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杨然
摘要：随着Internet的飞速发展，在网络的几乎所有层面（如企业网、接入网、选路与交换、传送）都在开发与应用高速技术，宽带网步入了快速发展的阶段。与此同时，宽带多媒体应用的发展促进了宽带接入的发展，宽带接入已经开始走向大众化，企业（甚至家庭）采用以太网接入也在逐渐普及，这些将为已经建设的宽带骨干网带来巨大的业务量。这里将从新的宽带模型着眼，探讨核心交换路由器、光传送网、多协议标记交换（MPLS）与QOS的发展走向。
关键词；宽带网，核心交换路由器，光传送网，MPLS，QOS
随着Internet的飞速发展，在网络的几乎所有层面（如企业网、接入网、选路与交换、传送）都在开发与应用高速技术，宽带网步入了快速发展的阶段。与此同时，宽带多媒体应用的发展促进了宽带接入的发展，目前，仅北美的DSL和Cable Modem用户数就达到900多万，每月有40万个家庭采用高速接入技术，宽带接入已经开始走向大从化，企业（甚至家庭）采用以太网接入也在逐渐普及，这些将为已经建设的宽带骨干网带来巨大的业务量。本文将从新的宽带网模型着眼，探讨核心交换路由器、光传送网、多协议标记交换（MPLS）和QOS的发展走向。
1.用户需求推动宽带网的发展
宽带公用网要能够支持一系列业务与应用，包括现有和即将产生的新业务。基于IP的宽带组网技术使得一些在过去电路交换网上难以实现或推广的业务与应用得以展开并投入商用，如视频点播、交互型游戏、可视电话等。图1所示的是已经展开商用和处于早期应用的一些公用业务。
对于家庭或个人用户来说，娱乐性业务无疑是宽带网重要的应用之一，但是，以前人们一直不能确定基于IP网的娱乐性应用将是什么方式的。2000年出现并风靡全球的Napster音乐下载业务使人们看到了基于网络的娱乐性业务的雏形与光明前途。在不到一年的时间里，Napster用户数从0发展到了1000万个。Napster的实践证明，用户（特别是青少年）正把更多的时间花在计算机上而不是在电视机前，多媒体应用将驱动宽带接入的应用。随之而来的是，在网络的边缘将采用高性能路由器，由这些路由器来更深入地解析每一个分组，采取比传统路由器更多样化的方式对分组进行排序。在网络的核心则采用大型可扩展的交换与选路。光网络设备不仅要支持网络节点之间的越来越粗的管道和组建灵活的智能光网，而且还要能够适应IP业务量不断变化的特性。
2.宽带网模型
以前，电信中各种技术、设备及功能的划分非常清楚，网中最基本的是SONET管道设施，所有的业务在上面运行，每一种业务有它自己的专用设备，如电话交换机用于话音，路由器用于Internet。
现代宽带网所采用的是一种新的模式，涵盖了从接入到城域到核心的各个部分，图2是最近提出的新一代公用网参考模型（图2中没有示出SDH等传统设备，但它们仍将会在新一代公用网中继续广泛使用）。在此模型中，网络被横切为传送层和服务层。传送层又被竖切为接入网、城域网和核心网；服务层被竖切为边缘和核心两大部分。
传送层提供的基本功能是在光纤上传送比特，这包括使用密集波分复用（DWDM）把多个波长放到一根光纤上，以及用光交换对这些波长进行连接；还包括把使用SONET的低带宽电路打包到波长上，以及使用波长传送吉比特以及网。传送层中的接入部分（用户和入网点之间）带宽一般最高到2.5Gbit/s（OC-48），这些接入连接被放入城域网的大管道中（多个OC-48），然后再进入核心网更大的管道中（如OC-192）。
服务层被横切为边缘和核心两大部分。界线是10万分组/s。在服务层，数据分组被单独处理或者作为流（与特定用户或应用相关的分组串）来处理，老的技术包括帧中继和ATM，新的技术----MPLS有可能成为ATM的一种替代。
多业务配置平台（MSPP）（包括下一代SONET、多协议DWDM、光以太网/IP等新型设备）是新出现的跨越传送层与服务层的设备，它在传送层同时跨越接入与城域网。它们把数据汇集与交换功能综合进城域网传送网，形成对数据优化的城域网。MSPP把WDM（或者SONET/SDH）、ADM、交叉连接，以及2层与3层交换机放到一个系统中，直接把数据映射进WDM和SONET信道，并且把它们传到网络边缘，以简化城域网结构。
3.核心交换路由器
核心交换路由器的发展方向是：增加接口卡的密度和速度、采用更加先进的高速交换矩阵（如底盘连接、二维、三维交换矩阵），使得IP与DWDM的结合更直接、紧密。
太比特路由器已经进入商用阶段，一些设备厂商已经推出可以扩展到太比特的产品，但是，由于目前运营商和ISP还用不了这样大的容量，所以市场中的太比特产品目前还只是一些容量可扩展到太比特的吉比特级产品。随着宽带接入的发展（特别是城域以太网应用的推广），将促使真正意义上的太比特路由器早日使用。
10Gbit/s接口是网络建设者所关注的一个重要性能，新出现的太比特级路由器大部分都有10Gbit/s接口，可以与OC-192链路相连。这样的高速端口将使大型ISP能够方便组建10Gbit/s的骨干网。WorldCom等公司已经开始不太满足10Gbit/s的端口速率，他们希望能够早日出现40Gbit/s的端口来建设容量更大的骨干网。
由于Internet发展迅速，目前边缘网关协议（BGP）路由表过大，已经达到10万个条目，路由器可能会面临扩展性问题，业务提供者可能更会超前使用高性能设备。
4.光传送网
光传送网是宽带网的基础。宽带网的各个部分（接入、城域和核心）对光传送设备的要求是不尽相同的。例如，城域网使用的光通信产品应该成本低，灵活支持多业务；而长途网则要求再生器之间跨度大、容量高。
长途光网的发展方向是超长距离的超密集波分复用，即更多的波道、更大的容量和更长的再生器跨度。DWDM研发取得了很大进展，今后将在L和S频段上继续进行扩展。1.6Tbit/s的商用系统已经规模使用，10Tbit/s的实验室记录也被打破（见表1）。Ciena等公司已经在研发16Tbit/s的系统。朗讯贝尔实验室的科学家认为，从理论上讲，商用的DWDM系统容量最高将达到100Tbit/s。
超长距离传输将极大地减少网络建设和运营成本，深受运营商欢迎，目前实验室中已经做到了6400km无再生器，一些运营商开始了现场试验与应用，例如，Williams使用Corvis公司产品实现了在3200km上无再生器传送多个2.5Gbit/s光信号的现场试验。这是第一个在实际运行的网中进行的超长距离试验，并且传送了16个波长的2.5Gbit/s信号。
在DWDM系统中，由于功率的限制，波长数、每波长的波特率以及再生器的跨度之间是相互制约的，用户要根据自己的网络情况来进行权衡选择。
此外，设备厂商还在积极开发40Gbit/s的设备，朗讯科技、北电网络、阿尔卡特等都开发了产品，提前实现40Gbit/s传输。Global Crossing，WorldCom等运营商开始了40Gbit/s系统的试验。由于需求和经济性的原因，Gbit/s系统商用不会马上铺开。
光交换和软件控制的使用，使得今天的光网络将演进为智能光网，使运营者可以更加灵活、有效地进行网络恢复、业务自动配置和流量管理，开展一些新的应用，包括提供波长业务、光层组网、光虚拟专用网（OVPN）以及带宽的交易与转售。光交换现正在进入实用化，现在，在交换矩阵上使用最广的是微电机械系统（MEMS），水滴、液晶等技术也开始被看好。朗讯科技的带有128个端口的WaveStarlambda全光路由器已经开始被Global Crossing公司用来在网中进行试验，迈出了走向商用的第一步。
5、MPLS与QoS的实施
MPLS在两年之前开始得到重视，人们试图用MPLS为IP提供类拟ATM的控制能力和安全性，希望在骨干网上用MPLS，并且在接入链路上使用DiffServ这样的QoS协议，业务提供者为不民的应用安排不同的服务等级，并收取不同的费用。例如，E-mail对时延的要求低，可以少付费；而对于会议电视或者VoIP这样的对时延/抖动要求高的业务要多安排容量。
但是，到目前为止，MPLS业务仍然不多见，全球只有大约20多个业务提供者在某种程度上采用了MPLS，例如：Interoute,Ipulsys,Global One,QoS Networks,Swisscom,Energis和Japan Telecom。在美国，MPLS的重点是在流量工程上，欧洲则是为了虚拟专用网，因为欧洲的租用线价格较贵。
Infonetics最近作了一项调查（见图3），9个美国一流运营商中的2个已经在他们的网上采用了MPLS，其中有一半计划在2001年采用MPLS。二流运营商中，有65％（23个中的15个）计划在2001年使用MPLS。但是，由于MPLS的扩展性不好，运营公司只在网的有限部分采用。除了Teleglobal以外，还没有一个公司在整个网络中实施MPLS。ATM仍然是目前最流行的QoS方式。
此外，不同厂商设备之间的MPLS互操作性也存在一定问题，主要表现在不同厂商的实现方式不同：使IP网可可以快速绕开障碍点（Fast ReRoute）、防止不能容忍拥塞的应用中出现分组丢失（Error Corrction Notification）等性能的实施上。
美国最大的本地运营商Verizon在2001年7月16日的一份研究报告中表明：宽带服务在美国普及后，每年对美国经济的贡献将超过5000亿美元。Verizon，SBC等电信运营商正在力促美国政府立法，以鼓励宽带服务的发展。毫无疑问，宽带网将极大地改善人们的生活、工作以及娱乐方式，并且对经济的发展产生巨大的推进作用。在中国随着宽带业务的推广与普及，同样会对社会发展产生深远的影响，但必须采取稳步前进的发展策略。
摘自《现代电信科技》
