網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)原理是什么?

核心網(wǎng)絡(luò)是其他網(wǎng)絡(luò)匯入的中心網(wǎng)絡(luò)。它的帶寬必須能支持所有匯入。傳統(tǒng)上,核心網(wǎng)絡(luò)是面向電路的電話系統(tǒng)。最近,另一類光網(wǎng)絡(luò)繞過(guò)傳統(tǒng)核心,并實(shí)現(xiàn)面向數(shù)據(jù)分組的技術(shù)。圖N-6提供了從早期的電話系統(tǒng)開(kāi)始的核心網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的時(shí)間表。

在開(kāi)始時(shí),基于銅纜的模擬電話系統(tǒng)連接本地社區(qū)的人們。電話連接到中心交換局,在那里,接線員以及以后的電子交換設(shè)備將電話線連接起來(lái)以在呼叫者之間創(chuàng)建端到端電路。多個(gè)會(huì)話在交換局之間的單一電話線上和在使用頻分復(fù)用的長(zhǎng)距離電話線上傳遞,這種方式保持了呼叫的模擬性質(zhì)。此模擬系統(tǒng)一直存在,直到20世紀(jì)60年代數(shù)字技術(shù)開(kāi)始出現(xiàn)。

第一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)由AT&T于1962年安裝。它是一個(gè)T1中繼線路,可以在兩對(duì)銅電話線上承載24個(gè)話音呼叫。呼叫使用PCM(脈沖編碼調(diào)制)編碼,在線路上使用TDM(時(shí)分復(fù)用)進(jìn)行多路復(fù)用。請(qǐng)注意“T”(與衛(wèi)星傳輸相對(duì)),“1”是l.544Mbit/s信號(hào)速率的縮寫形式。數(shù)字系統(tǒng)在許多方面優(yōu)于模擬系統(tǒng),包括在同一條線路上長(zhǎng)距離高質(zhì)量傳輸更多呼叫的能力。數(shù)字交換設(shè)備開(kāi)始出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代。

T1線路是北美數(shù)字體系的一部分。NADH最初由AT&T創(chuàng)建,現(xiàn)在在北美和日本使用。在歐洲,一個(gè)類似的體系在一個(gè)2Mbit/s的電路上多路復(fù)用30個(gè)話音呼叫。以NADH術(shù)語(yǔ)表達(dá),一個(gè)T1通道是一個(gè)DS-1,它由24個(gè)DS-0(64kbit/s)通路組成。其中，用戶可以根據(jù)自己的需要選擇租用線路的數(shù)目，它產(chǎn)生1．536Mbps的帶寬。另外需要64Kbps用作開(kāi)銷，總共是1．544Mbps。一個(gè)T3通道,叫做DS-3,由28個(gè)T1通道或672個(gè)DS-0通路組成。可以提供44．736Mbps的總帶寬。這種服務(wù)最早是用于微波站點(diǎn)間進(jìn)行傳輸?shù)摹?

重要的一點(diǎn)是各個(gè)話音呼叫被多路復(fù)用到在交換局之間傳輸?shù)倪\(yùn)載24個(gè)呼叫的線路(T1)上,并且T1多路復(fù)用到T3上用于長(zhǎng)距離傳輸。T1電路是一種可調(diào)節(jié)的電話線路，這意味著為減少噪音，在用戶和電信局的線路中，每隔很近的間隔就需要安裝一個(gè)信號(hào)再生器。T1連接在用戶的地點(diǎn)是由雙絞線開(kāi)始的。這些雙絞線連接到由電訊公司建立的調(diào)節(jié)線路上。

圖N-6 傳輸方式演變時(shí)間軸

當(dāng)光纖技術(shù)出現(xiàn)時(shí),有可能將更多的呼叫多路復(fù)用到延伸更長(zhǎng)距離的中繼線上。該數(shù)字體系最終擴(kuò)展成光載波(OC)體系。OC（光載波）是定義在SONET光信號(hào)傳輸?shù)奈锢韰f(xié)議系列(OC-1、OC-2、OC-3等)。OC信號(hào)電平把STS幀以各種速率發(fā)送到多模光纖線路。其基本速率為51.84Mbps(OC-1)；每個(gè)信號(hào)電平的速率就是基本速率的整數(shù)倍(這樣，OC-3的速率為155.52Mbps)。SONET/SDH標(biāo)準(zhǔn)建立在這個(gè)體系上,如下所述。第一批光網(wǎng)絡(luò)是為數(shù)字話音呼叫設(shè)計(jì)的。新的網(wǎng)絡(luò)基于包數(shù)據(jù),包括以數(shù)據(jù)分組傳輸話音。

SONET/SDH光網(wǎng)絡(luò)

SONET是同步光纖網(wǎng)絡(luò)的縮寫，最初是在20世紀(jì)80年代由Bellcore提出的,第一批光網(wǎng)絡(luò)從那之后開(kāi)始出現(xiàn)。現(xiàn)在是一個(gè)ANSI的光纖傳輸系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。SONET定義接口的標(biāo)準(zhǔn)位于OSI七層模型結(jié)構(gòu)的物理層，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義了接口速率的層次，并且允許數(shù)據(jù)以多種不同的速率進(jìn)行多路復(fù)用。ITU改編SONET成SDH,后者變成了建造光通信網(wǎng)絡(luò)的世界標(biāo)準(zhǔn)。SONET現(xiàn)在被認(rèn)為是SDH的子集,但是術(shù)語(yǔ)“SONET/SDH”在北美很通用。由于SONET/SDH,面向銅線的數(shù)字體系延伸入光領(lǐng)域,盡管該體系是基于OC(光載波)的。 SONET/SDH核心將ATM信元映射成SONET或SDH幀格式傳輸?shù)侥康亩耍跀?shù)據(jù)接收時(shí)再提取為ATM信元。因?yàn)樾旁L(zhǎng)度短而且固定，因此在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)交換時(shí)的延遲非常小。

SONET的基本組成塊結(jié)構(gòu)為STS-151.84Mb/s信號(hào)，適合于裝載1路DS-3信號(hào)。SONET體系達(dá)到STS-48，即48路STS-1信號(hào)，能夠傳輸32256路語(yǔ)音信號(hào)，容量為2488 .32Mb/s,其中STS表示電信號(hào)接口，相應(yīng)的光信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)表示為OC-1、OC-2等。

圖N-7描繪了一個(gè)SONET/SDH網(wǎng)絡(luò)。小的接入環(huán)網(wǎng)連接到較大的區(qū)域或主干環(huán)網(wǎng)上,再依次連接到地區(qū)和全國(guó)環(huán)網(wǎng)上。從小環(huán)網(wǎng)到大環(huán)網(wǎng)的轉(zhuǎn)接涉及向更高OC級(jí)別的轉(zhuǎn)換。接入環(huán)網(wǎng)通常運(yùn)行在OC-3(l55Mbit/s)上。這些環(huán)網(wǎng)匯入OC-12(622Mbit/s)或OC-48( 2.4Gbit/s )區(qū)域環(huán)路,再轉(zhuǎn)而匯入運(yùn)行在OC-96 (4.9Gbit/s)或OC-192(lOGbit/s)的主干環(huán)網(wǎng)。如圖N-7所示,環(huán)網(wǎng)通過(guò)ADM(分插復(fù)用器)和DCS(數(shù)字交叉連接)互聯(lián)。另外,PoP設(shè)備通過(guò)分插復(fù)用器和接入環(huán)網(wǎng)互聯(lián)。光電和電光轉(zhuǎn)換在連接點(diǎn)處發(fā)生。在PoP內(nèi)的數(shù)平交叉連接為話音和數(shù)據(jù)通信提供連接點(diǎn)。

圖N-7 SONFF光網(wǎng)絡(luò)環(huán)和載波PoP(存在點(diǎn))組件

ADM利用時(shí)隙交換實(shí)現(xiàn)寬帶管理，即允許兩個(gè)STM-N信號(hào)之間的不同VC實(shí)現(xiàn)互連，并且具有無(wú)需分接和終結(jié)整體信號(hào)，即可將各種G.703規(guī)定的接口信號(hào)(PDH)或STM-N信號(hào)(SDH)接入STM-M(M>N)內(nèi)作任何支路。它并不終接和多路分解在某光纜上的整個(gè)范圍的信號(hào),而是分/插次速率信號(hào)。如果一個(gè)信號(hào)需要被交換到其他環(huán)網(wǎng),它從一個(gè)環(huán)網(wǎng)上分離下來(lái)并插入到另一個(gè)環(huán)網(wǎng)上。對(duì)于SONET,這意味著執(zhí)行“光一電一光”轉(zhuǎn)換。

SONET上的ATMIP和IP

SONET是以恒定比特率話音來(lái)設(shè)計(jì)的。相反,面向信元(ATM)和面向數(shù)據(jù)分組(IP)的通信是突發(fā)性質(zhì)的,而非恒定的。ATM由通信行業(yè)定義,因此它能使用SONET很好地工作。ATM工作在SONET層上,并提供以信元封裝數(shù)據(jù)并通過(guò)永久或交換虛電路跨SONET網(wǎng)絡(luò)傳遞數(shù)據(jù)的機(jī)制。作為比喻,SONET可以比做高速公路系統(tǒng),而ATM可以比做車輛(ATM信元)和車輛所行駛的路線(ATM虛電路)。

SONET上的ATM被大多數(shù)電信公司采用。它在20世紀(jì)90年代中期實(shí)現(xiàn),因?yàn)樗菫閿?shù)不多的幾種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的一種,能夠傳送日益增長(zhǎng)的話音并達(dá)到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)所要求的性能等級(jí)。RFC1483(Multiprotocol Encapsulation over ATM Adaptation Layer 5, July 1993)定義如何在ATM網(wǎng)絡(luò)上傳遞IP數(shù)據(jù)分組。這個(gè)技術(shù)并不理想。IP數(shù)據(jù)分組必須被分割以裝入ATM信元。信元攜帶所謂的信元稅(幾乎一個(gè)信元的10%分配給了頭信息),其“偷走了”用于運(yùn)送數(shù)據(jù)的帶寬。另外,在數(shù)據(jù)分組行進(jìn)的所有點(diǎn)之間必須建立虛電路。

在20世紀(jì)90年代初期,許多大的ISP使用T1和T3中繼線互聯(lián)他們的各個(gè)PoP(在地區(qū)或全國(guó)范圍),但是由于因特網(wǎng)通信的增長(zhǎng),這些中繼線是不夠的。ATM提供了接口運(yùn)行在OC-3(l55Mbit/s)及更高速率上的解決方案。圖N-8舉例說(shuō)明了一個(gè)有5個(gè)PoP的ISP.每一個(gè)PoP有一個(gè)核心ATM交換機(jī),其周圍是一組IP路由器。PoP通過(guò)廣域SONET網(wǎng)互聯(lián)。PoP內(nèi)的ATM交換機(jī)提供了一個(gè)第2層交換結(jié)構(gòu),在它的上面,任何的第3層路由器可以獲得到任何其他路由器的連接。這個(gè)ATM上的IP網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常以靜態(tài)定義的虛擬電路來(lái)配置,隨著網(wǎng)絡(luò)的增長(zhǎng)變得更加難以配置和管理。

圖N-8 在ATM主干網(wǎng)絡(luò)上的IP

ATM被選作ISP網(wǎng)絡(luò)核心的初始原因是速度、虛電路容量、可預(yù)測(cè)性能和必要時(shí)管理通信的能力。今天,Pluris. Juniper和其他供應(yīng)商制造的吉比特和太比特路由器用先進(jìn)的路由技術(shù)提供了許多這些相同的功能。不再需要ATM層。一個(gè)單一的T比特路由器支持單一系統(tǒng)內(nèi)的成千上萬(wàn)的互聯(lián),路由器到路由器的互聯(lián)通過(guò)光交換結(jié)構(gòu)來(lái)完成。Juniper一直通過(guò)支持MPLS (多協(xié)議標(biāo)記交換)在積極追求基于路由器的通信工程解決方案。

PoS(SONET上的數(shù)據(jù)分組)是一個(gè)消除ATM層并直接在SONET鏈路上傳送數(shù)據(jù)分組的技術(shù)。它是一種可伸擴(kuò)協(xié)議，利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議（PPP）實(shí)現(xiàn) IP 數(shù)據(jù)報(bào)到 SONET 幀有效載荷的映射的系列協(xié)議。由于現(xiàn)有SONET 體系結(jié)構(gòu)的支持，PoS中克服了 ATM 中存在的許多不足之處。 通過(guò)少數(shù)高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC）或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，PoS 提供了一種直接在SONET 同步凈荷包（SPE：Synchronous Payload Envelope）內(nèi)傳送數(shù)據(jù)包的機(jī)制。 此技術(shù)在RFC2615(PPP over SONET/SDH, June 1999)中描述。

核心開(kāi)發(fā)的下一個(gè)階段是同時(shí)消除ATM和SONET,直接在DWDM波長(zhǎng)線路上運(yùn)行IP。在此方案中,MPLS用在控制層面上,以建立跨光核心的波長(zhǎng)線路,其方式與建立跨交換網(wǎng)絡(luò)的LSP(標(biāo)記交換路徑)的方式基本相同。