对IP DSLAM设备有关问题的探讨

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北京市通信公司 邹江林




  从2000年末开始,原中国电信以及重组后的中国电信和中国网通等固网运营商都把宽带接入、特别是利用现有市话双绞线提供的ADSL接入作为自己最为重要的新的业务增长点之一,并以此作为阻击其它一些新兴的驻地网运营商发展宽带业务的利器之一。以北京通信为例,今年已扩容ADSL用户端口35万,用户端口总数近47万,而ADSL用户也以每月近2万户的速度在迅猛增长。ADSL接入业务在总体上已走出了低速发展的导入期,正在快速步入能为各个省的电信公司和通信公司带来较好投资收益的成长期。



  在全国各地ADSL接入业务快速发展的同时,作为ADSL局端设备的DSLAM,其系统结构及组网方式等也随着电信网络的IP化发展而有了不少的变化。2001年年中左右,国内各主要电信设备厂商便在原ATM DSLAM基础上纷纷推出自己的IP DSLAM设备。而各个省的电信公司和通信公司也大致从去年年末开始将ADSL接入设备选型的重点从以往的ATM DSLAM转变为IP DSLAM。IP DSLAM究竟有何特点,评判其性能和功能的主要内容为何,以及其市场应用情况如何,结合目前国内制造IP DSLAM设备主流厂商,如上海贝尔阿尔卡特、中兴、华为、西门子、UT斯达康、港湾等的主要系统设备,本文就以上问题进行如下探讨。



ADSL系统设备的分类




  大家都知道,现有的电信网络是以ATM为核心技术的电信网与以IP包交换为核心技术的计算机网络的融合,且会朝着以IP 包交换为核心技术的未来网络逐步演进。对于目前各主要设备厂商生产的ADSL系统设备,相应的也可分为以下三大类(参见图一):


  第一类 ATM DSLAM


  以ATM接入设备为基础,针对ADSL业务而形成的是ATM DSLAM。从设备厂商也可以看到这一点——传统电信设备厂商最初生产的DSLAM都是完全基于ATM网络的。此类DSLAM内部基于ATM信元总线或交换矩阵,上联板提供ATM信元速率为155M或622M的上联接口。


  第二类 ATM构架的IP DSLAM


  此类DSLAM设备是上面ATM DSLAM与下面将要讲到的纯IP DSLAM的结合。这种IP DSLAM,考虑到ADSL标准是基于ATM构架形成的,故其内部总线或交换矩阵依然为ATM信元,但为了与上层IP网络相联而提供了以太网上联接口。


  第三类 纯IP DSLAM


  以二层交换机或三层交换机为基础,融合了VDSL及ADSL的接入能力,由此而成的设备即为纯IP DSLAM。我们不难发现,此类DSLAM最初不少是由数据网络设备厂商开发研制的。此类 DSLAM设备衍生的基本过程如下:


  LAN接入设备(L2或L3)


针对以太网100米距离的限制而利用双绞线推出了VDSL或类似设备


在VDSL或类似设备基础上再提供ADSL接入能力而形成纯IP DSLAM。


  也因此,此类DSLAM内部构架主要基于以太网交换矩阵,上联接口也主要为以太网接口。





图一 ADSL系统设备分类图




  对于现有的ATM DSLAM,我们已理解得比较深入。故以下仅对现在大家共同关注的、包含着ATM构架的IP DSLAM和纯IP DSLAM两大类的IP DSLAM进行探讨。


  ATM构架的IP DSLAM


  一、技术层面


  ATM构架的IP DSLAM既考虑到ADSL标准是基于ATM构架的,充分满足了ADSL业务需求,同时又考虑到了DSLAM与IP 网络的衔接,是网络技术IP化发展过程中一个较好的过渡性产品。因为包含着用户数据的ATM信元都在IP上联板上转换为MAC帧或IP包,故它可通过PVC在用户终端与IP上联板之间为用户数据提供可靠的QoS保证与安全性保证。


  二、设备层面


  ATM构架的IP DSLAM主要还是原生产ATM DSLAM设备的厂商推出的。它实际上主要通过在上联板槽位增加IP上联板或是在用户板槽位增加LAN业务板两种方式实现的。对于此类IP DSLAM,国内主要设备厂商的产品大都经过了半年多的商用,设备的各项性能得到了较大的提高,功能也得到了较大的完善,并已逐步成为各设备厂商的主推设备。


  对目前各个设备厂商生产的ATM构架的IP DSLAM设备,按照是否内置BRAS(宽带接入服务器)功能又可分为两类:


  (一) 、没有内置BRAS功能。


  即此类DSLAM只对PPPoE进行二层透传,由上层BRAS进行PPPoE终结。这种方式使设备相对简单,但同时也对ADSL接入网络的VLAN以及BRAS等设备的规划提出了不少的要求。


  (二)、内置BRAS功能;


  即此类DSLAM可对PPPoE 用户数据包进行终结。有的设备厂商的BRAS是由可插在用户板糟位上的BRAS业务板实现的,有的则是在原IP上联板集成了BRAS的部分功能实现的。


  内置了BRAS功能的此类DSLAM与其它网络设备配合可支持对用户的认证、计费,一般都还可支持流控、VR(虚拟路由器)等其它业务;但同时因具有了三层功能而给网络的规划、管理及扩展带来一些问题。不过,此类DSLAM往往也支持不通过BRAS业务板而透传PPPoE或不启用IP上联板的BRAS功能,此时设备实际上与不内置BRAS功能的第一类设备相似。


  我们在选用ATM构架的IP DSLAM时,除了考虑与ATM DSLAM同样的重要性能及功能外,还可主要从以下七个方面判断其系统性能及功能:


  (一) 、IP上联板的配置及能力;


  1、 IP上联板端口的配置;


  一般厂商大容量的DSLAM都只支持100M,但具体端口数有大有小——有的可支持8个,有的仅有1个100M口。现在,有的厂商的DSLAM开始支持GE上联口,或者FE/GE自适应端口。


  2、 IP上联板与背板总线间的带宽;


  显然,若IP上联板与背板总线很低,即使其有很多个100M端口甚至GE端口,与背板总线间的带宽将是系统的带宽瓶颈。


  3、IP上联板多端口时对Trunk的支持能力;


  在IP上联板与背板总线间带宽充足且IP上联板可支持多个100M端口时,IP上联板是否支持802.3AD标准的Trunk功能就变得非常重要。


  4、是否可同时支持多个IP上联板;


  若系统可同时支持多个上联板,则即使IP上联板与背板总线间的带宽有限,IP上联板的端口配置较低,也可对上联带宽瓶颈进行缓解。


  5、 IP上联板中ATM SAR的转换能力;


  现IP上联板主要通过大规模可编程逻辑或网络处理器等实现ATM SAR功能。其能力主要表现在:


  1)、IP上联板支持的PVC 及VLAN数;


  目前大多数设备厂商可终结的PVC数为2K或4K个,支持的VLAN数主要为2K个。而个别厂商此类DSLAM设备可终结的PVC数和VLAN数较少,甚至只有1K个。显然,若支持的PVC数和VLAN数较少,则DSLAM接入用户的能力将受到很大的限制。


   2)、IP上联板支持的PVC 和VLAN间的对应关系;


  大多数设备厂商可支持PVC 和VLAN间的一一映射,部分厂商的设备还能支持多条PVC对应于同一条VLAN。


   3)、对优先级标准802.1P的支持能力;


  各设备厂商的此类产品基本都支持802.1P,但一般每端口只能支持4个优先级队列,部分设备厂商的产品可支持8个优先级。


  总之,IP DSLAM的上联性能是由以上五个因素共同决定的。以上五点中任何一点的不足都很可能会对整个系统的性能形成“木桶效应”。


  (二) 、级联能力的改进;


  各个设备厂商的此类设备在级联方式上一般与ATM DSLAM一样,即还是通过ATM 155M、IMA等接口。但也有一些厂商的此类设备可通过在用户板槽位上的LAN板支持下端DSLAM以以太网接口向上的级联。因LAN板自身性能及其与背板总线间带宽的不同,部分厂商此类设备的LAN板仅可为自己小容量的此类IP DSLAM提供向上的级联接口;但也有部分设备厂商此类设备的LAN板虽处于用户板槽位但完全独立于背板总线,相当是DSLAM内置了处理能力较大的独立二层汇聚交换机,如此则可为远端大容量或小容量的此类IP DSLAM提供向上的级联端口。


  (三) 同时支持IP上联和ATM上联的能力;


  若此类设备可同时支持IP 上联和ATM上联,则即可满足部分对QoS要求较高的专线类用户的业务需要,又可满足普通用户通过DSLAM接入互联网的业务需要;而且,它也为电信运营商根据实际需要将以往ATM方式上联的DSLAM割接为IP上联方式提供了具体操作上的可能性。


  (四) 对多种业务接口的支持能力;


  现在各设备厂商的此类产品一般都还可支持SHDSL、VDSL、LAN、IMA以及ADSL over ISDN等业务中的几种或全部,而且此类业务板一般也可与ADSL用户板混插,这样就为电信运营商利用此类设备为广大用户提供宽带综合接入业务奠定了基础。


  (五)、网管的的实现方式;


  ATM DSLAM的网管通常是通过网管PVC以带内方式实现。对ATM构架的IP DSLAM,则变成了通常通过网管专用VLAN以带内方式实现。但由此带来了IP 地址和VLAN的规划以及相关的安全性等问题。设备厂商在解决此类问题时的具体方法也是判别其系统优劣很重要的一方面。


  (六) 、网管功能的改善;


  目前,各设备厂商在DSLAM(包括现有的ATM DSLAM)网管功能方面的改善主要有以下两个方向:


  1、对宽带112的支持能力;


  目前,已有部分设备厂商采用在DSLAM内置测试板、外置测试头以及抓线矩阵等方式,并通过对现有网管升级而实现对线路质量的预评估、在线测试以及故障诊断等宽带112功能。


  2、对用户端CPE设备的远程管理能力;


  目前,随着ADSL网络规模的迅速扩大,各个电信公司和通信公司出于购置成本等因素的考虑,都在考虑放开或已逐步放对用户端CPE型号的限制。但这样则会使用户端CPE设备种类繁多,出现不利于管理等问题。目前也有个别DSLAM设备厂商已可在原网管升级后实现对CPE设备的远程管理以及诊断测试等功能。


  (七) 系统向ADSL2与ADSL+平滑过渡的考虑;


  对于从抗线路损伤、抗噪声等方面提高了ADSL性能的ADSL2(G.992.3和G.992.4),以及技术标准虽尚未最终定稿但带宽比原ADSL带宽扩大了一倍的ADSL+,各电信运营商都已开始密切关注这两项技术的发展,而个别先知先行的设备厂商也开始使现有DSLAM系统初步具备支持ADSL+的能力。如何对现有系统设备的软硬件做尽可能小的改动即可满足ADSL2和ADSL+的要求,也逐渐成为评判ADSL系统设备的一项不可忽略的内容。
  三、应用层面


  出于价格及技术等方面的综合考虑,目前各个电信公司或通信公司的ATM网络规模普遍都不是很大,而近年来对基于IP技术建设的省内骨干网或城域网的投资又普遍较大。融合了ATM 技术与IP 技术的ATM构架IP DSLAM设备的推出,正好迎合了很多省公司利用现有较大规模的IP网络资源组建ADSL接入网的需要。由此,此类DSLAM设备从去年末开始便得到了越来越广泛的商用,并逐步成为目前DSLAM设备市场上的主流。另外,不少省公司在利用此类IP DSLAM组网时同时使用了ATM上联板和IP上联板,以此通过ATM上联满足ADSL虚拟专线、SHDSL、IMA等专线业务的需要,又通过IP上联满足普通用户接入互联网的需要。


  纯IP DSLAM


  一、技术层面


  纯IP DSLAM代表着电信系统设备IP化的发展方向。但因为基于IP构架,它只能为用户提供“best effort”的服务,只能对用户提供基于802.1P的优先级队列等有限的QoS保证,只能通过基于802.1Q标准的VLAN等方式有限地保证安全。另外,因对用户PVC的终结分散在各个用户板完成,系统的扩展性也不尽好。然而,它又明显比单纯用LAN接入交换机为广大用户提供宽带接入业务更具优势:可充分利用现有的市话双绞线资源,用户端口以及整个网络的利用效率也会更高,系统的容量也显然更大,也更符合电信级设备的要求。


  二、设备层面


  对于纯IP DSLAM,有关设备厂商主要在2001年年末左右推出了类似产品。目前,此类DSLAM的商用设备主要由以往生产接入交换机、VDSL接入设备或类似产品的厂家提供。而原生产ATM DSLAM的各大设备厂商的此类电信级产品,目前还主要处于最后的测试阶段或商用的初始阶段。
对基于二层或三层交换机而形成的纯IP DSLAM,各设备厂商的此类设备也可按是否内置BRAS功能而分为以下两大类:


  (一)、 没有内置BRAS功能;


  仅相当于提供了ADSL接入端口的普通二层以太网交换机,只提供对PPPoE的二层透传。


  (二)、 内置了BRAS功能;


  即相当于提供了ADSL用户端口的三层交换机,可对PPPoE进行终结。按具体实现方式又主要可分以下两类:


  1、 BRAS功能集成在上联板上;


  即无论DSLAM在ADSL接入网络级联结构的哪个位置,它都是一个独立的BRAS设备。


  2、 通过专用的BRAS业务板实现;


  专用BRAS业务板一般插在ADSL接入网络级联结构顶点DSLAM的用户板槽位上。显然,此业务板对系统背板能力、BRAS业务板和背板总线间的带宽以及BRAS业务板自身的性能要求较高。


  对于内置了BRAS功能的纯IP DSLAM,其有利和不利之处与内置了BRAS功能的ATM构架的IP DSLAM相类似。另外,它往往也可支持不启用上联板的BRAS功能或不通过BRAS业务板而透传PPPoE。


  对于目前各设备厂商生产的纯IP DSLAM,因其基于以太网交换构架,故在与ATM DSLAM类似的主要评判指标外,主要考虑的是其交换能力、对组播的支持、QoS、安全性以及网管功能等方面。具体如下:


  (一) 、背板带宽和内部交换网络;


  最初的纯IP DSLAM的背板带宽一般都为几个G,内部交换网络能力也比较有限。而现在越来越多的纯IP DSLAM已对原背板结构进行了完善,可提供容量达到几十G的背板带宽和无阻塞的内部高速交换网络。


  (二) 、业务接口的成熟和完善;


  现在已有不少设备厂商的此类DSLAM在接入侧除ADSL以外还可提供VDSL和LAN等多种用户端口;在网络侧可提供FE、GE、FE/GE自适应接口以及POS等接口,可以更加灵活地适应多种业务以及大容量组网的要求。


  (三) 、对组播(Multicast)的支持;


  组播是利用IP网络大规模提供VOD、远程教育等业务的网络技术基础。对于上面讲到的ATM构架的IP DSLAM,其组播业务通过IP上联板一般都可支持的IGMP Snooping以及在DSLAM内ATM的空间组播(Spatial Multicast)和逻辑组播(Logical Multicast)而实现。这种方式显然并不适合大规模地提供组播业务。对于具有三层功能交换机构架的纯IP DSLAM,不少设备厂商的此类设备都可很好地支持组管理协议IGMP 以及DVMRP、PIM(SM/DM)和MOSPF等组播路由协议中的部分或全部,能够较好地支持大规模组播业务。另外,部分厂商的设备还可支持一些自有的组播管理协议,为运营商管理组播业务提供了便利。


  (四)、对QoS的支持能力;


  主要可从以下三方面进行判别:


  1、对优先级队列标准802.1P的支持以及可支持队列的个数;


  2、对基于端口、MAC、VLAN、IP地址等方式的带宽控制能力;


  3、对PQ(优先队列)和WRR(加权循环调度队列)等队列调度算法的支持;


  (五)、系统设备的安全性


  主要包括对基于802.1Q标准的VLAN、广播风暴控制、MAC地址过滤、ACL(访问控制列表)策略以及安全机制等的支持能力。


  (六)、网管功能


  目前,不少设备厂商此类IP DSLAM的网管功能往往只有告警报告、性能监测、状态监控等基本功能,还不能完全满足电信级的要求。对于用户管理、在线测试、故障诊断以及对用户端CPE的管理等方面的网管功能,还有待于进一步完善或研发。


  另外,对于内置了BRAS功能的纯IP DSLAM,还应主要考虑:


  (一) 、BRAS自身的性能;


  主要包括具体端口配置、可支持的最大PPP进程数、并发PPP进程数以及对用户的管理等;


  (二) 、对路由协议的支持;


   即对RIP、OSPF等路由协议的支持能力。


  三、应用层面


  对于纯IP DSLAM设备,各个省公司普遍积极关注,也有一些省公司开始小规模地选用此类设备组网应用。基于以太网交换的架构,使得此类设备对提供VDSL等基于以太网的接入业务、VOD等组播业务以及其它对带宽需求较高但对QoS要求不太高的业务有着很大的优势,而且相比于ATM DSLAM和ATM构架的IP DSLAM有着更好的经济性。这也是部分省公司已选用此类DSLAM的主要原因。同时,也因为基于以太网交换架构,在实际的运用中也出现了与建设普通LAN接入网络时类似的IP地址规划、VLAN规划、网络安全以及网络的可管理性等问题。另外,作为此类DSLAM所提供主要接入业务的VDSL,其相关标准一直尚未正式出台也成为限制此类DSLAM大规模商用的重要因素之一。但此类DSLAM随着其系统性能和功能的进一步完善以及组网模式、业务模式的进一步成熟,势必会得到更大规模的商用。


  主要结论


  通过以上对这两类IP DSLAM在三个层面的分析,不难发现这两类IP DSLAM与ATM DSLAM相比虽有一定的技术优势和成本优势,但它们也同时带来了ADSL接入网络的规划以及网络的安全性等问题,而且现各厂家的设备在技术成熟度方面都还有需进一步完善之处,特别是对于纯IP DSLAM设备。由此,我们认为,在进行ADSL接入网络建设时,应着重于技术但不能完全取决于技术,而是应以“立足网络现状,着眼未来发展,快速满足需求”为根本出发点。


  “立足网络现状,着眼未来发展,快速满足需求”也就是应对本省的ATM网、IP网以及ADSL接入网的其它相关资源(如BRAS、计费认证平台等)的实际情况进行全面分析,并站在全网的高度、技术发展战略的高度分析本省ADSL接入网的发展走向,而不简单地因为哪种技术更先进便选用哪种技术,而且,以上的一切都要本着为了快速、灵活且又较经济地满足用户日益多样化的业务需求为目标。目前,ATM构架的IP DSLAM占据了较大的销售市场,但若省公司已有的ATM网络资源还很充裕,对DSLAM以ATM方式上联比以IP方式上联更便于对现有网络资源的充分利用,能更快速地满足用户日益增长的业务需求,则在业务需求紧张地区继续使用ATM DSLAM也未尝不可;若在商业核心区或高科技核心区等用户对以太网专线业务、普通高速接入以及组播业务等有较多需求的局点,适当采用现在主流设备厂商相对成熟的纯IP DSLAM系统设备也会是不错的选择。



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----《通信世界》

   

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