用于IP NGN的思科IP over DWDM解决方案

用于IPNGN的思科IPoverDWDM解决方案摘要：隶属于IPNGN的思科®IPoverDWDM解决方案有助于实现电信运营商的核心IP和密集波分多路复用（DWDM）网络的融合，提高服务灵活性和可靠性，降低运营开支（OpEx）和投资开支（CapEx），同时通过CiscoCRS-1运营商级路由系统和CiscoONS15454多服务传输平台（MSPP）有效地管理流量增长。关键词：IP，NGN，电信，运营商，多路复用，网络，融合隶属于IPNGN的思科®IPoverDWDM解决方案有助于实现电信运营商的核心IP和密集波分多路复用（DWDM）网络的融合，提高服务灵活性和可靠性，降低运营开支（OpEx）和投资开支（CapEx），同时通过CiscoCRS-1运营商级路由系统和CiscoONS15454多服务传输平台（MSPP）有效地管理流量增长。简介为了满足人们对于融合分组基础设施的需求，越来越多的电信运营商开始将他们的网络转向基于IP下一代网络（IPNGN）的架构。这种转变源自在降低运营开支、投资开支的同时，在一个统一的融合基础设施上提供新的创收服务的需求。IPNGN可以在应用、服务和网络层实现融合。本文着重介绍网络层，特别关注电信运营商的核心网络中的两项重要技术的融合：IP和DWDM。核心网络基础设施的演变目前，核心网络的发展趋势就是将多个第二/三层网络整合到一个统一的IP/多协议标签交换（IP/MPLS）基础设施上。但是，除了这种第二/三层融合之外，很多电信运营商核心网络的底层传输层（第一层）仍然继续在使用SONET/SDH――一种在20世纪90年代初面世的，旨在支持基于时分多路复用（TDM）的传统数据和语音服务的基础设施。这种SONET/SDH基础设施主要用于支持三种关键的功能：疏导；保护和恢复；以及全面的运营支持（例如警报和性能监控）。SONET/SDH基础设施在刚刚推出时可以有效地将多个低速TDM线路（例如T1/E1和T3/E3）复用到高速的OC-3和OC-12中继线路，以便在电信运营商的核心网络中进行传输。因为它们的同步性，低速连接仍然可以在必要时在终端进行独立的交换，而不需要进行基于TDM的数据、语音服务所要求的、复杂的解多路复用。该基础设施不仅支持了速度更快的汇聚连接（例如OC-48）的发展，而且推动了当时新兴的IP网络。这种“疏导”功能可以提供较高的带宽效率和自动化水平，让电信运营商可以利用SONET/SDH分插多路复用器（ADM）和交叉连接设备，在网络核心支持多种交换式TDM服务。SONET/SDH基础设施通常在核心使用一种基于环网的拓扑，它还可以在环网某个部分发生故障时提供保护和快速恢复（50ms），从而最大限度地提高整个网络的可用性。随着SONET/SDH标准的面世，一个单独的、标准化的、基于消息的通道*被用于对连接执行警报、控制、监控和管理等进行集中化的操作。在20世纪90年代后期，能够在单个物理光纤上传输多个波长的DWDM的出现，大幅度地提高了已有光纤的效率。这种功能在光网层引入了另外一种级别的多路复用和解多路复用，以支持网络核心带宽的快速增长。流量的增长主要是由于基于IP的网络随着万维网（）的快速发展。SONET/SDH层这时处理的IP流量越来越多。它被映射到DWDM传输层的波长，而这些波长接着在跨越多个地区和国家的核心远程**网络中传输。目前全球很多电信运营商网络仍然在采用这种做法。*DCC－数据通信通道，一个用于SONET/SDH设备间的OAM&P的、基于消息的192kbps通道。**远程网络的传输距离通常不超过1000公里（620英里）。IP的快速发展但是，这些核心网络上的IP流量一直在稳定增长，目前这些核心长途网络上的主要用途就是传输大量快速的IP流量，它们已经远远超过了传统的语音和数据服务的数据量。仅仅在未来五年中，预计全球每月的IP流量将达到11EB*。随着所有视频、语音和数据应用的流量都融合到IP平台，全球IP流量的年复合增长率（CAGR）将会超过56%。随着传统应用（例如广播电视、视频点播和语音）向基于IP的新型分发模式的融合，以及新型应用（例如音乐和视频播放和点对点[P2P]文件共享）的快速发展，核心IP流量迅速增长的趋势将会进一步持续。核心网络基础设施面临的挑战尽管出现了第二/三层网络向IP平台融合的趋势，多个用以支持核心长途网络的设备层仍然存在，导致电信运营商开始担心运营开支、投资开支的增长，以及在盈利水平、投资回报方面所面临的严峻挑战。而且，随着客户对服务水平协议（SLA）的要求的日益提高，电信运营商必须在保持更高可靠性的同时，拥有很高的灵活性或者“服务提供速度”，以适应服务需求或者网络核心流量增长方式的改变。为了满足这些要求，电信运营商必须简化他们的核心网络，采用更加有效的方式处理日益增多的IP流量负载――然而，他们必须解决网络中多个层面的问题，才能实现这个目标。多个传输层组件网络的有些低效环节源自于人们目前在扩建核心传输网络时采用的方法：在底层DWDM基础设施上建立SONET/SDH层，再在其基础上支持IP层。设想一下两种类型的流量进入、流出一个典型的电信运营商接入点（POP）的路径。第一种情况是IP流量需要在POP进行一次第三层搜索，因而采用了一个在路由器上终止的波长。第二种情况是所谓的“直通式”（或者暂态）流量，这些流量位于传输域，绕过路由器到达电信运营商的核心网络上的某个相邻POP。在路由器终止的流量目前，这种IP流量通常经由10GbpsSONET/SDHOC-192/STM-64线路进入POP，这些线路包含了多个通过DWDM复用到一个物理光纤中的彩色波长。这条光纤连接到一个DWDM解多路复用器，由其分解出各个彩色波长。这些在路由器上终止的波长随后被发送到收发器，由其将它们从光（彩色）信号转换为电信号，再转换为一个标准的短距离波长（“灰光”）。进行这种光－电－光（OEO）转换的原因是过去在POP环境内主要用短距离光纤进行内部连接。灰光随后通常被输入一个SONETS/SDH交叉连接**的一个短距离接口，它会恢复SONET/SDH时钟，进行必要的疏导，检查错误，以及监控信号损失（LOS），以便进行必要的SONET/SDH级恢复。但是，在目前的大部分情况下，实际上并不需要任何疏导操作，因为通常是完整的10Gbps被连接到路由器（而不是过去的2.5Gbps或者速度更低的连接），因此从连接的角度来说，这种交叉连接实际上就相当于一个插线板。SONET/SDH交叉连接随后将10Gbps输入路由器，由其在第一层到第三层进行性能监控，根据LOS情况进行必要的MPLS快速重新路由（FRR）恢复，以及进行第三层或者更高层次的路由，以便将分组发送到目的地。在汇聚方面，核心路由器通常会汇聚多个低速连接，将IP流量分流到得到有效利用的10Gbps连接，再发回到核心传输网络。*1Exabyte（EB）=1千兆兆字节：思科估计，Ovum，Bernstein，以及公开企业数据**交叉连接一词是指任何配有一个电子背板，可以进行OEO转换的设备，例如一个宽带数字接入和交叉连接系统（DACS）。直通式流量随着核心中的流量模式变得越来越分散，直接通过某个完全位于传输层的指定POP的流量（而不是终止于一个IP路由器）将会不断增加，有时甚至会占到POP处理的全部流量的70%到80%。在这种情况下，输入的DWDM连接会通过一种类似的互联方式，通过DWDM解多路复用器和收发器，经由短距离光纤到达SONET/SDH交叉连接。它会检查错误，根据LOS情况采取必要的SONET/SDH恢复。同样，这里不再需要过去使用的疏导功能，因为通常会有完整的10Gbps直接通过POP。因此，从连接的角度来说，交叉连接仍然相当于一个插线板。对于从POP输出的流量，则需要进行类似的互联流程。这些OEO转换和相关的电子处理会产生额外的空间成本，因为在一个电信运营商POP中可能需要多个机架；另外也会产生额外的供电和冷却成本，因为它们包含了很多有源电子器件。而且，在这种核心网络中，SONET/SDH功能是多余的，因为这些功能已经被集成到路由器中。疏导－因为大部分流量都转向IP，路由器现在可以通过汇聚IP流量和将其输入到得到有效利用的10Gbps连接中的核心传输层，执行疏导功能。运营支持－路由器和它的相关接口可以在第一到第三层测量误差，搜集性能统计数据，生成相应的警报等。保护和恢复－利用MPLSFRR，路由器可以提供不到50ms的保护时间，因而比传统的SONET/SDH保护机制（例如BLSR*）有效的多――后者需要为实现保护而浪费多达50%的带宽。由于这些原因，电信运营商已经开始通过用手动分插取代交叉连接来节约成本。当今网络中的IP-over-DWDM互联模式*BLSR－双向线路交换环。它是一种SONET传输网络配置，其中的网络连接被连接到一个环网中，如果线缆中断或者光信号的性能降低，流量可以重新沿着环路的另外一个方向发送，从而绕过故障点。手动分插手动分插可以消除网络中的交叉连接，但是仍然需要在路径中的每一跳使用收发器。即使对于迅速的或者直通POP地点的流量，也必须对每个波长执行一次OEO转换，因为传统DWDM系统在环网和网格式配置中的能力极为有限。这种情况仍然需要通过解多路复用操作，将DWDM信号分解为单独的波长，再通过收发器将其转换为灰光。这些灰色信号随后必须经由手动分插，通过一个插线板发送到它们在POP中的最终目的地，而后再通过多路复用发回到DWDM系统。在今天的DWDM网络中，手动分插已经成为一种经常性的操作，因为路由器会完全使用的10Gbps连接的情况已经很普遍。这些连接不需要在次波长级别进行疏导，就可以直接映射到DWDM波长。但是，如果在位于快速连接上的中间POP中进行手动分插，那么一旦核心网络需要进行添加或者改动操作，一位运维人员就需要在从起点到目的地之间的每个中间地点对波长进行分插。这个过程极为繁琐，而且容易出错――它大幅度地降低了进行网络改动的速度，一些大型的国内或者国际网络可能需要几周的时间才能完成。对于交叉连接的持续投资因为语音开支负担的加重，交叉连接供应商开始升级他们的系统，以便在一个由G.709标准定义的扩展多路复用结构的基础上交换10Gbps信号。尽管这种方法表面上似乎可以解决自动交换问题，但是当电信运营商为适应流量增长而部署更多带宽时，它需要安装额外的短距离接口和收发器（或者交叉连接上的集成化DWDM接口）来为直通流量提供互联。每个波长仍然需要在交叉连接设备中进行一次昂贵的OEO转换。因为这些设备非常昂贵，电信运营商不大可能预先部署它们――这使得电信运营商必须随着流量的增长而在多个中间地点进行必要的设备升级和投入人力。更加严重的是，随着核心中的IP流量对连接容量的需求从10Gbps增长到40Gbps，这些交叉连接平台和它们的相关电开关矩阵也必须进行升级，以适应这种转变，这意味着电信运营商必须增加他们的投资开支和运营开支。即使交叉连接拥有足够的多余容量来适应流量的增长，这通常对电信运营商来说意味着成本负担――即在真正需要使用这些多余的闲置带宽容量之前，这些投资并不会带来回报。今天的核心IP和传输网络基础设施分割的控制平面随着传输和IP网络的发展，为了满足不同的需求和适应不同的阶段，逐渐出现了很多各不相同、互不兼容的控制机制，这些机制的作用是在终端之间传输流量。如前所述，今天的传输网络主要依靠通过插线板物理配置的或者通过交叉连接中预先手动配置的固定路径来将一个输入端口连接到一个输出端口。在后一种情况下，有些控制通道通信被用于在中间节点之间提供半自动的路径设置，但是网络拓扑并不会在管理系统上实时更新，从而导致了过期的数据库和过长的网络改动完成时间。大型网络可能需要好几周时间，因为需要在不同的地点之间配置新的波长，而这些网络通常需要操作人员之间进行语音通信。IP/MPLS网络采用了一种为大部分基于分组的网络技术所共有的、更加自动化的模式，因而需要在路由器之间通过协议――例如边界网关协议（BGP）和标签分发协议（