IP over Optic
IP over SDH 和IP over Optical
1概述
IP 业务的急剧增长，需要更高速、更简单、带宽利用更有效的组网技术来解除骨干网的压力。1997年美国CISCO 公司推出具有交换功能的千兆比特交换路由器（GSR ），并产生了把IP 通过点到点协议（PPP ）映射进SDH/SONET 的组网技术（IP over SDH/SONET ）。SDH/SONET 上直接传送IP 的技术最先在美国发起和采用，它的另外一个名称是SONET 上的分组（POS ，Packet over SONET ）。 2IP over SDH 技术介绍
IP Over SDH/SONET 也叫作Packet Over SDH/SONET ，或者叫作PPP Over SDH/SONET （POS ），它保留了IP 面向非连接的特性，其分层模型和网络体系结构如图1、图2所示。 Voice Video Data
、、IP/PPP
SDH/SONET
WDM/Optical
图1 IP Over SDH/SONET 的分层模型的描述
SDH/SONET 环
R
R
R
R
新医学
R R R ADM ADM ADM
ADM
高高高高高
分分分分高STM-n
STM-n STM-n STM-n STM-n STM-n
图2 IP Over SDH/SONET 网络体系结构
IP over SDH ，更正确的说法是IP/PPP/HDLC over SDH ，在IETF 的 RFC1619中有详细的描述。在RFC1619中规定的IP 包映射到SDH 帧的过程如下：
首先IP 数据报被封装到PPP （Point-to-Point Protocol ）包里，PPP 符合IETF RFC1661规范，PPP 提供了多协议封装、错误控制、链路初始化控制等特征。
其次根据IETF RFC1662规范要求，封装了IP 数据报的PPP 包组成HDLC （High-level Data Link Cont
rol ）帧，帧结构如图一所示。
最后把HDLC 帧以字节同步方式映射进SDH 的SPE （Synchronous Payload Envelope ）中。标标7E 地地FF 控控03协协
信信CRC 标标7E 16
（位位IP （（（（位16（（32位位
图3 RFC1662帧结构
实际上RFC1619中有一个缺陷，即净荷扰码问题。由于恶意用户能在特定时间段里占用SPE 的大部分，若不对映射进SPE 的信息进行扰码，有可能使SDH 线路失步。因此实际上IP over SDH 接口芯片都把用户的信息扰码后再装进SDH 的SPE 。
IP Over SDH/SONET 技术的实现需要高速路由器和PPP 协议，采用的仍然是传统路由器的逐包转发（Forward ）方式。这种方式的基本思想是将路由计算余包的转发分开，采用缓冲（Cache ）技术、硬件芯片快速处理技术（即ASIC 技术）、以ATM 信元交换矩阵作为路由器内部体系构架的交换路由技术，将路由器包的逐包转发速度控制到与第二层交换的速度相当。它无须利用广域网上的ATM 交换机来建立虚电路VC 。
目前有不少网络设备公司已经推出基于IP Over SDH/SONET 技术的交换路由器产品，如Cisco 千兆位交换路由器GSR 12000、Ascend 千兆位路由转发器GRF 等。
在POS 技术发展的过程中，比较重要的事件有：
1）标准组织的成立：
1997年12月，SATURN POS 工作组成立。此工作组的主要目的是加速POS 的标准化进程，增加各厂家POS 设备的互操作能力。SATURN 主要由一些Packet 和ATM 设备的领先厂家组成。
2）制订标准：
1998年1月，PMC-Sierra 公布了由SATURN 发布的POS 物理接口规范（简称POS-PHY ，Packet-Over-SONET/SDH Level 2 Physical Interface ）。此规范是UTOPIA Level 2规范的一个超集，POS-PHY 物理接口单向最大数据流量800Mbit/s 。
3）芯片推出：
PMC-Sierra 推出业界第一个符合POS-PHY 规范的器件（PM5351），PM5351是一个高集成度的3.3V 器件，既可工作在ATM 信元处理
模式，也可工作在POS 帧处理模式。
4）产品推出：
1998年8月，Cisco在其7200、7500、12000系列路由器中提供了对POS-PHY接口的支持。
5）业务应用：
1998年10月，美国一家ISP—Orconet公司可以向商业用户提供最高OC-3（155Mbps）速率的POS接入，另外还可为中小规模的公司提供DS-3（45Mbps）速率的POS接入。
3IP over Optical技术介绍
IP over Optical技术也是Cisco公司率先提出的概念。由于SDH是一项TDM技术，主要是为电话网络服务的，因此当光纤上主要传输的是基于IP的分组数据业务时，SDH并不特别适合。这样针对主要业务是IP分组的传送技术—IP over Optical技术被提了出来。 从光通信技术发展趋势看，SDH/SONET在将来必然要让位于波分复用（WDM: Wave Division Multiplexing）技术，因此IP Over SDH/SONET将最终发展成为IP Over WDM/Optical技术，即IP数据包直接在光路上跑。
采用IP Over WDM/Optical技术，可以减少网络各层之间的冗余部分，减少SDH/SONET、ATM、IP等各层之间的功能重叠，减少设备操作、维护和管理费用。同时由于省去了中间的ATM层和SDH/SONET层，其传输效率是最高的，而且可以大大节省网络运营商的成本，从而间接降低用户获得多媒体通信业务的费用。显然，这是一种最直接、最简单、最经济的IP网络体系结构，非常适用于超大型IP骨干网。IP Over WDM/Optical的分层模型和网络体系结构如图4和图5所示。
Voice Video Data
、、环境工程学报
IP
PPP
WDM/Optical
dw15-1000图图分图图图
图4 IP Over WDM/Optical分层模型
R R
蠡县李莎莎
R
R
R R
WDM WDM
WDM
WDM
R
光光光光
高高高高高
波分分分
图5 IP Over WDM/Optical网络体系结构
由于业界刚刚提出IP Over WDM/Optical的解决方案，还不成熟，需要开发新的光纤传输接口以及解决如何进行光网络层的管理等问题。目前，Cisco和DWDM技术的领先厂商Ciena正在合作开发基于IP Over WDM技术的交换、路由设备。
IP over Optical技术已经在一些方面得到应用，从应用场合来分有用于骨干网的SDL（Simple Data Link）技术和LAN/MAN的千兆以太网技术。
3.1SDL技术
SDL技术由Bell实验室提出，并向IETF提交了标准申请。SDL是一种点到点的通信技术，它把IP包直接送到光纤上传送，不再需要SDH设备。目前Lucent已经可以提供支持SDL的样片(TDAT04622 SONET/SDH 155/622 Mbits Interface 与TDAT042G5 SONET/SDH 155/622/2488 Mbits Interface于
98年4月即可提供生产芯片) ，其支持的最高码速率为2.5Gb/s。
IP over SDH技术基于HDLC进行帧定界，但HDLC的帧定界方式难以工作在2.5Gb/s速率以上，因为HDLC需要对帧内每一个字节进行监测并根据需要进行变换，例如RFC1662中规定，HDLC帧信息域中与帧标志相同的字节（即7E）需要变换为两个字节（7D，5E），这样就给带宽管理造成麻烦，因为恶意用户有可能故意往信息帧中发送与帧标志相同的字节。SDL技术解决了上述问题，SDL帧头部包含有一个净荷长度指示域和头部CRC域，净荷部分末尾也有一CRC域。
3.2千兆以太网技术
千兆以太网技术本与IP over Optical技术没有多少联系，但是由于千兆以太网技术主要使用光纤介质并用在点到点的连接，且千兆以太网专用接口芯片的应用广泛，因此有必要把它作为一种IP over Optical技术提及。
千兆以太网符合IEEE802.3Z规定，其层次结构沿用以太网标准，因此对于以太帧的传送很好，从传送IP数据包的角度看，其效率不够高。目前其应用仅局限于以太网中，IP骨干网中没有其应用实例。认证计费
4IP over SDH（IPOS）与IP over ATM（IPOA）技术的比较
作为IP骨干网络的两种主流技术，有必要把IPOS技术与IPOA技术作一个比较，从而加深对IPOS技术
的认识。
4.1IPOS技术的优点
1）线路利用率高
由于ATM“信元税”、ATM定长特性及适配特征，IPOS比IPOA传输效率高25%左右。
2）好的可扩展性
很多ISP骨干路由器工作在155M或622M的链路上，然而很快他们就要升级到2.5G或以上。若采用IPOA，升级将对ATM的SAR单元提出更高要求。从技术发展来看，622M以上速率的SAR芯片难以发展。
3）互通性好
由于IPOS技术的简单性，其互通性比IPOA要好很多。
4）运行成本低
技术的简单带来了操作维护成本的降低。
4.2IPOS技术的缺点
IPOS技术主要缺点就是对QoS的支持不如IPOA好。虽然现在也有一些解决办法，例如WRED（Weighted Random Early Detection）、RSVP（Resource Reservation Protocol）等技术的应用，但能很好地实现电路仿真、精确的带宽管理的还是IPOA。另外，采用IPOS技术组网的路由器的包交换（或称转发）能力提升较难，不如ATM交换机性能提升来得容易。
不适于集数据、语音、图象等的多业务平台；
目前IP Over SDH/SONET技术一般可进行业务分级（CoS），还不能像IP Over ATM技术那样提供比较好的服务质量（QoS）；
对大规模的网络，需要处理庞大、复杂的路由表，而且路由表查困难，路由信息占用了比较大的带宽；
还不支持虚拟专用网VPN和电路仿真；
网络扩充性能比较差，不如IP Over ATM技术那样灵活；
5IP over SDH和IP over Optical技术的发展
Internet骨干网的带宽每约6-9个月就翻一翻。预计1999年可突破10Gbps，如果不采用波分复用技术，那么仅是Internet的数据流量就可以占满整个单波长光纤系统的容量（目前，单波长光纤系统的最大传输速率为10Gbps，发展潜力已尽）。此时，如果再用SDH/SONET设备来将Internet业务和别的业务进行高速率时分复用（TDM），既没必要，也不可能。
因此，人们迫切希望一种新的网络通信技术体制，以适应数据通信业务（尤其是Internet业务）的飞速增长。随着WDM、千兆以太网、G级（1000Mbps）/T级（1000Gbps）交换机和路由器的相继问世，光互连网的概念应运而生。所谓光互连网就是由高性能分组交换机、路由器组成的数据通信网络。交换机和路由器之间可能通过光纤直接相连，或连至光网络层（Optical Network Layer）。光网络层（即服务层）可以为包括SDH/SONET网元、网络互连设备等在内的客户层设备提供波长路由。
1998年4月，Cisco、Ciena、Lucent、NTT、AT&T、3Com、Bellcore、HP、Qwest、Sprint、WorldCom等网络通信设备公司和运营公司成立了光互连网论坛OIF（Optical Internetworking Forum），以加速光互连网技术的发展，目前，OIF正在和ITU-T、ATM论坛等标准化组织合作制定有关光互连网的技术规范，但是它关注的不是数据网络或者光网络内部的技术问题，而是数据网络和光网络之间的互操作性问题，如光互连网的光网络物理层传输接口（如比特率、不同数据格式的成帧和
同步以及光纤的特性）、光网络与数据网络层之间中间层的适配以及中间链路层的管理（包括故障和性能管理、中间层的配置、中间层的保护/恢复、会话管理、计费和安全等）等。
目前OIF已经确定了用于描述光互连网的多协议参考模型，即光互连网重叠模型（如图6所示）。图7为未来光互连网的体系结构。
IP
ATM
SDH IP SDH IP ATM IP
波分分分光光波
物物光物光波物物
图6 OIF 的光纤互联网重叠模型
R R R
R R
R R
R R
R R
R
WDM
WDM
二分查
WDM ADM ADM
ADM ADM
ADM 光光光光
SDH 环光
ADM WDM 高高高高高ATM 交交交分分分分高波分分分高
图7 光纤互联网的体系结构描述
随着WDM 、千兆以太网、G 级/T 级交换机和路由器的相继问世，光互连网概念应运而生，其实这种概念是Cisco 光纤战略的第五步，也是最后一步。光互连网模型表达了网络技术发展，从图6中可以看到IPOA 、IPOS 、IP over Optical （或WDM ）是共存的，但是我们认为这几种技术应用场合有所不同，在IP 核心骨干网将采用的是IP over Optical/WDM 技术，次骨干网及其边缘则既可能采用IPOS 技术也可能采用IPOA 技术。
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