分组传输网原理与技术

分组传送网原理与技术 北京阿法迪信息技术研究中心 互联网和宽带接入的发展带动了数据业务的爆炸式增长 业务类型的多样化 可运营增值业务的需求 数据业务的突发性 业务颗粒向大容量变化 业务需要的开通及时性 业务传输的高可靠性要求 信息网络的新趋势 数据主导 突发性，非对称性，灵活性， 无处不在 (泛在 ) 无线传感网，家庭网，网格， 体系复杂 人 络融合与重叠，异构互连，多终端，高带宽，边缘自组织 5 6 业务的智能化 业务的智能化主要体现在网络业务提供的灵活性、终端的智能化，例如除输入密码外，还可以通过语音、指纹来识别用户身份。 业务的多媒体化 信息由语音、图像、数据等多种媒体构成，信息的表达能力和信息传递的深度都比以往有很大的提高，基本上可以实现多媒体业务在无线、有线网之间的无缝传输。 业务的个性化 用户可以在终端、网络能力的范围内，设计自己的业务，这是实现个性化的首要前提；网络运营商为用户提供虚拟归属环境即 用户在拜访网络时可以享受到与归属网络一致的服务，保证个性化业务的全网一致性；网络运营商为了领先竞争对手留住客户，需要强大的业务开发能力，不断开发新的业务；业务提供者也可以相对于网络运营者独立地开发业务。 业务的人性化 业务的人性化就是要满足人的基本需要。人在移动中处理信息的能力比较有限，信息的有效传输和表达尤其重要，带宽并不是越宽越好，要用最少的码元传输量使用户获取最多、最有用的信息；要考虑用户在安全性、可靠性方面的需求，达到固定网的水平。 当前业务特点 多媒体通信 G 会议电视 企业信息自动化 N E 语音、数据、图象、视频、多媒体 10G 务的全 远超出了互联网领域，逐步渗透到了网络的各个层面。 备能力、可靠性和扩展性发展迅速。 电信业务正在逐步 组网层次减少，扁平化趋势明显。 向 传送网 传送网的需求 业务宽带化 大流量业务的调度和传递 流量突发性 动态带宽调整 接口种类减少 简化承载网，提高承载效率 网络智能化 业务感知能力 网络安全性 电信级的 利润最大化 降低 干网 宽带与融合 未来网络发展趋势 更大的宽带 承载话音、数据、视频等 多种多媒体业务 网络的融合 屏蔽接入差异，为不同类型用户 提供无差异的服务 良好的移动 随时随地的接入 随意的移动 网络的融合 在传送层，一个统一的基于 以承载所有的移动和固定通信业务，包括语音、数据和视频业务等 。 在网络边缘，一个基于分组的多业务传送平台则可能融合多种业务的接入和传送功能。下一代网络中的传送网将融合现有的光传送网和 现对分组业务的高性能传送。 融合正在成为通信行业的主旋律，包括技术的融合、设备的融合、网络的融合和业务的融合 ,以及通信企业的融合。 当今运营商面临的机遇与挑战 战略转型是出路 收入增长 降低成本 融合的世界 快速发展的因特网 多样的业务 商业模型 投资市场 全球化 网络运营商 更丰富的光纤路由、更完善的网络结构、更充足的传送带宽，业务配置更加灵活便捷、业务传递更加高效可靠。 面向业务传送技术的演进 信息网络的新趋势 数据业务的电路型传送技术 组传送网的出现 传统的数据业务是基于电路型网络传送的。也就是 IP 14 传统的光互联网 5 IP P ? a - oS ? P ? P H (R 6 即 是一个简单的 其标头只有两个字节 ，没有地址信息 ， 只是按点到点顺序 ， 面向无连接 。 符合 以满足映射到 符合 PP 上的要求 。 。 它有三个主要组成部分： （ 1） 提供在串行链路上封装数据报文的方法：以 （ 2） 链路控制协议 ： 这是 （ 3） 网络控制协议 簇：该子协议簇能为多种网络层协议 （ 如 建立和配置逻辑连接 。 点到点协议介绍 18 T 在映射之前可以扰码或不扰码 ， 如扰码则采用（ 1） 扰码器 。 在虚容器 （ 的通道开销 2字节 （ 称为信号标签字节 ） ， 用以指示所载的信息类型 ， 对于一般的 00010110（ 即 16H） ， 对于 则 1001111（ 即 16进制 。 在低阶虚容器 5， 但 19 互操作性：可支持多种网络协议 高效的组帧技术：除需插入 在 字节），开销少 链路质量监视报告功能：以快速和用户可定义的方式提供一种检测专用线路故障的功能 缺点：因为它当初不是完全针对 此有些功能在纯 20 于 也是 过 与 R/通过置 如 00000100”为 00001100”为 11111111”为全站地址，除 011111110与 01111101外，其余值还可用作其它从而可省去 2个字节的协议指示字段。 为了保证 避免在 O”或连“ 1”， 用（ 1）的自同步扰码。 为了指示映射进 00011000”（即 18H），对于低阶虚容器 101”指示装载了 21 简化的数据链路协议（ 在 使用的基于 主要表现在：用户使用 网管需要对每一个输入 、 输出字节都进行监视 。 当用户数据字节的编码与标志字节相同时 ， 网管需要进行填充 、 去填充操作 。 为此 ， 可适用于 P 22 化的数据链路协议）用于取代 似于 长度是可变的 。 简单，比 可能提供链路层的 长度指示 用户数据字段 技术特征 （ 1）继承了 （ 2）支持多种协议 （ 3）支持 （ 4）提供集成的数字交叉连接交换 （ 5）支持动态带宽分配 （ 6）链路的高效建立能力 （ 7）提供综合网络管理功能 （ 8）支持多种以太网业务类型 （ 9）是一种城于网建设技术可以应用到骨干层、汇聚层和接入层 个阶段 第一阶段的 第一阶段的 加了以太网和用 现了以太网业务的点到点透明传输功能，具有较好的用户带宽保证和安全隔离效果。解决了数据业务在 数据带宽共享能力差，不能灵活调整带宽，带宽利用率低。由于采用了 厂商设备互通性差，不支持以太网汇聚功能，端口利用率低。 机理是将以太帧直接映射到 由于 无论是 10/100M E(千兆以太网 )都很难理想的装载到 且作为端到端的透传机制，也无法实现流量控制、以太业务 同以太业务流的统计复用等功能，所以商用价值小。 第二阶段的 技术，实现了以太网二层交换和 于实现不同厂家社别的互通。 时提高了带宽的利用率。 太网二层交换可以支持以太网业务的带宽共享，实现汇聚型以太网业务。 网络正常状态下，人工增减虚容器组中的成员个数，不会使网络造成 助 统也能在 50用 会影响业务正常进行，这是以太网络所不具备的 。 这个阶段的 第二阶段的 三阶段的 第三阶段的 高了带宽利用率，实现了对数据业务 50够提供不同服务等级的业务。 护恢复和 供基于 展 过与 供多环组网能力；提供 这一类型的 第三阶段的 带宽管理方面，它采用带宽动态分配和统计复用原则，每个节点维护通过自身的数据负载量，并把相应数据发送给环上相临节点，这样其他节点根据这些信息就可以获得在源节点上有多少可利用带宽。 层交换的数据传送技术，基于标签交换分组的机制，把路由选择和数据转发分开，由标签来规定一个分组通过网络的路径实现了由面向无连接的 技术特点主要体现在以下几个部分：流量工程、负载均衡、故障恢复、路径优先级等。 第四阶段的 第四阶段的 入 现由静态网络向智能网络的演进。采用 以实现网络拓扑自动发现、带宽动态申请和释放，支持网状网组网结构；通过供信的业务类型，如于 此这个阶段的 面向业务传送技术的演进 信息网络的新趋势 传统的分组传送技术 组传送网的出现 运营商对分组传送网的需求 高扩展性： 能够满足网络长期发展的需求。 成本优势： 只有成本上的优势才可以实现广泛的部署。 透明性： 可以透明传送各种业务信号。 安全性： 包括网络本身的安全性和对用户数据的安全保障。 高可靠性： 满足传送网设备 可用率，具有快速保护和恢复机制。 具有可预测和可控的网络与业务性能。 多业务支持能力： 支持对多业务的承载，从而降低网络整体成本。 易于维护和管理： 减少人工现场操作的需求，降低对维护和管理人员的要求。 互通性好： 便于实现多厂商和多运营商的互联互通。 继承性： 需要能够与现有 能够提供对 30 31 通信网络进入 务种类不断丰富，业务流量不断增加。由此带来的带宽需求的迅猛增长为运营商带来了巨大的传送成本压力。 以 于 IP 可靠的、 具有端到端动态业务调度功能的传送网络。 传统的 传送网络的发展趋势 纯 载 P 混合业务 2001010- 1997例 业务流 业务流 使得传送网由电路传送 /交换向分组传送 /交换的演进方向上前进了一步。然而，底”，其 表层分组化），内核却仍然是电路交换（即内核电路化）。这就使得 且无法适应以大量数据业务为主的 3 40面向 智能控制 通信网络正在进入新的时代，业务种类不断丰富，业务流量不断增加。带宽需求的迅猛增长为运营商带来了巨大的传送成本压力。新型业务不断涌现，不但有 3G、 有 太网商业用户和存储类业务等，这些业务都是天然的 不断增长的数据业务需求进一步驱动传送网 技术 与数通技术的融合，要求新的融合的传送网络能够继承类似 信 级特征和 如快速保护倒换、可管理性、易用性、高效带宽统计复用、多业务接口、网络可扩展性、可测量的端到端 以 时现有的多协议标签交换 ( 以太网技术也不能很好地满足传送的需求。 34 从传统传送网到分组传送网 (1) 因此，传送网的 分组传送网（ 成为业内关注的焦点，有时也称为 电信级的分组传送网 。 一种能够很好处理 以太网等分组信号的新型传送网 , 继承了 统的许多优点 , 例如强大的 保护和网管功能 , 另外也吸取了数据网络的优点 , 重要的一点就是差异化的处理和统计复用功能。对于用户种类繁多的业务 , 必须具备差异化的处理能力。 作为一种传送设备 , 同时具有二层 /业务交换功能 , 即指将业务交换节点与传送节点相结合。例如 既支持标准的二层交换 , 作为二层交换机使用 , 也可以完成传送网特有的功能 , 也就是业务交换节点的外延扩大 , 即原来的二层 /交换设备 +传送网 要还是端到端传送功能 , 以太网、 35 从传统传送网到分组传送网 (2) No to of 分组传输技术演化 定义 在上海贝尔阿尔卡特及工业和信息化部电信研究院共同牵头起草的 基于分组的传送网技术研究报告 中提出 : 37 分组传送网是一种保持了传统传送网技术的优点 , 具备良好的可扩展性 , 丰富的操作维护 , 快速的保护倒换 , 同时又增加适应分组业务统计复用的特性 , 采用面向连接的标签交换 , 分组的 制以及灵活动态的控制面的新一代传送网技术。 简而言之 , 承载分组为主的业务。 电信运营商重组与 2008 年底，我国电信运营商重组的完成和 3G 牌照的发放，使 2009 年成为全业务运营的元年，固定和移动融合（ 入实质发展阶段，三大运营商已逐步在业务融合、终端融合和网络融合 3 个层面渐进。由此引发了网络演进的新课题： 承载向全 发展，网络融合进一步加速， 载和光传送如何融合才能实现无缝连接，构建新一代的基础承载网，为 定网络融合的基础。 网络融合要求建设一张从接入到核心的多业务统一承载网，以 承载层，以大容量、高可靠的光传送网为基础，以高带宽、灵活部署的光纤 + 无线为接入手段，统一提供信令、话音、数据、视频等多媒体业务，采用开放、标准的网络构架，实现多业务高效承载、电信级的高可靠性和可用性、高品质和差异化的 证、良好的可扩展性和易维护性、强壮的网络安全性、低复杂度和低成本，并平滑兼容原有的 络。 未来面向全业务运营的光传送网将主要负责 并基于分组的突发和统计复用等流量特性而优化处理，向着智能、融合、宽带、高效、可靠的分组传送技术方向发展， 分组传送网技术就是在这样的背景下应运而生。在国际标准化不断推进和全业务运营趋势下， 在快速完善网络定位、多业务承载、网络架构、设备性价比、时钟同步和 一系列关键问题。 38 移动通信业务与分组传送网（ 1） 移动基站传输接口正从 21、 31转为以以太网接口为主， 2 在 统的 是运营商重要的收入来源。 以上两特点要求移动运营商更加细致的用户区分和管理，以及 更加高效可靠的业务流量和传送。 构建适应业务特点的无线接入传输网将成为移动运营商能否持续发展的关键因素之一。 39 注： 1采用 反向复用技术，将几个 现负荷分担，使传输资源的利用率大大提高，并且更安全更可靠，是目前 的首选接口 21业务都是通过 量数据业务可通过 随着数据业务所占比例的提高， 运营商需要一个能够适应业务 平台应该具有完全分组化的内核并有效地支持从 光传输网将主要负责 太网流量的传送，为分组的流量特征而优化，向着智能的、融合的、宽带的、综合的分组传送网 (向发展。 40 移动通信业务与分组传送网（ 2） 从传送网的角度看 3G 同的标准， 相同的传送网 面向业务传送技术的演进 信息网络的新趋势 传统的分组传送技术 组传送网的出现 电路层 通道层 段层 物理层 传输媒质层 铁路 火车 集装箱 货物 43 它针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计，以分组业务为核心并支持多业务。 （ 1）高质量的网络同步 在 于同步的需求主要体现在两个方面：其一，承载 求分组传送网在 现业务时钟的恢复；其二，实现对时间和频率同步信号的传送，满足承载 2G/3 频率同步，是指信号之间的速率保持某种严格的特定关系，以维持通信网络中所有的设备以相同的频率运行。相位同步有两个主要的功能：授时和守时。通俗的说，授时就是“对表”，通过不定期的对表动作，将本地时刻与标准时刻相位同步；守时就是保证在对表的间隙里，本地时刻与标准时刻偏差不要太大。 对于移动传送网来说，同步对于保证网络性能和用户在不同基站间的切换十分关键。目前的无线技术存在多种制式，不同制式对时钟同步有不同的要求。 太网同步时钟技术 (以太网物理层同步 )、 和基于 中以太网同步时钟技术、 基于 相位同步 )。 44 3种 利用这些技术， 服了 45 （ 2）端到端的 传统的 力而为” (方式进行报文的转发，所有的报文均采用先入先出（ 策略进行处理。 这种尽力而为的方式对业务的吞吐量、延迟、抖动和丢包率没有任何保障，并且对语音、视频、数据等业务质量具有不同要求的业务缺乏差异化服务的机制。 46 为了支持具有不同服务需求的移动语音、视频以及数据等业务，传送网络必须能够区分出不同的业务类型，进而为之提供相应等级的服务 。 过管道化的带宽管理，使运营商可为用户提供具有不同服务质量等级的服务保证，实现同时承载数据、语音和视频等业务的网络需求。 （ 3）管道化的带宽管理 为实现端到端的 道”化的设计理念：在网络的 次化 略实现业务管道的划分； 道”根据流量工程 现带宽等资源的管理。 过层次化的方式，在不同业务级别上分别设置单独的调度器，进一步精细化流量 行相应等级的服务。层次化 合理地利用所租带宽的能力，同时提供所需的服务质量保证；可以分别控制单个 /多个业务类型、单个 /多个业务接入点、单个 /多个业务的总带宽。 平衡网络流量，尽量保证业务质量， 道”都支持 8种业务优先级。华为 现特定 提供端到端的告警性能等维护手段 47 （ 4） 传统的 大地提高了网络可维护性和可靠性，降低了网络运维的组传送网络也应该继承类似 48 过硬件实现对 样，可以保证对于每个待检测的业务流，每隔 保证在 10协议规定 3个 ，从而保证 50 合 同时实现上万个业务保护组的 50 持类似 支持基于业务服务层面、 （ 5）统一的多业务传送及管理平台 术实现多业务（ 仿真和统一承载。 于点到点方式的 分组网络的两台 ，利用 W（ 签的自动分发，利用 过隧道模拟 的各种二层业务，如数据报文、比特流等，使 太网报文的业务转发能力，通过 建统一多业务传送和统一网络管理的平台，实现运营商传送网全网的业务调度及全网的统一管理。 49 面向业务传送技术的演进 信息网络的新趋势 传统的分组传送技术 组传送网的出现 原则（ 1） 首先，分组传送网是一种适应以 分组业务为主的多业务传送网络，分组化业务的比例越高，其传输效率越高、综合成本越低。因此， 该立足于面向 务的应用，在 路业务占主导的网络中不宜采用 术。 其次， 分组传送网是一种具有带宽统计复用和 证的 层）传送网络，业务颗粒越小、越复杂，其传输效率越高、综合成本越低。因此， 该立足于面向 下业务的应用， 在 以上颗粒业务占主导的网络中不宜采用 术。 第三， 分组传送网是一种具有强大 保护能力的电信级传送网络，业务所需服务质量越高（即运营商的单位比特收益率越高），其相对成本越低。因此， 该首先立足于高价值的移动和固定业务；在对低价值的互联网业务的承载方面，其优势在于可统一承载各种业务，在与其他低成本组网技术成本相差不大的情况下，也具备应用 可能。 51 原则（ 2） 在干线和城域网核心层， 由于业务颗粒较大，基本采用 IP 载大颗粒的 业务。 分组传送网的定位主要在今后面向 务的城域网汇聚层和接入层， 既可以满足 2G/3G 基站回传的需求， 也可以满足固定集团和家庭业务的承载需求。 在城域网汇聚层和接入层， 要面临 由器网络的挑战。相对 言， 由器具有更高的性能（如路由能力），但也具有高成本、高故障率和高功耗等“三高”问题。 52 在我国的应用需求 移动业务 包括移动话音、数据和互联网增值业务等，城域的汇聚接入层应满足移动无线回传需求， 支持现有 2G 和 3G 以及未来 站的 通道化 E 以太网等业务的汇聚和传送。 企业用户业务 支持 提供以太网 和 并兼容传统的 线。 以太网互补充，满足不同的应用需求。 有高扩展性和接入灵活的特点，但目前只能在 由器上部署，用户需要远程接入。 近年来，随着信息化水平的提高和对安全隔离的重视， 具有 力的大中型企事业倾向于自己管理 此对高速率 需求增长较快；而大量的小型企事业单位的需求仍以专线业务为主。 家庭用户业务 包括 联网接入，视频业务等，并兼容传统的 着发展， 带宽需求日益增长， 多媒体业务应用提出了组播能力要求，并且随着运营商对用户体验的重视，也需要为家庭和小型商户提供具备 网络服务。 53 期主要将应用在城域网中。 提供以太网传送业务，如3时可以提供 目前对于 54 骨干网交 换 以 太 网E t h e r n e t D S L A ME t h e r n e t D S L A ME t h e r n e t D S L A 络A T M D S L A M D S L A M D S L A M / F R / D D N / E t h e r ne t / A D S 户 V P N C E V P N C 客 户 客 户A c c e s s R o u t e 客 户核心 / 汇接层路由器 路由器宽 带 接 入 网接入层域网城域网示意图 在高价值业务区域提供 持逐步替换、平滑完成汇聚接入层的网络融合 也可在大容量数据业务区提供 供低成本的大带宽解决方案 源光分路器 增强型 以太网 22M 核心层 汇聚层 接入层 众客户 IP 维 容量电交叉 /话 0G G 分组传送网提供的 分组传送网能够提供 到多点和多点到多点等几种类型。 点到点的 目前点到多点和多点到多点的 56 客户 客户 客户 客户 利用 57 入网园区交换机入网户大客户户普通接入平面：最后一公里接入网络 G 10 汇聚层P T 对业务实现 50 具有可预测和可控的网络与业务性能， 多层标签构成的隧道可以实现用户业务的隔离，保障用户的安全性。 增强的 于网络的维护管理。 当前运营商重点发展的业务。 应用趋势分析 对于 线、移动基站等高等级业务 , 该扮演的是今天 角色 , 将重要业务例如专线、基站上联信号等汇集到核心层节点。 从发展上看 , 以完全代替 提供高质量分组业务的传送 , 这些业务包括城域以太网专线、 务、 3G 基站到 回传业务、软交换承载等。 移动网 承载需要综合考虑移动网的演进方式。 否大量使用的一个影响因素是 口是否在基站大量应用 , 可是目前 x 1 的 口 , 现在的 护环依然承载着大量的基站业务。 未来业务中 备的特征 , 也就影响 果 须更多地考虑对 58 面向业务传送技术的演进 信息网络的新趋势 统的分组传送技术 组传送网的出现 目前分组传送标准主要有 立信、富士通、华为和泰乐等众多支持者提议，于 2006年 2月由 分组交换传输网络技术的首次尝试。 主要改进包括了通过消除 及增加传输网络需要的 源自 (运营商骨干网桥接传输技术 )，并希望 2007年能够开始技术的标准化。P/们都为从现有的 把物理层点到点连接的节点链转换为真正的共享链路，有效地统计复用突发型数据业务，准化程度更高一些。 60 面向连接的两大 在 要有 去除 增加了 以太网技术体系 在以太网技术上结合传送网特性发展起来的一种分组传送技术。主要有 去除以太网的无连接特性（如洪泛、 利用 升了网络的可扩展性。 增强了以太网的 总体来看， P/加了传送网的保护倒换和 电信级承载方面具备较大的优势； 设备数据业务承载上成本相对较