光以太網(wǎng)技術(shù)在IP城域光網(wǎng)絡(luò )中的應用

光以太網(wǎng)技術(shù)是現在兩大主流通信技術(shù)的融合和發(fā)展：光網(wǎng)絡(luò )和以太網(wǎng)的融合。它集中了以太網(wǎng)和光網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)點(diǎn)，如以太網(wǎng)應用普遍、價(jià)格低廉、組網(wǎng)靈活、管理簡(jiǎn)單，光網(wǎng)絡(luò )可靠性高、容量大。光以太網(wǎng)的高速率、大容量消除了存在于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間的帶寬瓶頸，將成為未來(lái)融合話(huà)音、數據和視頻的單一網(wǎng)絡(luò )結構。光以太網(wǎng)技術(shù)是構建寬帶城域光網(wǎng)絡(luò )的主流技術(shù)之一。

1、光以太網(wǎng)的提出

如今，企業(yè)和運營(yíng)商都希望降低成本、增加收入：(1)對企業(yè)來(lái)說(shuō)，電子商務(wù)環(huán)境給企業(yè)帶來(lái)了滿(mǎn)足客戶(hù)需求和增加收入的機會(huì )。企業(yè)能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)的聯(lián)系客戶(hù)、合作伙伴以及供應商。然而，雖然企業(yè)對網(wǎng)絡(luò )的需求在不斷的增長(cháng)，但是對網(wǎng)絡(luò )的投資卻沒(méi)有同步增長(cháng)。企業(yè)希望花更少的錢(qián)獲得更多的服務(wù)，以最大限度的節約企業(yè)的成本;(2)對于運營(yíng)商來(lái)說(shuō)，目前網(wǎng)絡(luò )建設主要考慮的是如何在支持已有業(yè)務(wù)的同時(shí)獲得最大的利潤。城域網(wǎng)的接入帶寬瓶頸、速率不匹配以及多協(xié)議的轉換等問(wèn)題使得運營(yíng)商難以提供企業(yè)用戶(hù)所要求的接入速率。

光以太網(wǎng)概念的提出解決了上述問(wèn)題，同時(shí)也給寬帶城域網(wǎng)的建設帶來(lái)了革命性的變化?，F在的城域網(wǎng)是基于SDH體系結構的。SDH最初是為面向低速、電路交換的語(yǔ)音業(yè)務(wù)而設計的，可保證良好的QoS性能，提供50ms的電路保護倒換時(shí)間;缺點(diǎn)是SDH設備價(jià)格昂貴，用于數據業(yè)務(wù)時(shí)不夠靈活、效率低下。而光以太網(wǎng)是基于目前應用非常普遍、技術(shù)成熟的以太網(wǎng)技術(shù)，并對網(wǎng)管和流量工程等方面的功能進(jìn)行了加強，以便滿(mǎn)足城域網(wǎng)對數據速率和傳輸距離的要求。當運營(yíng)商構建光城域以太網(wǎng)后，就可以直接在骨干層提供以太網(wǎng)端口，實(shí)現與局域網(wǎng)的無(wú)縫連接。

2、光以太網(wǎng)的優(yōu)勢

以太網(wǎng)技術(shù)是1970年由Xerox公司提出的，最初通過(guò)同軸電纜讓用戶(hù)共享10Mbit/s帶寬。后來(lái)，以太網(wǎng)很快發(fā)展到通過(guò)無(wú)屏蔽雙絞線(xiàn)傳遞，并采用交換機給用戶(hù)提供10Mbit/s的專(zhuān)線(xiàn)連接。今天，交換式以太網(wǎng)可將100Mbit/s的專(zhuān)線(xiàn)帶寬傳送到桌面，很快還會(huì )實(shí)現千兆(Gbit/s)到用戶(hù)。因快速、廉價(jià)、容易使用，這種“即插即用”的技術(shù)已成為90%以上的企業(yè)局域網(wǎng)(LAN)的標準技術(shù)。

無(wú)論是專(zhuān)網(wǎng)還是公網(wǎng)，都可以應用光以太網(wǎng)。它可以配置為點(diǎn)對點(diǎn)、網(wǎng)狀或者環(huán)形拓撲結構，可以應用于局域網(wǎng)、城域網(wǎng)以及廣域網(wǎng)。應用光以太網(wǎng)技術(shù)帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)有：

(1)解除了帶寬瓶頸光以太網(wǎng)以其本身具有的格式和速度傳輸端到端的LAN業(yè)務(wù)，不必進(jìn)行協(xié)議轉換，也無(wú)須降低速率，從而打破了存在于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)間的帶寬瓶頸。

(2)可靠性高光以太網(wǎng)技術(shù)將在LAN中已證明過(guò)的以太網(wǎng)的健壯性和在MAN、WAN中眾所周知的光纖傳輸的優(yōu)點(diǎn)結合起來(lái)，可以提供5個(gè)9級別的可用性。EthernetoverRPR(EoRPR)可以在災難性故障發(fā)生時(shí)保證50ms的保護倒換時(shí)間。

(3)安全性好一旦進(jìn)入光纖以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )，終端用戶(hù)的以太網(wǎng)數據幀就被封裝起來(lái)以保護所傳的數據，并與其它用戶(hù)業(yè)務(wù)數據流隔離。

(4)擴充性好由于流量和帶寬已經(jīng)增加了，以太網(wǎng)技術(shù)標準也進(jìn)展到更高的速率，然而它還保持著(zhù)與現有網(wǎng)絡(luò )結構的兼容性。

(5)端口價(jià)格低廉由于目前以太網(wǎng)已在企業(yè)和園區網(wǎng)中廣泛使用，其硬件成本非常低，技術(shù)非常成熟，從而大大降低了運營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò )建設成本。如千兆以太網(wǎng)端口的價(jià)格只有ATM和SDH端口的1/4，而即將推出的10Gbit/s以太網(wǎng)端口的價(jià)格約為SDH端口的1/7。

(6)網(wǎng)絡(luò )的效率高傳統的電信網(wǎng)絡(luò )采用復雜的多層架構(如IPoverATM、IPoverSONET和IPoverDWDM等)，這種架構的缺點(diǎn)是：一方面，ATM和SDH設備價(jià)格非常昂貴，增加了運營(yíng)商的成本;另一方面，當數據在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間傳輸時(shí)，需要通過(guò)路由器進(jìn)行復雜的協(xié)議轉換，因此會(huì )增加網(wǎng)絡(luò )開(kāi)銷(xiāo)、降低傳輸效率，并且還帶來(lái)了延遲和抖動(dòng)。光以太網(wǎng)是端到端的以太網(wǎng)，數據在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間傳輸時(shí)不需要進(jìn)行協(xié)議轉換，因此可以大大提高傳輸效率。

(7)互操作性強光以太網(wǎng)是已定義好的公用技術(shù)，它使多廠(chǎng)家的設備在LAN、MAN和WAN中具有互操作性，有利于端到端的兼容。

(8)帶寬管理光以太網(wǎng)可以在數據包的級別上實(shí)現帶寬管理，而不必指定某個(gè)特定端口。運營(yíng)商可以按照不同的業(yè)務(wù)分配不同的帶寬，從1到 1000Mbit/s可調(以1Mbit/s為增量單位)。企業(yè)可以用單個(gè)10/100/1000Mbit/s以太網(wǎng)端口取代多個(gè)E1或E3速率的WAN 連接。

(9)新業(yè)務(wù)機會(huì )光以太網(wǎng)可以提供兩類(lèi)重要的業(yè)務(wù)：運營(yíng)商直接提供給最終用戶(hù)的業(yè)務(wù)和運營(yíng)商提供給其它運營(yíng)商的業(yè)務(wù)。

目前，用戶(hù)可以選擇的接入手段基本上是基于銅線(xiàn)的各種接入方式，速率介于kbit/s和Mbit/s之間，它已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)日益增長(cháng)的需求。在個(gè)人用戶(hù)方面，用戶(hù)已不僅僅滿(mǎn)足于對Internet的慢速瀏覽，VOD、網(wǎng)絡(luò )電視等有較高帶寬需求的應用，也吸引著(zhù)用戶(hù)和內容提供商。

另一方面，超過(guò)95%的用戶(hù)使用以太網(wǎng)連接其內部網(wǎng)絡(luò )，而目前的接入網(wǎng)迫使用戶(hù)必須購買(mǎi)昂貴的路由器才能連接電信接入網(wǎng)。協(xié)議的轉換也帶來(lái)了大量額外的開(kāi)銷(xiāo)。運營(yíng)商選擇ATM和SDH/SONET傳輸IP業(yè)務(wù)主要考慮到網(wǎng)絡(luò )可擴展性、可靠性以及技術(shù)的成熟性。這些方式固然有其眾多優(yōu)點(diǎn)，但在將第2層數據映射到第1層的帶寬的管理上有明顯缺點(diǎn)。從傳輸角度看，他們基于“專(zhuān)線(xiàn)”的方式，需預先確定傳輸所需的帶寬，數據進(jìn)入骨干網(wǎng)遵循傳統TDM網(wǎng)絡(luò )的規律，其顆粒度可能是E1、E3、STM-1或STM-4，甚至更高。這些方式導致了光傳輸帶寬的浪費。

(2)城域光以太網(wǎng)方案

光以太網(wǎng)技術(shù)將以太網(wǎng)的優(yōu)越性擴展到了城域網(wǎng)，提供端到端的以太網(wǎng)連接而無(wú)需多協(xié)議的轉換。光以太網(wǎng)能夠解決城域網(wǎng)所面臨的上述問(wèn)題，為運營(yíng)商構建新一代的寬帶城域網(wǎng)絡(luò )，以滿(mǎn)足市場(chǎng)對帶寬的巨大需求。

光以太網(wǎng)能用不同類(lèi)型的以太網(wǎng)傳輸，其中包括：裸光纖以太網(wǎng)(EthernetOverFiber)、彈性分組環(huán)以太網(wǎng)(EthernetOverRPR)和DWDM以太網(wǎng)(EthernetOverDWDM)。無(wú)論部署哪種類(lèi)型的傳輸網(wǎng)絡(luò )，都可利用以太網(wǎng)的簡(jiǎn)單性和經(jīng)濟性來(lái)提供高效的業(yè)務(wù)。

EOF

EoF(Ethernetoverfiber)是常見(jiàn)、便捷的光以太網(wǎng)模式，它可支持10Mbps～10Gbps的速率，支持點(diǎn)到點(diǎn)和網(wǎng)狀網(wǎng)的連接方式。EOF是一種極具成本效益和高性能的光以太網(wǎng)解決方案，傳輸距離可達70公里。

EORPR

RPR(彈性分組環(huán))是適用于多業(yè)務(wù)分組傳送的新型光纖環(huán)網(wǎng)傳輸技術(shù)，具有雙環(huán)結構、帶寬動(dòng)態(tài)分配、統計復用、支持業(yè)務(wù)級別和公平接入等特性，是當前光網(wǎng)絡(luò )上傳輸數據包的一種優(yōu)化技術(shù)。目前IEEE802.17工作組正在對RPR進(jìn)行標準化。該標準的提出源于寬帶城域網(wǎng)高效率、低成本傳送多業(yè)務(wù)分組流的需要。標準制訂的基本思路是綜合傳統電信網(wǎng)SDH和計算機以太網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)，設計一種具有和SDH相當的可靠性(彈性)、面向分組而不是面向電路、帶寬利用率更高的光纖傳輸技術(shù)。

傳統的以太網(wǎng)采用的是“盡力而為”的傳送機制，能夠很好地適應數據業(yè)務(wù)的突發(fā)性傳輸要求，具有良好的擴展性;缺點(diǎn)是無(wú)QOS保證，保護倒換能力差。SDH設備具有小于50ms的保護倒換時(shí)間，具有良好的QOS性能，但是SDH采用的是面向語(yǔ)音的。TDM傳輸方式，傳送數據業(yè)務(wù)時(shí)效率不高。EORPR綜合了千兆以太網(wǎng)的經(jīng)濟性、SDH具有對延時(shí)和抖動(dòng)的嚴格保障、可靠的時(shí)鐘和50ms環(huán)保護和恢復等優(yōu)點(diǎn)。RPR網(wǎng)絡(luò )是由分組交換節點(diǎn)組成的環(huán)型結構，相鄰節點(diǎn)通過(guò)一對光纖連接。節點(diǎn)間的鏈路是基于光纖的，并可采用WDM來(lái)擴容。

EORPR方案解決了傳統SDH環(huán)帶寬資源浪費的問(wèn)題。因為在EORPR中，SDH環(huán)上兩個(gè)方向的帶寬資源都被充分利用了。同時(shí)，SDH利用空間重用和統計復用技術(shù)，進(jìn)一步提高了帶寬利用率。RPR環(huán)可擴展到幾千公里，能提供靈活、多業(yè)務(wù)的光以太網(wǎng)應用。

EODWDM

EODWDM以DWDM為傳輸載體，通過(guò)波長(cháng)復用提高單束光纖的傳輸能力。EODWDM采用以太網(wǎng)幀格式，可以通過(guò)端到端、環(huán)狀或網(wǎng)狀連接。EODWDM在高帶寬、高效率的情沉下特別有效，如信息存儲的解決方案，數據中心互連。目前商用的DWDM系統能支持多達32 個(gè)波長(cháng)(每個(gè)波長(cháng)相當于一條OC48或OC192信道)、網(wǎng)絡(luò )容量提高到320Gbit/s。這種系統能工作于常規光纖或非零色散位移光纖上，適用于城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。

EODWDM具有以下優(yōu)點(diǎn)：

充分利用了光纖的帶寬資源，極大地提高了傳輸速率。

DWDM系統與以太網(wǎng)或SONET、SDH網(wǎng)有很好的互聯(lián)能力，配置簡(jiǎn)單、方便、對已有的網(wǎng)絡(luò )結構不會(huì )做太大的調整、支持未來(lái)的寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò )升級、并具有可推廣性、高度生存性等特點(diǎn)。

與信號速率無(wú)關(guān)，可方便地引入寬帶、數據等新業(yè)務(wù)、并可兼容不同體制、不同廠(chǎng)家的設備。

(3)城域光以太網(wǎng)的應用現狀

光以太網(wǎng)首先在北美得到應用。在近幾年，北美出現了一批城域以太網(wǎng)運營(yíng)商(MEC)，如Yipes、Cogent、Telseon等。以Yipes為例，目前在美國約20個(gè)大城市提供公共以太網(wǎng)接入業(yè)務(wù)，其網(wǎng)絡(luò )中大量使用G比特以太網(wǎng)交換機，通過(guò)光纖到大樓為用戶(hù)提供Internet接入和透明局域網(wǎng)互連(TLS)業(yè)務(wù)，其主要客戶(hù)是ISP、基于WEB的企業(yè)等商業(yè)用戶(hù)和學(xué)校。

國內寬帶IP城域網(wǎng)建設從1999年開(kāi)始。與北美不同的是，國內的以太網(wǎng)接入業(yè)務(wù)首先瞄準的是住宅用戶(hù)，因為中國的城市居民大多集中在各類(lèi)小區中。部分省市的有線(xiàn)電視臺為向其用戶(hù)提供Internet接入，選擇以太網(wǎng)建設城市寬帶網(wǎng)，采用以太網(wǎng)/HFC混合的方式，在某些小區提供以太網(wǎng)到用戶(hù)，在另外一些小區提供以太網(wǎng)到小區，CableModem到用戶(hù)的方式提供服務(wù)。2000年以來(lái)，各地電信公司紛紛開(kāi)始建設寬帶城域網(wǎng)，主要采用以太網(wǎng)到用戶(hù)為主，ADSL為輔。

城域光以太網(wǎng)在美國和日本得到了很好的應用，主要原因在于城域光以太網(wǎng)能夠以較小的成本獲得較大的帶寬。在國外，城域光以太網(wǎng)服務(wù)已被公認為主流發(fā)展趨勢。目前及規劃中的光以太網(wǎng)設備以第2層LAN交換機、第3層LAN交換機，SONET設備以及DWDM為基礎。如北電通過(guò)三種方法來(lái)構建光纖以太網(wǎng)，包括第2/3層LAN交換機——Passport8600;OPTera分/插復用器，它是一種能夠通過(guò)北電的RPR方案和OPTera數據包邊緣系統(OPTeraPacketEdgeSystem)協(xié)作的SONET光纖設備;還有就是在其DWDM產(chǎn)品上直接提供以太網(wǎng)連接。

(1)完善的用戶(hù)管理用戶(hù)管理是一切業(yè)務(wù)的基礎，在網(wǎng)絡(luò )建設初期，為了適應市場(chǎng)需求，快速推出用戶(hù)接入業(yè)務(wù)，各運營(yíng)商一般采用包月制的方式。簡(jiǎn)單的包月資費方式確有簡(jiǎn)單快速的優(yōu)點(diǎn)，但從長(cháng)遠來(lái)看，這種過(guò)于單一的資費政策，不僅會(huì )使運營(yíng)商損失大量的客戶(hù)、浪費大量的網(wǎng)絡(luò )資源，同時(shí)也使得寬帶網(wǎng)的運營(yíng)缺乏高效、靈活擴展的管理手段，使得運營(yíng)商在未來(lái)的市場(chǎng)競爭中處于不利地位。因此，建設寬帶網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)支撐平臺成為當前寬帶運營(yíng)商迫切的需求。

(2)較高的網(wǎng)絡(luò )可靠性主要包含以下幾方面：鏈路/路徑的保護和故障恢復、擁塞控制、路由選擇和流量控制。已有的以太網(wǎng)技術(shù)在這幾方面存在缺陷。如在MAN的組網(wǎng)中，經(jīng)常會(huì )出現環(huán)路，雖然生成樹(shù)(SpanningTree)可用來(lái)消除環(huán)路，但這樣不僅帶寬不能有效利用，且當鏈路發(fā)生故障時(shí)，生成樹(shù)的重構又需多達十幾秒的時(shí)間。與傳統的SDH相比，這無(wú)法接受。為解決以上問(wèn)題，IEEE成立了802.17工作組，專(zhuān)門(mén)致力于環(huán)結構以太網(wǎng)技術(shù)彈性分組環(huán)(RPR)的研究，以期在網(wǎng)絡(luò )可靠性方面有較大提高。

(3)健全安全機制，主要包括二層嚴格隔離、三層受控訪(fǎng)問(wèn)、主機保護、網(wǎng)絡(luò )安全等。

(4)豐富的業(yè)務(wù)提供能力，要求能提供高速以太網(wǎng)上網(wǎng)、多播/廣播、VoIP、寬帶上網(wǎng)卡、VPN、VPDN、帶寬出租批發(fā)等業(yè)務(wù)類(lèi)型。

(5)靈活多樣的計費支持，既能支持遠端RADIUS認證計費，又能支持本地話(huà)單定時(shí)備份的計費。

(6)良好的運營(yíng)維護能力。

5、光以太網(wǎng)的建設

光以太網(wǎng)首先在北美得到應用。在近幾年，北美出現了一批城域以太網(wǎng)運營(yíng)商(MEC)，如Yipes，Cogent，Telseon等。以Yipes為例，他目前在美國約20個(gè)大城市提供公共以太網(wǎng)接入業(yè)務(wù)，他的網(wǎng)絡(luò )中大量使用千兆以太網(wǎng)交換機，通過(guò)光纖到大樓為用戶(hù)提供Internet接入和透明局域網(wǎng)互連(TLS)業(yè)務(wù)，主要客戶(hù)是ISP、律師事務(wù)所、基于Web的企業(yè)等商業(yè)用戶(hù)和學(xué)校。

與北美不同，中國的以太網(wǎng)接入業(yè)務(wù)首先瞄準了住宅用戶(hù)。北美的私人住宅非常分散，采用光纖到路邊的方法，每對光纖覆蓋的用戶(hù)數量非常小，因此，在北美使用ADSL和CableModem更為經(jīng)濟。中國的情況完全不同，城市的居民集中居住在各類(lèi)小區內，小區內的住宅數量在300到2000戶(hù)之間。運營(yíng)商采用光纖到小區的方法非常經(jīng)濟實(shí)用。據測算，以太網(wǎng)接入用戶(hù)的成本(不計光纖和雙絞線(xiàn))約在30到60美元之間，大大低于A(yíng)DSL和CableModem。

在國內，寬帶IP城域網(wǎng)的建設從1999年開(kāi)始。部分省市的有線(xiàn)電視臺為向其有線(xiàn)電視用戶(hù)提供Internet接入服務(wù)，選擇以太網(wǎng)技術(shù)建設城市寬帶網(wǎng)，采用以太網(wǎng)/HFC混合的方式，在某些小區提供以太網(wǎng)到用戶(hù)，在另一些小區采用以太網(wǎng)到小區，CableModem到用戶(hù)的方式提供服務(wù)。2000年以來(lái)，各地電信公司紛紛開(kāi)始建設寬帶城域網(wǎng)，以以太網(wǎng)到用戶(hù)為主，ADSL為輔。

寬帶城域網(wǎng)的建設基本可以分為3個(gè)階段。第一階段主要目標是搶占市場(chǎng)，運營(yíng)商充分認識到市場(chǎng)就是公司的生命線(xiàn)，所以包括中國電信、聯(lián)通、網(wǎng)通、有線(xiàn)電視公司等都把快速接入商業(yè)樓宇和住宅小區為第一要物。在這一階段，大家紛紛采用現有的各種以太網(wǎng)交換機快速搭起網(wǎng)絡(luò )的架構，提供的主要業(yè)務(wù)是包月制的Internet接入服務(wù)。

第二階段，運營(yíng)商從公共運營(yíng)網(wǎng)絡(luò )的角度重新審視自己已建成的寬帶城域網(wǎng)，并且從各種角度進(jìn)行優(yōu)化，提高網(wǎng)絡(luò )的可靠性、可管理性，并考慮采用新的技術(shù)。以太網(wǎng)在城域網(wǎng)中的應用，同樣對業(yè)界和設備廠(chǎng)商也提出了挑戰。由于目前以太網(wǎng)產(chǎn)品主要應用在企業(yè)網(wǎng)環(huán)境下，在設備可靠性、網(wǎng)絡(luò )可靠性等方面存在弱點(diǎn)。另外，發(fā)展基于以太網(wǎng)的組網(wǎng)技術(shù)、用戶(hù)管理、帶寬管理、計費系統成為主要任務(wù)。所以，第二階段的主要任務(wù)是將寬帶城域網(wǎng)優(yōu)化成為一個(gè)真正意義的公共電信網(wǎng)。

第一階段網(wǎng)絡(luò )建設完成之后，運營(yíng)商的的關(guān)注焦點(diǎn)將轉向業(yè)務(wù)，第三階段的主要任務(wù)是在已有網(wǎng)絡(luò )的基礎上，如何開(kāi)發(fā)出更多吸引用戶(hù)的業(yè)務(wù)，帶來(lái)更多的業(yè)務(wù)收入，使其在網(wǎng)絡(luò )上的投資價(jià)值最大化。目前來(lái)看，寬帶城域網(wǎng)的主要業(yè)務(wù)是Internet接入，我們可以在幾個(gè)方面拓展業(yè)務(wù)面。

6、結束語(yǔ)

光網(wǎng)絡(luò )正從廣域網(wǎng)和城域網(wǎng)向本地網(wǎng)滲透，同時(shí)以太網(wǎng)也正從局域網(wǎng)向城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)延伸。光以太網(wǎng)是光網(wǎng)絡(luò )和以太網(wǎng)的融合，集中了兩者的優(yōu)點(diǎn)，如以太網(wǎng)的應用普遍、價(jià)格低廉、組網(wǎng)靈活以及管理簡(jiǎn)單，和光網(wǎng)絡(luò )的可靠性高和容量大等。城域光以太網(wǎng)大大節約了網(wǎng)絡(luò )建設的成本，消除了存在于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間的帶寬瓶頸，必將成為未來(lái)融合話(huà)音、數據和視頻的下一代IP城域網(wǎng)建設的優(yōu)秀解決方案。