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1、宋涛:POS技术介绍l 现状与发展POS 技术介绍宋 涛（电信科学技术第十研究所 陕西 西安 710061）摘 要：为了适应IP业务快速增长的需求，传送IP的几种解决方案已被相继提出。其中，POS技术作为Internet主干网解决方案之一，将SDH与IP直接结合，有效地利用了现有的网络结构，简洁高效、易于升级。本文简要介绍了POS的技术基础，技术优缺点以及未来的发展趋势关键词：POS SDH 核心网 PPP协议一、POS技术概述POS（Packet Over SONET/SDH，又称IP Over SONET/SDH）技术是将IP层直接放在SDH层之上，并在提供服务质量保证的同时，避免了管理S
2、DH之上的ATM及ATM之上的IP所需的间接费用。POS技术能够更好地适应不断提高的Internet/Intranet通信流量，它所提供的第一个创建基于IP的多服务网络的可靠方法，已被GTE Internetworking、Qwest、Sprint和UUNET等业界领先的服务供应商所采用。IP交换速度的提高，不仅产生经济性，而且使基于IP的语音和视频的产品得到发展。POS技术被广泛采用的一个重要原因是它能适应企业、网络的需求和应用以及实际情况所发生的变化。POS定位于电信运营级（carrier scale）的数据骨干网，其网络主要由大容量的高端路由器经由高速光纤传输通道连接而成。POS技术不是
3、一种全新的模型1，而是对传统IP网络概念的顺延，它完全兼容传统的IP协议体系，只是在物理通道上借助SDH提供的点到点物理连接，使速率提高到万兆级别。POS模型主要涉及两个基本问题：数据的封装和高速路由器。二、POS数据封装和传输POS技术是通过SDH提供的高速传输通道直接传送IP数据业务2。它使用链路和点到点协议(PPP Point to Point Protocol)对数据包进行封装，根据RFC 1662规范把IP分组简单地插入到PPP帧中的信息段；经SDH通道层的业务适配器，把封装后的IP数据包映射到SDH同步净荷中；然后通过SDH传输层和段层，加上相应的通道开销和段开销，把净荷装入一个S
4、DH帧中；最后到达光网络，在光纤中传输。它保留了IP面向无连接的特征。1. SDH传输机制为了适应将来网络的发展，SDH/SONET技术除了继续完善其支持话音业务的功能之外，也正在向支持数据业务的方向发展，并已有支持数据业务的产品问世，当前许多新型的SDH传输设备大都提供了10G接口，今后在功能方面将会更加全面。下一代SDH/SONET技术的基本原理就是规定高速率SDH/SONET中的若干STS1信号，并用于分组信号的统计复接，其余的 STS1信号则用于传统的电路交换信号，这样SDH/SONET设备就能同时支持电路交换信号和分组信号。基于新技术的系统能将多种网络单元综合进入到一个操作平台，极大
5、地简化了SDH/SONET传送网，增加了SDH/SONET网络的功能，也可以动态地增加SDH/SONET传送的有效性和功能。它不仅可以支持传统的话音业务，同时也能支持数据和视频业务，而且在系统的安装、维护和成本上均有巨大的优势。SDH的级联功能增强了支持ATM/IP的能力，使其可以融合路由交换功能，支持以太网透明传输。SDH数字体系中3，最基本的模块信号是STM-1信号，更高级的STM-N信号是将基本模块STM-1同步复用，字节间插的结果。目前，SDH只支持一定的N值(如1、4、16、64等)，ITU-T G.707建议规范的SDH标准的速率如下: STM-1(OC-3)为155.520Mbi
6、t/s; STM-4(OC-12)为622.080Mbit/s; STM-16(OC-48)为2488.320Mbit/s; STM-64(OC-192)为9953.280Mbit/s STM-256(OC-768)为39813.12Mbit/s。2PPP数据封装参考OSI7层网络模型，SDH/SONET协议是物理层协议(layerl)，主要负责在物理层介质上传送字节数据。IP协议是无连接的协议，属于网络层协议(layer3)。数据链路层（layer2)负责SDH/SONET协议与IP协议之间的接口，IETF定义PPP协议来执行此项功能，并有相应的PPP over SONET/SDH草案，以实
7、现POS技术。PPP协议定义了点到点链路上传输多协议数据包的标准方法，主要被用于短距离本地线路、租用线、拔号Modem中，作为其链路层的协议。根据RFC16614，PPP协议包括：在单个串行链路上使用多种协议数据的封装方法；用于建立、配置、检测链路的链接扩展协议；用于建立、配置不同网络层协议的网络扩展协议等三部分。PPP协议在OSI7层位于网络层之下，为了与网络层平滑地连接，它在规定了基本接口后还为不同的网络层协议提供相应的封装控制协议。其次，在PPP层下面承载业务的传输媒质也各不相同，如ISDN、FR、SDH/SONET等，这就需要PPP协议为它们提供相应的链路控制协议。对于POS而言，主要
8、涉及的是PPP协议中有关数据封装的部分。PPP协议的封装方案效率高，适于在SONET/SDH通道上使用。POS的数据封装过程可分为将IP包封装入PPP帧中和将PPP帧放入SDH的虚容器中两个步骤。5IETF制定的RFC1619 PPP over SONET/SDH，定义了PPP与SONET/SDH的接口，描述了PPP在SONET/SDH网络中的具体应用。当SONET/SDH被配置为点到点的链路时，PPP协议可以很好地支持这种链路，并将SONET/SDH传输通路视为面向字节的同步链路，提供链路层的数据包封装机制；PPP协议给物理层提供一个字节型接口，PPP帧作为字节流映射进SONET/SDH净负
9、荷中。6由于PPP封装具有相对低的开销，因此相对于其它SONET/SDH 净负荷映射方法而言，它能提供更大的吞吐量，并能充分利用现有设备，大大降低线路终端设备的费用。三、POS技术优点1带宽利用率高POS技术最主要的优点就是：高效地利用带宽资源，这对于广域骨干网是极为重要的。对于宽带广域网来说，POS能够提供比基于ATM的网络高出25%40%的带宽。POS技术方案需要把IP包封装入PPP-HDLC帧中，然后将PPP帧直接映射入SDH的净荷区。而基于ATM的方案，需要先将IP包进行RFC1483 的封装，使其最终成为53字节的信元时，才能够映射入SDH净荷中（当然ATM论坛也提出裸信元的传送方式
10、，但对于长途传输通常还是经过SDH网）;基于ATM的方案相当于每48字节净荷就有5字节的开销，而POS方案相当于1500字节（PPP帧的缺省信息域长度）净荷才有7字节的开销（PPP帧的开销）；以SDH中 STM-1（OC-3）为例，其传输速率是155.520Mbit/s，除去通道开销、段开销、线路开销后的可用信息速率是149.760Mbit/s，经过ATM再映入SDH，用户可用速率为135.6Mbit/s；而直接将PPP帧映入SDH，用户可用速率为 149.064Mbit/s；基于ATM的方案效率仅为90.54%，而POS方案为99.54%。对于STM-4（2.5Gbit/s）的速率，基于AT
11、M的方案将浪费约235M的带宽，相当于5个T3信道。以上还没有考虑ATM同IP、SDH相重复的OAM开销，以及IP/ATM模型引入的额外的协议开销所占用的带宽。因而从效率的角度讲，POS技术方案比基于ATM方案的带宽利用率要高得多。2模型扩展性好目前，全球Internet规模巨大，本身就证明了基于IP协议的路由器网络是具有极好扩展性的网络：路由器间动态地交换路由信息，使数据能够避开故障链路；采用CIDR、VLSN技术使目的地址到达的信息可以被概括后扩散；分级管理的体系和自治域，使系统间既相对独立又相对联系。POS技术方案实际上仍是通过路由器组建网络，只不过路由器升级到千兆、万兆级，路由器间的连
12、接也由专线升级到SDH的速率等级别，因而继承了扩展性良好的优点。此外，POS还有如下优点：对IP路由的支持能力强；符合Internet业务的特点，有利于实施多播方式；能利用SDH技术本身的环路和网络的自愈能力达到链路纠错的目的；利用OSPF协议防止链路故障造成网络停顿，提高网络的稳定性；将IP网络技术建立在SDH传输平台上，可以很容易地实现跨越地区和国界，兼容不同技术标准实施全球联网；省略了ATM层，简化了网络结构，降低了运行成本。四、POS技术缺陷目前，POS技术尚不支持虚拟专用网VPN和电路仿真，只能进行业务分级，不能提供较好的QoS；对大规模的网络必须处理庞大、复杂的路由表，而且查找困难
13、，路由信息占用了较大的带宽。在所有包的交换技术中，ATM的QoS是最好的，它可以做到电路仿真。由于POS技术本身属于点到点的技术和SDH技术本身的缺陷（SDH适合传送采用TDM技术的话音业务，不太适合传送IP业务），因此无论是采用哪种POS技术，在光网中采用POSSDH ADM环时，都有以下缺陷：通过数据通信信道（DCC，再生段的D1D3字节、复用段的D4D12字节）对高阶虚容器和低阶虚容器的端到端踪迹连接配置的周期长；有再生段和复用段、高阶虚容器和低阶虚容器等多种设备层次，因而开发系统和网络十分复杂；将分组映射到HOVC、LOVC或它们的相邻级联和SDH/SONET虚级联时，昂贵和低效；要求
14、网络时钟精确同步，否则将降低系统性能或使系统失效；要求支持TMN (电信管理网络)，否则不同厂商的设备不能实现互联和操作维护；带宽分配不够灵活(基于点对点传输)，有较高的建网成本。五、POS技术发展趋势1结构简单目前，在POS技术中，帧结构比较复杂。SDH帧结构中有大量的断开销和通道开销，对于IP网络来讲，这些开销是多余的，未来的SDH帧结构将会简化。即使最终独立的SDH层也可能减小时，但其基本功能将会融合到WDM层中。2功能增强POS技术在网络链路带宽紧张时，位于长包之后的短包，时延变化会较大，而大的时延变化，使POS更难支持对时延敏感的应用，也许下一步POS会利用新的技术，如采用“slim
15、”SDH格式来解决这些问题。另外，IP结构信号在SDH中传输的常规方法是IP/PPP/HDLC/SDH，7由于SDH原有支路接口为E1或E4，一个IP包需要分到多个E1（或E4）链路，即需同时建立多条PPP链路，这会增加配置的复杂性，在多个E1中难于负载平衡，也不利于保证多个E1有相同传送时延。因此，需要在SDH设备中增加支持VC级联功能，用级联的多个VC承载单个PPP链路。为了更有效地传输IP信号，在SDH设备中增加以太网接口也是增强功能的一种趋势。3产品性能更高随着因特网用户成几何级数的迅速膨胀，网上的路由表也在迅速膨胀。尽管采用BGP4和CIDR等技术使路由收敛和路由聚合，减少路由表项，
16、但仍有几百万的规模。同时，当前Gbit路由器所采用的体系结构不能支持未来网络的性能要求，如果使用的接口速度超过路由器本身的容量，那么路由器将无法使原始带宽全部有效地转换为可用带宽；路由器需要Tbit的交换速度才能经济有效地伸展到更高的接口速度。因而未来网络也需要具有高性能、高密度和具有伸缩性的Tbit交换路由器。4应用逐步靠近边缘随着核心网被基于WDM的光网络所替代，在核心网中将习惯性地采用POW技术，POS技术将更多的在接入网和城域网中使用。其原因在于：接入网的速率较低，采用POW技术不经济，而使用信号速率较低的POS技术可以进行较小的包交换和分配，以满足用户的要求。六、结束语目前，POS技术是建设和改造Internet骨干网的首选方案。国内外广泛建设的SDH环境为POS技术的实
