新型城域網八大新技術助力網絡優化

 
IP城域網是一個城市地域范圍內的IP網絡，作為互聯網的一部分，為用戶提供基于IP的各種業務。國內城域網從上世紀90年代末開始出現，起初形式非常簡單，往往是作為IP骨干網的一些延伸POP節點，后逐步形成具有接入、匯接、核心等層次和單獨AS域的完整IP網絡。 

從目前網絡技術的發展趨勢看，通信網絡向IP的融合是不可逆轉的大趨勢，IP將成為各種通信應用統一的網絡平臺。英國老牌運營商BT正在打造其新一代統一網絡平臺(21世紀網絡)，中國電信也在建設其新一代的IP骨干網CN2，意圖作為下一代多業務承載平臺，統一承載NGN、3G、IPTV、企業互聯及互聯網等各種業務。城域網作為IP網絡最貼近用戶和業務的部分，其多業務承載能力，對于通信網絡的IP融合至關重要。以多業務承載能力的提升為目標的城域網改造優化，將是未來幾年國內外電信運營商關注的重點。 

相對于骨干網，城域網規模龐大、技術復雜，其優化改造工作涉及大量的投資，本文將對城域網優化改造中的一些技術熱點問題進行探討和分析。 

網絡結構 

城域網網絡結構多遵循接入、匯接、核心三個層次的網絡模型進行設計和建設。該模型為園區網網絡結構模型，本質上是以太技術為基礎的，開放、松散的多點接入模型。在城域網建設之初，由于網絡結構簡單，業務控制能力要求不高，城域網本身就可以看作一個放大了的園區網，該結構模型有其合理之處。然而隨著業務和網絡發展，尤其是寬帶業務的跨越性發展，ADSL+寬帶接入服務器(BRAS)和PPPoE撥號接入的業務模式，極大的顛覆了三層網絡結構模型。BRAS設備的功能定位，體現了電信級IP網絡對用戶和業務的集中開通、控制、管理的需求，是松散的IP網絡向可管理、可控制、可維護的電信級IP網絡演進的關鍵環節，因此，也需要一個新的網絡結構模型，對城域網內各種功能模塊進行重新劃分和定位。 

目前國際上各標準化組織或行業論壇對于城域網網絡結構模型的定義基本一致，將城域網從功能上劃分為比較清晰的4個層次，由上到下分別是： 

核心層 

IETF術語為P，DSL論壇術語為regional network，指由路由器組成的本地核心網絡，其功能定位于數據包的快速IP或MPLS轉發。 

業務控制層 

IETF術語為N-PE，DSL論壇術語為Broadband network gateway，專指業務網關設備(如BRAS和業務路由器)組成的網絡層面，相對于核心層，業務控制層處于IP路由網絡的邊緣，是IP網絡和接入網絡的邊界，其主要功能是終結用戶的接入，并實現集中的業務提供、控制和管理(如實現PPPoE終結和認證、專線接入網關、MPLSPE、IGMP終結業務提供功能，以及業務分類、標記、速率限制和流量整形等業務控制功能)。 

匯聚層 

IETF和DSL術語都是Aggregation。匯聚層位于業務控制層之下，實現用戶物理或邏輯接入通道到業務網關的二層匯聚。如ATM網絡將ADSL用戶接入PVC匯聚到BRAS，從整個網絡結構來看，實現的就是匯聚層功能。目前，由于以太技術在用戶網絡和接入技術中的主導地位越來越明顯，以太匯聚也成為匯聚層的主導性功能，匯聚層的各種設備和技術，本質上都是為了實現用戶接入VLAN到業務網關的匯聚功能。 

接入層 

IETF術語為U-PE，DSL論壇術語為Access node。接入層由提供用戶物理接入的接入點設備組成，對于xDSL接入方式，為DSLAM；對于LAN接入方式，為接入交換機。接入層實現的功能包括用戶的鏈路層和物理層接入，并作簡單的二層接入控制，接入層不需也無法實現復雜的IP接入控制功能。 

上述網絡結構模型，功能層次簡潔清晰，其關鍵點在于引入了專門的業務控制層，實現集中的業務提供、控制和管理。同時，業務控制層為二層網絡和三層網絡提供了清晰的界面，有利于網絡設備功能的專一化和簡單化，為實現城域網多業務承載能力，奠定了結構性基礎。 

接入技術 目前國內占主導的接入技術為xDSL技術，其中又以ADSL為主。ADSL技術自誕生起，選擇ATM作為其鏈路層技術，實現DSLAM到用戶CPE和BRAS之間的鏈路層傳送。由于ATM設備造價高、技術發展緩慢、網絡容量小，最主要因素是ATM與用戶CPE設備和城域網設備所采用的大量以太技術的錯位，使得ATM在DSLAM上的采用技術越來越不適應網絡和業務的發展。目前，DSL論壇已經開始大力推動DSLAM及其匯聚技術的以太化轉變，可以預見的是，以太內核和以太上行的DSLAM設備將成為主流。而采用以太作為上下用戶和網絡層鏈路層協議的VDSL技術的逐步成熟，更加體現了中近期以太技術在接入網內的主導地位。 

另外，更高接入速率xDSL技術的成熟和發展，如ADSL2+和VDSL等技術，也為銅線接入這一傳統電信運營商占據巨大優勢的接入方式，注入了新的生命力。 

用戶定位和識別技術 

基于以太技術的接入和匯聚方式，為用戶定位和識別帶來了挑戰。用戶定位和識別是指業務網關及后臺系統對用戶物理定位信息的可獲知能力，具體到一個ADSL用戶，則為BRAS能夠獲取用戶所接入的ADSL用戶線的端口號，用于認證計費和授權中的用戶識別，防止盜號等事件的發生。傳統的基于ATM技術的ADSL接入，用戶線端口信息會綁定到單獨的ATM PVC傳遞到BRAS，實現用戶識別和定位。在以太環境中，由于VLAN數量的限制，難以實現每個用戶到一個單獨的VLAN的綁定，而是采用多用戶共用一個VLAN接入BRAS，BRAS因此無法由VLAN信息獲取特定用戶線端口信息。 

針對此問題，目前業界存在VLAN堆疊、VBAS、PPPoE tag和DHCP option 82幾種解決方案。 

VLAN堆疊通過引入層次化VLAN空間結構，擴展VLAN字段，從而保證每個用戶采用單獨VLAN接入BRAS，采用類似ATM VP/VC機制，實現用戶標識的唯一性。同時為每個用戶建立到BRAS的單獨虛通道，實現虛通道層面上的用戶區分和隔離。VLAN堆疊作為IETF標準，設備支持程度高，與控制層面無關，尤其是在實現用戶定位和識別的同時，完成了用戶隔離，是較為理想的選擇。但在應用部署上，還面臨VLAN規劃的復雜性等挑戰。 

其余幾種方式，都是采用修改控制層面協議和技術的方式，即在用戶認證過程中，通過增加DSLAM和BRAS之間的控制信息交換，將DSLAM上的用戶線端口信息傳遞給BRAS。這些方式有些依賴于特定的設備和認證協議，有些作為專利技術，設備支持程度有限，而且無法同時實現用戶隔離，從長遠來看，不是最佳選擇。 

以多業務承載能力的實現為目標的城域網優化改造，是一個長期、漸進的過程，上面討論的一些問題只是冰山一角，其它諸如QoS部署、組播業務開展、企業互聯VPN實現等，作為城域網多業務承載的關鍵，有待于進一步的研究、探討和實踐。 

匯聚層技術 匯聚層主要實現基于以太的匯聚，其可選的技術包括以下幾種：純粹以太技術，Ether over SDH(即MSTP)和Etherover MPLS(即VPLS)。純粹以太技術采用以太交換機樹狀拓樸組網，設備價格低廉，網絡邏輯拓樸和物理拓樸偶合度高，可擴展性良好，在OAM、QoS、網絡保護等方面的改進，使其成為近期內匯聚層技術的最佳選擇。MSTP目前存在設備價格較高，擴展性不盡人意的弱點，但其優秀的網絡保護能力和采用時分機制進行QoS保證的能力，作為在QoS和網絡可用性方面有較高要求的客戶和業務的匯聚方式，有其明顯的優勢。 

VPLS采用IP技術作為其底層傳輸手段，可以在樹狀拓樸下實現基于IP路由的靈活的路徑選擇和網絡保護，并能夠解決VLAN空間擴展的問題，然而技術成熟度、標準化程度和設備價格上的弱點，使得VPLS在近期內難以作為主要的匯聚層技術實現大規模應用。