多种IP组网技术的原理和特点

1969年底，美国分组交换网ARPENET正式投入运行，标志着计算机的发展进入了一个全新的时代。虽然最初的分组交换网络仅供大学、研究机构和政府部门使用，但其规模一直在快速增长。

20世纪90年代初，互联网开始商业化，IP业务发展迅速。特别是90年代中期，欧洲原子核工业组织CERN开发的WWW问世，使得以互联网为代表的数据业务以25%~30%的年增长率增长，业务量每6~12个月翻一番，远远超过电信网主导业务5%~10%的年增长率。

IP网络业务量的快速增长，尤其是与IP竞争后，经过市场洗礼的IP技术被业界确定为未来组网的核心技术，对整个网络架构和业务节点的功能实现产生了深远的影响。因此，如何实现IP业务的快速传输和快速交换成为当前网络的研究热点。

另一方面，自20世纪80年代以来，SDH.ATM.MPLS.WDM(DMDM).OPS和软交换等技术已经出现在数据分组传输中，从不同方面满足了运营商和客户的需求，使得IP技术与他们的结合产生了不同的组网。

经过近十年的发展，网络呈现出业务数据化、组网技术分组化、传输技术光纤化、传输安全高速化、业务类型多样化的发展趋势。

本文旨在阐述IP架构在SDH.ATM.MPLS.WDM(DMDM).OPS等技术上的基本原理和特点，并在现有各种组网方案性能比较的基础上指出网络发展趋势。

SDH

同步数字传输系统(SDH、Synchronous、Digital、Hierarchy)是国际电信联盟标准化部门(-T、原国际电报电话咨询委员会CCITT)于1988年接受SONET概念并重新命名提出的。它的特点是同步重用、动态指针调整和组网灵活，使欧洲、北美和日本在STM-1级别统一。

通过光接口标准化，实现了许多制造商的产品横向兼容；通过丰富的费用比特，提高了网络的OAM能力(如故障检测、端到端性能监控等。

此外，SDH通过使用终端复器(TM).分插复用器(ADM)和数字交叉连接器(DXC)等网元，可以非常方便灵活地形成线型.星型.环型等网络拓扑结构，上/下路灵活，而且网络本身具有很高的生存能力(保护恢复和自愈能力强)。

IPhoverhSDH通常采用IP/PPP/HDLC三层帧结构。

第一，在IP数据包外加PPP封装，表明内部是IP数据分组；

接着，进行HDLC封装，加上相应的标志位、地址位、控制字符和帧校验序列等，提供相应的帧错控制功能，解决帧定界等问题；

最后，面向比特的HDLC以字节同步的方式映射到SDH中。

针对这一方案，ITU-T定义了类似的LAPS(Link-Protocol-SDH)链路层规程，进一步简化了开销字节。

实践证明，IPuoveruSDH保留了互联网面向无连接的特点，简化了系统结构，提高了传输效率，降低了成本。但IPuoveruSDH缺乏QoS支持能力，网络流量和拥塞控制能力较弱，不支持。

ATM

异步传输模式(ATM、Asynchronous、Transfer、Mode)是CCITT作为B-ISDN网络的最终解决方案提出的。它通过固定长度的信元Cell(53Bytes)以面向连接的方式工作。不同类型的业务通过不同的AAL协议(AAL1.AAL3/4.AAL5)适配到ATM层，最后通过连接接纳控制CAC(Connnectionadmitioncontrol)和使用参数控制UPC(Usage-Parameter)实现ATM网络业务接入和网络流量的管理和控制。

IP数据包在ATM或ATM交换中转时，首先通过地址解析协议对IP数据包头进行解析，确定下一跳的ATM地址；

接着，通过信令交换，建立ATM连接，将AAL层数据通过SAR(Segmentation?and?Reassembly)装入信元Cell，并加入相应的业务服务等级和参数控制；

最后，在建立的连接基础上，实现数据的安全快速传输和转换。

IP-over-ATM组网技术适用于多业务应用环境，可以支持QoS要求较高的业务，但最大的问题是带宽利用率低，尤其是信元不能完全填充的时候。此外，ATM本身的技术复杂性大大增加了组网成本。

MPLS

多协议标记交换(MPLS，-protocolllabelllswitching)是IPloverlatM之后，经过模型重叠、模型集成演变的过程，最终由IETF于1997年制定的标准，是IP网络广泛应用与ATM组网技术成熟相结合的产物，被业界认为是当今数据网络领域最有前途的网络解决方案之一，被评为美国电信杂志(Telecomunications)评为99年十大热门技术之一。

在OSI模型中，MPLS位于IP层和数据链路层之间，属于2.5层技术，它根据网络层传输的IP数据包头，将其归类为相应的转发等价类FEC(ForwardingEquivalence-Class)，并添加相应的标记(Label)，以实现第2.5层的分组交换，从而实现快速有效的转发。

MPLS的实用价值在于，它可以为IP等无连接网络提供面向连接的服务，其基本核心是将IP业务添加到面向连接的ATM或帧中继基础设施中。

IP-over-mpls组网方案的核心设备是标记交换路由器LSR(Label-Switching-Router)，LSR根据标签索引快速交换IP数据包。

在这些工作中，LSR的标签绑定工作既可以通过携带分发的方式实现，也可以通过BGP(Bordergateway-Protocol).(Interiorgateway-Protocol).OPFS(开放路径最短).LDP等协议实现标签分发。

因为IP,over,MPLS是在IPhoverhATM的基础上提出的，所以ATM交换机和ATM路由器只要通过简单的设备升级，就可以实现IPhoverhMPLS的功能，所以IPhoverhMPLS具有IPhoverhATM的所有优点，同样，它仍然无法摆脱电子瓶颈问题的束缚；此外，它还有较大的信头支出，最大可达36%，造成网络资源的极大浪费。

DWDM

密集波分复用(DWDM、Dense-Wavelength-Division-Multiplexing)是在网络传输带宽随着网络新业务的不断增加而耗尽的情况下，随着光子技术的不断进步，光主要器件(如光分插复用器OADM.OXC.光转发器.光再生器OUT.宽带放大器.高速可调激光器和路由器等)性能不断提高的新技术

WDM(DWDM)技术升级和扩展网络，开发新的宽带业务，充分挖掘和利用光纤带宽，提高系统性价比和经济性，满足日益增长的电信网络和互联网业务的需求，实现超高速通信具有重要意义。分析表明，在相同的扩展条件下，应用WDM(DWDM)技术比单纯依靠增加光纤数量可以降低30%~50%的成本。

IP数据报直接映射到DWDM的光层，通过光通道实现光域数据的高速传输。根据各段建立光通道波长是否一致，光通道可分为连续波长通道(WP、WavelengthPath)和虚波长通道(VWP、VirtualWavelengthPath)。使用VWP可以提高系统的灵活性、信道的利用率和阻塞率。利用WDM传输IP数据包，可以实现数据速度和帧格式的透明传输，从根本上摆脱电子瓶颈的束缚，提高交换节点的吞吐量和系统传输的交换速度，减少延迟。目前，DWDM网络正逐步从骨干网络向城市网络和接入网络推进，相信在不久的将来会实现。

其他组网方案。

IPLambdaS技术是将MPLS应用于光网络的新颖组网方案，是MPLS与波长交换技术相结合的产物。它将第三层IP地址映射成光通道标识符(OVPI、OpticalVirtualPathIdentifier)，网络的核心节点主要是根据OVPI转发封装在其净荷中的IP包，从而根据标签索引实现IP数据包的快速转发。

光分组交换(OPS、Optical-Packet-Swithing)是以光分组的形式承载IP业务数据的技术，分组中的净荷载部分在光域中完成端到端的传输，而控制部分(即信头)可以在光域或通过O/E/O转换在电域进行处理。它是针对IP-over-DWDM粒度过大，无法实现灵活的流量管理和资源利用而提出的。利用OPS技术，可以实现资源共享，降低数据交换的粒度，提高系统的灵活性。

特别是它可以进一步实现光突发交换机制(OBS)，即在一段时间内将多个分组封装成一个大的突发包，共同进行路由和控制，实现IP数据包的高速传输。

此外，光分组网络OPN和DWDM一样，对数据速度、帧格式和高层协议透明，可以从根本上解决电子瓶颈问题，满足多样化的业务需求。

此外，在当今的接入网络中，还有许多组网方式，如IPuoveruEthernet和IPuover。

综上所述，IP组网方案多种多样，性能各异，每种组合都有一定的优势。在一定时期和特定环境下，满足了客户和网络运营商对网络性能的要求。

无论是从IP,over,ATM,ATM,SDH,还是从IP,over,MPLS,IP,DWDM,整个网络界都在不断地思考，不仅创新，不断地前进，人们也在寻找未来网络的最佳解决方案；而后来IP,over,DWDM.IP,over,MPLambdaS,IP,IP,over,OPS等组网方案的实现，以及网络性能的提高，都需要光子器件性能的进一步提高，因此，网络性能向光域深度的发展已成为网络发展的必然。

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