IP Over SDH技術(shù)與IP Over DWDM技術(shù)的比較

近年來(lái)，Internet的迅猛發(fā)展帶來(lái)了一場(chǎng)革命，推動(dòng)了音頻、視頻、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的融合統(tǒng)一。隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，用戶對(duì)圖像、音頻、視頻等多媒體信息的需求量急劇上升，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求和對(duì)網(wǎng)絡(luò)的高速互聯(lián)正在成為令人矚目的問(wèn)題。為了在骨干網(wǎng)上快速傳輸多媒體業(yè)務(wù)，有效地利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，就需要構(gòu)造簡(jiǎn)潔高效、易于升級(jí)的現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)，IP over SDH技術(shù)和IP over DWDM技術(shù)作為Internet主干網(wǎng)解決方案，備受人們的關(guān)注。

IP over SDH技術(shù)

1.1 IP over SDH技術(shù)的原理

IP over SDH技術(shù)是以SDH網(wǎng)絡(luò)作為IP數(shù)據(jù)的物理傳輸網(wǎng)絡(luò)，它使用鏈路適配及成幀協(xié)議對(duì)IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝，然后按字節(jié)同步的方式把封裝后的IP數(shù)據(jù)包映射到SDH的同步凈負(fù)荷包中。目前廣泛使用PPP協(xié)議對(duì)IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝，并采用HDLC幀格式，即IP/PPP/HDLC/SDH，PPP協(xié)議提供多協(xié)議封裝、差錯(cuò)控制和鏈路初始化控制等功能，而HDLC幀格式負(fù)責(zé)同步傳輸鏈路上PPP封裝的IP數(shù)據(jù)幀的定界。

1.2 IP over SDH網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

IP over SDH網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。它由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層組成。物理層遵守SDH傳輸網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)鏈路層包括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議（PPP）和高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程（HDLC），網(wǎng)絡(luò)層采用TCP/IP。

PPP可將太長(zhǎng)的IP包切短成PPP幀，以適應(yīng)映射到SDH幀的要求。它提供了多協(xié)議封裝、差錯(cuò)控制和鏈路初始化控制的特性。

HDLC的主要功能是區(qū)分通過(guò)同步傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟⑹褂肞PP封裝的IP數(shù)據(jù)包，即HDLC幀格式負(fù)責(zé)同步傳輸鏈路上的PPP封裝的IP數(shù)據(jù)幀的定界。這種區(qū)分是通過(guò)字節(jié)填充來(lái)完成的。

IP數(shù)據(jù)包向SDH中的映射過(guò)程是：IP數(shù)據(jù)包先封裝進(jìn)PPP包，然后采用HDLC協(xié)議，將PPP封裝的IP數(shù)據(jù)包映射到SDH的凈負(fù)荷中。其中HDLC的主要功能是對(duì)經(jīng)過(guò)同步傳送鏈路中的PPP封裝的IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行定界。

Fig.2-1 IP over SDH network system structure

1.3 IP over SDH技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1.3.1簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

IP over SDH具有較高吞吐量，較低協(xié)議開(kāi)銷，較高帶寬利用率，可以緩解網(wǎng)(WAN)中帶寬資源緊張的問(wèn)題，適用于IP業(yè)務(wù)占主要地位的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。IP over SDH技術(shù)作為Internet主干網(wǎng)解決方案之一，以Internet網(wǎng)為無(wú)連接IP網(wǎng)，繼續(xù)采用路由器為核心構(gòu)建廣域網(wǎng)，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)相對(duì)比較容易，大大降低了建設(shè)費(fèi)用。

1.3.2 提供較高的帶寬利用率

在Internet或IP多中，IP over SDH技術(shù)與其他傳輸方式相比，它能提供較高的帶寬利用率。在現(xiàn)在耗資巨大的廣域網(wǎng)(WAN)鏈路中，與基于ATM的網(wǎng)絡(luò)相比，IP over SDH技術(shù)能提供高出25%～30%的帶寬。IP over SDH技術(shù)可以替代將IP數(shù)據(jù)包映射進(jìn)ATM信元，再將信元插入SDH凈負(fù)荷中的方法。要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包映射進(jìn)SDH凈負(fù)荷區(qū)，可以減少諸如SAR功能開(kāi)銷和ATM信頭開(kāi)銷?？梢?jiàn)這種方式明顯地提高了帶寬利用率。在利用ATM結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳輸時(shí)，由于協(xié)議開(kāi)銷造成帶寬利用率為80%，理論上最高可達(dá)84%，而在同樣流量情況下，使用IP over SDH的帶寬利用率可達(dá)94%。

1.3.3 支持多傳送

IP over SDH由于采用PPP協(xié)議技術(shù)，可以對(duì)現(xiàn)有的多種成熟的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行封裝，支持多傳送。特別是在IP網(wǎng)中，IP多路廣播已經(jīng)是一項(xiàng)成熟的技術(shù)。IP over SDH技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的Internet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)沒(méi)有大的改變，故而可以很容易地繼承這個(gè)優(yōu)勢(shì)。在目前多媒體網(wǎng)絡(luò)尚不能夠有效支持大量用戶同時(shí)使用交互式多媒體業(yè)務(wù)的時(shí)候，IP over SDH技術(shù)充分利用IP廣播的優(yōu)點(diǎn)，合理利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，因而具有相當(dāng)大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。相比之下，ATM結(jié)構(gòu)對(duì)IP一個(gè)協(xié)議的支持還不是很完善，在復(fù)制多路廣播方面更缺乏效率高的技術(shù)。

1.3.4 以新型千兆比路由器為核心

IP over SDH組網(wǎng)的核心是新型千兆比路由器，因此IP over SDH技術(shù)的發(fā)展與調(diào)整路由器的發(fā)展息息相關(guān)。近年來(lái)，ASIC技術(shù)的廣泛應(yīng)用，新型路由器技術(shù)的發(fā)展，促使千兆比路由器吞吐量大幅度提高，單位吞吐量?jī)r(jià)格迅速下降;路由器端口密謀提高，促進(jìn)端口費(fèi)用降低。并且，路由轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延縮短到比較理想的和諧，這些都拓寬了路由器在IP over SDH組網(wǎng)中的應(yīng)用。但是，路由表容量隨網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大而急劇膨脹，路由器自身需要交換的信息也將耗費(fèi)大量帶寬。新型路由器技術(shù)的突破，將會(huì)把IP over SDH技術(shù)應(yīng)用帶上一個(gè)新臺(tái)階。

2 IP over DWDM技術(shù)

2.1 IP over DWDM的原理

IP over DWDM技術(shù)是以目前最有發(fā)展前途的的寬帶IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用了密集波分復(fù)用技術(shù)能極大地提高網(wǎng)絡(luò)的帶寬，是目前解決光纖資源短缺、拓展光纖傳輸帶寬的最佳技術(shù)。DWDM設(shè)備已經(jīng)在很多國(guó)家的骨干網(wǎng)建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展來(lái)看，DWDM技術(shù)的使用將最終導(dǎo)致省掉中間的ATM層和SDH層，IP將直接在光路上傳輸處理，這就是IPoverDWDM的全光網(wǎng)絡(luò)。

2.2 IP over DWDM網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

IP over DWDM是一種簡(jiǎn)單直接的體系結(jié)構(gòu)，它以高性能路由器取代傳統(tǒng)的基于電路交換的ATM、SDH電交換和復(fù)用設(shè)備，通過(guò)OADM、OXC或者DWDM耦合器直接連至DWDM光纖，由這些設(shè)備控制波長(zhǎng)接入、交換、選路和保護(hù)。IPoverDWDM是真正意義上的數(shù)據(jù)鏈路網(wǎng)，可以通過(guò)指定波長(zhǎng)做旁路或直通連接，網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)功能只在IP層完成。

2.2.1 層疊模式

層疊模式的特點(diǎn)：

1）IP路由器和建立在DWDM技術(shù)基礎(chǔ)上光傳送網(wǎng)（OTN）的OXC設(shè)備分別位于不同的管理域。

2）IP路由器與OXC設(shè)備以UNI接口連接，這意味著其中一方為客戶方（IP路由器），另一方為網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)（OXC）。

3）IP路由器并不知道OTN的拓?fù)?，各個(gè)IP路由器根據(jù)自己與OTN提供和交換的IP拓?fù)湫畔?gòu)成鄰接關(guān)系。

4）IP網(wǎng)絡(luò)和OTN網(wǎng)絡(luò)各自運(yùn)行自己的信令和路由協(xié)議。

5）IP路由器可以向OTN提出請(qǐng)求以建立與其他IP路由器之間的光連接。

3.2.2 對(duì)等模式

對(duì)等模式的特點(diǎn)：

1）IP路由器和建立在DWDM技術(shù)基礎(chǔ)上光傳送網(wǎng)（OTN）的OXC設(shè)備分別位于同一的管理域。

2）IP路由器與OXC設(shè)備以NNI方式相連，構(gòu)成鄰接關(guān)系并交換拓?fù)湫畔ⅰ?/p>

3）IP路由器與OXC設(shè)備一樣，能知道域內(nèi)的全部拓?fù)湫畔ⅰ?/p>

4）IP網(wǎng)絡(luò)和OTN網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行公共的信令和路由協(xié)議，使用相同的編址方案。

5）IP路由器請(qǐng)求以建立其他IP路由器之間的光連接。

2.3 IP Over DWDM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

作為拓展光纖傳輸帶寬的最佳技術(shù)——DWDM的發(fā)展，使傳統(tǒng)光傳輸領(lǐng)域發(fā)展到全光網(wǎng)成為可能。IP over DWDM去掉ATM和SDH層，將IP數(shù)據(jù)包直接映射到光路上傳輸，省掉了很多開(kāi)銷，大大提高了傳輸效率，降低了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行成本。網(wǎng)絡(luò)利用DWDM多波長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)光通道保護(hù)措施確保任意兩節(jié)點(diǎn)間的多路徑連接。自愈環(huán)的應(yīng)用大大提高系統(tǒng)的可用性和抗毀性。同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)個(gè)中心POP之間的大容量業(yè)務(wù)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)低成本業(yè)務(wù)匯聚。城域骨干層具有業(yè)務(wù)收斂程度高，光纖資源豐富，骨干數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)相對(duì)較少，帶寬壓力相對(duì)較低等特點(diǎn)，也可同匯聚層統(tǒng)一規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)邏輯分層方式，提高骨干層擴(kuò)展能力和安全性。

3 兩種技術(shù)的比較

專家認(rèn)為，IPOverDWDM技術(shù)代表了未來(lái)信息高速公路的發(fā)展方向。雖然這兩種還處在研究發(fā)展階段，還有許多問(wèn)題要解決，但對(duì)于以IP為主流業(yè)務(wù)的新興數(shù)據(jù)公司來(lái)說(shuō)，目前是最佳的技術(shù)選擇之一。

Tab.4-1 Comparison of two techniques

最近，密集波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)已經(jīng)成熟并走向商品化，無(wú)需采用SDH時(shí)分復(fù)用設(shè)備，而是將原復(fù)用的多個(gè)信道改為DWDM，然后用于兆位（Gigabit）或太位（Terabit）路由交換機(jī)直接與DWDM設(shè)備相連進(jìn)行路由交換，即所謂的IP／DWDM方案。這樣，不使用 ATM 和SDH設(shè)備，在光纖上直接用SDH 幀封裝或千兆以太網(wǎng)幀格式傳輸 IP數(shù)據(jù)包，可以大大降低寬帶骨干網(wǎng)的成本。IP／DWDM 使得 SDH 時(shí)分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)，將被光學(xué)的波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)取代，復(fù)雜昂貴的復(fù)用和交叉互連設(shè)備，將被線速路由交換機(jī)取代，網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、清晰，同時(shí)可上百倍地提高樹(shù)干網(wǎng)絡(luò)帶寬；不僅可降低大致 50％-90％網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資，而且可降低 60％運(yùn)營(yíng)成本?？v觀 IP 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷史，千兆位路由交換機(jī)和密集波分復(fù)用兩者結(jié)合而構(gòu)成的 IP 優(yōu)化光學(xué)問(wèn)，是寬帶 IP 網(wǎng)的最優(yōu)方案。

從市場(chǎng)化角度，DWDM技術(shù)解決了網(wǎng)絡(luò)中光纖敷設(shè)滯后的問(wèn)題，并提供運(yùn)營(yíng)商快速、靈活地拓展各項(xiàng)多媒體業(yè)務(wù)，且網(wǎng)絡(luò)具有良好的擴(kuò)展性和先進(jìn)性的解決方案。

4 總結(jié)

雖然目前寬帶IP網(wǎng)尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但I(xiàn)P over DWDM能夠極大地拓展現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)帶寬，最大限度地提高線路利用率，并且在外圍網(wǎng)絡(luò)以千兆以太網(wǎng)成為主流的情況下，這種技術(shù)能真正地實(shí)現(xiàn)無(wú)縫接入。所以，從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，IP over DWDM更具競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，可能成為未來(lái)寬帶IP網(wǎng)絡(luò)通信的首選解決方案。但在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，Internet或基于IP的多媒體通信骨干網(wǎng)必將是這三種IP技術(shù)的混合體，是一個(gè)多協(xié)議光互連網(wǎng)。其中其核心骨干網(wǎng)將采用IP over DWDM技術(shù)，次骨干網(wǎng)以及其邊緣則采用IP over SDH和IP over ATM技術(shù)。此次課程設(shè)計(jì)，我們查閱了大量有關(guān)寬帶網(wǎng)絡(luò)的資料，并側(cè)重我的研究課題——IP over SDH技術(shù)與IP over DWDM技術(shù)的比較展開(kāi)研究。最終經(jīng)過(guò)我們的不懈努力完成了課程設(shè)計(jì)，雖然過(guò)程艱辛，但完成后確實(shí)很有成就感。這次課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我們團(tuán)結(jié)協(xié)作，互幫互助的精神，為我們今后走上社會(huì)參加工作奠定了一定的基礎(chǔ)。