城域以太网挑战SDH

城域网是宽带网络运营商和业务提供商实现业务收入的关键领域，城域网主要用于提供城市内的高速互连、信息共享、高速Internet访问以及承载视频、音频等多媒体应用。城域网需要满足用户的多种需求，可以提供点对点、点对多点、多点对多点等多种线路类型，不仅能够提供尽力而为的服务，而且可以以适当的粒度提供保证带宽的服务。对于企业用户，运营商网络要具有透明性，能保证用户的虚拟局域网(VLAN)、媒体访问控制(MAC)地址以及生成树协议(STP)等控制协议的透明传输，使得用户网络能够快速地收敛。在业务方面，城域网需要支持传统的T1、DS3、OC-3等时分复用(TDM)业务、IP-VPN与具有QoS的VoIP 3层业务、光纤通道存储业务以及不断增长的以太网业务。因此，电信级的城域网络平台需要具有良好的灵活性、可扩展性、可靠性以及可管理性，能够灵活地进行电路指派。更重要的，城域网络平台需要具有低成本地支持话音、数据和视频等多种业务的能力。

　　目前的城域网技术主要有SDH、下一代SDH、RPR、ATM VP Ring与GE/10GE等。传统的城域网主要采用TDM技术，例如企业用户的接入部分主要采用E1、OC-3与OC-12等技术，而在城域网核心主要采用OC-12、OC-48与OC-192等SDH技术。下一代SDH主要通过采用虚级联和通用成帧规程(GFP)技术对SDH进行改进，使其能够更好地支持以太网业务，并提高带宽的利用率和灵活性。弹性分组环(RPR)技术综合了SDH与以太网的优势，可以作为SDH和以太网技术的有益补充，但由于标准化进程缓慢以及业务开发不足，应用并不广泛。ATM VP Ring主要是在城域汇聚与核心部分采用了ATM over SDH技术，适合于在不对称数字用户线(ADSL)接入的ATM DSLAM上行汇聚传送，随着基于以太网的VDSL的发展，ATM VP Ring将逐渐为以太网或下一代SDH城域网技术所取代。因此，未来城域网将主要是下一代SDH与以太网技术的竞争。

1 SDH面临的问题

　　SDH具有低于50 ms的弹性优势以及较低的延迟与抖动，可以提供电信级可靠性。SDH的时分复用带宽在传统的话音数据上优化，对于突发性的数据业务，带宽利用率较低，并且SDH严格复杂的设计使得业务部署的成本很高，不易于升级换代。未来网络业务的分组化趋势越来越明显，因此传统的SDH技术已不能满足业务的发展需求。

　　为了适应当前数据业务的发展，在传统SDH技术上人们进行了改进，以满足SDH传送网络的演进需求。新一代SDH设备将支持多种传送接口，包括OC-3/OC-12/OC-48/OC-192、10M/100M/1G 以太网等，支持TDM和数据业务，并可以对流量进行汇聚，带宽管理更加灵活。若干关键技术的解决使得SDH能够较好地支持以太网业务，GFP使得2层帧能够更好地映射到SDH载荷，虚级联为以太网数据业务提供了更细的带宽粒度，改善了SDH的带宽利用率。例如，1个10 Mb/s快速以太网连接将采用7个VT1.5(逻辑上与T1等价)电路，提供商可以销售余下的容量给其他TDM或以太网业务。由于新标准的采用，以太网业务在现有SDH基础设施上，还可以对重要数据业务保证SDH级的可靠性。

　　但是，尽管下一代SDH对SDH技术进行了改进，能够较好地支持以太网业务，其本质上仍然是时分复用的，不能完全满足数据业务的特征需求，带宽利用率仍然不足，成本投资较高，用户的驻地设备体积较大。而城域网业务类型越来越多，业务需求的变化也越来越大，城域网越来越强调网络的动态性和可调节性。下一代SDH提供的业务受到其技术特征的限制，尽管几乎完全支持点对点业务，但可以提供的多点业务有限，不能根据用户需求进行非常灵活的速率控制。而且，为了改进SDH，所采用的技术会影响SDH所固有的优势，例如虚级联方式下的SDH通道恢复时间将超过50 ms，而不是通常认为的50 ms之内[1]。

2 以太网技术及其发展

2.1 为什么采用城域以太网

　　与SDH技术相比，以太网能够低成本地提供多种速率大容量的数据接口，速率包括10 Mb/s、100 Mb/s、1 Gb/s、10 Gb/s等，而且，以太网技术简单，易于应用，具有即插即用的灵活性，它不仅支持点对点，而且支持多点连接。另外，97%的局域网采用了以太网技术，而用户具有扩展其局域网的需求，这一事实使得业界产生了将以太网向城域和广域扩展的愿望，在局域、城域乃至广域采用以太网技术可以减少不同传输协议间的转换，提高带宽利用率和数据转发效率，可以极大地降低整体成本，将使运营商及其客户受益。以太网可以方便地进行带宽升级，更适合于未来业务流量分组化的发展趋势，满足站点快速增长对高速接入和灵活带宽提供业务的需求。

　　10G以太网是以太网突破传统局域网应用局限，向城域网和广域网延伸的关键技术。10G以太网比传统以太网最大的进展在于其物理层在LAN-PHY 10G以太网局域网物理层之外，引入了新的WAN-PHY 10G以太网广域网物理层，这使得提供低成本、高带宽的长距离以太网链路成为可能。随着IEEE 802.3ae 10G以太网标准正式发布，10G以太网端口已经成为核心交换机/路由器的基本配置，包括Foundry BigIron MG8/NetIron 40G、Extreme 4GNSS、Cisco 12410/Catalyst 6506、Hitachi GR4000、NEC IP8800以及中兴通讯10G以太网实验系统在内的多种以太网交换/路由设备已经可以提供可靠的10G以太网端口。另外，Hitachi已经推出了10G以太网DWDM系统AMN-S，10GBASE-CX4 (IEEE 802.3ak)与10GBASE-T铜线10G以太网标准也正在制定中。这一系列成果的取得将极大地推动以太网技术和业务在城域网的部署。

　　为了充分发挥以太网作为电信技术的潜力，使以太网在城域网中可运营和可盈利，需要克服传统以太网在网络可管理性、提供保证带宽的区分服务、保护恢复与安全性保证等方面的不足。为此，业务提供商、标准组织和设备厂商特别是城域以太网论坛(MEF)和ITU-T针对光以太网传送技术和业务进行了大量工作。光以太网技术可以提供更好的QoS能力以及类似于SDH的保护能力，并能够使以太网支持TDM业务，可以与现有的SDH网络互通保护运营商已有的网络投资，因此将推动以太网技术在城域网得到更大发展和应用。

2.2 城域以太网关键技术及进展

　　在过去的1年多时间里，城域以太网技术取得了较大的进展，主要体现在城域以太网(MEN)的用户网络接口(UNI)与以太网虚联接(EVC)的带宽的速率控制机制，城域以太网业务以及运行、管理和维护(OAM)等几个方面[2—3]。

　　为了实现以太网的城域运营，MEF定义了城域以太网的基本模型。模型主要由UNI和EVC组成，UNI是用户网络与提供商网络之间的接口，用户边缘设备通过UNI连接到业务提供商的城域以太网网络。EVC是MEN中以太网层网络边界之间的点到点、点到多点和多点到多点连接。用户业务流量通过UNI进入提供商的网络后将通过EVC传送到网络的另一侧边缘，通过远程的UNI与同一用户的远程站点或其他用户进行通信，或者通过NNI进入其他提供商的网络。利用UNI和EVC，提供商便可以为用户提供以太网2层业务，在这种2层业务之上可以进一步提供话音、视频以及多种3层业务。用户网络接口和EVC的不同属性决定了所传送业务的不同特征。

　　UNI与EVC及其属性的定义使得城域以太网运营成为可能，MEF定义了3种基本的城域以太网业务类型：以太网专线(E-Line)、以太网局域网(E-LAN)与电路仿真业务(CES)。E-Line是点到点的以太网业务，E-LAN是多点以太网业务，而CES是为了利用城域以太网传送传统TDM的业务。3种类型的以太网业务是由EVC类型、流量参数、服务类型(CoS)标识、传播类型、VLAN、以太网接口类型、安全性以及性能参数等属性定义的，而不同的属性又有多种参数描述。通过业务属性参数的选择，业务提供商可以为用户提供不同连接类型、不同带宽、不同业务等级以及不同性能参数的多种业务，并可以根据与用户的SLA进行业务管理和收费，实现以太网业务的真正运营。例如，UNI的带宽速率限制属性可以使用户与网络间的带宽能够从1 Mb/s到10 Gb/s以1 Mb/s为增减量调整。尽管用户与网络间的以太网端口是100 Mb/s的，用户业务流量的峰值速率可能被控制在55 Mb/s。另外，UNI与EVC属性提供了2层控制协议的透明性，对于站点分布在多个地理位置的用户，城域以太网可以为其提供IEEE 802.3x MAC控制帧、链路汇聚控制协议、IEEE 802.1x端口认证、通用属性注册协议、快速生成树协议等的透明传送，或者对这些协议的透明传送进行限制。这种机制进一步为业务提供商提供了增加业务收入的机会和能力。

　　除了网络模型与业务定义，城域以太网在保护机制、QoS保证、网络管理、OAM等方面也取得了一定的进展并将继续发展。

　　在保护机制方面，MEF定义了端到端路径保护以及聚合线路与节点保护两种保护类型，分别进行路径全局保护和局部保护，目前正在进行需求分析方面的工作。在QoS保证方面，除了CoS及其相关的流量参数控制，城域以太网还将从数据、控制和管理平面综合考虑QoS保证机制，对多种QoS技术进行分析比较并加以选择。网络管理方面，城域以太网将采用EMS-NMS管理信息模型，对网络进行分层管理。在OAM，城域以太网引入了OAM帧来传递OAM信息。MEF与ITU-T正在共同进行相关的标准化工作。

3 城域以太网的市场发展

　　以太网的固有优势以及影响城域以太网运营的关键技术的不断发展，将促使城域以太网市场不断增长。在上面所定义的基本以太网业务上，可以实现多种应用，包括基于E-Line的Internet接入、基于E-Line的Intranet/Extranet VPN以及基于E-LAN的LAN扩展等。另外值得一提的是，城域以太网引入了两层VLAN：用户VLAN和提供商VLAN，这使得城域以太网可以方便地提供VPN业务。企业用户将是城域以太网的主要目标市场，住宅用户则需要进一步拓展。

　　城域以太网的企业用户将主要包括银行、政府、数据中心、保险/卫生维护组织、医院与大学等。城域以太网可以为企业提供的服务包括简单的连接服务、类似于现有TDM的以太网服务，以及包括内容、存储和话音服务在内的大量全新服务。例如，点到点连接、Internet接入、点到多点VPN业务、动态带宽指派以及以太网传送业务。

　　在住宅用户方面，城域以太网的市场将主要在亚洲。这是因为，由于大量人口居住在城市以外，人口密度相对较低，导致北美部署光纤到户(FTTH)的成本较高，阻碍了以太网的住宅应用。而在亚洲，具有人口密度非常高的都市，许多大楼同时作为商业应用和住宅出租，具有部署以太网业务的便利条件，而且某些亚洲国家政府支持以太网业务，特别是韩国，住宅用户以太网业务正快速增长。城域以太网的住宅用户服务将主要包括Internet接入、多播视频服务、VoD以及交互游戏服务等。

　　Infonetics Research的最新报告指出，2002年全球城域以太网设备市场总额达到25亿美元，预计2006年将达到57亿美元，年增长达到23%。在端口数量方面，将从2002年的75 600增加到2006年的3 600 000。城域以太网将可以为用户带来容量、便利性、能力以及成本方面的益处，特别是在成本方面，以太网业务一般只有SDH的50%～75%甚至更低，而且城域以太网业务的带宽指派更加灵活，用户可以根据实际需求购买带宽。越来越多的企业会应用更加灵活的城域以太网E-line或E-LAN业务，而不再是SDH专线。同时随着接入技术的IP化，更多的住宅用户也将采用基于以太网的接入技术，如EFM或VDSL。同时，随着以太网传送技术在保护恢复与服务质量保证等能力上的增强，城域网核心部分也将更多地采用以太网技术。所有这些将影响SDH在城域网中的应用，限制SDH的城域市场增长。

4 基于以太网的城域网演进

　　在城域网中，由于以太网技术更加适应业务流量急剧分组化的趋势，并且为了达到电信级运营人们对传统以太网进行了改进，城域以太网市场会逐步增长。但另一方面，SDH在城域网中已有大量部署，SDH还会与以太网共存一定的时间。为了保护运营商既有的SDH投资，需要研究SDH与以太网在城域网共存的技术方案。根据两者在城域网中的作用，以太网与SDH共存的方案主要有两种：一是Ethernet over NG-SDH，即SDH为核心传送技术，以太网作为SDH网络的业务；另一种方法是SDH over Ethernet，即以太网作为城域网核心传送技术，而遗留SDH作为以太网网络的业务，城域以太网不仅承载以太网和数据业务的传送，而且也承载客户遗留PDH或SONET/SDH流量的传送(主要采用城域以太网的电路仿真业务)。

　　对于不同的运营商，由于其现有SDH部署程度不同，其城域以太网业务的部署策略也会有所不同。对于新兴运营商，为了满足未来业务发展需求，可以直接部署城域以太网。而对于已经部署了大量SDH的传统运营商，在保护其SDH的同时，为了在与其他运营商的竞争中取得优势地位，仍需要部署以太网。可以首先在新的业务地区部署城域以太网，并逐步将业务需求大的原有SDH网络改造为城域以太网，最终将以SDH传送为主转变为以以太网传送为主。同时，以太网传送也将逐步从Ethernet over ATM/FR/TDM over SDH over DWDM，经过Ethernet over SDH over DWDM，逐步演进到Ethernet over DWDM方式，简化网络功能层次，提高业务传送效率，降低网络部署成本。

　　在这种城域网演进过程中，具体的设备形式将会逐步从下一代SDH的多业务传送平台(MSTP)或多业务指配平台(MSPP)为主转变为以多业务交换平台(MSSP)为主。与MSPP相比，MSSP是纯粹的或具有3层路由功能的以太网交换机，支持以太网、RPR、ATM、POS等多种业务接入，同时具有LAN Tunneling/VLAN Stack能力，为了增强保护恢复与QoS能力，MSSP会应用MPLS技术。而且，由于交换能力、路由功能以及流量工程等是以太网交换机和路由器网络所固有的，因此从这种意义上来讲，MSSP更易于与ASON相结合。

5 结论与讨论

　　以太网低成本高速接入的特点以及自身的不断发展将帮助以太网在城域网中逐步占据主要地位。会有越来越多的用户需要来自运营商的以太网业务，因为不但可以享受更低价格的服务，而且可以方便地增加带宽。未来10年，尽管SDH已经有良好的安装基础，但以太网将占据每年城域网投资的较大比例。

　　在多种城域网解决方案中，包括继续采用传统SDH/SONET，利用MPLS混合SDH和光以太网，利用混合SDH和RPR，以及采用具有MPLS的光以太网，其中，具有MPLS的光以太网将最有可能成为运营商采用的方案。

6 参考文献

　　[1] ZTE Corporation. Concerns on Disruption Time of Services Carried by Virtual Concatenation Method Inside SDH Network [D]. ITU-T SG15, Jan. 2003.

　　[2] Metro Ethernet Forum White Paper. Metro Ethernet Service: A Technical Overview [D]. Metro Ethernet Forum, June 2003.

　　[3] Metro Ethernet Forum White Paper. Metro Ethernet Networks: A Technical Overview [D]. Metro Ethernet Forum, July 2002.

[摘要] 文章分析了城域网的需求以及SDH在城域网中所面临的问题，研究了城域网为什么要采用以太网技术，介绍了影响以太网运营的关键技术的进展，以城域以太网市场应用实例说明城域以太网将对SDH挑战，最后给出了SDH与以太网共存情况下的城域网演进策略与方案。

[关键词] 城域网；以太网；同步数字体系

[Abstract] The market demand for MAN and the application problems of SDH in MAN are analyzed first and then the reason of using Ethernet technologies in MAN is studied. The advancement of key technologies for Ethernet operation is introduced. The market deployment of the metro Ethernet shows its challenges to SDH. Finally, the development strategy for SDH to coexist with Ethernet is provided along with a solution scheme.

[Keywords] metro area network; Ethernet; SDH