IP over SDH在城域网中的应用

互联网 | 编辑: 2005-07-09 00:00:00转载

IP over SDH技术是将IP分组通过点到点协议直接映射到SDH帧,省掉了中间的ATM层,从而保留了Internet的无连接特征,简化了网络体系结构,提高了传输效率,降低了成本,易于兼容不同技术和实现网间互联。

IP over SDH技术是将IP分组通过点到点协议直接映射到SDH帧,省掉了中间的ATM层,从而保留了Internet的无连接特征,简化了网络体系结构,提高了传输效率,降低了成本,易于兼容不同技术和实现网间互联。但目前尚不适用于多业务平台,可扩展性差,只有业务分级,无优先级业务质量保证。IP over SDH以链路方式支持Internet网络,不能参与Internet网络的寻址,它的作用是将路由器以点到点方式连接起来,提高点到点之间的传输速率,因而没有从总体上提高Internet网络的性能,这种Internet网络的本质仍是一个路由器网。Internet网络整体性能的提高将取决于路由器技术是否有突破性进展,因而这种技术的核心是千兆比特高速路由器。目前千兆比特高速路由器在技术上已有突破,可实现第2层交换与第3层选路的综合,但同时也带来了设备的复杂性。然而,这种突破性技术尚不能广泛应用于普通路由器,因而除非全网路由器都能采用千兆比特路由器技术,否则仍难以从整体上提高Internet网络的水平。所以,IP over SDH主要是在干线上用以疏导高速率数据流。

1、IP over SDH的传输

1.1 帧封装

一般意义上讲,IP over SDH指的是IP/PPP/HDLC一组协议在同步光纤网上的传输,它的依据是RFCl619“PPP over SONET/SDH”,IP数据包被封装进高层数据链路控制(HDLC)帧,然后按字节同步方式把封装后的IP数据包映射到SDH的同步净荷封装(SPE)中。在封装过程中使用HDLC协议,主要是为了实现IP包在同步链路层的划分。

1.2 数据装入

传统的同步光纤网是对支路信号(低速信号)进行同步数字复用、交叉连接和交换。ITU-T采用了一种以字节为基础的矩形块状帧结构。以STM-1的帧为例,其帧的宽度为270列,高度为9行,前端的段开销占用9列,通道开销占用1列,其余部分为数据区。数据的传输速率为8000帧/s,用户可利用带宽为149.76M。

另外,把IP数据包放入SPE中时,对IP报也没有办法保证它的边界和SDH帧的边界是一致的。这样就面临着如何处理跨越不同的SDH帧IP数据包的问题。一种策略是不允许这种情况出现,一旦发现当前的数据包的大小超过了SDH帧中的剩余空间,就把它放入下一帧中。但该策略既浪费了带宽,也增加对IP包不必要的拆分和重组。另一方面,在SDH帧结构中通过管理单元(AU)指针和HDLC封装,可以标记出数据的正确开始位置,所以可以允许IP数据包跨越SDH帧的边界,到了目的端再加以恢复。

1.3 功能划分

在IP over SDH技术中,ISO OSI参考模型(OSI/RM)的分层及分割的概念依然得到比较好的体现。把IP数据包直接映射到SONET/SDH方式只是一个笼统的说法,实际上还需要许多辅助功能,包括必须充分利用SDH帧中的通道开销和段开销实现操作、管理和维护,由于允许IP数据包跨越SDH帧的边界,必须支持IP数据包的截断与恢复。如果使用IP/PPP协议方式,为了适应HDLC的字节填充方式,必须在两层之间增加协议处理部分,以把PPP报文恢复成IP数据包。

2、接口模块

IP over SDH在本质上保留了Internet作为IP网的无连接特征,形成统一的平面网,简化了网络的体系结构,提高了传输效率,降低了成本,易于实现IP组播和兼容不同技术体系,实现网间互联。其基本思路是将IP数据报通过点到点协议(PPP)直接映射到SDH帧,省掉了中间复杂的ATM层,这样可大大节省网络的投资。具体做法是先把IP数据报封装进PPP分组,然后利用HDLC组帧,再将字节同步映射进虚容(VC)包封中,最后再加上相应的SDH开销置入STM-N帧中即可。而实际上是把IP数据报封装在PPP协议帧中,然后再把PPP帧放入SDH的净荷字段中。

IP数据报首先被封装进PPP数据包中。PPP标头只有两个字节,没有地址信息,只能点到点顺序传输,是面向非连接的。这个协议可将太长的IP包切短成PPP帧,以适应映射到SDH帧的要求,它提供了多协议封装、差错控制和链路初始化控制的特性,然后利用HDLC组帧,再将字节同步映射进SDH的虚容器中,再加上相应的SDH开销置入STM-N帧即可。

HDLC的主要功能是区分通过同步传输网络传输的使用PPP封装的IP数据报。这种区分是通过字节填充完成的,每一个HDLC帧以字节标志0x7e开始,也以0x7e结束。在发射端,为了标志序列和填充序列,HDLC帧被监控,如果标志序列发生在HDLC帧的信息域,它被改变成0x7d和0x5e序列;相反,在填充序列中,0x7d改变成0x7d 0x5e。在接收端,填充的信息被去掉,只剩下原来的信息域,而且在空闲期间,当没有数据报被传送时,HDLC的标志模式被作为帧间填充传输。

接口模块是路由器中高速运行的模块,必须满足实时数据处理的性能要求。它应独立于其他模块,并应是无阻塞的,代码精简、高效。

3、IP over SDH技术在宽带信息城域网中的应用

大多数电信运营公司都建设了世界范围或全国范围的SONET/SDH传输网,这些SONET/SDH是通信的主要基础设施,电信运营公司使用这些基础设备来传递长途业务。因此,非常有必要使数据设备具有SONET/SDH接口,能充分利用现有的SONET/SDH基础设施。

具有SONET/SDH的数据设备必须能够处理和识别段、线路和通道SONET/SDH的开销字节,必须具有自动保护切换(APS)功能,即SDH复用段保护(MSP)功能。网络设备发生故障以及信号丢失的情况下,在很短的时间(如50ms)内,能端到端地从工作光纤切换到保护光纤上,以提高网络的生存能力和鲁棒性。

依照宽带信息网的要求,在电信网中应具有在SONET/SDH上同时支持ATM多业务网和使用IP over SDH技术的IP网络,在网络中,核心路由器(Cisco12000路由器)具有IP接口,可以直接使用户接入SDH传输网。然后,IP数据穿过电信运营者的SONET/SDH环,达到Internet骨干网。IP业务量也可以OC-12/STM-4、OC-48/STM-16或更高的速率穿过两个核心路由器之间的光纤,这样可以不经过拥塞的网络接入点(NAP)。这里不用IP over ATM网络的原因主要是使用IP over ATM技术信道的利用率较低。采用IP over SDH这一技术可以提高20%-30%的利用率。

在IP over SDH中使用的Cisco12000(千兆比特高速路由器)只支持Internet上的通用协议,即IP协议。这样提高了路由处理器的工作效率,减少了数据包在路由器中的滞留时间,而且千兆比特高速路由器支持IPv6,为下一代Internet的升级做好了准备。

4、IP over SDH的发展趋势

现有的基于HDLC封装的IP over SDH技术向更的传输速率发展面临着一些问题。由于HDLC是工作在字节填充的方式下,在每发送一个字节前都需要检查它是否应加以屏蔽。这种方式既降低了发送速率和有效带宽,也为恶意攻击提供了可能。但是IP over SDH这种方式网络体系结构简单,传输效率较高,技术较为成熟。IP over SDH相对其他传输方式(如ATM)具有更高的传输效率,提高可用带宽25%-30%,简化了网络的复杂性,更适合于组建专门承载IP业务的数据网络。占据全世界骨干路由器市场80%的Cisco公司在路由器上加入了SDH接口,并于1997年9月推出了具有交换功能的千兆比特路由器12000系列产品。与传统路由器相比,在技术方面有了重大突破,表现在吞吐量大(达60Gbit/s)和传送时延小(14(40µs),为IP over SDH的实现奠定了基础。总的看来,IP over SDH适用于经营IP业务的ISP、以IP业务量为主的宽带信息网或在电信骨干网上疏导高速率数据流。
 

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