我國(guó)的IP路由器發(fā)展非常迅速，這里我們主要介紹傳統(tǒng)的IP路由器傳輸層技術(shù)及其優(yōu)化，包括介紹新型的IP路由器傳輸層技術(shù)及其優(yōu)化等方面。從國(guó)家基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的角度來(lái)看，建立高質(zhì)量的IP網(wǎng)絡(luò)的主要問(wèn)題集中在網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。很顯然，物理層應(yīng)該采用能夠保障網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的光纖技術(shù)，通過(guò)光纖構(gòu)建IP路由器骨干網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)層采用IP路由器協(xié)議已是既成事實(shí)，無(wú)論傳輸數(shù)據(jù)或是語(yǔ)音、視頻信號(hào)都可以封裝在IP路由器數(shù)據(jù)包內(nèi)通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，那么當(dāng)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)選擇和優(yōu)化問(wèn)題都集中到數(shù)據(jù)鏈路層的實(shí)現(xiàn)，IP層與物理層之間究竟該采用什么傳輸方式？如何對(duì)IP路由器網(wǎng)絡(luò)傳輸層進(jìn)行優(yōu)化？

傳統(tǒng)的IP路由器傳輸層技術(shù)及其優(yōu)化

在實(shí)際應(yīng)用中，傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)傳輸層通常采用以下四種技術(shù)：IPoverATM、IPoverSDH、IPoverOptical、千兆以太網(wǎng)(GE)。

IP over ATM

IP與ATM的結(jié)合，也就是在ATM網(wǎng)絡(luò)上支持IP技術(shù)，并構(gòu)造骨干傳輸網(wǎng)。當(dāng)前有兩種技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式：重疊技術(shù)和集成技術(shù)。重疊技術(shù)是將IP網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議重疊在ATM之上，即ATM網(wǎng)與現(xiàn)有的IP網(wǎng)重疊。目前采用這種技術(shù)的有ATM論壇定義的LANE、IETF定義的IPOA及ATM論壇定義的MPOA，但是這種方式傳遞IP的效率不高。集成技術(shù)是將IP路由器的智能和管理性能集成到ATM交換機(jī)形成一體化平臺(tái)，僅要求標(biāo)識(shí)IP路由器地址，無(wú)須ATM的地址解析協(xié)議，簡(jiǎn)化了ATM的路由選擇功能，提高了IP路由器轉(zhuǎn)發(fā)效率，同時(shí)保留了路由的靈活性。以IETF的多協(xié)議標(biāo)簽交換(MPLS)和Cisco公司的標(biāo)記交換(TagSwitching)技術(shù)為代表。目前發(fā)展比較迅速的是MPLS技術(shù)。它的網(wǎng)絡(luò)控制是在傳統(tǒng)路由協(xié)議的基礎(chǔ)上，通過(guò)簡(jiǎn)單標(biāo)記分配協(xié)議來(lái)代替復(fù)雜的ATM信令協(xié)議，預(yù)先為MPLS邊緣路由器建立直達(dá)的數(shù)據(jù)連接。在數(shù)據(jù)通信過(guò)程中，中間的MPLS交換機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)信息庫(kù)只作信元交換功能，加快了數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)速度，減少了延遲及抖動(dòng)，有利于支持實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。MPLS具有VC合并的功能，能解決重疊模型的問(wèn)題。

IP over ATM可以利用ATM的QoS特性對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，保證網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，適用于多種業(yè)務(wù)，有很好的擴(kuò)充性能，有良好的網(wǎng)絡(luò)流量管理和擁塞控制性能，適用于一般的IP骨干網(wǎng)邊緣多業(yè)務(wù)的接續(xù)。IP over ATM的不足是IP路由器數(shù)據(jù)包需映射成ATM信元，由此形成的傳輸開(kāi)銷(xiāo)約占20-30%，傳輸效率低。此外還需要解決IP地址與ATM地址多重映射的矛盾以及IP網(wǎng)絡(luò)的非連接特性與ATM面向連接特性之間的矛盾，網(wǎng)絡(luò)管理比較復(fù)雜，不太適用于超大型IP路由器骨干網(wǎng)。

IP over SDH

IP over SDH/SONET技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要高速路由器和PPP協(xié)議，采用的仍然是傳統(tǒng)路由器的逐包轉(zhuǎn)發(fā)方式。G比特和T比特核心交換路由器技術(shù)的突破發(fā)展成為這種傳輸方式的關(guān)鍵。這種方式的基本思路是將路由計(jì)算與包的轉(zhuǎn)發(fā)分開(kāi)，采用緩沖技術(shù)、硬件芯片快速處理技術(shù)，以ATM信元交換矩陣作為路由器內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)的交換技術(shù)，將路由器的逐包轉(zhuǎn)發(fā)速度控制到與第二層交換的速度相當(dāng)。

IP over SDH/SONET的特點(diǎn)是：首先，IP數(shù)據(jù)包通過(guò)PPP協(xié)議直接映射到SDH/SONET幀結(jié)構(gòu)上，省去中間的ATM層，簡(jiǎn)化了IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，提高了傳輸效率；其次，將IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立在SDH/SONET傳輸平臺(tái)上，可以很容易地跨越地區(qū)和國(guó)界，兼容各種不同的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。還可以充分利用SDH/SONET技術(shù)的各種優(yōu)點(diǎn)，如雙纖雙向自愈環(huán)，自動(dòng)保護(hù)倒換APS，可保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性；最后它有利于實(shí)現(xiàn)IP路由器多點(diǎn)廣播技術(shù)，適用于IP網(wǎng)。加上目前在IPQoS研究方向上的進(jìn)展，通過(guò)RSVP資源預(yù)留協(xié)議，一系列擁塞控制機(jī)制和排隊(duì)策略已經(jīng)能夠較好地滿(mǎn)足業(yè)務(wù)質(zhì)量，IP over SDH成為當(dāng)前應(yīng)用前景最廣的傳輸方式。

但同時(shí)，IP over SDH/SONET尚不能像IP over ATM技術(shù)那樣適于集數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖像等的多業(yè)務(wù)平臺(tái)。對(duì)大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，需處理龐大復(fù)雜的路由表，而且路由表查找困難，不如IP over ATM那樣靈活。

IP over Optical

隨著IP路由器業(yè)務(wù)成為通信的主流，人們開(kāi)始以IP路由器業(yè)務(wù)為主對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，這就是所謂IP優(yōu)化光網(wǎng)絡(luò)。Cisco的動(dòng)態(tài)IP光纖傳輸技術(shù)(DPT)，即Dynamic Packet Transport是IP光纖技術(shù)的一種典范。光纖通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，密集波分復(fù)用技術(shù)(DWDM)提供了另一種途徑：不必采用SDH時(shí)分復(fù)用，而是將原復(fù)用的多個(gè)信道改為波分復(fù)用，然后用G比特或T比特線速交換式路由器進(jìn)行路由交換。這種系統(tǒng)在一個(gè)波長(zhǎng)通道內(nèi)是包統(tǒng)計(jì)復(fù)用，在光纖內(nèi)是波分復(fù)用，在波長(zhǎng)通道內(nèi)和通道之間的包交換、選路轉(zhuǎn)發(fā)則完全依靠交換式路由器來(lái)實(shí)現(xiàn)。將DWDM寬帶傳輸能力與千兆位交換式路由器的交換、選路能力結(jié)合起來(lái)，并且解決數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與光網(wǎng)絡(luò)之間的互操作性及兼容性后，就形成了IP優(yōu)化光網(wǎng)絡(luò)。

IP over DWDM組網(wǎng)技術(shù)是在IP over SONET/SDH基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其優(yōu)勢(shì)是減少網(wǎng)絡(luò)各層之間的中間冗余部分，減少SDH/SONET、ATM、IP路由器等各層之間的功能重疊，減少設(shè)備操作、維護(hù)和管理費(fèi)用。這樣能夠充分利用光纖的寬帶資源，極大的提高了帶寬和相對(duì)傳輸速率，不僅與現(xiàn)有的通訊網(wǎng)絡(luò)兼容，還可以支持未來(lái)的寬帶業(yè)務(wù)忘記網(wǎng)絡(luò)升級(jí)，并具有可推廣性、高度生存性等特點(diǎn)。從光通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)看，密集波分復(fù)用(DWDM)是人們眼中最理想的技術(shù)。但目前WDM/DWDM本身的組網(wǎng)技術(shù)不太成熟，光信號(hào)的損耗與監(jiān)視、光通路的保護(hù)切換問(wèn)題以及網(wǎng)絡(luò)的管理配置問(wèn)題還有待進(jìn)一步解決和完善，當(dāng)前DWDM的設(shè)計(jì)是用于長(zhǎng)途傳輸?shù)模瑑H提供終端復(fù)用功能，上下復(fù)用還不能動(dòng)態(tài)進(jìn)行。同時(shí)對(duì)于數(shù)據(jù)層與光傳輸層相結(jié)合的光互連網(wǎng)絡(luò)還有體系結(jié)構(gòu)、層間適配、物理接口、層件管理等問(wèn)題要解決。可以預(yù)計(jì)，IP優(yōu)化光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(IP/光纖、IP/DWDM/光纖)將是未來(lái)寬帶IP網(wǎng)傳輸?shù)淖顑?yōu)方案。

千兆以太網(wǎng)

千兆以太網(wǎng)使用與傳統(tǒng)以太網(wǎng)相同的幀格式和幀長(zhǎng)。由于以太網(wǎng)技術(shù)非常成熟且很簡(jiǎn)單，為技術(shù)人員所熟悉，且十兆和百兆以太網(wǎng)已成工作站的標(biāo)準(zhǔn)，所以千兆以太網(wǎng)與傳統(tǒng)以太網(wǎng)的良好兼容性使之大受歡迎。

為達(dá)到滿(mǎn)1Gbps的數(shù)據(jù)速率，其光線路速率實(shí)際是1.25Gbps，實(shí)際效率為80%，它仍采用CSMA/CD技術(shù)，其共享環(huán)境下總吞吐量不會(huì)超過(guò)500Mb/s。在半雙工下，若流量都是64字節(jié)幀，則千兆以太網(wǎng)的有效帶寬降為120Mbps(9.6%)。千兆以太網(wǎng)如果不提供路由功能，極可能引起廣播風(fēng)暴問(wèn)題。千兆以太網(wǎng)可以利用IEEE 802.1d生成樹(shù)算法管理冗余中繼線，以免產(chǎn)生閉合環(huán)路(循環(huán))。而生成樹(shù)算法只適于小型網(wǎng)絡(luò)，另外它需很長(zhǎng)時(shí)間(有時(shí)達(dá)30s)才能將信息流切換到冗余中繼線。與ATM不同，千兆以太網(wǎng)從設(shè)計(jì)開(kāi)始就只支持?jǐn)?shù)據(jù)，而不能有效支持語(yǔ)音和視頻等多業(yè)務(wù)，也缺乏網(wǎng)絡(luò)管理和計(jì)費(fèi)能力。它適合于企業(yè)網(wǎng)、校園網(wǎng)的數(shù)據(jù)應(yīng)用，但不適合公用網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)商。

新型的IP路由器傳輸層技術(shù)及其優(yōu)化

傳輸層的優(yōu)化策略需要重點(diǎn)解決網(wǎng)絡(luò)帶寬瓶頸和路由保護(hù)問(wèn)題。根據(jù)IP路由器業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)模，整合現(xiàn)有的傳輸資源，IP路由器網(wǎng)絡(luò)的核心交換層可以采用新型的傳輸技術(shù)。從傳輸網(wǎng)絡(luò)來(lái)看，下一代網(wǎng)絡(luò)的重要發(fā)展方向有：以ASON(自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò))和GFP(通用幀協(xié)議)為基礎(chǔ)的智能光網(wǎng)絡(luò)、萬(wàn)兆以太網(wǎng)。

自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)

在光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程中，從SONET發(fā)展到DWDM，網(wǎng)絡(luò)的傳輸連接目前都是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)配置方式的缺點(diǎn)是速度慢、靈活性差，使得目前豐富的DWDM波長(zhǎng)資源難以發(fā)揮效能，ASON技術(shù)的出現(xiàn)解決了這些問(wèn)題。

ASON技術(shù)是下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重要部分，代表了光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向，它主要通過(guò)光交叉連接(OXC)和光分插復(fù)用(OADM)等節(jié)點(diǎn)設(shè)備完成光路徑的自動(dòng)分配，智能光網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)包括控制面技術(shù)(ASON的核心技術(shù))、信令技術(shù)———通用多協(xié)議標(biāo)記交換(GMPLS)、標(biāo)準(zhǔn)化的光接口———光用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)接口(O-UNI)和智能光網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)技術(shù)。智能光網(wǎng)絡(luò)吸收了ATM/IP路由器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，首次將動(dòng)態(tài)路由和信令的概念引入了傳輸網(wǎng)絡(luò)，能與ATM/IP等業(yè)務(wù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，在全程全網(wǎng)上滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)的帶寬需求，能提供質(zhì)量品質(zhì)保證。智能光網(wǎng)絡(luò)通過(guò)智能控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)帶寬的動(dòng)態(tài)分配、端到端的保護(hù)和恢復(fù)以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)元和光層網(wǎng)元之間的協(xié)同工作。ASON技術(shù)在下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中發(fā)展最快，目前已經(jīng)在國(guó)外建成了商用網(wǎng)絡(luò)。ASON技術(shù)在中國(guó)也將得到應(yīng)用，北京通信公司已經(jīng)決定為2008年的北京奧運(yùn)會(huì)建立一個(gè)基于ASON技術(shù)的傳輸系統(tǒng)。中國(guó)電信也在著手進(jìn)行智能光網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。

萬(wàn)兆以太網(wǎng)技術(shù)

萬(wàn)兆以太網(wǎng)是以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)入城域骨干網(wǎng)的惟一出路，是實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)融合的關(guān)鍵技術(shù)。萬(wàn)兆以太網(wǎng)在設(shè)計(jì)之初就考慮城域骨干網(wǎng)需求。首先帶寬10G足夠滿(mǎn)足現(xiàn)階段以及未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)城域骨干網(wǎng)帶寬需求。其次萬(wàn)兆以太網(wǎng)最長(zhǎng)傳輸距離可達(dá)40公里，且可以配合10G傳輸通道使用，足夠滿(mǎn)足大多數(shù)城市城域網(wǎng)覆蓋。采用萬(wàn)兆以太網(wǎng)作為城域網(wǎng)骨干可以省略骨干網(wǎng)設(shè)備的POS或者ATM鏈路。首先可以節(jié)約成本，以太網(wǎng)端口價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于相應(yīng)的POS端口或者ATM端口；其次可以使端到端采用以太網(wǎng)幀成為可能，一方面可以端到端使用鏈路層的VLAN信息以及優(yōu)先級(jí)信息，另一方面可以省略在數(shù)據(jù)設(shè)備上的多次鏈路層封裝解封裝以及可能存在的數(shù)據(jù)包分片，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。在城域網(wǎng)骨干層采用萬(wàn)兆以太網(wǎng)鏈路可以提高網(wǎng)絡(luò)性?xún)r(jià)比并簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)。

目前國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商的IP傳輸主要由省際骨干網(wǎng)和本地接入網(wǎng)兩部分組成。省際骨干網(wǎng)主要通過(guò)大容量的傳輸設(shè)備建立連接，并通過(guò)IP路由器技術(shù)和以太網(wǎng)交換技術(shù)互聯(lián)，而本地接入網(wǎng)則主要采用以太網(wǎng)技術(shù)和xDSL技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。IP路由器網(wǎng)絡(luò)形成了多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并存的格局，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大、設(shè)備種類(lèi)繁多、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。IP路由器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)和管理等方面仍然面臨很大的挑戰(zhàn)，IP路由器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的任務(wù)顯得日益緊迫而又難以解決。