對數據網發(fā)展趨勢的思考

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今天，數據業(yè)務已經成為各運營商的重要收入來源之一，且其增長速率遠遠超過了傳統(tǒng)的話音業(yè)務。目前，數據網的技術已經相對成熟，在寬帶網絡中得到了一定的部署，可以支持比傳統(tǒng)的數據業(yè)務更廣的應用范圍。但是，由于用戶需求的不確定性、市場的多變性以及技術革新的快速性，原有數據網架構和技術并不能完全符合未來多業(yè)務融合的趨勢。

另外，在過去的幾年中，電信市場并不十分景氣，許多電信運營商出現了違規(guī)操作、投資失敗和過度建設等問題。雖然電信服務的需求在不斷增長，但業(yè)務收入卻沒有達到預期目標。這使得運營商對網絡的投資產生了很大的顧慮，也束縛了網絡技術和應用的發(fā)展。本文根據這一現狀，著眼于今后幾年中數據網的發(fā)展，對相關的網絡技術加以分析，對不同需求的技術選擇加以對比，以思考數據網未來的一般趨勢。

2.數據網發(fā)展的總體趨勢

由于運營商大都嚴格限制了資本支出，集中對短期收益項目進行投資，因此我們對今后的數據網的總體看法是保持“謹慎的樂觀”。最明顯的規(guī)避風險的方法是增加現有業(yè)務的用戶基數，維持并擴展經實際驗證的可靠技術。數據網會市場必然會有新技術的出現，但是必須權衡新技術帶來的好處和部署該技術所需的投資間的關系。不管是采用保守的技術還是新興的技術，數據網發(fā)展的關鍵點在于要能保持并擴大用戶群。所以在發(fā)展現有業(yè)務和引入新業(yè)務的時候，運營商要考慮用戶的需求。

現有的數據網有許多地方需要進行改進。為了能提供全面的業(yè)務支持和快速的數據交換能力，需要去除接入的瓶頸以給用戶提供所需的帶寬，這可以通過最大化現有銅線平臺的能力，如采取ADSL技術或增加對PON的部署來實現。也可以將終端用戶的多業(yè)務綜合接入服務邊緣向接入/傳輸領域遷移，以優(yōu)化數據傳輸的效率。在網絡核心處也將會發(fā)生一定程度的融合，引入先進的流量管理以及可靠性和可擴展性的概念。同時，引入端到端的網絡和業(yè)務管理，以提供對數據流量的有效控制。

3.數據網的架構

接入

接入部分是指終端用戶與數據網間的鏈接層面。其物理媒質包括銅雙絞線、同軸電纜、光纖以及無線。由于現有網絡中，從用戶側到本地交換局間建有大量的銅雙絞線，促使了對能增強銅線上數據傳輸效率的技術的研究，從而產生了ADSL、ADSL＋、VDSL等技術。同軸電纜是一種高帶寬的媒質，但通常它只與有線電視和需要高速率的數字商務接入相關聯。光纖能提供很高的帶寬，是寬帶接入的理想媒質之一。寬帶無線接入能節(jié)省鋪設電纜的高成本。而UMTS則將寬帶接入能力和移動性結合起來,可能會在今后幾年中得到部署。

匯聚

匯聚部分負責在用戶側和運營商的業(yè)務交付點間傳輸數據。在該匯聚域中，流量從數量眾多的小容量端口匯聚到數目有限的高容量端口上。這一部分目前主要由SONET/SDHT設備乃至WDM設備為基礎構成。

業(yè)務邊界

運營商是通過位于用戶側或網絡邊界處的業(yè)務交付平臺來提供服務的。后一種情況就叫做網絡服務邊界?？紤]到數據網所要提供業(yè)務的多樣性和今后持續(xù)演進的要求，設備也會存在多樣性。目前，在多數情況下各邊界設備是專為特定類型的業(yè)務服務的。

核心

網絡核心的主要功能是在業(yè)務交付點間進行長途的數據交換或路由。為滿足不斷增長的網絡帶寬的需求，可引入DWDM技術來擴展光纖的容量，并降低長途傳輸的成本。目前存在著三個截然不同的核心網：由語音交換機構成的話音業(yè)務核心專網；承載大量商用數據業(yè)務的ATM網絡；以及處理Internet流量的IP核心網。

管理

網絡管理用于在承載各種流量以及發(fā)生故障的情況下，確保網絡的優(yōu)化運作。比如，在某一路徑過載或故障的情況下，對流量進行自動重路由。網管中心應能提供圖形化的用戶接口，以便運營商對網絡狀況有一個總體的把握，并且在收到告警信息時易于對網絡進行調整和重新部署。高效的網管機制是減少Opex的一個關鍵因素。

4.數據網發(fā)展的重點

4.1消除接入的瓶頸

接入是連接用戶的“最后一公里”，提供了對所承載業(yè)務的連接性保障。接入方面的挑戰(zhàn)在于：要在優(yōu)化帶寬和可達性的情況下實現普遍的接入，同時要避免對物理設備的大量升級?？紤]到接入方式的現狀和發(fā)展情況，可以認為駐地網用戶和商業(yè)用戶的接入是有明顯差異的。

駐地網的接入

有調查顯示，通過modem撥號、DSL甚至同軸電纜方式接入Internet的用戶數一直會有大幅度的增長。他們的需求主要集中在網絡沖浪、電子郵件和網絡聊天等方面。Internet的高速增長帶動了將DSL或cable modem技術作為寬帶接入方式的大量需求?？紤]到我國運營商的現狀，DSL技術應該是重點的選擇。

通過DSL進行寬帶接入，在現有的銅線資源上最大化了帶寬，可以擴大運營商的業(yè)務收入。運營商未來會有兩種方式來增加這方面的收入：增加現有業(yè)務的用戶數以及通過開展新業(yè)務增加ARPU值。

單純增加用戶數要求DSL能以一定的帶寬步入更多的家庭，運營商需要根據遠端站點的需求而部署更多的DSLAM端局?，F在ADSL在5公里的范圍以內，能提供的速率在0.5Mbit/s和1.5Mbit/s之間，而許多新業(yè)務需要更高的帶寬。然而，增加所提供的帶寬會導致隨著環(huán)路距離和頻率的增加信噪比也增加，從而帶來業(yè)務覆蓋范圍的減小。這是每個DSL網絡都要面對的帶寬與覆蓋率的兩難矛盾。

由于頻譜兼容性的原因（銅線間會存在一定的串擾），部署遠距離的站點需要引入新的技術，如ADSL+或VDSL。除了可以進行遠距離的部署外，ADSL+和VDSL在短距離上也都提供了比ADSL更高的帶寬。伴隨著收益機會的增加，遠程站點的部署也增加了Opex（開通與維護）和Capex（光纖等設備成本）。由于其可達范圍有限，VDSL比ADSL+要求有更深入的光纖部署和更小規(guī)模的遠程節(jié)點。因此，部署VDSL的代價要比部署ADSL+高。由于能夠為下一代業(yè)務如視頻和游戲提供足夠的帶寬 ，相信在今后幾年中ADSL+將成為多數網絡遠程部署的選擇。而對于VDSL，從長期角度也可以視為是比較安全的投資選擇。

隨著PON技術逐漸普及，它可以成為DSL技術的一個替代。盡管在銅線資源豐富的地區(qū)，很難說FTTH是非常有效的，但是在某些場合中還是很有用的：

·用戶要替代現有的銅線平臺

·用戶有意投資光纖網絡的建設

在人口密度較大的地區(qū)，基于點到點光以太網的FTTB方案將會是一個可行的方案，因為光纖的成本可以被大量的用戶所分擔。在這些部署中，室內連接可以是基于以太網的，也就是說，EoVDSL。

此外，以太網作為低成本的方案替代ATM用作DSLAM和邊界網絡間的接口，得到的關注也在不斷增長。但是，雖然以太網具有明顯的誘人特性（如成本、技術通用性等），暫時還只有ATM才能在DSL接入網絡中提供成熟而全面性能以支持超過高速Internet接入和其它更重要的業(yè)務。

商業(yè)用戶的接入

在傳統(tǒng)上，運營商給商業(yè)客戶提供基于FR或TDM的連接服務。但由于其高昂的價格，這些連接服務只能被企業(yè)網絡或高端用戶所采用。在今后幾年，中FR和TDM仍將繼續(xù)占據商業(yè)客戶市場的主導，但所占的比例會持續(xù)下降。

隨著時間的推移，以太網將在該領域中開始發(fā)揮作用。 在本地網和校園網中，以太網是一種簡單而高效的技術，它相比其它技術的擴展性要大得多。然而，當考慮用以太網于，不能忽視下述的幾個問題：

·以太網需要用光纖來接入。并非所有的運營商都具備全面的光纖接入資源。

·以太網缺少傳統(tǒng)技術所具有的運營和維護的特性（如：SLA、故障定位、診斷工具等）。

·如果市場競爭不是很激烈，現有的技術將會延緩以太網部署的進程。

因此，雖然以太網的確在商業(yè)接入領域得到了增長，但并不會出現根本性的改變，要想占據主導地位尚待時日。倒是在城域網匯聚域中，以太網呈現出了很好的應用前景。

對許多中小型的企業(yè)和SOHO而言，情況又是不同的。它們中許多并沒有專門的數據或Internet 連接，過去常常使用窄帶連接來獲得數據服務--通過電話撥號或ISDN。在這一領域中，改進數據服務的需求十分明顯的，也是運營商有大量收益的市場。傳統(tǒng)運營商應基于ADSL服務來滿足這部分用戶的需要。特別針對商業(yè)用戶的需求，VDSL能夠提供10Mbit/s及以上速率的對稱接入，會是針對這部分用戶群的一個很好的解決方案。

4.2匯聚網絡的融合

可以預見在不久的將來，不同的接入技術，比如TDM、FR、ATM以及以太網，將會共存以提供對傳統(tǒng)的和新興的數據業(yè)務的支持。今天，這些協(xié)議的融合是通過在不同的平臺上為每一種業(yè)務進行優(yōu)化而實現的。從而，我們要處理幾個相對彼此分離的匯聚網絡(采用TDM、信元或幀復用技術)。由于多數應用將采用端到端的IP協(xié)議，非IP的匯聚網絡也需要對IP更為友好。當數據只占了所有流量的一小部分的時候這是可以接受的，而當數據和寬帶業(yè)務流量不斷增長時，這樣做的效率就比較低。鑒于這一情況，匯聚網絡將會以多種方式發(fā)生改變：

·2層的復用和交換與1層的SONET/SDH結構進行融合，以優(yōu)化數據的傳輸（通常叫做“多業(yè)務傳輸”）。第一步，SDH/SONET設備中加入了信元和分組處理的功能，使得運營商能通過復用來更有效地使用傳輸帶寬，并減少傳輸網和邊界平臺間的接口數。第二步，在下一代傳輸網絡中融入更多的數據功能，以有效參與到高級數據的業(yè)務提供中，如VPN。相信這應該是多數運營商的首選方案，因為這可以在現有網絡基礎和運營經驗上加以平滑地過渡，從而提高了投資保護的力度。

·類似的情況也會出現在其它設備中：2層復用功能移近到用戶側，以通過統(tǒng)計復用來提高匯聚網絡的效率。因此，接入設備（如DSLAM）將更具有針對業(yè)務的智能，而邊界平臺將會支持更高速率的接口。

·多業(yè)務匯聚：單個系統(tǒng)中不同的2層復用和交換功能（以太網、FR等）的合并。這些系統(tǒng)將部署在匯聚網絡和核心網絡的邊緣以作為下一代的邊界平臺。

在單個網絡單元上集成不同的2層技術（從接入部分到核心部分），在某些情況下，具有極大的好處。比如，只要一個運維部門就能夠管理整個網絡，用一個統(tǒng)一的網管系統(tǒng)就可以部署并維護業(yè)務。同時只維護一個網絡也可以明顯地節(jié)省成本，包括機房空間和其它的Capex。

多業(yè)務傳輸將日益與以太網復用技術相結合，同時E-MAN為復用和交換以太網流量提供了一個優(yōu)化的層疊方案。

4.3增強型的多業(yè)務邊界

業(yè)務邊界是多數接入設備和骨干網的分界點，在該處終結了所有的用戶進程，且用戶的業(yè)務請求被轉發(fā)到不同的運營商去。當然，運營商也可以利用該點來提供新的業(yè)務和應用。所有這些服務和應用最重要的共同點，在于端到端地使用了IP協(xié)議。因此，邊界平臺必須具備高效的分組處理能力。

在今后幾年中,數據增值業(yè)務將主要集中在2層和3層的VPN業(yè)務，運營商將通過添強QoS保障和安全性來拓展這些業(yè)務。對于企業(yè)用戶，業(yè)務邊界能產生一系列的外包應用。隨著對數據增值業(yè)務的期望是不斷提高，反映在網絡邊緣業(yè)務智能也會不斷增強。目前這是作為運營商POP點的附加功能而實現，將來可能會擴展成為數據中心。

借助3層（IP）路由和分組處理能力，數據網的邊界業(yè)務交付平臺能進行2層匯聚設備的增強，使得其可以提供基于4－7層的應用。如果采用基于多業(yè)務交換機的業(yè)務邊界，能提供專線、FR和ATM業(yè)務，從而在一個通用的平臺上支持IP的特性。 對建設有ATM交換機的運營商來說，這是一個理想的發(fā)展方向。一個典型的應用就是，終端用戶或企業(yè)用戶的接入是幀中繼，而所提供的服務為Internet接入或IP PVN。該功能將由多業(yè)務交換設備實現的，而不是通過分離的路由器和IP層疊網絡。

另一情況，IP邊界設備融合了2層和3層的VPN、QoS、流量管理等功能。這些傳統(tǒng)的“best effort”的設備也定位于商業(yè)服務中， 潛在地將FR/ATM服務轉移到統(tǒng)一的IP服務，因此可以視為是“多業(yè)務路由器”。不過，它對于傳統(tǒng)的承載于FR/ATM上的應用 ，是具有一定的排斥性的。

在成本方面，兩種方案（多業(yè)務邊界和IP邊界）基本上是相差無幾的。因此，在某種程度上來說在電信市場中，它們會是一種相互競爭的地位。

4.4核心網絡優(yōu)化

核心網絡的融合可以降低擴展和維護基于不同技術和設備的網絡的成本。最初，ATM是設計用來實現這一目標的。隨后，Internet的極大增長使得IP成為更現實的融合型核心網絡的選擇。今天，MPLS被視為是一個更好的解決方案，因為其結合了ATM和IP優(yōu)點并且解決了諸如IP流量工程的問題。

目前的實際情況是，多數運營商為特定的業(yè)務建設了不同的網絡。對大多數運營商來說，全面的融合是一個遙不可及的理想。筆者認為，ATM和IP將會在一定的時間內共存。

考慮到運營商業(yè)務模式的調整和改變，需要對以下幾個因素加以考慮：

·引入可擴展的平臺能降低網絡結構的復雜度，使得核心網絡能夠滿足流量需求的線性增長，而不需要對網絡有大的中斷。

·今天運營商網絡中部署的IP設備是為best－effort的IP業(yè)務所設計的，它無法有效滿足運營商級服務的可靠性要求。

·由于路由協(xié)議的最短路徑原則，IP核心網絡不能得到優(yōu)化利用。MPLS的引入增加了網絡的利用率，提高了服務的水平，最大化了對SLA的支持并提供了與光網絡互通的可能——GMPLS。

下面就此分別進行較詳細的論述。

可擴展性

即使在目前經濟不景氣的情況下，Internet流量還在以一個極大的幅度發(fā)展 ，有預計認為至少到2006年每年Internet流量都會翻倍。為適應流量的增長，每2、3年路由器就需要進行大規(guī)模升級（有的甚至是完全的替換）。

主流路由器只是在單板的端口密度上得到了升級，但在多機并行的情況下是很難進行配置的。雖然升級工作比較難，但這一對單板端口密度的升級使得在流量增長前，可用端口的帶寬得到增加。

在端口密度得到改進還不足以解決問題的情況下，就需要引入次優(yōu)化結構，比如路由器聚類或增加額外的匯聚層。但是，這些結構不但比現有結構成本高，還需要增加到網絡的接口。

運營商級網絡

“運營商級”這一概念源自話音網，嚴格要求有“5個9”（99.999%）的可靠性。 對于話音傳輸而言，99.999%已經成為實際的標準，這意味著網絡在一年中最多只能有5分鐘的故障時間。

運營商一直希望在數據網中也提供同樣的可靠性，但是只有ATM交換機可以達到這一指標。今天的主流路由器是從企業(yè)級發(fā)展起來的，而不是運營商級。但是，IP路由器不采用“5個9”的標準是不能長久的，運營商網絡中的其它設備也需要支持了這一指標。

在進行硬件和軟件升級時，插入或移除一塊板卡不應該影響路由器的工作。另外，升級軟件也可以不必重啟路由器 。用戶配置錯誤是操作錯誤的一個原因。硬件的錯誤則一定要避免。

在所有的路由器故障中，硬件故障可以通過部署冗余熱備份的硬件替換故障硬件而防止。今天，主流路由器的主要不足在于缺乏冗余熱備份的路由引擎。運營商能夠實現冷備份的冗余路由引擎，但這樣的話重新建立路由表需要很長的時間。當路由引擎發(fā)生故障時，分組會繼續(xù)轉發(fā)（如果轉發(fā)和路由是分離的話），但是不會檢查目的地的可達性。不進行這一檢查叫做不間斷路由。不間斷路由是保證分組能轉發(fā)到首選的目的地的唯一技術。

自動保護交換是一種自動偵測并通告?zhèn)鬏旀溌饭收系臋C制，它可以防止接口故障，但是成本較高。另一種處理接口故障的方法是由網絡管理和重新定向故障端口的流量到別的鏈路上。在IP環(huán)境下，這包含了路由表的重新收斂，可能會需要幾分鐘的時間。在此期間，流量會繼續(xù)得到轉發(fā)，包括到故障端口的流量。MPLS則可以通過備份的LSP或快速重路由機制來提供一個數百微妙的收斂時間。

軟件的故障則更具有挑戰(zhàn)性。其根本的可靠性來自于軟件代碼穩(wěn)定和可靠，以及分開保護的內存空間。然而，目前多數軟件代碼是集成在單片電路中的，會有許多明顯的bug需要不斷加以調試和修正，比如路由計算中的bug就可能導致內存溢出或者整個路由表的振蕩。這些bug在路由器重啟以及重新發(fā)布其路由表時會帶來嚴重的延時 ?？紤]更嚴重的情況的話，路由器的問題可能會通過網絡散布出去，從而大范圍地影響到用戶數據。

此前，面臨這類路由問題的運營商必須采用雙路由器的POP點。如果一個路由器失效了，另一個就來轉發(fā)流量?！安婚g斷路由”滿足了商業(yè)用戶的可靠性和可用性的需求，它可以使用一個路由器來代替雙路由器的配置。

單路由器減少了網絡核心和邊界間50%的接口。由于路由器數量的減少意味著維護問題的減少，也相應減少了Opex（包括機房、能耗等）。

流量管理

在ATM網絡中，流量可以通過不同的受控路徑直連到目的地。在IP網絡中，最短路徑作為引導流量的標準，這使得對業(yè)務流幾乎是沒有控制的，導致了可能少量鏈路出現了擁塞而多數鏈路幾乎卻沒有得到利用。

流量工程將流量在網絡上散布得更均勻，以實現更好的網絡利用率。其它唯一的方案是通過增加帶寬來升級或擴展擁塞的鏈路 。然而，當峰值流量達到IP鏈路的50%之后就需要進行升級，是一個代價很高的方案，相對而言，由于其具有高級的流量管理能力，ATM鏈路只有在峰值流量達到80%時才需要升級。

MPLS使得運營商可以利用更為先進的路由算法來增提高網絡的利用率。通過將流量映射到標簽交換路徑上，就能夠通過由流量工程決定的路由隧道將流量轉發(fā)到目的地，也就是說能控制IP網絡中的業(yè)務流。

要使流量工程方案生效，有必要了解網絡中每兩個節(jié)點間究竟需要多少帶寬（也就是流量矩陣）。今天，已經有可能對有流量工程能力的網絡中所有鏈路的帶寬利用率，進行自動測量。如果特定鏈路上的流量超過了門限值，就可以在發(fā)生擁塞前進行重定向。

多個的標準化組織正將MPLS的控制平面擴展到光的領域。GMPLS使得在光的層面也能夠實現數據層面的自動光路請求，這打開了按需帶寬業(yè)務的大門。交叉的流量工程能力能根據實際的流量分布優(yōu)化數據和傳輸層，促進了數據流量的效益。

4.5綜合網絡管理

網絡發(fā)展的趨勢是伴隨核心網絡處的收斂而產生多業(yè)務的融合，來自2層或3層邊界設備的邊界網絡流量要統(tǒng)一穿越光核心網絡。顯然，網絡中的匯聚點越少，Opex就越小。

由于具有潛在節(jié)省成本的優(yōu)勢，運營商要求設備供應商提供更多的2/3層融合的設備。而其所帶來的副產品就是對多技術、多業(yè)務網絡管理系統(tǒng)的強烈需求。當考慮運行任何數據業(yè)務時，多業(yè)務網絡管理的好處是非常明顯的。最近有報告說，在開通業(yè)務的全部成本中，Opex占了大約42%的比例。

用戶購買的是服務。他們并不購買技術。而服務通常會涵蓋多種技術。一個良好的多業(yè)務網絡管理平臺可以方便地組合2層和3層網絡實體以統(tǒng)一于特定的服務要求。網絡管理將涉及該業(yè)務的故障都關聯起來，而不管使用了什么技術，并通知管理員業(yè)務有中斷的危險或者已經中斷。這不僅節(jié)省了時間和金錢，而且能防止破壞SLA的情況發(fā)生。

此外要指出，與大多數通常的認識相反，對IP網絡上業(yè)務的激活并不比2層網絡來得困難。IP網絡的接口和接口配置與ATM網絡是類似的。當建立IP服務時，所有要激活的接口具有相似的配置參數，一個優(yōu)秀的網絡管理員可以生成IP配置模板來避免手工配置的錯誤。所以，即使是IP網絡的部署，和對其它業(yè)務網絡管理的考慮可以是一致的。

來源：中國電信建設