首先給出對下一代城域網(wǎng)的要求，接著重點闡述了城域網(wǎng)的三種新方案：Gbit以太網(wǎng)，基于標簽的光突發(fā)交換（LOBS）及彈性分組環(huán)（RPR）；并分析各種技術的優(yōu)缺點。

　 關鍵詞：以太網(wǎng)，光分組交換，LOBS，RPR。

　 Abstract ：First, we give the basic requirements for the next generation Metropolitan Area Network (MAN). Then，emphases will be put on characteristics and applications of major three solutions such as Gbit Ethernet ,Labeled Optical Burst Switching(LOBS) and Resilience Packet Ring(RPR). At last, we evaluate their performances.

　 Key words: MAN， Ethernet，LOBS， RPR .

1． 概述

　 　 目前城域網(wǎng)的主要問題首先是帶寬瓶頸。在用戶側,由于低成本吉比特以太網(wǎng)的出現(xiàn)和發(fā)展,局域網(wǎng)的速率上了一個大臺階。在長途網(wǎng)側,由于DWDM技術的發(fā)展,商用化系統(tǒng)的容量已達Ｔｂｉｔ／ｓ。而中間的城域網(wǎng)／接入網(wǎng)成為全網(wǎng)的帶寬瓶頸。其次是城域網(wǎng)存在多個重疊的網(wǎng)絡。一方面,目前多數(shù)運營公司通過ＳＤＨ和電路交換機提供語聲和專線業(yè)務,而通過ＳＤＨ和分離的幀中繼、ＡＴＭ和ＩＰ網(wǎng)提供數(shù)據(jù)業(yè)務,分離的網(wǎng)絡和網(wǎng)絡技術往往需要分離的網(wǎng)管系統(tǒng)和人員,以及不同的配置和計費系統(tǒng),導致高設備成本和高運行成本以及費時耗力的業(yè)務提供。另一方面,用戶必須通過不同的接入技術和線路獲取不同的業(yè)務,不僅麻煩,而且費用高。再有,目前城域網(wǎng)底層多數(shù)采用ＳＤＨ作傳送平臺,利用這種為電話業(yè)務設計的ＳＤＨ固定帶寬來傳送突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務時不僅效率低下,而且改變帶寬往往意味著改變物理接口甚至改變了業(yè)務類型。這樣企事業(yè)用戶需要改變業(yè)務時常常不得不重新設計和重新建設網(wǎng)絡。
對下一代城域網(wǎng)的基本要求可以總結為:

　·希望采用單一公共平臺支持多協(xié)議多業(yè)務,中間層最少;
　·目前應該有效支持從電路交換網(wǎng)向分組網(wǎng)的過渡,將來應該對ＩＰ傳送最佳;
　·希望網(wǎng)絡的鏈路容量和節(jié)點數(shù)可以不受限擴展;
　·具有光的透明性,適應各種現(xiàn)有和將來可能出現(xiàn)的協(xié)議和業(yè)務;
　·具有拓撲靈活性,可快速擴展業(yè)務;
　·可以實現(xiàn)快速業(yè)務指配;
　·集成的、標準的、易用的網(wǎng)管系統(tǒng);
　·支持以傳統(tǒng)語聲業(yè)務為代表的實時業(yè)務;
　·價格低（包括初建和維護）。

2． Gbit以太網(wǎng)

　 事實上,以太網(wǎng)并不是一種純粹的新技術,而是一種"老的新技術",主要用于企事業(yè)網(wǎng)絡。采用以太網(wǎng)作為企事業(yè)用戶接入手段的主要原因是已有巨大的網(wǎng)絡基礎和長期的經(jīng)驗知識、目前所有流行的操作系統(tǒng)和應用也都是與以太網(wǎng)兼容的、性能價格比好、初始成本和運營成本均較低、擴展性好、容易安裝開通以及高可靠性等。以太網(wǎng)接入采用異步工作方式,很適于處理ＩＰ突發(fā)數(shù)據(jù)流,技術已有重要變化和突破（ＬＡＮ交換，星形布線,大容量ＭＡＣ地址存儲等）,與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)相比,其面貌已大為改觀。特別是從共享媒質(zhì)轉向了樞紐或星型結構并采用ＬＡＮ交換后,在相當程度上實現(xiàn)了計算機間的信息隔離。更重要的是使以太網(wǎng)從此轉向全雙工傳輸,消除了鏈路帶寬的競爭和潛在的碰撞機會。由于采用專用的無碰撞全雙工光纖連接,還可以使以太網(wǎng)的傳輸距離也大為擴展。近來以太網(wǎng)最重要的動向是向城域網(wǎng)乃至廣域網(wǎng)的擴展。從技術上看,以太網(wǎng)是一種很簡單的解決方案,只需要最少量的規(guī)劃、設計和測試工作。應用多年,為用戶熟悉,業(yè)務指配時間可以減少到幾個小時或幾天。其次,以太網(wǎng)是標準技術,互換互操作性好,具有廣泛的軟硬件支持,成本低。有人預測,在城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)上,以太網(wǎng)成本可能只有ＳＤＨ和ＡＴＭ的２５%和１０%。最后,以太網(wǎng)是與媒體無關的承載技術,可以透明地與銅線對、電纜和各種光纖等不同傳輸媒體接口,避免了重新布線的成本。從結構上看,以太網(wǎng)正以前所未有的端到端解決方案面目出現(xiàn),消去了其他解決方案所必不可少的網(wǎng)絡邊界處的格式變換,減少了網(wǎng)絡的復雜性。其次,以太網(wǎng)是具有很好擴展性的解決方案,其速率可以從１０Ｍｂｉｔ／ｓ，１００Ｍｂｉｔ／ｓ，１Ｇｂｉｔ／ｓ一直擴展到１０Ｇｂｉｔ／ｓ。從管理上看,由于同樣的系統(tǒng)可以應用在網(wǎng)絡的各個層面上,因此,網(wǎng)絡管理可以大大簡化。此外,由于很多用戶已經(jīng)熟悉了以太網(wǎng),因此培訓工作簡化,新業(yè)務可以拓展得更快。近來,１０Ｇｂｉｔ／ｓ以太網(wǎng)的出現(xiàn)和發(fā)展使以太網(wǎng)技術能在基本保持傳統(tǒng)以太網(wǎng)幀結構的基礎上使容量又有了大幅度提升。而且還能與現(xiàn)有的ＳＤＨ網(wǎng)在１０Ｇｂｉｔ／ｓ速率上實現(xiàn)互操作,在歷史上首次提供了跨越局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的統(tǒng)一的開放的標準平臺。

　 然而,原來以太網(wǎng)是用于局域網(wǎng)的,ＱｏＳ不是個問題,當試圖擴展應用到公用電信網(wǎng)時需要提供隨用戶而異的ＱｏＳ,而目前以太網(wǎng)還沒有機制能保證端到端性能,無法提供實時業(yè)務所需要的ＱｏＳ和多用戶共享節(jié)點和網(wǎng)絡所必需的計費統(tǒng)計能力。其次,以太網(wǎng)原來是為局域網(wǎng)企事業(yè)用戶內(nèi)部應用設計的,缺乏安全機制保證。即便有需求也是由高層協(xié)議來處理。當擴展到ＭＡＮ和ＷＡＮ以后,上述利用高層協(xié)議的處理方法就無法接受了,需要開發(fā)新的安全機制。第三,以太網(wǎng)主要用于小型局域網(wǎng)絡環(huán)境,網(wǎng)管能力很弱,且目前只有網(wǎng)元級的管理系統(tǒng)。而在公用電信網(wǎng)中,必須有效地運行和維護大規(guī)模的地理分散的網(wǎng)絡,需要有很強的ＯＡＭ&Ｐ能力和網(wǎng)絡級的管理能力和視野。第四,以太網(wǎng)交換機的光口是以點到點方式直接相連的,省掉了傳輸設備,無法提供故障定位和性能監(jiān)視,不支持環(huán)回測試方式,保護功能也難以實現(xiàn),光纖線路成本隨節(jié)點數(shù)增加而迅速增長。最后,盡管以太網(wǎng)作為局域網(wǎng)應用是一項久經(jīng)考驗的技術,但是用于公用電信網(wǎng)特別是廣域網(wǎng)環(huán)境仍然是一項未經(jīng)測試的新技術,其設備是否能提供大型電信級公用網(wǎng)所必須的硬件和軟件可靠性也需要實踐和時間的驗證?？偟目?只有妥善地解決了上述主要問題后,傳統(tǒng)以太網(wǎng)才能順利地應用于大型公用電信網(wǎng)環(huán)境。

3． 基于標簽的光突發(fā)交換（LOBS）

　 基于波長選路的光網(wǎng)絡仍然沒有擺脫電路交換方式的羈絆，交換粒度太粗（一般為波長級）。如果用它來承載以包為代表的呈爆炸式增長的數(shù)據(jù)業(yè)務，則缺乏靈活性且對光學帶寬的利用率極低。相反，雖然分組交換技術在靈活性和帶寬利用率方面表現(xiàn)出獨有的優(yōu)勢，而且能夠以非常細的交換粒度按需地共享一切可用的帶寬資源，但又由于光的分組+包交換一直面臨成本和一些難以克服的技術障礙，如分組同步技術、分組+包沖突（對資源的競爭）問題以及合理高效的交換結構和分組格式，因而一時也不能進入實用階段。過去對分組交換技術的研究主要集中在對長度固定的分組+包的交換技術上，但鑒于目前光信號處理技術尚未足夠成熟，因而無法實現(xiàn)全光分組交換的實際情況，同時為了克服交換中的電子瓶頸問題和提高帶寬利用率，目的在于傳輸和交換在光域里完成，路由和轉發(fā)在電域內(nèi)對低速率控制信息進行處理。這時，一種基于標簽的光突發(fā)交換技術凸現(xiàn)出來，這種技術集光的"電路交換"和光的分組交換之優(yōu)點于一體，同時又有效克服和避免了二者的不足之處。

　 基于標簽的光突發(fā)交換技術仍是一種IP via MPLS over WDM技術。使用光突發(fā)交換技術的網(wǎng)絡中的基本數(shù)據(jù)交換/傳輸單元是由大量分組所構成的突發(fā)數(shù)據(jù)流。在這種網(wǎng)絡結構中有兩種光分組數(shù)據(jù)流：包含路由信息的控制分組和承載業(yè)務的數(shù)據(jù)分組?？刂品纸M中的控制信息要通過網(wǎng)絡節(jié)點的電子處理，而數(shù)據(jù)分組不需光電/電光轉換和中間節(jié)點的電子轉發(fā)，直接在端到端的透明傳輸信道中傳輸和交換?？刂品纸M在WDM傳輸鏈路中的某一特定信道中傳送，每一個突發(fā)的數(shù)據(jù)分組對應于一個控制分組，并且控制分組先于數(shù)據(jù)分組傳送，節(jié)點通過"數(shù)據(jù)報"或"虛電路"路由模式來為突發(fā)數(shù)據(jù)流指配空閑光信道，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信道的帶寬資源動態(tài)分配。先一步傳輸?shù)目刂品纸M在中間節(jié)點為要傳輸?shù)耐话l(fā)數(shù)據(jù)流預定好了必要的網(wǎng)絡資源，并在不等待目的節(jié)點的確認信息（就像在EFA中的虛電路的建立過程）的情況下就立即發(fā)送該突發(fā)數(shù)據(jù)流。

　 這種將控制分組數(shù)據(jù)信道與控制信道隔離的方法簡化了突發(fā)數(shù)據(jù)交換的處理，且控制分組長度非常短，因此使高速處理得以實現(xiàn)。光突發(fā)交換技術只需要很少的處理和比純粹分組交換（由于是逐個分組地進行交換，所以對同步要求非常嚴格）低得多的同步開銷處理水平，就可以最充分地利用網(wǎng)絡的帶寬資源，因此在突發(fā)交換網(wǎng)絡中，節(jié)點的處理負荷相對于分組交換來說得到了大幅度的降低。

　　 突發(fā)交換與分組交換和電路交換技術相比較，有以下優(yōu)點：交換粒度大于分組交換小于電路交換；帶寬建立后無需目的端的確認，時延小；突發(fā)數(shù)據(jù)流直接通過中間的交換節(jié)點，而分組交換必須在每一個中間節(jié)點上進行存儲#轉發(fā)操作。

　 另外，光突發(fā)交換可設置突發(fā)數(shù)據(jù)流與控制分組之間的偏置時間（即數(shù)據(jù)流的等待時間），也就是在傳輸過程中可以根據(jù)鏈路的實際狀況用電子處理方式對突發(fā)數(shù)據(jù)流相對于控制分組的時延作調(diào)整，因而控制分組和數(shù)據(jù)流都不需要執(zhí)行光同步和光存儲，而且可以執(zhí)行QoS功能。可以看出，這種突發(fā)交換技術充分發(fā)揮了現(xiàn)有的光子技術和電子技術的特長，實現(xiàn)成本相對較低、非常適合于在承載未來的具有高突發(fā)性數(shù)據(jù)業(yè)務的局域網(wǎng)中應用；超大容量的光突發(fā)數(shù)據(jù)流交換技術同樣可用于構建骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)。

　 基于標簽的光突發(fā)交換技術與多協(xié)議波長交換技術在吸收MPLS標簽交換技術方面的基本思路是一致的，所不同的主要是基于標簽的光突發(fā)交換使控制信道和數(shù)據(jù)交換信道分離，標簽信息在控制包中；而且這時在波長信道上所承載的數(shù)據(jù)是由多個IP包組成的突發(fā)數(shù)據(jù)流而不是單個數(shù)據(jù)包。在基于標簽的光突發(fā)交換網(wǎng)絡中，每一個控制包/分組由控制信息和標簽構成，并作為一個普通的IP包在運行了LDP而預先建立起來的一個基于標簽的光突發(fā)交換通路上被傳送，該通路就類似于標簽交換通路。在基于標簽的光突發(fā)交換入口節(jié)點將多個IP包組裝成突發(fā)數(shù)據(jù)流，然后該突發(fā)數(shù)據(jù)流就在由節(jié)點對控制包中的標簽進行處理后建立起來的相應波長通道上傳輸。在數(shù)據(jù)流的整個轉發(fā)過程中，都無需進行任何電子操作而完全在光域上執(zhí)行，其它的標簽操作均類似于多協(xié)議波長交換實現(xiàn)方案。

　 在基于標簽的光突發(fā)交換中每一個突發(fā)數(shù)據(jù)流對應一個標簽，在每一個交換節(jié)點上都對標簽信息、波長號、偏置時間等控制信息執(zhí)行電處理操作，因此不同標簽交換通路上的突發(fā)數(shù)據(jù)流無需進行光/電/光變換就完全可以進行業(yè)務整合。光突發(fā)交換的技術難點是尋找合適的帶寬接入控制協(xié)議，即控制分組與突發(fā)數(shù)據(jù)流之間的協(xié)調(diào)問題，也就是拆除一次通信連接的時機問題。目前主要采用以下三種方式：RFD該方式由控制分組中的偏置時間來決定目前帶寬所預留時間的長短，到時立即拆除連接，其優(yōu)點是無信令開銷、易實現(xiàn)帶寬資源的動態(tài)分配、資源利用率高，基于該方法的一個杰出的具有代表性的協(xié)議是JET協(xié)議；另一種是TAC，該協(xié)議是先發(fā)送控制分組來預留帶寬，當發(fā)送完突發(fā)數(shù)據(jù)流后再發(fā)送用于釋放連接的分組來拆除連接；還有一種協(xié)議是IBT，該方式是在突發(fā)數(shù)據(jù)流之后緊跟著IBT標識，整個過程是由控制分組來預留帶寬，由IBT標識來拆除連接，因此最大的技術挑戰(zhàn)是IBT標識的全光再生技術。

4． 彈性分組環(huán)（RPR）

　 RPR(Resilient Packet Rings) 是由IEEE 802.17工作組正在開發(fā)的一個標準，以優(yōu)化在MAN拓撲環(huán)上數(shù)據(jù)包的傳輸。該技術結合IP的智能化、以太網(wǎng)的經(jīng)濟性和光纖環(huán)網(wǎng)的高帶寬效率和可靠性。利用空間重利用技術、統(tǒng)計復用和保護環(huán)提高了帶寬的利用率；充分簡化了網(wǎng)絡層次，消除了網(wǎng)絡功能上的重復性，使得協(xié)議開銷最??；同時還支持業(yè)務分級（SLA）以及即插即用等特性，實現(xiàn)了節(jié)點對網(wǎng)絡資源的公平利用。
　 網(wǎng)絡拓撲基于兩個反向傳輸?shù)沫h(huán)，相鄰節(jié)點通過一對光纖、一對自WDM鏈路分插出的波長、一個SONET/SDH可拆卸OC-n電路以及其它雙向連接媒介連接并可采用WDM進行擴容。以該拓撲結構為基礎，每個RPR節(jié)點支持兩個環(huán)端口：一個支持與左邊鄰近節(jié)點的連接，另一個支持與右邊節(jié)點的連接，節(jié)點僅需掌握兩個端口的光路狀態(tài)。RPR的內(nèi)環(huán)和外環(huán)都做為工作通道來傳送RPR協(xié)議封裝的數(shù)據(jù)幀和控制幀?？刂茙膳c數(shù)據(jù)幀在同一環(huán)傳輸，也可在另一環(huán)傳輸。但仿真結果表明：后一種更可靠。從網(wǎng)絡結構可以看出，RPR支持單播、多播和廣播傳輸，因此更利于數(shù)據(jù)業(yè)務的傳送。此外，當發(fā)現(xiàn)節(jié)點網(wǎng)元或光纖傳輸失效時，RPR執(zhí)行快速自動保護倒換機制，數(shù)據(jù)會在50ms內(nèi)轉換到無故障的通道，這樣就提高了網(wǎng)絡的健壯性。

　 RPR的基本結構是一個緩存器插入環(huán)BIR，在任何一個節(jié)點都存在三個緩存器，即發(fā)送緩存器，接收緩存器和轉發(fā)緩存器。到達節(jié)點的幀如果通過地址匹配認為是目的地是本地，則把幀接收到本地接收緩存器，如果目的地不是本地，則通過轉發(fā)緩存器發(fā)出。而本節(jié)點要發(fā)送的幀則通過發(fā)送緩存器發(fā)送數(shù)據(jù)。在單播的情況下，RPR支持空間重利用協(xié)議，即不同用戶間的數(shù)據(jù)幀可以經(jīng)由環(huán)上不同的路徑同時在環(huán)中傳輸，這是由于所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀是在目的節(jié)點而不是象FDDI那樣在源節(jié)點剝離開網(wǎng)絡。

　 通過結合第二層簡單的交換技術和現(xiàn)代光網(wǎng)絡設備傳輸能力、帶寬有效性和低的協(xié)議開銷等性能，RPR體現(xiàn)出很多優(yōu)點?？偨Y如下：

　 1、帶寬利用率高：

　 與傳統(tǒng)的SDH相比，RPR通過統(tǒng)計復用技術、空間重新利用技術及暗光纖的利用大大提高了帶寬的利用效率；

　 2、快速而穩(wěn)健的自愈能力：

　 RPR可以提供在故障出現(xiàn)后50ms時間內(nèi)的自動保護倒換，為用戶提供了99.999%的服務時間。此外，業(yè)務流的優(yōu)先級機制確保了優(yōu)先級高的業(yè)務流能夠得到適當?shù)奶幚硪詽M足實時性業(yè)務的需求。
3、為業(yè)務提供服務簡單快捷：

　 RPR可以實現(xiàn)在不同節(jié)點上不同的業(yè)務分布式接入。分布式接入、快速保護倒換和網(wǎng)絡服務功能的自動重建為節(jié)點的快速插入和刪除提供了即插即用機制。

　 此外，RPR的數(shù)據(jù)通信速率可達1~10Gbps；RPR網(wǎng)絡支持SLA，可滿足用戶對服務等級的嚴格要求，支持端到端的傳輸服務等級；充分簡化了網(wǎng)絡層次，消除了功能上的重復性；易管理和操作，對資源和流量都采用分布式的方式進行管理，管理信息豐富；RPR還可以及時提供新服務和迅速對網(wǎng)絡進行升級。

　 5． 結論

　 城域網(wǎng)應滿足快速、經(jīng)濟、有效的為用戶提供有QoS保障的服務，其建設即要保持與原有的網(wǎng)絡兼容，也要考慮到業(yè)務接入的多樣性和網(wǎng)絡的可持續(xù)演進。本文在闡述三種新的解決方案不難得出：Gbit以太網(wǎng)簡單、經(jīng)濟等優(yōu)點，但QoS和網(wǎng)管需進一步解決才更適合于WAN。LOBS的帶寬高、協(xié)議開銷少，不過成本高和技術的不成熟目前還不能大量用于WAN。RPR是應下一代MAN的要求而設計的。RPR由于其集IP的智能化、以太網(wǎng)的經(jīng)濟性和光纖環(huán)網(wǎng)的高帶寬效率和可靠性于一身，隨著標準化工作的進一步開展和市場的進一步擴大，RPR必將成為滿足新一代寬帶IP MAN所采用的最佳技術之一。