縱論城域網(wǎng)

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近來，城域網(wǎng)建設熱潮涌動電信界。在眾說紛紜中如何把握城域網(wǎng)的本質(zhì)？城域網(wǎng)在發(fā)展中面臨哪些問題和挑戰(zhàn)？運營商部署城域網(wǎng)有哪些優(yōu)選的方案？

城域網(wǎng)究竟為何物

從歷史上看，城域網(wǎng)（MAN）最初產(chǎn)生于局域網(wǎng)互連和數(shù)據(jù)新業(yè)務發(fā)展的需要，以后隨著形勢的變化逐漸發(fā)展成為各類不同背景新興運營公司的區(qū)域性多業(yè)務通信網(wǎng)，傳統(tǒng)電信運營公司也開始在其相應的局間中繼網(wǎng)范圍大量建設類似的多業(yè)務區(qū)域性通信網(wǎng)。近來城域網(wǎng)已經(jīng)成為社會和業(yè)界關注的熱點和競爭要點。然而，究竟城域網(wǎng)的內(nèi)涵是什么？該怎樣發(fā)展？或眾說紛紜，或人云亦云，十分混亂，每個不同社會背景和技術背景的人都有自己的說法和注釋。

從基本特征看，城域網(wǎng)是一種主要面向企事業(yè)用戶的、最大可覆蓋城市及其郊區(qū)范圍的、可提供豐富業(yè)務和支持多種通信協(xié)議的公用網(wǎng)，實際是一種帶有某些廣域網(wǎng)特點的本地應用型公用網(wǎng)絡。可以說城域網(wǎng)的關鍵特征是公用多業(yè)務網(wǎng)，由此帶來了一系列有別于其他網(wǎng)絡的特點。城域網(wǎng)既不同于局域網(wǎng)，又不同于廣域網(wǎng)。城域網(wǎng)與局域網(wǎng)的主要區(qū)別首先是網(wǎng)絡性質(zhì)的不同，局域網(wǎng)是企事業(yè)專用網(wǎng)，而城域網(wǎng)是面向公用網(wǎng)應用和多用戶環(huán)境的，因此有嚴格的要求；其次是傳輸距離的擴展，典型局域網(wǎng)的傳輸距離為數(shù)公里，而城域網(wǎng)范圍可擴展到50～150公里；最后是業(yè)務范圍的擴展，典型局域網(wǎng)通常主要提供數(shù)據(jù)業(yè)務，而城域網(wǎng)的業(yè)務范圍不僅有數(shù)據(jù)，還有語音和圖像，是全業(yè)務網(wǎng)絡。

城域網(wǎng)與廣域網(wǎng)或長途網(wǎng)的主要區(qū)別首先是容量，廣域網(wǎng)或長途網(wǎng)要求很高的容量，而城域網(wǎng)只需中等容量即可；其次是覆蓋距離的縮小，典型廣域網(wǎng)或長途網(wǎng)的傳輸距離可達數(shù)千公里；再有是支持的客戶層信號不同，廣域網(wǎng)或長途網(wǎng)目前只支持SDH，將來預計也只有SDH和以太網(wǎng)，而城域網(wǎng)需要支持各種客戶層信號，而且要能很快地提供客戶層信號所需的帶寬；最后是容許的成本不同，廣域網(wǎng)或長途網(wǎng)的高容量可由成千上萬的大量用戶共享，因而可以容許較高的成本，而城域網(wǎng)不行。特別是城域網(wǎng)的成本關鍵是節(jié)點，而非線路，而長途網(wǎng)恰好相反。

近幾年來，隨著骨干網(wǎng)容量和接入網(wǎng)容量的大幅度提升，網(wǎng)絡的容量瓶頸已經(jīng)逐漸轉移到城域網(wǎng)，特別是電子商務，關鍵企事業(yè)業(yè)務（諸如外聯(lián)網(wǎng)、主機托管、存儲域網(wǎng)、災難恢復等）的外包，局域網(wǎng)互連，POP間或POP內(nèi)的互連，高速數(shù)據(jù)傳送，上網(wǎng)瀏覽，點播電視，會議電視等新舊業(yè)務和應用的發(fā)展進一步促進了城域網(wǎng)的發(fā)展。

總的看，城域網(wǎng)是高度競爭和開放的網(wǎng)絡環(huán)境，受用戶和應用驅動，基本特征是業(yè)務類型多樣化，業(yè)務流向流量的不確定性。它不僅是傳統(tǒng)廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)的橋接區(qū)或傳統(tǒng)長途網(wǎng)與接入網(wǎng)的橋接區(qū)，也是底層傳送網(wǎng)、接入網(wǎng)與上層各種業(yè)務網(wǎng)的融合區(qū)，還是傳統(tǒng)電信網(wǎng)與數(shù)據(jù)網(wǎng)的交叉融合地帶乃至未來的三網(wǎng)融合區(qū)，因而各種不同背景的技術在此碰撞交融，往往會在復雜的融合過程中產(chǎn)生新的衍生體。多樣化將是城域網(wǎng)有別于長途網(wǎng)的重要特點，而豐富的應用是城域網(wǎng)能持續(xù)發(fā)展的原動力。

突破帶寬的瓶頸

目前城域網(wǎng)的主要問題首先是帶寬瓶頸。另一方面，用戶必須通過不同的接入技術和線路獲取不同的業(yè)務，不僅麻煩，而且費用高。再有，目前城域網(wǎng)底層多數(shù)采用SDH作傳送平臺，利用這種為電話業(yè)務設計的SDH固定帶寬來傳送突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務時不僅效率低下，而且改變帶寬往往意味著改變物理接口甚至改變了業(yè)務類型，進而常常不得不重新設計和重新建設網(wǎng)絡。

四種典型解決方案

目前，城域網(wǎng)解決方案主要有四大類，第一類是以SDH為基礎的多業(yè)務平臺；第二類是基于第二層交換和第三層選路的方案，主要指以太網(wǎng)解決方案；第三類是城域網(wǎng)用WDM方案，即以WDM為基礎的多業(yè)務平臺；第四類是以ATM為基礎的多業(yè)務平臺方案。

方案之一：以SDH為基礎的多業(yè)務平臺

以SDH為基礎的多業(yè)務平臺的出發(fā)點是充分利用大家所熟悉和信任的SDH技術，特別是其保護恢復能力和確保的延時性能，加以改造以適應多業(yè)務應用，支持層2和/或層3的數(shù)據(jù)智能?；舅悸肥菍⒍喾N不同業(yè)務通過VC級聯(lián)等方式映射進不同的SDH時隙， 而SDH設備與層2和層3乃至層4分組設備在物理上集成為一個實體。結果是減少了機架數(shù)、機房占地、功耗、架間互連，簡化了電路指配，加快了業(yè)務提供速度，改進了網(wǎng)絡擴展性，節(jié)省了運營維護和培訓成本，還可以提供諸如虛擬專網(wǎng)（VPN）或視頻廣播等新的增值業(yè)務。特別是集成了IP選路、以太網(wǎng)、幀中繼或ATM后，網(wǎng)絡可以通過統(tǒng)計復用和超額訂購業(yè)務來提高TDM通路的帶寬利用率和減少局端設備的端口數(shù)，使現(xiàn)有SDH基礎設施最佳化。最后，SDH多業(yè)務節(jié)點還可以方便地完成協(xié)議終結和轉換功能，使運營者可以在網(wǎng)絡邊緣提供多種不同業(yè)務，而同時將這些業(yè)務的協(xié)議轉換成其特有的骨干網(wǎng)協(xié)議。

具體實施時可以將ATM邊緣交換機、IP邊緣路由器、終端復用器（TM）、分插復用器（ADM）、數(shù)字交叉連接設備節(jié)點和波分復用（WDM）設備結合在一個物理實體上，統(tǒng)一控制和管理。

從各類具體設備支持數(shù)據(jù)承載的實施方案看，該方案可以大致分為四類。第一類稱為多層SDH交換結構，是在標準SDH TDM交換結構基礎上實施統(tǒng)計復用。第二類稱為混合的多交換結構，內(nèi)部具有分離的TDM交換結構和數(shù)據(jù)交換結構。第三類稱為單交換結構，即內(nèi)部使用單個非TDM交換結構來支持混合的TDM和數(shù)據(jù)業(yè)務。第四類是所謂輕便的SDH（SDH lite） 方案，完全消去了傳統(tǒng)的SDH TDM結構，直接在WDM上運行。

總的看，SDH多業(yè)務平臺最適合作為網(wǎng)絡邊緣的融合節(jié)點支持混合型業(yè)務量特別是以TDM業(yè)務量為主的混合型業(yè)務量。它不僅適合缺乏網(wǎng)絡基礎設施的新運營者，應用于局間或POP間，乃至大企事業(yè)用戶駐地。即便對于已敷設了大量SDH網(wǎng)的運營公司，以SDH為基礎的多業(yè)務平臺可以更有效地支持分組數(shù)據(jù)業(yè)務，有助于實現(xiàn)從電路交換網(wǎng)向分組網(wǎng)的過渡。

目前多數(shù)這類解決方案涉及多層幀的映射而導致帶寬效率低下，開銷處理復雜。此外，這種方案基于同步工作，抖動要求嚴，設備成本較高。再有，這種結構帶寬配置時間仍較長。最后，同時管理多個面向連接和無連接網(wǎng)不僅困難，而且管理成本較高。從長遠看，特別是數(shù)據(jù)業(yè)務成為網(wǎng)絡的主導業(yè)務類型后，這種解決方案不是一種有效的方法。

方案之二：基于以太網(wǎng)的方案

第二類是基于層2交換和層3選路的方案，主要指以太網(wǎng)解決方案。事實上，以太網(wǎng)并不是一種純粹的新技術，而是一種“老的新技術”，主要用于企事業(yè)網(wǎng)絡。然而，近來以太網(wǎng)最重要的動向是向城域網(wǎng)乃至廣域網(wǎng)的擴展。從技術上看，以太網(wǎng)是一種很簡單的解決方案，只需要最少量的規(guī)劃、設計和測試工作，并且應用多年，為用戶熟悉，業(yè)務指配時間可以減少到幾個小時或幾天。其次，以太網(wǎng)是標準技術，互換互操作性好，具有廣泛的軟硬件支持，成本低。再者，以太網(wǎng)是與媒體無關的承載技術，可以透明地與銅線對、電纜和各種光纖等不同傳輸媒體接口，避免了重新布線的成本。從結構上看，以太網(wǎng)正以前所未有的端到端解決方案面目出現(xiàn)，消去了其他解決方案所必不可少的網(wǎng)絡邊界處的格式變換，減少了網(wǎng)絡的復雜性。此外，以太網(wǎng)是具有很好擴展性的解決方案，其速率可以從10Mb/s、100Mb/s、1Gb/s一直擴展到10Gb/s。從管理上看，由于同樣的系統(tǒng)可以應用在網(wǎng)絡的各個層面上，因此網(wǎng)絡管理可以大大簡化。尤其值得一提的是，由于很多用戶已經(jīng)熟悉了以太網(wǎng)，因此培訓工作簡化，新業(yè)務可以拓展得更快。

盡管從長遠看，一個端到端的以太網(wǎng)是不可避免的，但演進的路線卻不止一條。對于沒有基礎設施的新興運營者可以租用暗光纖從頭建設自己的網(wǎng)絡，完全旁路現(xiàn)有的SDH和ATM基礎設施。對于已經(jīng)擁有SDH和ATM基礎設施的運營者來說，問題就沒有那么簡單，須仔細研究、分步驟逐漸演進。

然而，原來以太網(wǎng)用于局域網(wǎng)，QoS不是問題，當試圖擴展應用到公用電信網(wǎng)時需要提供隨用戶而異的QoS，而目前以太網(wǎng)還沒有機制能保證端到端性能，無法提供實時業(yè)務所需要的QoS和多用戶共享節(jié)點和網(wǎng)絡所必需的計費統(tǒng)計能力。其次，以太網(wǎng)原來是為局域網(wǎng)企事業(yè)用戶內(nèi)部應用設計的，缺乏安全機制保證，即便有需求也是由高層協(xié)議來處理，當擴展到MAN和WAN以后，上述利用高層協(xié)議的處理方法就無法接受了，需要開發(fā)新的安全機制。第三，以太網(wǎng)主要用于小型局域網(wǎng)絡環(huán)境，網(wǎng)管能力很弱，且目前只有網(wǎng)元級的管理系統(tǒng)。第四，以太網(wǎng)交換機的光口是以點到點方式直接相連的，省掉了傳輸設備，無法提供故障定位和性能監(jiān)視，保護功能也難以實現(xiàn)。最后，盡管以太網(wǎng)作為局域網(wǎng)應用是一項久經(jīng)考驗的技術，但是用于公用電信網(wǎng)特別是廣域網(wǎng)環(huán)境仍然是一項未經(jīng)測試的新技術，其設備是否能提供大型電信級公用網(wǎng)所必需的硬件和軟件可靠性也需要實踐和時間的驗證。總的看，只有妥善地解決了上述主要問題后，傳統(tǒng)以太網(wǎng)才能順利地應用于大型公用電信網(wǎng)環(huán)境。

方案之三：城域網(wǎng)WDM方案

第三類是城域網(wǎng)用WDM解決方案，隨著技術的進展和業(yè)務的發(fā)展，WDM技術正從長途傳輸領域向城域網(wǎng)領域擴展，當然，這種擴展不是直截了當?shù)模枰槍Τ怯蚓W(wǎng)的特定環(huán)境進行改造，其主要特點和要求可以歸結如下幾個方面。

首先，采用WDM后，容量有了大幅度的增加，至少幾十倍，且可以提供某種形式的WDM環(huán)保護。其次，應用WDM后容許網(wǎng)絡運營者提供透明的以波長為基礎的業(yè)務。這樣用戶可以靈活地傳送任何協(xié)議和格式的信號而不受限于SDH格式。特別是對于應用在城域網(wǎng)邊緣的系統(tǒng)，直接與用戶接口，需要能靈活快速地支持各種速率和信號格式的業(yè)務，因而要求其光接口可以自動接收和適應從10Mb/s 到2.5Gb/s范圍的所有信號。而對于應用在城域網(wǎng)核心的系統(tǒng)，則將來有可能還會要求支持10Gb/s的SDH信號和10Gb/s的以太網(wǎng)信號。最后，城域網(wǎng)WDM系統(tǒng)還應具備波長可擴展性，新的波長應能隨時加上而不會影響原有工作波長。這樣，系統(tǒng)可以通過簡單地增加波長而迅速提供新的業(yè)務，極大地增強了運營者的市場競爭能力。

城域網(wǎng)WDM系統(tǒng)的主要不足之處在于不能有效靈活地將低速率信號匯聚進較昂貴的波長通路；此外，不能動態(tài)地配置波長，實現(xiàn)光層靈活連接；最后，目前其成本仍然較高。

總的看，城域網(wǎng)WDM的演進可以分為下述幾個步驟：初始在城域網(wǎng)敷設WDM的主要目的是解決城域網(wǎng)樞紐點光纖耗盡的問題。第二步是逐步敷設OADM形成光自愈環(huán)，將大量現(xiàn)有的SDH自愈環(huán)匯聚到光自愈環(huán)。第三步是引入OXC互連大量的光自愈環(huán)形成光網(wǎng)狀網(wǎng)結構，從而帶來網(wǎng)狀網(wǎng)結構的大量好處，還能提供端到端波長業(yè)務。當然在合適的階段需要在OXC的基礎上引入自動交換光網(wǎng)絡（ASON）進一步實現(xiàn)動態(tài)分配部署波長通路以適應IP業(yè)務量的需要。

方案之四：以ATM為基礎的多業(yè)務平臺

ATM是一種出色的多業(yè)務平臺技術，而且由于其固有的設計已經(jīng)充分考慮了業(yè)務的QoS問題，因此可以為IP或其他任意客戶層信號提供面向連接的、帶寬可控、安全性好、延時小的高質(zhì)量業(yè)務。特別是目前在城域網(wǎng)中應用的ATM VP環(huán)技術利用在SDH骨干網(wǎng)上為ATM業(yè)務量生成虛通道VP的方式可以使SDH網(wǎng)更有效地承載數(shù)據(jù)流。

對于未來網(wǎng)絡最重要的IP客戶層信號而言，將IP與ATM結合可以綜合利用ATM的速度快、顆粒細、多業(yè)務支持能力強的優(yōu)點以及IP的簡單、靈活、易擴充和統(tǒng)一性的特點，達到優(yōu)勢互補的目的。由于ATM具有固定的信元長度，又工作在鏈路層，因而是速度最快的分組交換技術。這種技術具有較強的流量工程能力，可以為不同類型的業(yè)務流建立不同的通道，根據(jù)業(yè)務流負荷和阻塞情況疏導不同鏈路，確保實時業(yè)務的QoS。然而其主要缺點是網(wǎng)絡體系結構復雜重復；傳輸效率較低。在網(wǎng)絡擴展性方面，ATM的分段和組裝（SAR）功能將隨著接口速率增加而變得十分復雜困難，速率難以提高。此外，ATM的連接建立信令較復雜，選路靈活性不高；硬件投資高，運行維護管理復雜，特別是作大型路由配置時耗時耗力；對于較短的數(shù)據(jù)包，鏈路建立時間遠長于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸延時，其間無法傳數(shù)據(jù)，在高速條件下成為重要的帶寬損失。

簡言之，以ATM為基礎的多業(yè)務平臺最適用于多業(yè)務電信環(huán)境以及服務質(zhì)量要求較高的IP業(yè)務，主要應用于網(wǎng)絡邊緣多業(yè)務的匯集和一般IP骨干網(wǎng)。由于其擴展性受限，高業(yè)務量下的性能表現(xiàn)不理想，ATM VP環(huán)也不支持網(wǎng)狀網(wǎng)結構，因而以ATM為基礎的多業(yè)務平臺不太適合超大型IP骨干網(wǎng)應用。一般說，對于那些已經(jīng)敷設了核心ATM網(wǎng)而計劃擴展到網(wǎng)絡邊緣的大型電信運營公司，ATM VP環(huán)不失為一種可選的解決方案。但是對于預計近期IP業(yè)務量會持續(xù)大幅度攀升，網(wǎng)絡規(guī)模需要大幅度擴展的情況，則以ATM為基礎的多業(yè)務平臺不是一種長遠解決方案。

總之，面對復雜動態(tài)的城域網(wǎng)應用環(huán)境，上述四種方案都將在特定應用場合或時間獲得應用，共同構成完整的城域網(wǎng)解決方案。對于多數(shù)運營公司而言，近期選擇以SDH為基礎的多業(yè)務平臺方案為主，以ATM為基礎的多業(yè)務平臺方案為輔是穩(wěn)妥的可持續(xù)發(fā)展的策略；而中長期則可過渡到以第二和第三方案結合的形式為主，即邊緣以基于層2交換和層3選路的方案為主，而核心以城域網(wǎng)WDM方案為主并在適當時機引入ASON進一步實現(xiàn)動態(tài)分配部署波長通路以適應IP業(yè)務量的需要。

最后需要指出，城域網(wǎng)的技術選擇以及發(fā)展的速度和規(guī)模最終取決于應用，而不是人為炒作和盲目跟進。跟蹤國際發(fā)展趨勢，立足國情，把握網(wǎng)絡發(fā)展的銜接性和可持續(xù)發(fā)展性，積極開展現(xiàn)場試驗，認真解決技術問題，制訂周全的發(fā)展規(guī)劃，開發(fā)大量新的應用是城域網(wǎng)得以持續(xù)發(fā)展的真正動力。

來源：中國電信建設