IP网络的现状和发展趋势

1/23/2008来源:网络协议人气:2619


  本文论述了ip网络的现状,包括承载网、业务、协议标准和接入技术的现状。分析了IP网络的发展趋势,包括宽带化、业务多样化和分类化、网络结构层次化、统一的MPLS协议标准、数据化趋势、IP化趋势和融合的趋势。
最后,结合联通IP网络的现状以及将来的发展要求,提出笔者的几点考虑。
  
  要害词: IP网络 PSTN ATM MPLS SDH WDM 接入技术
  
  一、IP网络的现状
  1、 承载网
  
  IP(Internet PRotocol)是为了满足计算机网络互连需要的一种异构网互连通信协议,是在开放系统互连模型的第三层网络层实现互连,目的是无缝连接不同硬件结构的网络,使网络技术和低层的软硬件技术能够相应独立并行发展。 IP网络是面向无连接的分组传送网。IP网络的早期发展依托于公用通信网和专线网(STM体制)来建立骨干网,其数据速率为56Kbps-50Mbps。随着数据业务量的增加,90年代起又依托ATM技术建立骨干网,其数据速率为155.52Mbps/622.08Mbps。1997年以后随着吉位线速路由交换机的商品化,IP网络开始独立发展承载网,由吉位线速路由交换机和专线组成的骨干网(底层仍采用STM体制)线速为2.5Gbps。
  
  我国现阶段的IP骨干网主要还是STM-16 (2.5Gbps) 和STM-64(10Gbps),正在向以10GbpsTDM为基础的40Gbps(40×10GTDM)、80Gbps(8×10GTDM)和320Gbps(32×10GTDM)发展。美国等发达国家的IP骨干网已经开始应用高达1600Gbps(160×10Gbps)的波分复用系统。
  
  2、业务现状
  
  IP网络初期的目的只是为计算机间传输数据提供连接,因而业务单一,只有数据业务。
  
  目前IP网络发展最为迅速,其数据业务量正在赶上或超过传统的电话业务量,并且其业务类型已由数据业务发展到数据、语音通信和视频综合业务,其中发展最快的是IP电话业务。
  
  实际上IP网络能够高速发展的原因之一应归功于传统电话业务的普及。IP网络的早期用户主要是大学、研究机构、团体和企业,其普及程度远不及电话业务的普及,随着借助电话线路拨号上网和IP网络电话实用技术的发展,IP网络的应用已进入家庭及个人,IP网络也因此有了高速发展的市场驱动。IP网络已能够提供接近传统电话质量的电话业务,而IP网络电话的成本却只有传统PSTN电话的10%,又有着最大的用户群体,因此各传统电话公司和新IP网络业务提供商无不大力发展IP网络电话。IP网络电话业务的迅速发展又促进了IP网络的发展。IP网络的其它业务如数据和视频业务目前仍然主要面对大客户,因而相对发展较慢。
  
  3、协议标准
  
  为了实现IP over ATM, 先后提出了多种协议标准。ATM论坛开发的局域网仿真LANE标准,由IETF组织颁布的传统的互连网层IP在ATM上的运行标准IPOA,克服了LANE和IPOA局限性的多协议信息传输标准MPOA,以及比LANE、IPOA和MPOA更完善的多协议标记交换MPLS 。
  
  目前版本的共享介质局域网仿真存在虚电路开销大,能够支持的用户数少等缺陷,因而只适用于网络规模不大的场合。
  
  IPOA则存在可扩展性问题,对其地址解析所支持的用户规模有限制(不超过数千用户), 故也只适应于较小规模的网络。
  
  MPOA有效地克服了LANE和IPOA在可扩展方面的局限性与性能的瓶颈等问题,能够高效可伸缩地在ATM上支持多种网络协议,支持网络层的虚拟子网,与现有路由器网络协同工作,存在的主要问题是如何解决具有NHRP协议的地址解析响应时间所导致的较大延迟。
  
  多协议标记交换MPLS是针对IPOA、LANE、MPOA等技术存在的不足而提出来的IP over ATM的解决方案。MPLS将IP的智能和ATM的高速交换结合在一起,采用MPLS技术的网络在转发IP业务时,不采用逐跳转发方式,也无需在网络中的所有路由器进行第三层路由表的查询,而是在网络的边缘进行一次路由表的查询,然后给进入MPLS域的IP包加上一个标签,带标签的IP包在网络进行第二层交换快速转发到MPLS标记的边缘,再去掉标签还原成传统IP包进行转发,由此大大提高了IP包的转发速度。
  
  MPLS可以控制IP包在网络中所走过的路径,避开拥塞的节点,均衡网络中的业务流向,从而达到网络资源的合理利用。
  
  MPLS采用类似ATM信令的方式,为具有特定属性的一类IP包建立一条转发IP包的路径, 同时规定该路径的带宽、时延的业务属性,由此来满足一定的业务属性要求。该路径业务属性的参数可以映射到ATM的几个服务等级(CBR、VBR-RT、VBR-NRT和UBR),可以按照ATM的业务量控制机制对IP业务进行业务量的控制和治理,由此保证了用户要求的业务的服务质量。
  
  MPLS协议使得IP over OPTICAL成为可能。IP/SDH/OPTICAL模式直接发展成为IP/OPTICAL(DWDM)时,MPLS是目前必须应用和发展的技术。因为从IP到光的密集波分复用DWDM,从层次的概念看,中间有一链路层,即用于传输、交换和转发的一层。现有适用于IP分组在链路层传送的技术,只有同步传递模式STM的SDH和异步传递模式ATM的信元两类。MPLS是同时适用于SDH和ATM并可适用于未来发展的任一特定的链路层制式的技术。MPLS还蕴含着支持网络治理、流量工程、QoS和CoS等各项功能。IP必须通过MPLS或将来可能出现的其它技术才能直接在OPTICAL上传送。目前MPLS应用的主要障碍是MPLS标准尚未制定。
  
  4、接入技术
  
  随着IP网络业务的快速增长,骨干网的带宽正在向Tbps演化,高达特位速率的路由器也已经开发出来。为了适应骨干网超高速化的发展速度,改造利用现有接入网使之宽带化是一种简便快捷的方法,发展新的宽带接入技术是未来的趋势。
  
  ◆ 铜线接入技术
  
  采用HDSL技术传输语音和数据业务的接入速率为1~2M,可传输语音、数据和视频综合业务的ADSL技术的接入速率为1~10M,只传输数据业务的VDSL技术可实现的接入速率高达13~52M。铜线接入技术的发展解决了接入技术宽带化要求与传统铜线接入技术带宽窄的矛盾,能够很好地保护现有的投资,又能满足了现有接入网迅速宽带化的需求。
  
  ◆ 光纤接入技术
  
  光纤接入技术的接入速率最高,可高达G数量级甚至更高,而且适合于双向传输语音、数据和视频综合业务,是将来接入网的发展趋势,目前采用最多的复用技术有时分复用、波分复用、频分复用和码分复用等。
  
  ◆ 混合接入技术
  
  混合光纤同轴网接入技术将光纤的高速与现有同轴网结合,可利用现有的同轴网迅速提供高达1G速率的宽带业务,既保护了以前的投资,又可发挥光纤网的宽带优势。
  
  ◆ 无线接入技术
  
  无线接入技术是目前通信行业中最活跃的领域之一。移动无线接入网如,移动电话网、无绳电话网、集群电话网和卫星移动通信网已经得到广泛应用,固定无线接入网如,微波一点多址、蜂窝区移动接入的固定应用、无线用户环和卫星VSAT网。
  
  由于近年来IP网络固定接入业务(如电子邮件、Web、IP电话、电子商务等)的快速发展和手机移动通信的超高速发展,IP网络和手机移动通信的结合成了新的热点。手机移动通信的移动性、灵活性和方便性与IP网络的大信息量、大覆盖面的结合,成为人们梦寐以求的个人移动通信的发展方向。
  
  二、IP网络的发展趋势
  1、 IP网络宽带化
  
  目前的IP网络由于带宽窄而带来一系列问题,如时延长、时延不稳定、丢包和拥塞,直接导致IP网络电话质量的不如人意,不能满足数据专网业务对服务质量的高要求。解决IP网络局限性的手段之一是加大网络带宽。近来IP网技术的迅速发展使得宽带化成为可能。千兆以太网标准的发布,交换速度高达60Gbps的千兆位高速路由交换机的商品化,交换速度达几Tbps的特位路由交换机的研制成功,密集波分复用技术的应用,这些IP网络技术的新进展都将加速IP网络的宽带化趋势。未来IP网络的骨干网将由高速路由器交换机和采用密集波分复用技术的光纤网络组成,边缘则采用ATM网络、以太网或FR。
  
  线速路由交换机的出现使IP数据包可以直接在SDH网上运行,从而省去ATM交换机,即IP/SDH/OPTICAL 。密集波分复用技术的应用提供了在光纤上直接传输IP数据包的方法: 不采用ATM设备和SDH时分复用设备,而是在光纤上直接用以太网帧格式运行IP数据包,将原复用的多个信道改为波分复用,然后用千兆位或特位路由交换机进行路由交换,即IP over OPTICAL。高速路由器技术和密集波分复用技术的直接结合,使每个信道不再是SDH时分复用的一个信道,而是独占密集波分复用的一个通道,速率在l Gbps以上,因而可以获得更高的速率,其网络的复杂性和成本都大为降低。 在IP/OPTICAL骨干网的端口上可以提供FR和ATM接入,在IP网络上运行FR和ATM,从而构成FR over IP或ATM over IP 网络。现在已经在运行的ATM网络和FR网络将可作为以IP over OPTICAL技术构建的骨干网的边缘网络,从而大大拓宽网络的带宽。
  
  2、业务多样化和分类化
  
  IP网络传统的业务是非实时的计算机数据业务,目前发展最快的业务则是传输实时语音业务。IP网络的优势在于综合传输数据、话音、图像和视频等多媒体业务。目前的IP网络限制了业务多样化的主要原因是带宽和时延特性。在IP网络实现宽带化并由此带来时延特性的改善以后,业务的多样化是必然的趋势。 ◆ 电话业务
  
  电话业务有很大的用户群体,电话使用的便捷性使得电话业务每年仍有一定的增长。在我国由于电话发展较晚,虽然电话业务保持较高的增长率,仍然有很大的增长空间,今后的十年内仍将保持较高的增长率。因此,要求IP网络能承载电话业务。
  
  限制IP网络提供传统电话服务质量的因素主要是网络传输时延、时延抖动和丢包。当网络带宽足够宽,网络传输时延和时延抖动将会小到用户满足的程度,采用预留足够的资源后,可以解决丢包的问题。
  
  ◆ 电视业务进入讨论组讨论。