導讀-- 城域傳輸網是城域范圍內的傳輸網絡，它為數據、語音、ATM、寬帶線路租用等上層應用網絡提供底層連接的通道。
一、概述
城域傳輸網是城域范圍內的傳輸網絡，它為數據、語音、ATM、寬帶線路租用等上層應用網絡提供底層連接的通道。隨著中國電信業務的逐漸放開，包括中國電信、中國移動、中國聯通、中國網通、吉通通信等在內的運營商都紛紛擴建或興建自己的傳輸網絡。這些運營商在構建自身的傳輸網絡時，既有共性又有各自的特點。
對于各運營商的長途網絡，無論是全國骨干網絡還是省內長途網絡，新建的網絡基本上以開放式長途DWDM設備構成，DWDM設備的波長數量為16波、32波或80波不等。這些長途DWDM設備主要構成點到點的鏈形連接，根據運營商的設計思路不同，整個長途網絡可能是格狀網絡(如中國電信的全國骨干網)，也可能是環形網絡(如網通的骨干網絡)。
在綜合考慮了設備的成本、技術的成熟程度、需要承載的業務和可靠性等因素后，目前大部分運營商(包括中國電信、中國聯通、中國移動等)的城域傳輸網絡仍以SDH設備為主，也有一些以承載數據業務為主的新興運營商采用了部分新一代數據傳輸設備(比如RPR技術、彈性分組環技術)來組建城域傳輸網。
網絡業務的日趨高速發展，為各運營商興建數據和傳統業務并重的城域傳輸網提供了歷史性的契機。可以說，隨著中國電信業務的逐漸放開，城域傳輸網也將成為各運營商搶占市場的主戰場。
二、城域傳輸網技術及其特點
1、光纖直連技術及特點
光纖直連技術是指以太網交換機、路由器、ATM交換機等IP城域網網絡設備直接通過光纖相連。嚴格來說這并不是一種城域傳輸方案，但由于目前在IP城域網中已經采用了很多光纖直連的方案，所以我們在這里把光纖直連作為一種傳輸技術來介紹，如圖1所示。
IP城域網設備的光接口以點對點方式直連，業務接入設備也通過光纖與骨干設備直接連接。光纖直連技術舍棄了傳輸設備，方案簡單，成本低廉，但有比較明顯的缺點：首先，由于沒有傳輸層，光纖質量、性能監測和保護等無法實現。
其次，光纖利用率較低，浪費嚴重，每兩個業務接入點需要一對光纖，一個業務接點如果與其他業務接點都有業務互通，光纖數量呈階乘增長。最后，業務端口壓力大。每加入一個新節點，交換機或路由器等IP城域網設備就需增加一個接入端口。因此，這種方式只適用于節點數不是很多或節點距離比較近的局域網絡等場合。
2、多業務傳送平臺技術(MSTP) 及特點
由于SDH/SONET已經占了傳輸網絡非常大的份額，必然會在以數據通信為代表的IP城域網中發揮重要作用。基于技術成熟性、可靠性和總體成本等方面的綜合考慮， 以SDH/SONET為基礎的多業務解決方案仍將在可預見的未來扮演重要的角色，這一點在城域網應用領域顯得尤為突出。
SDH/SONET環路在網絡性能監視、故障恢復及可靠性方面有著得天獨厚的優勢，非常適合時間敏感型語音業務的需求，同時滿足電信級別的高性能要求。然而，SDH/SONET又是一個以復雜的集中式供應和有限的擴展性為特征的體系結構，難以處理以突發性和不平衡性為特點的IP業務。
SDH/SONET技術本身也在不斷發展，SDH/SONET技術的特有優勢將在近期內繼續得以保持，它將繼續在高低端領域以及在支持異步傳輸模式(ATM)、IP和以太網透明傳輸等方面發揮潛力。
改造后的SDH/SONET的功能模塊如圖2所示，先由各個業務接口模塊將多種業務適配映射至不同的VC，然后通過高低階的交叉矩陣進行調配，實現支路到支路，支路到線路，線路到線路的全交叉連接。實際上，改造后的SDH/SONET設備早已突破了以往ADM的模式，支路和線路已無速率上的分別，而只是根據業務的流向來定義了。在新一代SDH/SONET的平臺上還可以加裝合波器、分波器、波長變換器等以支持DWDM的應用。
改造后的SDH/SONET又稱作多業務傳送平臺(MSTP)，如圖3所示。在這個平臺上，TDM業務、ATM業務、IP業務都可以接入，并且能高效傳輸；更進一步，3種業務還可以進行交叉和交換。因此多業務傳送平臺(MSTP)的優勢是非常明顯的，既能夠兼容目前大量應用的TDM業務，又可以滿足日益增長的數據業務(IP、ATM)的要求，同時采用了目前最為成熟的SDH組網和保護技術。
MSTP技術是一種折衷的方案，它較好地解決了運營商既需要傳輸TDM業務，又需要處理數據業務時的矛盾，它也是運營商在已有大量SDH設備安裝運行的情況下，對自身網絡進行演進，為用戶提供新興業務的較好選擇。但是，如果在處理大量或純粹的IP業務時，MSTP也存在著不能動態、公平分配帶寬等缺陷。
MSTP技術在寬帶IP城域網中的應用也相當廣泛，主要在如下幾個方面：
1）透明傳送以太網業務
利用MSTP提供的TLS(Transparent LAN Services)功能，可以由MSTP直接提供新型的數據租線業務：“Ethernet DDN”。傳統的DDN網絡利用TDM機制，由SDH網絡和DDN節點機為用戶提供帶寬獨享、有安全隔離保障的租線業務，通常提供的接入速率為64k、128k、256k、2Mbit/s等；MSTP同樣利用TDM的機制，將SDH中的VC指配給以太網端口，通過VLAN的技術把不同的以太網接口指配映射到指定的VC中，獨享SDH環路中的傳輸帶寬，同時保障用戶的端口帶寬和網絡中的安全性。利用現有的SDH網絡甚至可提供跨區域的寬帶以太網租線業務。
較之與傳統的DDN業務，MSTP提供的以太網租線業務具有這樣一些特點：
①更大帶寬的端口形式：10/100Mbit/s及GE；
②同一種端口(如GE)，可以分配不同的帶寬(如155M、300M、622Mbit/s等)；
③以太網端口更方便用戶接入其私有數據網中的路由器、以太網交換機、主機等，省去了一些轉換器，同時簡化了整個網絡的結構；
④MSTP提供完善的保護機制保障以太網端口的可靠性。
2）IP城域網核心層、匯聚層和接入層的設備互連
在IP城域網的規劃實施中，IP核心層和匯聚層之間以及匯聚層和接入層之間，通常是采用“樹形”結構，由GE、FE和POS完成網絡設備之間的中繼互連。如圖4右半部分所示。
在這樣的網絡設計中，通常采用生成樹協議在第二層完成IP業務的保護或通過路由表的收斂在第三層來實現IP業務的保護。采用這種工作方式，網絡設備之間需要“雙連接”，而且IP業務的自愈恢復時間在十幾秒或幾十秒，對今后在IP寬帶網中開展實時業務會有影響。
如果采用MSTP技術來提供IP城域網設備間的中繼互連(GE、FE和POS等)，如上圖4左半部分所示，MSTP可以在網絡的物理鏈路層提供以太網接口、POS接口的完善保護機制，實現50ms以內的快速自愈恢復，真正做到在IP寬帶設計中，無論是IP核心層，還是匯聚、接入層，均達到電信級別的要求。
另外，MSTP具備的L2-switching(第二層以太交換的功能)和數據業務的統計復用功能，可以進一步優化IP城域網的設計。
3、城域波分技術及特點
以DWDM密集波分技術為標志的光傳輸時代的到來，為業務的傳輸在物理層面上打破了帶寬的瓶頸。隨著DWDM在長途傳輸上的不斷應用、以及城域業務量的不斷擴大，DWDM 技術逐漸在城域范圍內找到了用武之地。SDH強調的是多業務在TDM層面的靈活處理能力，具有顆粒度較低的匯聚能力；而DWDM強調的是光層面傳輸的經濟性和靈活性。
DWDM技術從長途向城域轉移，主要基于以下的原因：
①網絡擴容需要額外帶寬。網絡的擴容經常會伴隨帶寬容量的大幅增加，在一些案例中，數據網絡的帶寬增加會超過原有傳輸網絡可以提供的帶寬范圍，這時如果用戶可以提供可利用的光纖資源，利用城域波分技術可以輕易解決帶寬瓶頸的問題。
②光層面的保護功能。利用城域波分技術在光層面提供的快速切換保護功能，可以達到提升網絡可靠性能的目的，尤其是對數據業務，如FE、GE等，可以提供底層的保護功能。
③業務傳輸具有透明性。與其他傳輸方案相比，透明傳輸各種業務是城域波分技術的優勢。與IP over ATM等形式相比，IP over DWDM節省了中間層，設備趨于扁平化，管理更容易；另外，以城域波分設備為基礎平臺，在光纖線路上只需要一對光纖，各種TDM和數據網絡設備能夠以不同的接口形式匯聚到城域波分設備上。
④改善網絡設備光端口性能。大部分的網絡設備光端口的設計可能是處于經濟性的考慮，其最大傳輸距離經常不能滿足城域較長傳輸距離的需要。解決這樣的問題，一種方案是可以直接利用光放設備來提高光信號的功率(有時還需利用波長轉換設備來改善信號的質量)，但這個方案只能簡單解決信號的傳輸距離問題：另一種方案則是捆綁城域波分設備，一方面解決信號的傳輸距離問題，另一方面則可以提供光層面的網絡保護。
⑤優化城域網的光纖物理結構。由于城域波分設備大大地提高了光纖的傳送能力，相當增加了十幾對甚至是幾十對的光纖，在網絡設計時，可以不受實際的光纖限制，設計出業務流向和網絡結構更加優化的城域傳輸網絡。
利用城域波分技術可以有效地在城域范圍內實現如下幾個方面的功能：
①SDH ADM設備可以通過STM-N(155M，622M或2.5Gbit/s)速率接入城域波分設備上；
②ATM交換機的155M、622Mbit/s和2.5Gbit/sATM端口可以接入城域波分設備；
③IP城域網中的p核心層設備，比如千兆比高端路由器等，可以采用POS或RPR(SDH幀結構)等接口形式接入城域波分設備，利用光波長構成IP骨干環；
④IP城域網中IP匯聚層的設備，如LAN高速交換機等，可以用GE等接口方武接入城域波分設備，由光波長提供GE的連接功能；
⑤城域波分設備可以利用光纖的豐富波長資源，以STM-N、GE或Fiber Channel、ESCON等光口形式，提供波長出租業務。
城域波分設備在城域網中的應用如圖5所示。
盡管城域波分在城域網種存在著很多方面的應用，并且發展前景非常廣闊，但就目前在城域網中的使用情況來說，仍然只是占很小的份額。阻礙城域波分設備在中國市場獲得大規模應用主要的原因是城域波分設備價格仍然相對偏高，中國電信等傳統運營商已經在各城市建設了大量基于SDH技術的傳輸網絡，在城域波分設備的價格與SDH設備相比沒有很大優勢的情況下，城域波分很難有大的吸引力；另一個非常重要的原因是城域網的業務量(特別是數據/IP的業務量)盡管增長很快，但由于基數比較小，當數據/IP業務量不是特別大的時候，采用傳輸容量相對比較大、業務顆粒度比較粗的城域波分就顯得不是很經濟；另外，城域波分缺乏匯聚和交換功能，對許多應用而言容量過大。
隨著時間的推移，一方面城域波分設備的價格還會持續下降，另一方面用戶對帶寬的需求仍會繼續增長。隨著中國電信業的改革，進入電信市場的新運營商將會發現購買或租用現有光纖再通過波分系統擴容是一種風險小、投資見效快的建設方式。
4、新一代數據設備技術及特點
隨著數據業務的進一步增長，為了更好地支持數據、特別是IP業務的發展，城域傳輸網中逐漸出現了一類由新一代數據設備組成的城域傳輸網。這一類城域傳輸網主要用于承載數據和IP業務，同時也可以承載一些有限的話音和租用線業務。在新一代數據設備技術中，RPR(Resilient Packet Ring，彈性分組環)技術是比較有代表性的一種技術。
IEEE 802.17彈性分組環(Resilient Packet Ring)工作組在2001年1月成立。這個組的主要工作是：致力于為基于IP和其他分組數據技術的網絡提供高速和可生存的環形網。為了支持城域光網技術的標準化和加快進入市場的步伐， RPR聯盟成立，其宗旨就是“促進RPR技術的標準化，及將其作為一種關鍵的網絡技術在各種各樣的計算、數據和電信設施中推廣應用。”
RPR標準的目標就是定義一個介質訪問控制層(MAC)，它必須能夠支持環形結構，能靈活、迅速地響應用戶對帶寬和服務質量等的需求。由于RPR技術能夠應用在SDH/SONET和以太網(包括千兆位和10吉比特以太網)兩種環境中，而SDH/SONET和以太網技術都已經被廣泛應用，因此通過對以上兩者的支持，將使得RPR技術很容易被運營商所采用。
RPR技術的一些特點如下：
①空間再利用。RPR協議的一個主要特點是它的空間再利用能力。這個概念被使用在環形拓撲的網絡中來增加環上所能支持的全部業務流量，它是通過限制數據流僅能在環上的源和目標之間的部分進行雙向流動來實現的。目標節點將發送給它的數據包從環上剝落，從而釋放了環上其余部分的帶寬給其他數據包使用。這與早期的基于環的協議，如令牌環和FDDI有很大的區別，這些協議均是由源節點來負責清除它發送的數據包，造成占用了不必要的帶寬。
②公平性。公平性在運營商網絡中是一個非常重要的指標。當兩條業務數據流的優先級位具有相同的服務等級協議(SLA)時，將獲得在環上同樣的帶寬訪問能力。
RPR協議通過動態地利用統計復用的方法來保證在整個城域網內部的帶寬訪問公平性。城域網環上的每個節點都執行一種算法，可以使環上的每個節點得到平等的帶寬份額，防止因某一節點的業務流量過大引至環上其他業務的阻塞；當然，節點也可以在不影響其他節點的情況下通過使用空間再利用技術獲取比平分算法更多的帶寬：另外，RPR環也可以支持加權公平法則，即根據用戶所購買的情況分配帶寬。為避免實施加權公平法則的復雜性，普通的公平性法則與峰值速率限制(入口和出口)的配合使用也可以達到類似的效果。
③快速保護和恢復。RPR的快速自愈能力使它成為一種電信級的技術，它使RPR環可以在光纖中斷或節點失效的情況下在50ms恢復時限內自動將話務繞到備用光纖上傳輸。RPR技術不只是給運營商提供SDH級的快速保護和運行狀況監測能力，同時由于它提供的快速保護切換不必像SDH那樣需要專門的保護帶寬，因此可以充分利用環上的所有帶寬。
④服務質量。運營商要使得它所提供的網絡服務更加有效，QoS是非常重要的因素。有幾個重要的QoS參數影響著運營商所提供的服務：業務可用性、時延、時延的變化和丟包率等。
為了保證用戶業務的可用性，在RPR環上要為每個業務流在不同情況下提供服務保障。應該在有保障的業務處理能力(吞吐量)基礎之上為每個業務流分配帶寬，這樣，即使遇到網絡保護事件發生時也能保證業務的可用性。
在高吞吐量的環上，時延并不是一個大問題，通常來講，幾十ms的端到端時延是可以接受的，而在OC-192(10Gbit/s)環上，最大的以太網包(1518字節)的時延也不超過5us。要保證TDM(時分復用)業務在RPR環上正常傳輸，控制時延變化是一個基本要求。時延變化的控制可以通過共同的時鐘源來同步RPR環上的各節點來實現。策略是運營商可用來區分不同的服務等級的另一個工具，基于業務流的策略可以保證用戶只得到與其所購買的服務等級相應的服務。RPR環可以對業務進行分級處理，保證環上重要和實時的業務，因此RPR技術不但能 夠處理數據/IP業務，還能處理話音業務。RPR技術在城域網中的應用如圖6中所示。
三、城域傳輸網技術的發展趨勢
縱上所說，針對城域網的數據/IP業務，可采用四種方式構建城域網的基礎傳輸設施，即光纖直連、多業務平臺、城域波分設備和新一代數據設備技術(比如RPR技術)。實際上，這些技術和產品也在不斷地更新和發展，以適應在城域網中大規模應用和部署的需要。在城域傳輸范圍內，傳統的TDM網絡隨著下一代SONET/SDH設備的發展逐漸向光網絡過渡；就目前的應用情況來說，SDH仍占電信投資的主要部分。
基于SDH的MSTP將是未來幾年城域傳輸網建設的重點。基于SDH的MSTP對傳統的SDH設備進行了改進，在SDH幀格式中提供不同顆粒的多種業務、多種協議的接入、匯聚和傳輸能力，是目前城域傳輸網最主要的實現方式之一。
第一代MSTP技術是將以太網信號直接映射到SDH的虛容器(VC)中，進行點到點傳送；提供以太網透傳租線業務，業務粒度受限于VC，一般最小為2Mbps，不能提供不同以太網業務的QoS區分，不提供流量控制，同時也不提供多個以太網業務流的統計復用和帶寬共享；保護完全基于SDH，不提供以太網業務層的保護。
第二代MSTP技術是在一個或多個用戶以太網接口與一個或多個獨立的基于SDH虛容器的點對點鏈路之間，實現基于以太網鏈路層的數據幀交換。第二代MSTP可提供基于802.3x的流量控制、多用戶隔離和VLAN劃分、基于STP的以太網業務層保護、基于802.1p的優先級轉發。
第三代MSTP技術的主要特征是引入了中間的智能適配層，采用GFP高速封裝協議，支持VC虛級聯和鏈路容量自動調整(LCAS)機制，因此可支持多點到多點的連接，具有可擴展性，支持用戶隔離和帶寬共享，支持QoS、SLA增強、阻塞控制以及公平接入。
以太網新業務的QoS要求推動著MSTP向第三代發展。從第一和第二代MSTP的以太網業務支持上看，不能支持良好QoS的一個主要原因是現有以太網技術是無連接的，尚沒有足夠的QoS處理能力。為了能將真正的QoS引入以太網業務，需要在以太網和SDH間引入一個中間的智能適配層來處理以太網業務的QoS要求。從目前的技術發展來看，該中間層主要有兩種，分別是多協議標簽交換(MPLS)和彈性分組環(RPR)。
具有二層交換的MSTP技術在城域傳輸網的匯聚和接入層用途較廣，主要完成大量的TDM和以太網業務的收集和匯聚功能；內嵌RPR功能的MSTP技術主要應用于城域傳輸網的匯聚層，通過RPR來實現帶寬分配和擁塞控制，該技術為多種業務提供不同層次的環網保護能力。目前我國電信運營商的盈利業務大部分是TDM業務，因此基于SDH的MSTP設備的應用和發展潛力巨大，使用范圍廣泛，在未來兩三年內仍將在城域光傳輸網的建設中占據主導地位，并且市場應用需求將更多集中在城域光傳輸網的匯聚層和接入層。
另外，隨著數據業務的進一步增長，城域網中會出現以太網設備，但這些設備僅安裝在城域網絡的接入層，城域網的核心仍由多業務平臺構建。隨著萬兆以太網的出現，以及RPR標準的制定，運營商會在城域網的接入層和核心層逐步安裝一些新一代的數據設備。
總之，在寬帶城域傳輸網的建設中，為了支持傳統的話音業務，同時支持不斷發展的數據/IP業務，運營商采用MSTP設備為主、城域DWDM設備為輔、逐步發展RPR設備的方法是切實可行的，這種方案能夠實現自有網絡的平滑演變，同時投資效益高、風險小。營商提供SDH級的快速保護和運行狀況監測能力，同時由于它提供的快速保護切換不必像SDH那樣需要專門的保護帶寬，因此可以充分利用環上的所有帶寬。
