以太網(wǎng)技術(shù)在城域網(wǎng)中的應(yīng)用

蔡海峰

以太網(wǎng)對企業(yè)而言并不陌生，而正在興起的城域以太網(wǎng)，則作為網(wǎng)絡(luò)行業(yè)的一個增長領(lǐng)域，代表了向企業(yè)和住宅客戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)方式的主要變化。這不僅是技術(shù)變化，而且還是運營方式和業(yè)務(wù)模型的變化，這些變化將使現(xiàn)有運營商對城域網(wǎng)進(jìn)行改造，以提供更好的數(shù)據(jù)服務(wù)。

科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展有力推動了社會和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，特別是當(dāng)今世界信息技術(shù)的飛速發(fā)展，更是極大改變著人們工作、生活的方式及質(zhì)量。由于信息技術(shù)的采用，信息傳遞已從傳統(tǒng)的紙質(zhì)文件向電子文件轉(zhuǎn)變，同時，隨著通信技術(shù)的日益發(fā)展，客戶對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)不斷提出更高的性能和服務(wù)水平要求，如何更好地利用和完善現(xiàn)在的系統(tǒng)及技術(shù)，提高行業(yè)的服務(wù)水平及競爭能力，成為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)必須重點考慮的問題。

城域以太網(wǎng)的發(fā)展及相關(guān)技術(shù)

隨著局域網(wǎng)帶寬突飛猛進(jìn)地增長，城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)帶寬的瓶頸開始凸現(xiàn)，電信運營商都在把以太網(wǎng)業(yè)務(wù)向更廣的范圍——城域網(wǎng)甚至廣域網(wǎng)拓展。目前，企業(yè)真正需要的，是拋棄傳統(tǒng)城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的復(fù)雜性，直接將其站點連接起來。這不僅要求保持網(wǎng)絡(luò)的簡單性，更要求實現(xiàn)更高的帶寬和更高效的連接，并支持多媒體應(yīng)用，提供存儲服務(wù)和服務(wù)器整合。

為了充分滿足客戶的需求，每隔幾年，除了以太網(wǎng)技術(shù)性能的提升外，以太網(wǎng)技術(shù)越來越多地進(jìn)入廣域網(wǎng)互聯(lián)的環(huán)境，以它的易用性、高性價比獲得業(yè)界青睞。而且，以太網(wǎng)的帶寬也逐級提高，從10M、100M、1000M到10G以致更高?，F(xiàn)在以太網(wǎng)業(yè)務(wù)已逐步擴(kuò)展到城域范圍內(nèi)，演進(jìn)為城域以太網(wǎng)。

圖1點到點以太業(yè)務(wù)示例

城域以太網(wǎng)是一個非常大的概念，涉及到對于以太網(wǎng)技術(shù)可靠性、可管理性、擴(kuò)展性、服務(wù)質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)化等多個領(lǐng)域的優(yōu)化和定義。對于大多數(shù)普通客戶而言，他們更關(guān)心的是，如果運營商提供以太網(wǎng)專線接入服務(wù)，應(yīng)該選擇什么樣的組網(wǎng)模型，什么樣的客戶端設(shè)備去適應(yīng)這種變化，從而在獲得這種靈活、高性價比、高帶寬服務(wù)的同時，還能繼續(xù)保持傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的連續(xù)性和業(yè)務(wù)質(zhì)量。

現(xiàn)有的以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)非常多，常見的有裸光纖技術(shù)、MSTP技術(shù)以及PON技術(shù)等，這些都是城域以太網(wǎng)技術(shù)的一部分。

從城域以太網(wǎng)業(yè)務(wù)定義上來看，客戶端設(shè)備以標(biāo)準(zhǔn)的10M、100M、1G或者10G以太網(wǎng)接口通過UNI連接到網(wǎng)絡(luò)上；從客戶的角度來說，UNI客戶側(cè)的網(wǎng)絡(luò)連接是以太網(wǎng)，城域以太網(wǎng)中的多種傳輸技術(shù)和協(xié)議都可以支持這種業(yè)務(wù)，例如SONET?DWDM?MPLS?GFP等。

圖2以太網(wǎng)基本業(yè)務(wù)模型

以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的一個關(guān)鍵屬性是以太網(wǎng)虛連接（EVC），即 “兩個或者多個UNI的一個結(jié)合”，此處UNI是標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口，利用EVC來構(gòu)建一個2層專線或者VPN。EVC可以連接兩個或者多個客戶站點（或UNI），并在它們之間傳遞以太網(wǎng)業(yè)務(wù)幀；還可以防止不屬于同一個EVC的客戶站點之間交換數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)提供類似于幀中繼或者ATM永久虛電路（PVC）的私密性以及安全性。同時，在EVC上傳遞的以太網(wǎng)幀一定不能再傳回它的發(fā)起UNI，而且，從源到目的地，傳送的以太網(wǎng)幀必須攜帶MAC地址，且內(nèi)容不能改變，不會丟棄以太網(wǎng)幀頭。

從帶寬上分，以太網(wǎng)業(yè)務(wù)可以分為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)（Base）、快速以太網(wǎng)（Fast）、千兆以太網(wǎng)（GE）甚至萬兆以太網(wǎng)等。從業(yè)務(wù)應(yīng)用上分，可以分為點到點業(yè)務(wù)、點到多點業(yè)務(wù)、多點到多點業(yè)務(wù)。

點到點業(yè)務(wù)是指在兩個UNI之間提供點到點的EVC，該業(yè)務(wù)最簡單的形式是為在兩個方向傳遞的數(shù)據(jù)提供對稱帶寬，數(shù)據(jù)流從一個源端點發(fā)出時，它會以一個且僅有一個目標(biāo)端點作為目的地，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。該業(yè)務(wù)可以用于構(gòu)建與幀中繼或者專線相似的業(yè)務(wù)，而且以太網(wǎng)帶寬和連通性的選擇范圍更大。

圖3點到點業(yè)務(wù)示例

點到多點和多點到多點業(yè)務(wù)是指多路訪問，即一點對多點或多點對多點的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)流從一個或多個源端點發(fā)出時，它會去到不同的目標(biāo)端點，端口可以進(jìn)行復(fù)用。通過路由配置，實現(xiàn)數(shù)據(jù)流的定向流動，不至于像廣播一樣，多個分點同時收到同樣的數(shù)據(jù)流，避免了廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。從客戶的角度看，該業(yè)務(wù)使得城域以太網(wǎng)像一個局域網(wǎng)。

圖4多點到多點業(yè)務(wù)示例

由此，可以給不同等級的客戶提供不同的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)——星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中，星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是最常見的，許多金融機構(gòu)、政府機構(gòu)由于其網(wǎng)絡(luò)呈二級或三級的組網(wǎng)方式，因此，都是在一個總頭上開多條PVC，以對應(yīng)多個下屬分點。

當(dāng)然，城域以太網(wǎng)技術(shù)在實際組網(wǎng)過程中，還存在一些難點，主要集中在QoS和OAM兩個方面。

層次化QoS技術(shù)將是CE設(shè)備在城域以太網(wǎng)組網(wǎng)環(huán)境中面臨的一個難題。 以太網(wǎng)端口通常為10M～1000M不等，而實際運營商提供的CE端承諾速率通常低于1000M，如何對UNI接口進(jìn)行限速，并給與足夠的線路緩存能力，就成為一個關(guān)鍵。而QoS難點并不僅僅在于物理UNI接口的一層，更需要對于端口復(fù)用方式組網(wǎng)的邏輯接口進(jìn)行控制，甚至需要對于邏輯端口中客戶具體的業(yè)務(wù)進(jìn)行限速處理。

圖5UNI的不同QoS

以太網(wǎng)OAM的難點在于以太網(wǎng)端到端之間中斷，無法在本地的物理環(huán)境體現(xiàn)出來，既無法做到路由的快速收斂，也無法對故障進(jìn)行準(zhǔn)確的定位和排除。因此，在以太網(wǎng)OAM技術(shù)的發(fā)展過程中，IEEE、MEF、ITU等組織針對承載網(wǎng)設(shè)備，圍繞以太網(wǎng)的環(huán)回機制、故障檢測機制、故障定位機制等技術(shù)，均做出了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)定義。

上海CE網(wǎng)絡(luò)

電信級以太網(wǎng)（Carrier Ethernet）又稱“運營商級以太網(wǎng)”，最早由城域以太網(wǎng)論壇（MEF，Metro Ethernet Forum）在2005年初提出。

圖6CE網(wǎng)絡(luò)示意圖

以二層以太網(wǎng)專線作為組網(wǎng)的核心技術(shù)，提供多種不同業(yè)務(wù)，如CE點到點、CE點到多點、CE多點到多點、CE與ATM/FR業(yè)務(wù)的互通等，靈活的組網(wǎng)方式，極大滿足了客戶的組網(wǎng)需求。

提供二層以太網(wǎng)專線，無三層IP地址概念，安全性高。以電信級以太網(wǎng)（CE）作為核心網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建高可靠性、高可用性、高安全性、高靈活性、高先進(jìn)性的專線網(wǎng)絡(luò)。提供以太口接入，客戶端只需配備通用的網(wǎng)絡(luò)接口，價格低廉。它借助不同的業(yè)務(wù)和帶寬，提供10萬級別的EVC，帶寬從1Mbps到10Gbps。

CE網(wǎng)的高可靠性體現(xiàn)在50MS的網(wǎng)絡(luò)切換時間及業(yè)務(wù)可用性達(dá)5個9的保證，其特點就是所有節(jié)點形成多個環(huán)網(wǎng)排列，若某個環(huán)網(wǎng)中某段光纖中斷，該環(huán)網(wǎng)上的所有節(jié)點均能在50ms內(nèi)做自動切換，因此，不會影響客戶的正常使用。同時，每個CE邊緣層節(jié)點均有2~4條上聯(lián)光纖與CE核心層節(jié)點互聯(lián)，既增加了帶寬，也形成了互為主備份的關(guān)系。而且，光纖的可靠性、抗干擾能力均非常出色，只要光纖資源到位，組網(wǎng)的安全性可以得到保障。

基于ATM網(wǎng)的高QOS，實現(xiàn)了嚴(yán)格的端到端等級分配，非常適用于商務(wù)網(wǎng)絡(luò)。業(yè)務(wù)管理方便，可提供電信級的OAM能力，快速創(chuàng)建業(yè)務(wù)。

圖7CE標(biāo)準(zhǔn)化業(yè)務(wù)

ELAN（Emulation LAN）是在ATM骨干網(wǎng)上開展的透明以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，給客戶提供以太網(wǎng)接口，在網(wǎng)內(nèi)是以ATM PVC方式傳送，具有ATM 端到端QOS保證，是一種高質(zhì)量的二層VPN專線業(yè)務(wù)。ELAN產(chǎn)品具有良好的流量控制均衡能力以及故障恢復(fù)能力，網(wǎng)絡(luò)可靠性高。適應(yīng)于多種業(yè)務(wù)，具有良好的網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展能力，能對不同的業(yè)務(wù)提供流量管理。

所以在做方案時，保證高安全性和業(yè)務(wù)質(zhì)量為第一要務(wù)，在此前提下，還要充分考慮降低成本，增強可用性和維護(hù)性。在此基礎(chǔ)上，制定了如下規(guī)則：

網(wǎng)絡(luò)安全性。隨著計算機應(yīng)用的不斷深入和擴(kuò)大，涉及的部門和信息也越來越多，其中有大量保密信息在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，所以網(wǎng)絡(luò)安全性的考慮已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的關(guān)鍵，需要從各個方面和角度加以考慮，來保證網(wǎng)絡(luò)的安全性。

技術(shù)先進(jìn)性和成熟性。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日新月異，可供選擇的產(chǎn)品技術(shù)眾多，同時由于建設(shè)網(wǎng)絡(luò)成本較高，須使用成熟的以太網(wǎng)接入技術(shù)和性能優(yōu)越的設(shè)備，以保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠的運行，既可以達(dá)到高性價比，又為將來網(wǎng)絡(luò)的升級提供了基礎(chǔ)條件。

標(biāo)準(zhǔn)化和開放性。網(wǎng)絡(luò)的最終目的是實現(xiàn)所有計算機和各類資源的互聯(lián)共享。由于當(dāng)前多種網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品并存，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)都有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，只有采用遵循國際標(biāo)準(zhǔn)、開放性強的產(chǎn)品，才可以保證各種類型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)間的互聯(lián)，從而使客戶有更大的余地來選擇廠商，也為未來的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展和升級提供了基礎(chǔ)。

系統(tǒng)方案升級、擴(kuò)充性能。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在建成后會有一段很長的運行周期，在該周期內(nèi)，應(yīng)用在不斷增加，應(yīng)用的層次在不斷升級，因此采用的方案因充分考慮升級、擴(kuò)充的可行性和便利性，保證客戶一次投資，長期受益。

保護(hù)已有投資。在保證上述四點原則的前提下，盡量使用客戶原有投資設(shè)備。

某銀行VPN組網(wǎng)實例

客戶總頭路由器以GE千兆方式接入，用于主備份端口。電信交換機采取就近接入的原則，盡量減少電信局端至客戶端光纖的跳接數(shù)，以確保光纖的可靠性，減少故障點。中心端口為千兆，客戶可以在任何時候升級至1000M以內(nèi)的任何帶寬而不需對硬件作任何變動，真正實現(xiàn)無縫升級。

中心路由器（總頭）以GE千兆方式通過2條不同光纖物理路由接入電信不同的邊緣接入設(shè)備，光纖直接接到客戶設(shè)備，提供標(biāo)準(zhǔn)二層以太網(wǎng)千兆光端口，接入速率為1000M，連接客戶路由器標(biāo)準(zhǔn)單模端口，采用標(biāo)準(zhǔn)802.1Q封裝格式，劃分VLAN，對應(yīng)下屬各家分點?？蛻艄残铚?zhǔn)備2個GE端口（1主1備），客戶端路由器需配置2個單模光接口模塊。

下屬各分點目前為37家，每家分點所需帶寬以2M，則中心帶寬需求最大＜100M。現(xiàn)中心使用GE千兆接入，可為帶寬的使用和今后的升速提供剩余空間。

各下屬分點采用CE網(wǎng)10/100M以太網(wǎng)接入方式，直接提供標(biāo)準(zhǔn)二層以太網(wǎng)端口，光纖直接連到客戶機房。接入速率64K-100M，客戶電路帶寬可以以64K為步長，從64K到100M任意配置，可以在任何時候升級至100M以內(nèi)的任何帶寬而不需對硬件作任何變動，真正實現(xiàn)無縫升級?？蛻舳寺酚善髦恍枧渲镁W(wǎng)卡一塊即可。該種接入方式完全可以滿足客戶需求，且為將來可能的升速提供了剩余空間。

圖8組網(wǎng)TOP

客戶中心路由器需配置2個GE單模光接口模塊，以提供1主1備千兆光接口。同時，路由器需滿足802.1Q封裝功能?？蛻粝聦俜贮c路由器需各配置1塊網(wǎng)卡。

若客戶主、備用采用靜態(tài)路由方式。網(wǎng)管主動監(jiān)測主、備用端口運行情況，當(dāng)網(wǎng)管監(jiān)測到客戶主用端口down或客戶報故障時，網(wǎng)管與客戶確認(rèn)該端口非客戶自行操作引起。網(wǎng)管UNLOCK備用端口進(jìn)行主備切換，如客戶設(shè)備無備份，則主備切換需客戶配合進(jìn)行。所有線路從主用切換至備用是自動進(jìn)行的，因此一般在幾秒鐘內(nèi)，所有的電路都會自動切換到備用端口上。為保障客戶線路的正常使用，故障修復(fù)后，網(wǎng)管應(yīng)與客戶聯(lián)系，盡快將PVC切回主用線路，將備用端口LOCK。

若客戶主、備用采用動態(tài)路由（OSPF）方式。網(wǎng)管主動監(jiān)測主、備用端口運行情況。由于客戶使用OSPF動態(tài)路由方式，從而可以保證在故障時實現(xiàn)全自動無縫倒換，無需人工干預(yù)。

某銀行上網(wǎng)實例

專線上網(wǎng)是指客戶通過各類專線（包括CE專線、ATM專線、FR專線等），以64Kbps到1000Mbps之間的速率接入互聯(lián)網(wǎng)，具有固定IP地址的業(yè)務(wù)。專線上網(wǎng)的優(yōu)勢在于：提供模擬線、光纖等豐富的接入手段；基于CE或ATM網(wǎng)作為核心，可靠性高；客戶全程獨享帶寬，上網(wǎng)速度有保證；與上海電信Internet骨干網(wǎng)直連，跳數(shù)減少到最小；支持一個或多個固定IP地址，無需撥號；速率范圍廣，可實線無縫升級。

圖9專線上網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

目前，規(guī)劃中的光纖以太網(wǎng)設(shè)備是以二層LAN交換機、三層LAN交換機、SONET設(shè)備和DWDM為基礎(chǔ)，對光纖的需求量比較大，會導(dǎo)致光纖資源大量消耗，尤其是一些中繼光纖的消耗，客觀上又引起光纖資源的不足。因此，密集波分復(fù)用是光纖以太網(wǎng)的發(fā)展方向，隨著我國光纖到戶工程的不斷開展，波分技術(shù)是不可忽視的。