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市场
2009/12/28 16:32

“环上的精彩”—以太环网保护技术发展纵论

通信世界周刊  赵经纬 黄鸿儒

以太网从诞生到今天已经走过了二十几个年头,伴随着IP的大发展,以太网也已经一统江湖,98%以上的局域网采用以太网标准构建。在这二十多年中,以太网标准不断推陈出新,在速率、安全、稳定性等各方面均有成系列的标准,而环网保护标准无疑是以太网标准家族中最有特色、发展道路最坎坷,但同时是最有发展前景的一类标准。

以太网协议中,规定了一种报文分发复制的机制叫做广播,也叫做“泛洪”,它解决了局域网内部设备最初“相互认识”的难题。然而,广播被人们所熟知不是因为它的便利,而是一个更加恐怖的词—“广播风暴”,“广播风暴”已经成为了网络瘫痪、系统崩溃的代名词,是所有人所竭力避免的。环网结构,正是因为能够引发“广播风暴”,没有在以太网领域取得类似在SDH中所取得的统治地位。

在以太网环网保护技术的标准发展历程中,先后经历了“STP孤独领跑”、“标准林立”、“ESRP一统江湖”几个时代,不同的技术标准先后登场,在历史的舞台上留下了自己或轻或重的一笔,很好地诠释了标准间相互借鉴、取长补短的发展格局。

孤独的领跑者——STP

由于环网结构是最经济的冗余保护拓扑,业内人士一直对它进行着不懈的研究,希望找出一种既能实现网络保护,又能避免广播风暴的办法。STP(生成树协议)在此时应运而生,它通过阻塞环上端口的方式来避免广播,使得环网结构在以太网中有了一些应用。从此STP开始了长达10多年的孤独领导状态,在STP这颗大树下,伴生出了RSTP、MSTP以及Cisco私有的PVST等枝枝叶叶。这些“xSTP”协议在STP的基础上进行了扩展,不同程度地提升了STP的功能、性能,使得STP一族成为以太环网领域绝对的领军人物,在长达十多年的时间里,进行了孤独的领跑。

但由于STP协议机制本身所限制,收敛时间比较慢,从检测到成环到完成重新转发,需要几十秒的时间,于是在电信级的网络应用中,环网还是遭到了弃用。即便后来RSTP、MSTP性能(收敛时间缩短到秒级)、功能(支持多域)对STP有了较大的扩展和增强,依然无法满足电信级网络对于倒换性能的要求。

战火纷争、标准大战

RPR弹性分组环技术是第一个在环网拓扑下实现50ms级别倒换且适用于MAN范围传输的标准,一经推出便受到各方关注,成为城域范围内传输的热点标准。

EAPS(RFC3619)以太环网技术也在这时走入了人们的视线,EAPS吸取了STP和RPR的优点,在切换性能和成本之间取得了很好的平衡。由于消除了STP过多的中间状态,EAPS的保护倒换时间可以达到50ms级别。

EAPS完全遵循以太网的帧结构,利用主节点发送Hello报文检测环路状态,通过一个控制vlan可以对多个vlan进行保护,使得设备可以通过CPU来实现,无需额外增加新的硬件。正是因为EAPS切换速度快、实现简单、投资低,受到了众多设备厂商的追逐,如H3C的RRPP、北电的OESS、中兴通讯的ZESRv1等均是基于EAPS,而运营商们也迫不及待地开始了试用和部署。

但由于RPR需要使用额外的硬件才能支持,用户投资高,升级维护困难,主流设备厂商逐渐放弃了对它的支持。

EAPS很快就被发现并不适用于实际部署,它只能检测单向链路,只能支持单环拓扑,链路状态消息容易丢失,而且由于EAPS只是一个草案标准,没有形成实际的标准,各个厂家均有自己扩展,相互之间基本无法互通。虽然在现在,EAPS已经逐步退出了历史的舞台,但它的出现给后续以太环网技术的发展指明了方向。

随着全IP时代、全业务运营时代的到来,更多的业务在以太网上进行承载,运营商对于业务安全的重视提升到了一个新的层次,大家开始重新思考网络的结构,如何能够在保证冗余的同时不产生广播风暴,同时保证切换对业务无影响呢?

ITU-TG.8032再统江湖

ITU-TG.8032ESRP以太环网标准吸取了EAPS、RPR、、SDH、STP等众多环网保护技术的优点,优化了检测机制,可以检测双向故障,支持多环、多域的结构,在实现50ms倒换的同时,支持主备、负荷分担多种工作方式,成为了以太环网技术最新的成熟标准。

正因为ESRP具有如此多的优点,必然在未来网络中得到广泛的应用,于是众多设备厂家也在后续标准的制定方面,展开了一场龙争虎斗,希望在未来环网标准之争中得到主导权。

在2008年12月举行的ITU-TSG15的全会上,要对以太网环网保护标准G.8032的V1版本的修订版(Amendment1)进行讨论和表决,这个修订版主要增加以太网多环的保护方案。多环保护模型是G.8032标准中多环保护的技术核心,在实际网络中有较大的应用价值,技术实现难度大,也是各个厂商技术竞争的热点。

会上,中兴通讯、诺基亚西门子阿尔卡特朗讯华为等主流设备厂商针对多环保护模型展开了激烈的技术辩论,最终中兴通讯提出的“Sub-ring子环划分模型”脱颖而出,被大会采纳。ITU-TG.8032多环标准的发布,标志着以太环网保护技术真正具备了成熟商用的条件,各厂家基于标准的互通也成为可能。

追求更多功能、更高性能、更加安全是网络永远的发展方向,以太环网技术走到现在已经日臻完善,并且逐渐扩展到其他拓扑环境,成为二层网络中重要的冗余保护手段。但技术的发展永无止境,“环上的精彩”仍将继续演绎。

承载传送转型融合、高速演进趋势日增

中国通信产业已全面步入3G和全业务时代,网络IP化革新进程进一步深化,全业务融合承载需求陡增,而更高速的网络基础设施也成为迫切所需。

向IP化深入转型

随着网络中视频等数据流量激增,以TDM为基础的传统传送网传送效率较低的劣势已经凸显,难以适应全业务对带宽需求的增长。运营商面临巨大的成本压力,IP化已是产业链各方共同瞄准的阵地。

面对IP化转型,运营商在建网时都面临截然不同的两张IP网,即专用的承载网和公众的互联网。运营商对城域网的建设,从建网开始就面临两种思路:一是分网建设,即一张网应对高等级的业务,另一张网应对一般业务,中国移动中国联通较倾向此思路;另一思路是建设一张网,将所有业务统一承载,中国电信更倾向此思路。

展望2010年,全国范围的OTN、移动回传、电信级以太网、GPON/EPON等建设将进一步推动通信网络在骨干、汇聚、接入等各个层面向IP化深入转型。

融合承载渐入高潮

三重播放(TriplePlay)甚至四重播放(QuadPlay)的理念正深入人心。作为承载业务的基础网络,传送网将承载一般宽带业务,IPTV、视频监控、视频通信等视频业务,VoIP等语音业务及基站回传和集团大客户专线等各种业务,全业务承载成为第一要义。

如中国移动某省公司对全业务承载提出:第一,面对GSM、TD与未来LTE等基站不同的承载需求,对2G新建基站优先选择MSTP+设备承载,对3G新建基站采取扩容MSTP和新建PTN承载;第二,面对集团客户接入挑战,对省干网实行CMNET定位弹性专网、OTN定位于物理专网,对城域网利用MSTP/OTN传送网和光缆资源,通过MSTP和GPON实现集团客户的就近接入;第三,对家庭宽带业务,采用GPON作为移动宽带部署方式。

高速传输支撑未来

新业务的可靠应用必须以高速率的传输为保。今年上半年,国内运营商都进行了40G骨干网的技术升级工作,中国电信和中国联通步伐较快;而目前中国移动虽然仍以话音业务为主,但考虑到未来数据业务的增长趋势,也开始在部分城市试点40G。运营商也已就40G传输网成本均摊、运营维护等问题进行了可行性研究。

而本月,美国城域网运营商Lightower成功测试了100G传输技术。利用北电的100G光网络解决方案,在为期4天的时间内,Lightower在从纽约到波士顿600公里的传输线路上成功实现了无误码传输。随着40G加速部署,中国运营商也将全面启动100G的试点和部署工作。

移动回传产业迎来井喷期

3G和4G应用使网络IP化需求逐日迫切,纵观2009年,移动回传产业成为一个强劲增长点。三大运营商都纷纷展开了全国范围的移动回传试点和建设,中国在此领域的部署和标准化方面都保持了世界领先水平。

向IPRAN转型

在中国电信北京研究院聂世忠看来,当前移动网络中已建成的RAN传送网,即移动回传网络,主要是基于TDM/SDH技术而构建。可靠性、稳定性、易管理维护等特点是其重要优势,然而其对移动数据的传送存在带宽利用率低、扩展困难、配置不灵活等弊端。IPRAN的成熟应用成为驱动传送网分组化的重要因素,移动运营商纷纷寻求建设面向IP的传送网,以应对业务发展和竞争的压力。

而这种情形不止在中国发生,OVUM首席分析师MattWalker告诉记者,2012年前,全球移动回传连接数量每年将以至少37%的速度递增,到2010年前,移动回传连接数量将超过固定宽带连接。2008年全球移动回传设备投资增长了19%,达46亿美元,未来5年将呈爆炸式增长。

PTN受青睐

与中国电信选择IP/MPLS作为移动回传的承载技术不同,中国移动选择了技术较领先但成本较高的PTN来试点和建设。

参与南京移动PTN部署的江苏移动网络部员工告诉记者,从去年开始,在经历了一年多的技术论证、试验室测试、现场试验等工作后,中国移动选择了以T-MPLS/MPLS-TP为基础的PTN作为传统的MSTP的演进,规模部署移动回传网。而主流厂商也悉数推出PTN设备,参与集采竞标。

而近日,由7家厂商参加角逐的中移动首期PTN集采也告一段落,其中华为以技术标第一的结果独占鳌头,烽火通信爱立信紧随其后。除了成本优势、良好的支持能力和国际经验,华为的成功还显示在PTN标准化方面。早在2005年,华为即开始PTN技术和设备的研发,成为最早投入的厂商;而在标准化方面,华为领导了半数以上T-MPLS标准的起草工作,在T-MPLS演进为MPLS-TP后又成为核心标准化成员之一。

浙江移动规划技术部副总经理沈刚透露,在华为PTN全线供应下,浙江移动成功完成了分组化移动回传网的1588v2方案部署,并将TD业务迁移至该网,从而建成了全球首张1588v2商用试验网。

GPON/EPON:高速发展,趋向融合

2009年,PON的部署成为中国承载传送领域发展最快的领域之一。无论是运营商还是设备商,都一致认为2009年成为全球PON发展最快的一年。GPON和EPON之争也日益推出历史舞台,随着技术的完善,二者将进一步趋向融合。

中国PON规模 将成全球第一

在参与中移动PON大力部署的同时,中国移动研究院研究员李晗对2009年全球PON市场的发展给予了高度关注。他表示,日、美、西欧正大力部署PON,俄罗斯等东欧国家也在试点FTTx并进行商业化,新加坡、马来西亚等东南亚国家的运营商也在加快PON的部署。

毫无疑问,全球PON部署的步伐在明显加快。但巨大的网络和用户规模及大力投资,却使显现“后发优势”的中国在这一角逐中独占鳌头。

中国电信EPON部署步伐较快,目前已达千万线级别。中国电信北京研究院副总工程师张成良表示,中国电信在EPON方面的贡献已得到国际认可,并获得了国家科技进步一等奖和二等奖。EPON的技术已非常成熟,当前日本EPON部署规模为全球第一,但随着运营商加快部署,中国将超越日本成为第一。10GEPON也正得到更多的应用,2012年将成为PON的主流技术。

国际分析机构bda总裁TedDean认为,GPON将在未来几年取代EPON成为FTTx的主要技术。GPON营收将从2008年的6亿美元激增到2013年的40亿美元,而EPON则仅增1亿美元。2008年在中国,华为的PON营收份额第一,达到40%,领先于其后的中兴和烽火,华为也成为世界第二大GPON供应商。

结束战斗,走向统一

多年来,GPON和EPON面临激烈的竞争,但2009年迎来转折。运营商对xPON的呼声日高,越来越多的设备商开始推出综合平台。

2009年下半年,中国电信开始10GEPON芯片级互通测试,少数省公司开通了10GEPON商用局。xPON是设备商推出的一种可同时支持EPON和GPON的设备。尽管2010年中国电信仍将以EPON部署为主,但EPON和GPON的互通已成为其巨大需求。目前国内PON主流厂商都开始提供xPON设备。

中国移动主力部署GPON,力图在全业务领域取得更大主动。华为参与中移动PON建设的万俊华告诉记者,中国移动PON部署共涉及19省,其中18省部署了GPON,而江苏部署了EPON。UT斯达康宽带事业部产品管理与市场总经理尹承明也表示,UT正全面打造既支持GPON、EPON又支持10GEPON和10GGPON的综合平台,将来还将推出WDMPON解决方案。

电信级以太网纵横扩张

2009年,国内电信级以太网部署稳健增长,而全球市场将突破千亿美元大关。在横向发展的同时,该领域也正向纵深发展,交换中心网间互联的新型模式正推广至全球。

市场规模将破千亿美元

以太网技术从其诞生以来,因其低廉的价格、灵活的部署和分组化传输等优势受到用户和运营商的青睐。但随着用户对电信级要求的提升,缺少QoS、良好的可管理性以及标准化的业务和服务一度成为以太网的发展瓶颈。

基于此,MEF联合全球主流运营商和设备商,提出电信级以太网标准,十年来,其经历了蓬勃发展期。MEF首席运营官KevinVachon告诉记者,2008年到2013年,全球运营商将投入1460亿美元用于部署以太网设施,并创造数十亿美元的业务机会。电信级以太网市场规模将首度突破千亿美元大关。

在国内,三大运营商以TDM为基础的传统传送网效率较低,难以适应全业务对带宽需求的增长,同时面临巨大的成本压力。而电信级以太网致力于在城域网范围提供多业务、可靠、端到端的IP业务。因其与传统以太网兼容性强、电信级的高可靠性、综合业务承载、优化的QoS及OAM能力、较为低廉的网络改造成本等优势,得到运营商的青睐和认可。

烽火网络通过推出CESP电信级以太网技术,成功实施了长沙移动多业务承载、武汉电信VoIP业务承载、河南联通IPTV业务承载等项目,提升了网络效能、节省了成本。

网间互联需求猛增

在国内部署电信级以太网的同时,中国电信正接到国内客户来自国外的最新需求。即客户在国外开设分公司,希望通过中国电信订购业务,而非国外运营商。一个新的市场——不同国家运营商的“网间互联”应运而生。

最早发现这一市场机会的是MEF主席陈子湳,他于两年前在美国成立了CENX公司,专注于电信级以太网交换中心的建设。他告诉记者,市场的发展造成运营商间以太网的互联网络参差交错,代价昂贵,运营商连接时遇到不同的业务标准、收费模式和网络现状。CENX专注于为其提供成本节省、规范统一、技术过硬的连接通道。

目前,CENX已在美国洛杉矶、纽约和芝加哥建设了全球电信级以太网交换中心:洛杉矶中心是连接亚洲和美国的枢纽,中国电信及马来西亚和日本的运营商都通过此地相连;纽约中心连接美国和欧洲;而芝加哥主要连接美国和加拿大。

中国电信近年在电信级以太网领域极为活跃,其今年成为MEF的董事单位,并参与了一系列标准化制定工作。

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