北电高级产品经理 公成

北电高级系统工程师 杜鹏

1.城域网络的新要求

随着宽带数据网络用户需求的不断发展，原有的基于以太网的城域系统面临着巨大的挑战：网络缺乏有效的保护措施，最终用户通过复杂的系统进行管理，缺乏对新兴的增值服务如IPTV, Voip的支持等。因此，新的城域网络要求：

业务保护和恢复

现有的网络架构不能够提供具有运营商级的业务保护手段，对于由于光纤和设备故障导致的网络中断，必须能够通过可靠的措施提供业务的保护和恢复。从现有的网络技术来看，采用基于环网结构可以对用户的业务提供有效的保护。

支持多媒体服务

原有城域网络主要提供个人用户宽带上网业务，不能提供有QOS保证的服务，对新兴的VOIP, IPTV等应用缺乏支持。而新一代城域网络的重要特点是支持各类基于分组网络的多媒体服务。

为了确保在城域网络的竞争力，运营商均在考虑如何优化或改造现有的网络以适应新一代宽带用户的需求，采用基于以太网技术的宽带接入以其低成本，支持高带宽的系统已经成为现有城域网络的主要接入手段，而北电的全新运营商以太环网解决方案可以在现有以太网接入的基础上，为用户提供更为灵活高效的宽带网络服务。

2.北电运营商以太环网解决方案的特点

2.1 以太环网技术

2.1.1 概述

以太环网可以在单个环网上支持多达14个环网接入节点。以太环网起始并终结于汇聚交换机的环网端口，正常状态下（没有链路中断以及设备故障时），以太环网上的用户业务流（非组播数据流）沿着主用环路端口－>接入环网设备－>次用环路端口的方向进行传送；组播数据流沿相反方向传送，从而可以最大限度实现环路带宽的高效利用。

2.1.2 环路拓扑自动发现与配置：RTP协议

以太环网利用环路拓扑协议RTP（Ring Topology Protocol）实现对接入环网设备的自动发现与配置。

RTP协议实现的主要功能包括：

自动发现环路上的接入环网设备；

为接入环网设备分配设备号（环路上的每台接入环网设备需要一个唯一的设备号）；

使接入环网设备发现两个上联GE接口在环路上的各自连接方向，从而实现对数据流的正常转发；

向汇聚设备通告接入环网设备的端口状态；

自动发现新添加到环路上的接入环网设备设备；

实现设备间的端口状态保持功能。

RTP协议通过在接入环网设备和汇聚设备之间交互两大类控制消息：发现消息和分配消息，来实现上述环路拓扑自动发现与配置功能。

2.1.3 环路冗余与故障切换：RRP协议

以太环网利用环路弹性协议RRP实现针对链路或设备故障时的50毫秒的业务保护倒换。相关处理机制详述如下：

1、对于故障接入环网设备节点（端口或链路故障）

接入环网设备的上联GE端口被设计成可以极为迅速地对链路信号丢失状态LOS进行反应，同时向接入环网设备的CPU发送中断信息；

CPU一收到该消息，会立刻在设备内部沿该故障端口打环，使得原有发送向故障端口的数据流重新进入接入环网设备从另外正常端口送出；

当接入环网设备的上游GE口（或相关链路）故障时，会产生并通过下游端口向汇聚设备的主用环路端口发送故障消息；

当接入环网设备的下游GE口（或相关链路）故障时，会产生并通过上游端口向汇聚设备的备用环路端口发送故障消息；

同时，该接入环网设备会进行内部控制，使得用户数据流从故障端口切换到正常端口；

2、对于中间接入环网设备节点

上述故障消息会以以太网广播包的方式发送，环路中间的接入环网设备会收到该消息，对当前环路故障进行定位并采取相应的反应；

2.2 组播能力

2.2.1 IP组播技术概述

随着宽带多媒体网络的不断发展，各种宽带网络应用层出不穷。IP TV、视频会议、数据和资料分发、网络音频应用、网络视频应用、多媒体远程教育等宽带应用都对现有宽带多媒体网络的承载能力提出了挑战。采用单播技术构建的传统网络已经无法满足新兴宽带网络应用在带宽和网络服务质量方面的要求。IP组播（也称多址广播或多播）技术，是一种允许一台或多台主机（组播源）发送单一数据包到多台主机（一次的，同时的）的TCP/IP网络技术。

2.2.2 北电以太环网解决方案组播特性

北电以太环网解决方案通过对IP组播相关特性的全面集成，实现对各种组播业务与应用，如IPTV、Triple Play等业务的完美支持。

以太环网解决方案的相关组播独有特性总结如下：

 北电以太环网的一个重要的特点是采用环形拓扑结构，在对大量的关键组播应用如IPTV中的Broadcast TV业务等，具有许多天然的优势，与传统的多级直联的网络相比较，传统网络在组播的分支节点的每一个下联端口上均需要进行组播流的复制，而以太环网则只需在整个环网上复制一次，从而大大提高了组播数据流复制有效性、并提供链路保护倒换等功能；

北电以太环网的另外一个最为重要的特点是在环形拓扑结构下，可以为组播应用保护与预留专用的网络带宽。在环形结构下，对于普通应用（如因特网访问、VPN等非组播应用），其数据流向为沿环路从汇聚设备的主用环路端口(Primary Port)－>接入环网设备－>汇聚设备的次用环路端口(Secondary Port)的方向进行传送；而对于一些关键的组播应用（如IPTV中的Broadcast TV），数据流沿相反方向传送，不会与其它非组播应用争抢网络带宽，从而可以在最有效地保证组播应用的同时最大限度实现环路带宽的高效利用。相关特性如下图所示：

2.3 实际应用案例

北电的以太环网已经成功的在多个运营商的城域网络中得到了成功的实施。在2004年雅典奥运会上，以太环网作为各场馆之间的重要通信基础平台，为奥运会信息系统的承载提供了强有力的保证。并且，由于以太环网具备了平滑支持其它多媒体业务的能力，在奥运会结束后，现有的网络可以平滑的转型到以宽带用户为核心的业务上，通过同一套系统提供宽带数据，视频和语音服务，从而充分利用了网络资源，保护了网络投资。

3.面向未来的城域以太网技术

为了更好的承载企业客户的城域网络需求，基于以太网的VPN技术是目前厂商和标准组织研究的重点。以太环网采用了MAC-in-MAC封装方式，以确保安全性和可扩展性。用户的以太网帧封装在运营商的以太网帧中。所有用户的MAC地址都存储在运营商的以太网帧中。运营商的核心网络将不会知道用户的MAC地址。它只会依据运营商MAC地址来转发以太网流量。这将带来以下好处：

- 用户MAC地址不会导致运营商核心网络中的转发表超载；

- 不同用户的域之间不会有任何MAC地址学习或广播流量；

- 运营商的网络不会参与用户的LAN故障恢复过程（如生成树协议），也不会受其影响。

图 MAC-in-MAC技术

4.以太环网为运营商带来的好处 ——多快好省

作为为运营商网络边缘特别定制的一种灵活高效的接入系统，北电的以太环网解决方案能够为运营商的网络带来更可靠的保护以及更大的收益。它可以通过独特的以太环网方案为用户提供有服务质量保证的数据，话音和视频服务。尤其是对基于组播的视频服务提供了良好的支持，为提高宽带用户的收益提供了强有力的保证。

纵上所述，北电的光以太网交换系统的主要优势总结如下：

1) 多

支持多样的接入设备

提供对多种用户业务的承载

每环支持多达4KVLAN，并支持SVLAN

每环支持多达90000个MAC地址

单环支持多达336个端口

单台接入设备支持16个环，多达5376个以太接入端口

单台接入设备支持多达32，000个以太网专线

2) 快

网络部署快速

业务承载快速(2G的环容量)

网络保护和恢复快速(50ms保护)

3) 好

良好的服务质量保证能力

对IPTV业务提供最好的环网效率

对IPTV业务提供最好的安全控制

4) 省

节省网络光纤资源

网络维护节省

网络投资节省