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1、电信级以太网技术和应用探讨( 2008/7/1 15:03 ) 本文关键字 : 电信 (57), 以太网 (119), MPLS (33), 固网 (10), 运营商 (29), 网络 (30), IP (22), 电信网 (2), TDM (7), SDH (13), SONET (8), LAN (3), 城域网 (7), 广域网 (4), 宽带接入 (3), 信令 (3), ITU (10), Qos (6), VPN (2), 烽火网络 (3), MSTP (7), ASON (1), 交换机 (6), IPV6 (2), IPv4 (1), IEEE (11), 骨干网 (3), 网
2、通 (2), OTN (3), 放大器 (2), 中国电信 (2), 光纤 (5), 光传输 (1), VLAN (3), 最后一公里 (1), 宽带 (4), 软交换 (3), Wi-Fi (1), WIMAX (1), IPTV (2), 3G (2), 无线接入 (1), 基站 (5), WCDMA (1), TDD (1), 中国移动 (1), WAP (1), GPRS (1), 融合 (2) 摘要本文介绍了 电信 级以太网 的市场和技术背景，分析了电信级以太网相关技术和标准，包括LAPS ， GFP， RPR，MSR ，以太网环， 40G/100G以太网，增强型以太网、PBB-TE
3、 、传送 MPLS 等；结合不同的业务需求和驱动，对电信级以太网技术在固网 和移动运营商 的应用模式进行了探讨和分析，并对网络 演进的方式给出了建议。1 、前言随着业务 IP 化的加速发展， 电信网 络承载的业务类型已发生了根本性变化，已由 TDM流量为主正在转向分组流量占优的形态。业务类型的变化对承载网提出了新的需求。现有基于 SDH / SONET 的传送网适合承载速率恒定的同步电路业务，对于承载具有突发性和不确定性特征的分组业务，尤其是大颗粒度的数据业务（GE 或 10GE ），存在一定的不适应性。因此，如何选择合适的分组承载网技术，适应网络流量IP 化趋势，为数据业务提供与传统电路业务
4、同样的可用、有效的可管理的服务，是目前运营商建网面临的一大挑战。以太网技术设计之初主要是应用于LAN 中， 并没有考虑到向城域网 甚至 广域网 的扩展。但由于其简单易用和低成本，使得以太网已成为宽带接入 的普适性技术， 并占据了固定网用户接入端口类型的90% 以上。因此，各大标准化组织纷纷展开工作，研究能否在原有以太网上引入电信级的特性，满足在城域甚至广域的组网需求，以实现端到端的以太网业务。所谓电信级以太网，即在保留传统以太网的帧结构的基础上，通过加进传送网功能、扩展帧头或引入二层协议和信令 等方式，在以太网上实现和电信网类似的可管理性和可靠性。根据 ITU -T 和 MEF 的定义，电信级
5、以太网应具备以下特征：（1）高可靠性。在环型、双星型和格型拓扑下能够提供50ms以内的保护和自愈能力；（2）端到端的QoS 保障能力。具备业务区分和识别能力，能够提供基于CIR 和 EIR 的 QoS 保障能力； （3）完善的 OAM和可管理性。 基于二层提供对故障和性能的管理功能，具备灵活的业务管理和提供能力；（4）多业务。能够满足TDM 、话音和视频等业务的综合承载需求，通过伪线或仿真方式实现和现有网络的互通；（5）标准化。具备良好的互联互通性，实现不同厂商和运营商的业务互通。下文将对电信级以太网的技术进行分析，给出其应用场景，并结合运营商的实际网络需求，对电信级以太网技术的应用模式进行探
6、讨。2、电信级以太网技术和标准分析广义的电信级以太网技术的种类比较多，并无统一的分类标准。但究其实质， 电信级以太网技术可分为几条不同的技术路线：（1） 引入 GFP/LAPS等， 在现有传送网SDH/SONET上实现电信级以太网的传送；（2）采用 RPR/MSR/以太网环， 实现在环形分组网上传送电信级以太网业务；（3）直接在以太网上进行扩展，增加保护倒换和OAM 等特性，可以统称为 Ethernet+，这一类别包括增强型以太网、PVT 和 PBT 或 PBB-TE 技术；（ 4）引入MPLS 的封装格式，并利用MPLS 二层 VPN 的部分机制，实现电信级的功能，可以称之为Ethernet
7、+MPLS Lite，这一类别包括传送MPLS（T-MPLS ）、VPLS 和 EoMPLS 等； （5）10/40/100Gbit/s以太网。本文将重点讨论业界比较关注的GFP/LAPS ，RPR/MSR/以太环网、 40/100Gbit/s以太网、增强型以太网、PBB-TE 和 T-MPLS 技术，并研究其应用场景。（1） GFP/LAPS LAPS （ Link Access Procedure-SDH/SONET）是把以太网技术引入国际电联的第一个国际标准，由武汉邮科院（烽火网络 ）代表中国提出，于2001年 2 月获得批准，它具有 ITU-T和 MEF 所定义的电信级以太网的所有特征
8、。所以它是电信级以太网的第一个标准。采用LAPS 有三种应用方式，即在SDH/SONET上提供以太网接口（即MSTP 方式，ASON 等），在以太网交换机 上提供 STM-N/OC-N接口传送以太网，也可以在现有的SDH/SONET与以太网交换机之间部署EOS 设备，实现对等网络的互通。GFP（通用帧规程）由欧美厂商提出，其主要特点是在帧结构中采用2 字节的 PLI（净荷长度指示）字段来标识帧长，以MSTP 形式提供以太网业务是GFP 最主要的应用方式。它同样具有ITU-T和 MEF 所定义的电信级以太网的所有特征。如果认为把传统以太网赋予电信级特征的使命必须由国际电联来完成的话，GFP 和
9、LAPS 在其中起到了非常重要的引导作用。之后，国际电联又陆续推出了以太网层网络，以太网专线业务， 以太网 UNI 和 NNI ，以太网 OAM ，分组网的定时和同步等十来项标准，在以太网向“ 电信级 ” 推进方面，确有一定的进展。到目前为止，全球已有至少十四家MSTP 芯片厂商、四十多家MSTP 系统厂商和几家仪表制造商把包括GFP/LAPS在内的电信级以太网传送功能用于其产品设计中，累计安装系统设备总量已超过120 亿美元（如， GFP/LAPS在设备中约占1% 4% ）。与 GFP 相比， LAPS 的不足是当其信息字段中出现标志字节“0x7E” 时，需要使用Stuffing规程，进行必
10、要的替换， 并需要在接收端还原。相比之下GFP 的应用量略多一些。但从技术角度看，在“ 近端和远端流控” ，“ 对 9200字节以上超长包的支持（IPv6 超大分组由PDH 承载） ” ，“ 长包（如1518字节）传送的效率” ，“ 与 POS-PHY/SPI工业标准的兼容性” ， “ 多路以太网在所承载的物理通道带宽略小的VC 或 VC 级联上同时传送的丢包率” ，“ 对于 IPv4 和IPv6 ，小包和超长包， PDH 通道和 SDH 通道六种情况同时支持的统一性” 等几项指标或功能上， LAPS 有明显优势。（2） RPR/MSR/ 以太网环具有 50ms线路保护、空间重用、自动拓扑发现
11、、 动态带宽管理是弹性分组环RPR （IEEE802.17）的重要特征。RPR 具有最多256 个节点组网能力，目前在全球数据网领域已获得小批量的应用。当采用RPR，提供电信级以太网业务（支路，MAC in MAC）时，其不足主要表现在：难以支持多个支路的传送、支路保护、支路组播和性能监视等。为此，由武汉邮科院 （烽火网络） 代表中国提出MSR（多业务环） ，2003年 10 月获得国际电联批准，解决了电信级以太网业务和TDM 支路的传送问题， 实现了多个以太网和TDM 在 RPR 上传送、保护、多播和性能监视，是较早时期解决MAC in MAC问题的一个版本和解决方案。从 2005年 11
12、月开始，国际电联ITU-T SG 15开始研究采用以太网组环，提供包括电信级以太网在内的多业务传送解决方案。与 RPR 相比， 以太网环成本较低，兼容性更好，到目前已有两次全会和两次中期会议加速推进，预计在2008年 2 月的全会上会有一个正式的版本发布。 针对这一解决方案（主要定位在DSLAM和城域 骨干网 之间） ，武汉邮科院（烽火网络）结合MSR 技术，率先在 网通 、电信和电力网等近三十多处开通了GE 环（带电信级以太网业务），GE 环（带电信级以太网和E1/T1业务）和10GE 环（带电信级以太网和 E1/T1业务）的CESP （电信级以太网业务平台）工程。（3） 10/40/100
13、Gbit/s以太网实际上，早在IEEE 802.3ae制定 10Gbit/s以太网标准时，就把SONET/SDH引入（与 10GBase-R和 10GBase-X并列），作为10GBase-W广域网传送方案，在XGM和 WIS （广域网接口子层）之间采用基于64B/66B的 PCS（物理编码子层）。这其中的代价是需要解决比较繁琐的WAN PHY（9.58464 Gbit/s） 与 MAC 层 （10.3125 Gbit/s）之间的速率匹配问题。应该说，在保留了SONET/SDH的通道开销、复用段开销，再生段开销和指帧调整字节后，10GBase-W也基本具有电信级以太网的特征。由于以太网技术的广
14、泛应用，加上其具有物美价廉的特质。近期IEEE 802.3和ITU-SG15均把 100Gbit/s以太网作为下一阶段的研究重点之一（IEEE 802.3HSSG，高速标准研究组）。与此同时，40Gbit/s的以太网方案也在考虑之中。对于如此超高速传输，需要解决电子线路极限情况下的信号处理、光信号的调制、物理编码、色散补偿、非线性处理、与FE/GE/10GE帧结构和PHY 内各子层的兼容性和一致性问题等。但不管怎样，都会尽量借鉴40G-SDH、DWDM 、OTN （光传送网）等现有电信级的传输技术。关于40G-SDH，武汉邮科院（烽火通信）牵头，联合信息产业部电信传输研究所、西安邮电学院和南京
15、电子55 所联合攻关，已在业内率先研制出40Gbit/s（STM-256）SDH 的分插复用设备（ ADM ）和 1R 光中继设备（光放大器 ），研制出由3 个 STM-256的 ADM 设备构成双纤复用段自愈环。解决了该速率下超高速电子信号处理（电子线路极限情况）、40Gbit/s光信号的调制解调技术、光调制信号的码型选择（RZ/NRZ）、系统色散（CD ）补偿、光偏振模色散（PMD ）补偿、光的非线性处理技术、光放大器技术等诸多难题。同时与 中国电信 一道， 共同完成了80 40Gbit/s上海到杭州的超大容量通信线路工程，克服了 40Gbit/s DWDM系统精确色散管理、分布式喇曼放大
16、，采用交叉控制和时钟倒换技术，在实际的G.652光纤 上实现了800km无电中继传输，相当于4000万对人同时打电话的超大容量系统。创建实际光纤3040km的 160 10Gbit/s波分复用超长距离光传输 系统，使传输距离比原先增加近5 倍，成本至少降低2 倍多。解决了增益补偿技术和安全控制技术，开发出了泵浦合波与消偏的混合功能器件。这三个重大项目的突破，为国内40G/100Gbit/s以太网的研制奠定了坚实的基础。对于 40Gbit/s以太网， PCS 子层的速率是41.325Gbit/s，目前较多专家的意见是其编码采用512B/513B，以便与 ODU3 （ODU ：光通道数据单元）很好地适配。而对于100Gbit/s以太网， PCS 子层的速率是103.125Gbit/s，其传送方式有三种 （可能都用） ：（1） 用 11 个波长虚级联传送 （ODU2-11v/ODU2-11， OTU2 段开销和带前向纠错FEC ） ，每一个波长对应于一个ODU2 ，即 10Gbit/s速率；或（ 2）用 3 个波长虚级联传送（ODU3-3v/ODU3-3， OTU3 段开销和带前向纠
