以太环网技术在城域网中的应用

    作者：袁刚

    城域网作为骨干网络的延伸，是业务接入和汇聚的平台。

    随着CN2的建成，大客户专线接入、VPN、3G、NGN和Vnet等业务将由CN2承载，而城域网同时作为CN2的本地延伸，必须建设成具有QoS保障、可运营、可维护、可管理的多业务承载网络，以配合CN2实现各类业务的承载。

    基于以上考虑，城域网将实施以下优化改造。①城域网路由化：交换型网络稳定性较差，对QoS的支持能力较弱，不能满足将来城域网的业务要求，因此路由型城域网是城域网的建设发展方向。②BRAS端局化：引入BRAS和SR，构架清晰的业务控制层。③多业务的支持：启用VPN、组播技术和QoS，支持多业务的开展。

    按照中国电信城域网优化改造的指导思想，BRAS以下为二层汇聚网络，目前组网方式很多，主要是以SDH为基础的多业务传输平台(MSTP)和星型以太网两种方式为主。MSTP的环网结构虽能提供语音、数据等综合接入，但基于SDH传输网的结构特性决定其只能作为以语音为主，数据为辅的网络应用；而传统多级直联的星型以太网，在网络响应时间、保护机制以及对组播应用的支持方面还存在很大不足，难以支持包括IPTV等业务在内的多业务承载。

    以太环网作为一种城域以太网技术，解决了传统数据网保护能力弱、故障恢复时间长等问题，理论上可以提供50ms的快速保护特性，同时兼容传统的以太网协议，是城域宽带接入网优化改造的一种重要的技术选择和解决方案。

    两种以太环网技术

    1.OESS技术

    北电网络的光以太网OESS系统定位于城域网的接入和汇聚层，可以提供基于高速以太环网的用户接入和汇聚解决方案。

    OESS是一个以太环网，由ERS8600与ESU1800设备构建，每个环路支持多达14个ESU节点，OESS以太环路起始并终结于ERS8600交换机的ESM模块的两个端口，这两个端口被称为主用环路端口(primaryringport)和次用环路端口(secondaryring port)。正常状态下(没有链路中断以及ESU故障时)，以太环路上的用户业务流(非组播数据流)沿着主用环路端口-＞ESU-＞次用环路端口的方向进行传送(组播数据流沿相反方向传送，从而可以最大限度地实现环路带宽的高效利用)。OESS环网结构如图1所示。

    图1 OESS环网结构图

    以太网环路上采用特定的封装技术。在用户以太网帧的帧头插入MUXID字段(长度为4Bytes)，由ESM/ESU18xx完成封装/解封装。对于已经插入802.1Q/VLANTag的用户以太网帧，MUX-ID插入在用户VLANID和以太网净荷之间：对于Untagged的用户以太网帧，以太网环路组件(ESU或ESM)会先为它加入一个虚拟的VLAN ID号(取值4094)，再将MUX-ID插入在VLAN ID和以太网净荷之间。

    北电光以太网具有两个重要的特点。

    ①采用环形拓扑结构，对组播业务(如BTV等)的支持具有许多优势，包括组播数据流复制有效性、链路保护倒换特性等等。

    ②可以为组播应用保护与预留专用的网络带宽。在环形结构下。对于普通应用(如因特网访问、VPN等非组播应用)，其数据流向为沿环路从ESM的主用环路端口(PrimaryPort)-＞ESU-＞ESM的次用环路端口(SecondaryPort)的方向进行传送：而对于一些关键的组播应用(如IPTV中的视频组播)，数据流沿相反方向传送，不会与其它非组播应用争抢网络带宽，从而可以在最有效地保证组播应用的同时最大限度地实现环路带宽的高效利用。

    2.MSR技术

    烽火网络提出的MSR(多业务环)是一个双向对称二纤环，至少由两个节点组成。每个节点可以上下一个或多个独立的支路(如以太网、千兆以太网、DVB、POS/或ATM端口)，也能够发送和接收3层(IPv4/IPv6)转发数据包(类似路由器)、控制信令分组和网络管理分组。MSR主要采用千兆以太网和10G以太网中廉价的广域接口子层(WIS)或SDH/SONET的光传送机制，是一种新型的城域网组网和应用模式。它既可支持以太网、千兆以太网、数字视频广播(DVB)、ATM、POS(PacketoverSONET/SDH)等业务支路，也可以像路由器一样支持数据包的转发。MSR集传输和数据交换于一体，并且支持业务的点到点、组播和广播应用，原理上相当于一个多业务分插复用设备组成的环。

    MSR架构在RPRMAC层之上(如图2所示)，继承了RPR诸多的优秀特性：比如空间复用、分布式带宽管理与拥塞控制功能、COS级的业务质量，对数据、语音和视频的多业务支持。电信级的保护倒换以及自动拓扑发现等等。MSR的技术要点有以下几个方面。

    图2 MSR协议框架

    ①提供基于支路的自动保护倒换功能

    可以提供基于支路的1+1、1：1和1：N的自动保护倒换能力。保护倒换时间小于50ms，提供对时延敏感业务的电信级支持。

    ②提供基于支路的单播和组播能力

    可以灵活地进行基于支路的单播和组播配置，能够用于点到多点汇聚和多点到多点的各种业务模型，适合于带宽对称和非对称的各种应用。

    ③用统一的SNMP和MIB网管

    提供基于SNMP的命令行和图形化网管界面，可以方便地进行支路连接关系和支路属性的配置，可以提供配置管理、安全管理、故障管理、拓扑管理和性能管理功能。

    ④提供基于支路的灵活属性配置功能

    能够灵活地提供基于支路的属性配置，保护对支路的业务优先等级、速率控制和过滤规则的配置，可以根据不同的SLA提供不同的服务。

    ⑤提供TDM电路仿真能力

    能够提供TDM的电路仿真能力，可以在分组网络上实现低时延抖动TDM的电路承载，使网络融合成为可能。

    利用MSR组建城域网时，既可用于城域网的核心层或骨干环，提供一个大容量、高速率的城域网骨干通道，也可用于城域网汇聚层，作为多业务的汇聚设备并提供链路收敛通路，还可用于城域网的接入层，直接支持Ethernet、SDH/SONET、PDH、帧中继、DDN、DSL等业务的接入，甚至直接支持MSR终端设备的接入。MSR组网除了常见的环形拓扑外，还可方便地根据光纤的实际路由情况构成链型拓扑。

    以太环网技术在城域网中的应用

    从前面两种城域以太环网技术的介绍中可以看出：MSR技术是对RPR技术的增强和改进，在RPR基础上引入了支路识别能力。和RPR技术相比。MSR技术增加了基于支路的1+1、1：1和1：N的50ms以内自愈保护功能；提供基于支路的单播、组播和广播能力；提供基于支路的控制能力，包括优先级、速率控制和支路过滤；增加了TDM仿真功能，加强了对TDM业务承载能力。MSR技术适合于宽带接入业务的汇聚和运营商新建的分组承载网络。

    OESS技术定位于城域网的接入和汇聚层，可以提供基于高速以太环网的用户接入和汇聚解决方案。OESS系统对组播业务(如BTV等)的支持具有许多优势，可以为组播应用保护与预留专用的网络带宽。在环形结构下，普通应用(如互联网访问)和组播应用(如IPTV)数据流沿不同方向传送，可以在最有效地保证组播应用服务质量的同时最大限度实现环路带宽的高效利用。

    以太环网方案的综合优势主要表现在快速保护倒换和组播复制两个方面。

    以太环网解决了传统数据网保护能力弱、故障恢复时间长的问题，理论上可以提供50ms的快速保护特性，同时兼容传统的以太网协议。目前以太环网采用两种机制来实现50ms的保护功能，光路检测和定时在环网上发送hello协议包，可根据不同的拓扑和环境采用不同的机制，或者互为备份。相对于RPR技术，技术复杂性和成本有较大的降低。

    以太环网的重要特点是采用环形拓扑结构，天然具有支持组播应用的优势，传统网络在组播分支节点的每一个下联端口上均需要进行组播流的复制，而以太环网则只需在整个环网上复制一次组播流，从而大大提高了组播数据流复制的有效性。

    以太环网的这两个特性使得它可运用于传统的语音业务、IPTV组播业务及重要客户的组网，适用于接入汇聚、核心汇聚组网当中。目前以太环网技术在国外有一些小规模的应用案例，如雅典奥运会等，但是离大规模应用还有差距，以太环网技术还有很多需要继续完善和研究的地方。首先在QoS和OAM方面，和传统的技术相比较并没有大的突破；相对于MSTP/RPR，对于电路仿真支持不够；以太环网是纯二层网络技术，目前都是基于厂商的私有协议，互通性几乎没有。

    中国电信应积极跟踪以太环网技术的发展，对50ms保护的实现机制及拓扑发现协议进行研究与规范，使得不同厂家设备之间可以互相兼容。在QoS和OAM两个方面，也是研究的重点。（宁一编辑）

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