光通信技術向電信級以太網發展

業界對光網絡系統的投資正從SONET/SDH向基于WDM的以太網轉移。這種網絡目前被認為是最適合擴展網絡容量，以適應電信級以太網和三重業務的技術。借助于WDM光傳輸的巨大帶寬，下一代網絡的設計者可以提高以太網交換技術的效率。

　　本文將回顧光通信技術支持以太網包交換業務的發展過程，比較主要WDM以太網傳輸技術的帶寬利用率，描述電信級以太網的主要標準，并說明建設與維護一個基于WDM的光傳輸網絡的成本。

　　向基于WDM的以太網發展

　　SONET/SDH出現于上世紀九十年代初。作為TDM的承載網絡，它為點對點傳輸作了專門優化?？梢哉f，SONET/SDH是應用最廣泛的光網絡標準。Infonetics研究預測，用于SONET/SDH建設的光網絡

　　設備投資于2006年達到頂峰，然后會逐漸向基于WDM的以太網轉移。

　　很多因素促成了這一轉變。其中最主要的原因是，相對TDM傳輸而言，通過以太網以IP包交換形式傳輸的數據量增長非常迅速，而SONET/SDH只為點對點傳輸優化，并不適用于承載以太網匯聚業務。另一個原因是，10Gbit/s以太網接口的出現，為以太網傳輸提供了經濟的方法。

　　最近，由于能提供確定性的網絡、低于50毫秒的恢復時間和強壯的OA&M功能，運營商對基于

　　SONET/SDH的以太網設備的興趣越來越濃厚。隨著網絡傳輸容量的不斷增長，SONET/SDH最高每環10Gbit/s的容量已不能滿足需求，因此人們引入了WDM光路交換技術，實現了在一根光纖中同時傳輸多路SONET/SDH。由于必須傳輸管控信息，需要增加很多與客戶無關的接口，導致這種堆環結構的造價非常高。

　　ITU-T光傳輸網絡(OTN)G.709標準已經公布十年多，實現了在點對點結構中光復用器的互通。OTN支持光纖通道、ESCON、SONET/SDH和以太網結構，為它們提供了靈活的OA&M和前向糾錯性能。不過，OTN并未針對以太網傳輸優化。OTN-1容器定義為一個2.5Gbit/s負載，要想使用一個吉比特以太網接口，就必須將其映射到這個OTN-1上，容量浪費非常大。

　　基于WDM的以太網消除了以太網傳輸的中間層(SONET、OTN)，提高了包交換業務的帶寬利用率。最近，大多數電信設備供應商對外公布了他們研發的相關產品?；赪DM的以太網將第二層以太交換的高效率和WDM的高帶寬相結合，同時具備確定性、低于50毫秒的恢復時間和強壯的OAM功能。

　　主要標準

　　目前，已有和正在發展的標準主要關注將以太網從一個企業級協議向運營商業務和傳輸協議轉變。

　　1998年為局域和城域網絡制定的IEEE 802.1q標準面世。這一標準為原始的以太網增加了虛擬橋接局域網(VLAN)功能。VLAN允許在一個共享鏈路上隔離不同以太網廣播域間的傳輸。同年也頒布了為以太網業務優先級別進行標識的IEEE 802.1p標準，為同一連接中不同傳輸流定義了相對優先級。

　　IETF為多協議標記交換(MPLS)制定的標準還包括與傳輸相關的內容，但這一標準只允許以太網業務的點對點連接。而IETF后來頒布的虛LAN業務(VPLS)則為MPLS添加了點對多點連接功能。

　　2004年，城域以太網論壇(MEF)參考非常成功的幀中繼業務標準，制定發布了電信級以太網業務的技術規范，其速率遠遠高于T1和DS3。

　　MEF定義了以太網專用線路(EPL)，可以提供被稱為約定信息速率(CIR)的點對點專用以太網鏈路?，F在，由于EPL屬于電路交換模式，很多運營商都可以在已有的SONET/SDH和OTN傳輸系統上提供EPL，而不需要以太網匯聚、交換或相對較高的QoS要求。

　　而以太網LAN(E-LAN)定義為點對多點的第二層以太網業務。市場研究機構Vertical Systems Group預測，由于大量企業用戶從幀中繼向電信級以太網業務轉換，E-LAN將成為未來發展最快的

　　以太網業務。問題是，在基于電路交換的結構中，每一個E-LAN接入線路都必須與第二層交換連接，導致帶寬被浪費，部署E-LAN的成本增加很多。

　　E-LAN常被用作高層業務(如IPTV)的基礎傳輸。此時，類似于廣播的業務必須經過多個點對點連接實現傳輸，無形中降低了帶寬使用率。

　　最近，ITU-T和IEEE的建議都提出了光包交換技術。其中傳輸MPLS(T-MPLS)是ITU提出的標準。這一標準定義了傳輸級MPLS的功能，并著重定義了包傳輸網絡的OAM和保護切換等功能。

　　電信級骨干網橋接(PBB)和電信級骨干網傳輸(PBT)(又被稱作PBB-TE)，是IEEE提出的標準。在PBB，或稱為MAC-in-MAC技術中，用戶的以太網MAC地址和負載被封裝進運營商的以太網幀中，然后通過運營商的MAC地址實現網絡中的交換與傳輸。

　　而PBT技術為端到端以太網傳輸提供了工具，保證了以太網業務通過電信級以太光傳輸網絡時的QoS。PBB/PBT的目的是提供低成本的二層交換和以太網匯聚設備，以便為電信級以太網業務提供合適的網絡。

　　帶寬利用率

　　基于WDM的以太網技術已經極大地提高了光通信的帶寬利用率。圖1說明了基于WDM的以太網技術發展與帶寬利用率的關系。目前大多數已部署的WDM平臺采用電路交換的形式，即每個波長用作一個點對點連接。因此，為了維持一個點對點光鏈路，就必須專門配備兩個收發器。

　　最早的基于WDM的以太網系統將單個1Gbit/s或10Gbit/s以太網接口直接映射到一個波長里，作為一路信號收發。這種方法實現簡單，但帶寬利用率很低。

　　圖2顯示了一個將以太網接口映射到波長的系統。20Gbit/s的數據從核心網過來。路由器通過城域電信級以太光傳輸網絡將數據傳遞到接入節點。如圖所示，由于數據帶寬大于傳輸容量，2.5Gbit/s的單路波長已經不夠用，必須部署10Gbit/s，結果導致備用容量的上升以及成本的增加。

　　為了提高帶寬利用率，光路交換供應商開發了以太網接口疏導模塊，靜態地將多路以太網接口映射到一個波長中。例如，有些系統可以將多個1Gbit/s以太網接口合并到一個10Gbit/s波長中。這種方法確實提高了一部分帶寬利用率，但由于不論是否有傳輸需求，每個接口都占用了部分帶寬，導致利用率仍然不高。

　　最近，有些供應商已經為光路交換平臺增加了二層包交換模塊。這些系統允許任意一個以太網接口中的包交換到預先指配的波長中，從而降低了以太網接口的數量，提高了帶寬利用率。這種方法相對疏導系統確實有所改進，但仍存在帶寬浪費。

　　光突發交換(OBS)已經逐漸成為光路交換的替代技術。兩種交換技術的主要區別在于，光突發交換僅僅需要一半數量的收發器。光路交換為每兩個接入點指配一對專用收發器，而突發交換為每個接入點配置一個突發收發器，就可以實現一個環上任意節點間的包傳輸。這種技術提高了光域的包復用效率，每個收發器共享了所有節點的帶寬，傳輸容量可以實時進行再分配。

　　OBS具備低于50毫秒恢復的能力，能夠提供確定性的、類似電路的以太網包傳輸能力。圖3顯示了OBS的相對帶寬利用率。

　　總擁有成本

　　傳統的組網開支分為基本建設開支和運營開支，它們共同構成了電信級光以太網的總成本。

　　光通信系統的基本建設費用主要由需要部署的收發器數量決定，它們的價格一般是整個網絡中最貴的。同樣的，包交換系統的基本建設費主要由高速以太網接口數量決定。只有爭取最少的收發器和接口數量，才能最大限度地降低建設成本。

　　通過提高光路交換的連接性，具備接口疏導和二層交換能力的波分復用以太網可以減少路由器端的以太網接口。

　　采用光路交換的光以太網平臺需要為每一個點對點連接指配兩個專用收發器，而突發交換系統一個節點只需要一個收發器。這使得OBS網絡與光路交換結構相比，所需的收發器減少了一半。

　　電信級光以太網的運營成本包括包業務設施的運營成本和光收發傳輸設施的運營成本。其中，光收發傳輸設施的運營成本主要由固定運維成本決定，其形式主要是業務維護合同，一般是整個系統資產投資的固定百分比。當然，計劃升級、增加新容量和重置網絡容量也會增加運營成本。

　　網絡設計者不僅要考慮目前已經提供的以太網業務(主要指EPL)，還要考慮傳統傳輸網絡提供E-LAN業務的需求。在光路交換網絡中點對多點連接必須占用回程線路，因此采用E-LAN業務的用戶越多，傳輸網絡的結構就越復雜。

　　目前，基于WDM的以太網技術已經成為承載電信級以太網業務和三重業務的最佳技術。而這種技術的不同方案可以提供不同級別的帶寬利用率和成本。通過將T-MPLS或PBT的電路控制模式、以太網的高效率和WDM的大容量結合，電信級光以太網傳輸技術將變得更加有效。