网络带宽足够宽，网络传输时延和时延抖动将会小到用户满意的 程度，采用预留足够的资源后，可以解决丢包的问题。 电视业务 电视使用的普及面大于电话的使用，电视的娱乐和教育功能使得电 视将会长期存在下去，其工作方式和使用方式还将会以广播方式为主。 广播电视传送的实时要求远比电话低，只要网络的时廷抖动能控制在一 定的范围内，并能保证一定的传输速率，它就能保证服务质量。限制i p 网络提供电视业务的因素主要是网络带宽，包括接入网的带宽。 数据业务 数据业务包括目前口网上的绝大部分非实时业务。在发展i p 网络 电话之前，口网络业务主要是非实时数据业务，虽然目前口网络电话 的发展速度超过数据业务，但是从占用的带宽和今后的发展看，网络 最终的主要业务仍然会是数据业务。 数据专线和数据专网业务 数据专线和数据专网对服务质量有较高的要求，如严格的时延和 时延抖动要求，资源独立，能确保用户数据传送的安全，另外在某些场 合下要求能进行广播或组播。只要提供足够的网络带宽，数据专线和数 据专网的要求都能满足。口网络将同时提供上述四种业务以及构建在上 述四种业务网络之上的各种智能网业务。宽带p 网络是目前可能提供 一切业务的理想平台。i p 网络最初的设计目的是为了传输异构计算机网 络之间的数据的，对要传输的数据不加分别，同等对待。由于网络出现 拥塞时所有数据都不能得到有效传输，实时业务也是如此，因此限制 了实时业务在p 网络上的应用。i p 网络的宽带化虽然改善了时延特性， 但是不能解决网络拥塞时口包丢弃给实时业务带来的质量损失。因此， q o s 问题的解决是i p 网络要发展成为综合业务平台的关键。i p 网络q o s 问题的解决方案之一是对服务进行分类，对不同类型的业务在占用网络 资源时给予不同的优先级，如实时业务和对服务质量要求高的数据业务 优先保证资源。 3 、网络结构层次化 i p 网络可以有多种组网方式，各种组网方式各有其优点。然而多种 网络结构共存必然是多标准共存，其结果必然是效率低、互通难、规模 小、重复投资和成本高。完全采用统一的标准构建的网络又难免有局限 性，不利于网络技术的发展和保护已有的投资。网络结构的层次化将 是解决这一问题的有效方法，即将网络分为核心骨干网、二级核心 骨干网、边缘网络和接入网络。 采用统一的标准构建核心宽带骨干网，目前最具优势的是i po v e r d w d m ，以i po v e rd w d m i po v e rw d m 、i po v e ra t m 、i po v e rs d h 技术构建二级核心骨干网，以i po v e rd w d m i po v e rw d m 、口o v e r a t m 、i po v e r s d h 或千兆以太网构建边缘宽带网络，各层网络相对 独立，独自扩展，有各自独立发展的空间，并可随着i p 网络技术的发 展而演变。 4 、统一的m p l s 协议标准 现在口网络使用的大多数协议仍将会继续使用，但是最有使用价 值、最有发展潜力的协议是m p l s 协议。m p l s 的最大特点是拓扑趋动， m p l s 协议下的i p 网络分为二个层面，一个是控制层面，使用目前常 用的路由协议( 如o s p f 、i si s 、b g p 4 等) ，由控制层面来动态构成p 网的网络拓扑，另一个层面是用户层面，在控制层面的控制下，按照控 制层面形成的口路由，控制用户层面去建立逻辑上的半永久性连接( 虚 通路) ，以此构建邛网的基本信息通路。作为增强与补充，还建立一些 显式路由。显式路由的存在，使得网有能力支持分类服务。m p l s 协议的最初目的是解决i po v e ra t m ，然而实际上由于m p l s 对下一承 载节点没有提出任何要求，既可以是a t m 节点设备，也可以是路由器、 s d h 设备和w d m 设备，因此m p l s 可以应用于目前应用各种技术构 建的网络，对于应用各种p 组网技术构建的多层次口网络，m p l s 协议显然是目前唯一可行的协议标准。 5 、网络业务的数据化，数据网络口化 电信网的主要业务在过去一直是电话业务。然而，近年来由于计算 机的广泛应用和普及，数据业务正在高速发展，全球网络的业务构成在 未来1 0 年内将发生根本性的变化，数据业务量将超过电话业务量，最 终电信网的主要业务将是数据，网络电话业务将最终变成副业。由于 i p 网络有着传统电话交换网所无法具备的优势，如无复杂的时分复用结 构，有信息才占用网络资源，适应不同速率的业务，效率高、成本低， 信令、计费和网管简单，可适应非对称的突发数据业务等，口网络已经 成为数据网络的发展方向。随着网络中数据业务量成为主导后，以i p 为基础的电信网将占主导地位。随着m 网络宽带化后带来的时延特性 的改善以及q o s 和c o s 技术的采用，i p 网络电话已能提供接近传统电 话网的服务质量，传统电话网的电话业务在与p 网络电话业务共存一 段时间后，将逐渐被p 网络电话取代。 6 、融合的趋势 i p 网络技术在经历了快速发展之后，已逐渐成熟，其发展的趋势必 然是融合传统的电信网络和业务，并最终取代之。 承栽网络的融合 在p 网络发展的初期，口网络是承载在传统的电信网上的。由于 i p 网的数据业务占用时间较长，占用了大量p s t n 网的中继线及交换机 资源，造成网络的拥塞，又由于职数据大多为突发业务，平均负荷小， 瞬时速率高，因此带宽利用率低，传统p s t n 网络显然不能满足数据业 务的要求。由此给i p 数据网络的发展提供了机会，随着网络技术的 发展，p 网络呈现出巨大的优势，并以比传统电信网高得多的速度发展， 促进了传统电信网络与网络的融合。 业务的融合 发展一种综合业务网络一直是人们追求的目标，口网络是目前能够 有效融合话音、图像、数据业务的网络技术。 接入网的融合 承栽网络和业务的融合，对接入网提出了新的要求：宽带，电话、 计算机和视频的综合接入。 1 4 1 4 i p 网络与s d h 网络融合技术 i p 网络与电信网络的融合正在逐步进行申。本文主要讨论的是p 网络与电信的骨干传输网一一s d h 网络的融合技术。i p 网络与s d h 网 络的融合技术本质上来说就是在s d h 网络上传输坤数据业务的技术。 1 4 1i p 数据报在s d h 上传送技术概述 参考o s i7 层网络模型，s d 彤s o n e t 协议是物理层协议( 1 a y e r l ) ， 主要负责在物理层介质上传送字节数据。口协议是无连接的协议，属于 网络层协( 1 a y e r 3 ) 。数据链路层( 1 a y e r 2 ) 负责s d h s o n e t 协议与p 协议之间的接口，i e t f ( i n t e r a c t e n g i n e e r i n g t a s k f o r c e ) 定义p p p ( p o i n t t op o i n tp r o t o c 0 1 ) 协议来执行此项功能，相应有p p po v e rs o n e t s d h 草案，实现i po v e rs o n e t s d h 技术。i po v e rs o n e t s d h 技术通过 p p p 帧数据包映射进s o n e t s d h 帧结构净负荷区。因此，有些厂商常 见的提法为p a c k e to v c rs o n e t s d h ( p o s ) ，这里统一称为i po v e rs d h 技术。 i po v e rs d h 是以s d h 网络作为口数据网络的物理传输网络，它 使用链路适配及成帧协议对口数据包进行封装，然后按字节同步的方 式把封装后的口包映射到s d h 的同步净荷包封( s p e ) 中。也就是说， i po v e rs d h 是一种将口协议或其他协议与s d h 传输网络结合起来的 数据通信体系结构。物理层、数据链路层和网络层分别定义为s d h 、 l a p s ( l i n ka c c e s sp r o t o c o l s d h ) p p p 和基于口的协议( i p v 4 i p v 6 类协议) 。口o v e rs d h 相对其他传输方式( 如a t m ) 具有更高的传输 效率，更适合于组建专门承载d 业务的数据网络。经分析得出，i po v e r s d h 的封装效率是目前各种封装技术中最高的。在本论文中主要研究 通过l a p s 协议将i p 分组直接映射到s d h 模块。 简而言之，i p o v e rs d h 技术是将p 分组通过数据链路层协议( 如： p p p 、l a p s 等) 直接映射到s d h 帧，省掉了中间的a t m 层，从而保 留了i n t e r n e t 的无连接特征，简化了网络体系结构，提高了传输效率， 降低了成本，易于兼容不同技术体系扣实现网间互连。 1 4 2 通过a i m 网络承载i p 业务 通过a t m 网络来承载口数据业务，即通常所说的i p o v e ra t m 技 术，其基本原理和_ t - 作方式为：将p 数据包在a t m 层全部封装为a t m 信元，以a t m 信元形式在信道中传输。当网络中的交换机接收到一个 i p 数据包时，它首先根据i p 数据包的i p 地址通过某种机制进行路由地 址处理，按路由转发。随后，按已计算的路由在a t m 网上建立虚电路 ( v c ) 。以后的口数据包将在此虚电路v c 上以直通( c u t t h r o u 曲) 方式传输而下再经过路由器，从而有效地解决了m 的路由器的瓶颈问 题，并将邛包的转发速度提高到交换速度。用a t m 来支持p 业务有2 个必须解决的问题：其一是a t m 的通信方式是面向连接的，而坤是不 面向连接的，要在一个面向连接的网上承载一个不面向连接的业务，有 很多问题需要解决，如呼叫建立时间、连接持续期等等；其二是a t m 是以a t m 地址寻址的，i p 通信是以p 地址来寻址的，在口网上端到 端是以疋寻址的，而传送p 包的承载网( a t m 网) 是以a t m 地址来 寻址的，口地址和a t m 地址之间的映射是一个很大的难题。 i po v e r a t m 分层模型与封装示意如图1 4 2 1 所示。可以看到在p 数据映射到a t m 层面上时要经过一个拆包过程，把口数据包拆成固定 长度后映射到a t m 信元中进行传送。为了一个坤数据包在拆分后为了 保证在接收端能将i p 数据包正确的组合起来，往往还要加入一定附加 信息。a t m 包头和附加信息占用了很大的带宽，造成了巨大的带宽资 源的浪费。 1 6 视频音频数据 i p 删 s d h 计瓢光纤 图1 4 2 1i po v e ra t m 数据映射过程 p d u ：协议数据单元；1 2 ：a t m 头部和附加信息；3 ：s d h 头部 从网络整体的性能角度出发来考虑，a t m 可以有两种方法来支持 i po v e r a t m ： ( 1 ) a t m 作为链路。使用a t m 的永久性虚通路将地域上分离的 路由器连接起来，在这里a t m 的永久性虚通路取代了传统的专线，这 种工作方式即为a t m 作为链路来承载口业务。在这种工作方式中，a t m 只是作为链路将若干路由器连起来，它不参与网的寻径功能。因而 这种p 网其本质上仍是一个路由器网，它不改变口网的整体性能只是 提高了某些部分的传输速率而已。 ( 2 ) a t m 作为网络。另一种方法是a t m 网以网络形式来支持p o v e r a t m 。在这种场合，a t m 参与了i p 网的寻径功能，由于a t m 的 寻径及其它指标均要大大优于普通路由器，因而以网络形式来支持i p 网( i po v e r a t m ) ，可以在网络性能方面大大提高口网的性能，不仅提 高了传输速率也大大缩短了传输时延，以网络形式来支持口网( i po v e r a t m ) 的最合理算法是m p l s 。m p l s 是一种拓扑驱动的算法，它和 无连接的口传输非常适应。基于m p l s 算法的a t m 上的口网是一种 很好的p 网的组织形式，可构成立足于一个物理通信平台多业务同时 应用的一种十分理想的格局，并且能从整体上提高p 的性能。 从以上分析可以看出