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摘要 从宽带接入网存在的问题入手。提出了网络建设的目标，并在此基础上，详细分析了QoS的部署和以太网可靠性提供的具体方案。
1、引言
随着宽带用户数的不断增长以及以IPTV为代表的Triple P1ay业务的推出，IP城域网作为IP承载网的重要一环，其地位越来越重要。另外，随着软交换的引入以及3G网络全IP化的演进趋势，对于目前的城域网，无论从性能、功能上都提出了更高的要求。所以，对城域网的优化改造已经成为各大固网运营商IP网络建设的热点问题。
IP城域网分为城域骨干网和宽带接入网，城域骨干网包括核心路由器和业务接入控制层的RRAS（路由和远程访问）、SR（业务路由器）设备，骨干网以下和用户接入CPE以上的二层网络属于宽带接入网。三层网络的优化相对容易，通过部署QoS和MPLS来提升其对业务的支撑能力，利用BRAS和SR构建清晰的IP城域网边缘，形成业务接入控制层，实现业务的集中提供和控制。IP城域网的结构如图1所示。虽然宽带接入网的优化改造是提升端到端网络能力的基础，但是实施的困难非常大：一方面是因为二层网络本身技术上的先天不足；另一方面是由于二层网络覆盖面广，对于运营商来说涉及的投资巨大。因此，如何建设宽带接入网已成为运营商、设备供应商目前关注的焦点问题。
图1 IP城域网的结构示意
2、宽带接入网面临的问题
从有效支撑各种新业务的角度出发来审视目前的城域网，宽带接入层面存在下列问题。
（1）支持QoS的能力比较弱，无法提供基于用户或业务的QoS保障。
（2）基本上不支持组播，难于支撑未来基于DSLAM或园区交换机进行组播复制的IPTV业务。
（3）链路连接以树型为主，可靠性较弱。
（4）用户接入形式单一，且带宽较低，无法满足用户多方式接入以及IPTV等高带宽视频业务的需求。
（5）设备之间级联层级较多，网络性能受到影响。
（6）不支持SVLAN，用户之间的隔离性差，而且缺乏惟一标识用户的能力。
面对宽带接入网存在的这些问题，以业务需求为驱动，通过引入新技术，分批、分阶段地对宽带接入网进行改造，打造一张电信级的宽带接入网是运营商的必然选择。图2表示了目标网络所应该具备的能力，包括可靠的网络运行和可靠的业务提供、端到端的业务部署和管理、有保证的SLA和先进的业务区分与优先级处理、优秀的设备扩展性和网络扩展性等。在这些能力中，QoS和以太网的可靠性是目前急需解决的两个问题，同时也存在多种技术的选择，限于篇幅，本文仅从这两个方面展开，讨论如何构建电信级的宽带接入网。
图2 电信级宽带接入网的建设目标
3、QoS的部署
宽带接入网中QoS的实现主要有两种方式：一种是逐跳方式，另外一种是基于层次化QoS的方式。逐跳方式是在二层设备部署802.1P，基于每跳实施队列调度和拥塞控制，可以提供8个标签等级的服务。层次化的QoS是由BRAS来实施的，控制功能由一点完成，根据宽带接入网下行方向各个可能发生拥塞的瓶颈点进行流量调度。两种方式相比，第二种方式对宽带接入网的设备能力要求比较低，但是上行流量难于控制，而第一种方式却相对比较灵活。
3.1 逐跳方式的QoS部署
逐跳方式是基于802.1P的QoS技术，提供突发拥塞时的QoS保证，由DSLAM与园区交换机根据VLAN完成不同用户或业务的CoS分类和标记，汇聚交换机设备再根据内层VLAN的CoS标记直接映射成外层VLAN的CoS，同时由DSLAM和园区交换机实现对xDSL和LAN接入用户上行流量的限速。宽带接入网设备通常提供一个严格优先队列和三个以上轮循队列，分别应用于不同CoS值标记的数据包转发。
3.2 层次化QoS的应用
层次化QoS（H-QoS）的核心思想是QoS处理能真实体现网络拓扑结构和业务转发路径，DSL论坛的TR-059协议根据典型的宽带接入网应用场景（这里以ATM DSLAM为例），定义了H-QoS的基本模型。
在这个应用场景中，TR-059描述的H-QoS处理的主要过程如下。
（1）BRAS感知流量类型，并且根据流分类结果把流量分别列入不同的Session队列，同时根据配置或策略对不同的流分别进行流量监管和限制。
（2）物理端口调度器根据端口速率从下属调度器（VP调度器）“Pull”报文，调度算法可以是WFQ，WFQ的权重可以根据各个VP的速率来决定。
（3）每个VP调度器将得到调度，同时每个VP调度器根据VP速率从下属调度器（VC组调度器）“Pull”报文，调度算法也可以是WFQ，其权重同样可以根据各个VC组的速率来决定。
（4）按照这个方法，VC调度器、Session调度器将依次得到调度，一旦Session调度器得到调度，它将从对应Session队列中“Pull”一个报文，并让报文从BRAS/路由器的物理端口发送出去。
DSL论坛定义的应用场景可以推广到整个宽带接入网，实现的主要思路是：BRAS通过层次化QoS，只需要在一点实现数据包的丢弃与否，以及先后发送顺序和多少的决断，以此确保数据流在接入网的各个关键点均不会产生拥塞，即通过BRAS的策略性控制及执行来确保在宽带接入网内始终保持轻载。
在与宽带接入网相连的BRAS端口上，其上／下行双向都需要支持H-QoS。H-QoS含有多个缓存队列，一般可以为每个用户分配4～8个队列，队列内的数据排队发送判决则可遵循多级调度，即可以根据多重条件综合判定各队列中的数据发送的多少和发送顺序。
下行方向的瓶颈点或者流量控制点包括BRAS的GE端口、DSLAM的FE端口（外层VLAN）、用户接入线路（内层VLAN）、申请的业务流带宽（IP五源码标识）。当流量经过BRAS时，BRAS就可以预先判定这几个点的流量是否超过相应的带宽值，如果超过则首先确保申请的业务流量符合其申请的带宽而削减其他流量，确保流经各瓶颈点的流量小于对应的物理带宽，这样流出BRAS的流量就不会在接入网中其他点被阻塞，同时流量也符合规定要求。
由于BRAS位于接入网的末端，因此上行方向流量的控制就比较困难。在一般情况下，流量还没有达到BRAS之前就可能在用户接入线路（内层VLAN）、DSLAM的FE端口（外层VLAN）等瓶颈点产生拥塞。这是H-QoS实际部署所要克服的一个重要问题。但就目前非对称型的互联网应用而言，上行方向用户流量不大，层次化QoS也能基本满足当前应用的需求。
4、以太网的可靠性
由于以太网成本低、扩展简单，因此在用户接入和汇聚层面得到广泛应用，是宽带接入网中的主流技术。但是，随着承载IPTV、软交换语音等实时性业务需求的不断增加，以太网保护手段弱的问题逐渐凸显。传统以太网使用STP（生成树协议）实现一定的保护，但其配置复杂、恢复时间比较长（甚至需要几十秒）。借鉴SDH的环保护技术，MSTP、RPR（弹性分组环）等技术也有所使用，但是由于其价格及应用条件的局限性，在宽带接入网中并没有得到规模应用。
近来，增强型以太网技术有了较大的发展，其特点是维持现有以太网技术转发层面的实现方式（封装、转发），在控制层面增加新的loop Free等特性，提供更快速可靠的保护，代表性的技术包括思科的增强型以太网技术、西门子的ERP（以太网环保护）技术和北电的OE（光以太环网）技术。
4.1 思科的增强型以太网技术
增强型以太网技术属于思科专有技术，采取Flexlink和MSTP+RSTP等方法来达到不同层面的保护。
（1）Flexlink：思科交换机的私有技术，采用物理监测方式，实现二层链路的快速切换。
（2）MSTP+RSTP：是多实例生成树和快速生成树协议，用于实现负载分担以及快速收敛，业界标准为802.1s和802.1w。
图3给出的是采用思科交换机承载AG的一个应用示例。采用这些技术，通常可以提供几百毫秒内的快速收敛。但是切换时间与接入汇聚交换机配置无关，而与其MAC地址的Flooding速度和VLAN数目有密切关系。
图3 思科增强型以太网承载软交换业务的示意
4.2 西门子的ERP技术
ERP是西门子公司的私有协议，实现原理类似RFC 3619，是面向环和MESH拓扑的二层环保护机制，对于VLAN进行保护，可以达到＜50 ms的恢复时间。ERP环中的一个节点被定为RM（Ring Master），负责控制整个环的保护，实施当中可以采用备用RM来保护主用RM，其他节点为RS（Ring Slave）。ERP采用一个VLAN传送控制信息的HELL0消息，每1O ms发送一次，用于检测故障。ERP在宽带接入网中的应用情况如图4所示。
图4 西门子ERP在宽带接入网中的应用示意
ERP的优点是简单，只需增加单机生效的备用链路和快速切换机制，就能实现＜50 ms的切换，缺点是依赖环网拓扑。
4.3 北电的OE技术
北电OE解决方案的主要技术还是以太环网，通过私有协议RTP和RRP完成环路自动发现、配置和故障倒换，实现＜50 ms的保护功能。交换机可提供环网汇聚设备的多种保护功能，有多板卡和多机箱的选择，单个以太环网可支持14接入节点，两站间最远距离可达70km。除此之外，OE还具有两项特色技术：一种是MAC-in-MAC／802.1ah，另外一种是支持流量工程的以太网隧道技术PBT（Provider Backbone Transport）。图5给出的是OE技术在宽带接入网中的应用案例示意。
图5 北电OE技术在宽带接入网中的应用示意
MAC-in-MAC/IEEE 802.1 ah标准在用户帧的基础上再封装运营商的以太网帧头，从体系架构上将传统以太网革新为层次化的结构，该标准定义了扩展业务标志位“I-Tag”，支持高达24位的标志位长度（数量为2～24，提供超过107级的业务实例的支持），从根本上打破了以太网业务扩展性的局限。
PBT技术是IEEE 802.1ah标准规范的最新演进特性之一，其设计初衷和最大价值体现在适合的层面将以太网由无连接技术革新为一种面向连接的隧道技术，使运营商能够提供专用以太网链路，实施流量工程和严格的QoS。现有以太网硬件只要关闭一些以太网功能，就能实施新的转发行为，PBT正是利用了这一点。这意味着面向连接的转发模式可以引入到当前的以太网网络中而无需复杂、昂贵的网络技术。
5、结束语
宽带接入网直接面对用户提供业务的接入和汇聚，是整个IP承载网实现用户可识别、业务可区分、质量可控制、网络可管理目标的基础。因此，构建电信级的宽带接入网是运营商的必然选择。但是应该看到，对于宽带接入网的优化改造是最为复杂的，它不仅涉及到多种新技术的选择，还要受到新业务的提供方式和推进阶段的影响，以及需要考虑对原有设备投资的保护。
