骨干网络技术比较及MPLS关键技术.docx

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骨干网络技术比较及MPLS关键技术

骨干网络技术比较选择与MPLS关键技术

1、不同骨干网络技术介绍与比较2

1.1、千兆以太网组网技术3

1.2、千兆以太网方案的特点4

1.3、PacketoverSONET/SDH6

1.4、IPoverOptical8

1.5、动态包传输DPT技术9

1.5.1、双向环路9

1.5.2、空间再利用协议SRP（SpatialReuseProtocol）10

1.5.3、传输的灵活性和演进11

1.5.4、环路带宽倍增11

1.5.5、健壮的灾难恢复能力12

1.5.6、透明的IP服务扩展13

1.5.7、动态包传输技术（DPT）的特点13

2、技术的选择14

3、运营商网络的关键技术――MPLS15

3.1、MPLS简介16

3.2、MPLS的工作原理17

3.3、MPLS的应用23

3.4、设计中对MPLS的考虑26

构建运营商级的宽带网络，最为重要的是选择其网络技术，因为不同的网络技术决定了网络的其他要素如拓扑结构、网络性能、投资规模、用户接入的方便程度、接入的费用大小等。

不同的技术决定了不同的产品，只有了产品才能确定设备的厂家。

下面就目前的几种不同的IP骨干网络技术进行比较，从而确定最优最适合甘肃广电的技术和产品。

1、不同骨干网络技术介绍与比较

选择合理的网络骨干技术对一个营运网络网络来说非常重要，因为它关系到网络的服务质量和可持续发展的特性。

网络骨干包括骨干网中核心设备之间及核心设备与边缘节点之间的连接。

目前可供选择的骨干网络技术包括以下几种：

●千兆以太网技术

最高传输速率为1Gbps，与以太网、快速以太网技术相兼容。

●异步传输模式（ATM）

采用信元传输和交换技术，减少处理时延，保障服务质量，使端口可以支持从E1到STM-1、STM-4、STM-16、STM-64的传输速率。

●POS技术（PacketOverSONET/SDH/Optical）

采用高速光纤传输，以点对点方式提供从STM-1到STM-64甚至更高的传输速率。

将IP包直接封装在SDH帧，提高了传输效率。

●动态包传输技术DPT（DynamicPacketTransport）

定义了一种全新的IP包传输方法--基于IP优化的光学传输技术。

这种技术提供了带宽使用的高效率、服务类别的丰富性以及网络的高级自愈功能，从而在现有的一些网络解决方案基础上，为网络营运商提供了性能价格比极好和功能极其丰富的更先进的解决方案。

千兆以太网技术、ATM技术、POS技术都各有优点和缺点。

其中千兆以太网技术成熟，与传统的以太网技术兼容性好，采用交换技术时投资低，最大缺点是缺乏足够的可靠性机制，也缺乏足够的可扩展性机制；ATM技术的QoS技术成熟，控制好，最大缺点是协议过于复杂和太多的信元头开销；而POS虽然具有很多优点，是一种相当不错的宽带网络技术，但它的可靠性要靠SDH的APS或三层路由协议来保证；如果在裸光纤上传输，虽然经济简单但欠缺可靠性。

DPT技术不仅吸取了POS技术的精华，而且克服了其缺点，提供了一种最为优秀的宽带网络互连解决方案。

1.1、千兆以太网组网技术

千兆位以太网是10Mbps与100Mbps的Ethernet标准规格（IEEE802.3）的扩充版，千兆位以太网一方面与大量设置的Ethernet节点维持完全的兼容性，同时提供了1Gbps的传输速度。

千兆位以太网维持以太网最初标准中的带有检测冲突的载波侦听多路存取（CSMA/CD）访问方法，并包含全双工以及半双工操作模式，支持多模和单模光纤、短程铜线电缆（同轴）和第5类UTP线缆实现传输。

在多模光纤上为550米（全双工或半双工），在单模光纤上为5公里，在第5类UTP线缆上达100米，在同轴线缆上最远达到25米。

不能在SONET/SDH上传输。

千兆位以太网具有传统的以太网的长处和短处。

可以很好地在现有的以太网环境中运行并且直接与现有的以太网软件和硬件兼容。

同时，因为以太网使用了基于试图使用同样的带宽的数据进行竞争的一个媒体访问方法，没有内置的QoS保证而且在LAN环境中实际上只有40%的带宽是可用的，在WAN网络环境中实际上只有70%的带宽是可用的，在任何形式的以太网中都有延迟。

千兆以太网涉及二、三和四层交换技术。

在建设企业网时，这些企业正面对为交换网络流量而设计的不同技术的迷魂阵。

此间一些产品厂商所创造的术语令人迷惑。

一些诸如直通式路由、交换式路由、第3层交换、多层交换、IP交换和多协议标签交换等已经开发出来，用以描述优化网络交换性能的各种技术。

第2层交换实质上是桥接、第3层交换实质上是路由。

第2层交换，这个概念数年前由Kalpana（现在的CISCO）等公司提出，第2层交换是多端口桥技术的重新包装，其性能和可扩展能力有显箸提高，这些产品传输帧基于第2层以太网、令牌环网、或FDDIMAC（介质访问控制）地址。

有两类通用的第2层交换机：

工作组交换机和网交换机，工作组交换机产生独占网络带宽，为每个端点设备（如工作站或服务器）提供专门的LAN网段，实际上取代了共享介质集线器。

网络交换机被优化设计在多用户共享介质LAN网段间或在LAN主干间桥接流量；一般每个端口必须支持大量的MAC地址。

第3层交换及所有与之相关的术语（如多层交换、IP交换、路由交换机等等）提出来了。

但第3层交换技术实质上是路由，譬如在IP子网间交换流量。

第3层交换试图减轻传统路由器带来的性能瓶颈－在企业网流量分布偏离80/20规则且大多数流量必须跨越子网边界时显得越来越重要。

大多数第3层交换技术可以归结为"路由一次，交换多次"，或者是基于高性能硬件的线速路由器。

当两个设备在不同子网间通信时，“路由一次，交换多次”技术试图使路由次数降至最低，这种技术通过分离路由的两个功能组件－路由计算和帧发送，这减轻了潜在的性能下降，交换机根据与一个数据“流”关连的第一个数据包计算并建立通信路径一次（“路由一次”），然后对此数据流余包交换至同一路径（“交换多次”）。

与此对照，线速路由器在硬件上实现了传统的路由功能，消除了基于软件的路由功能，消除了基于软件的路由器的性能瓶颈，通过建造专门的路由ASICs（专用集成电路），这些产品可以把路由性能提高一个量级－线速路由器以每秒百万包的速率发送流量；而传统基于软件的路由器仅能以每秒数十万包速率发送数据包。

线速路由器提供的吞吐速率足以以全介质速率驱动多条千兆以太网链路。

1.2、千兆以太网方案的特点

千兆以太网交换机的解决方案可以概况为L3+GE，即采用硬件三层交换技术（Layer3）为交换节点，节点间用千兆以太网连接。

千兆以太网技术沿用了传统以太网技术，与以太网、快速以太网等完全兼容，技术成熟，而且L3+GE在小型网络如校园网、大楼网中具有较高的价格优势。

但在大型的服务提供商骨干网络中，要采用高档的路由设备来搭建，千兆以太网中性能和价格上就不太有优势了，但是现在已经有很多厂家正在花大力气通过硬件的方法来解决，可是方法投资不菲，而且现在任无成熟产品。

以下是在采用千兆以太网技术时一些值得考虑的方面：

网络拓扑结构

为了减少端口数需求，降低方案价格，GE解决方案一般也会提出环型的网络拓扑结构。

但这种方式会引起IP包多步转发的问题，增加网络设备不必要的负担和IP包不必要的时延。

从A到E没有直接到路由，必须经过B、C、D的层层路由转发才能到达E，每次转发都必须经过IP包的常规路由过程，即IP层－>MAC层->物理层－>MAC层－>IP层－>MAC层->物理层->MAC层－>IP层的过程，其中IP层的处理最耗费资源和时间。

为此，当网络节点的数目增加时，GE解决方案不可避免的需要几何级的增加端口（最终增加费用和安装‘配置维护的工作量），改变拓扑结构，提供完全网状或部分网状的连接。

DPT技术避免了这一问题，当A将数据包方式给E时，B、C、D仅在MAC层就直接将IP包转发到下一个节点。

路由表收敛和重算

传统路由器在连接断开时，会广播新的路由信息，域中的路由器都需要重新计算和收敛路由表，这需要一些时间。

在复杂的网络中，为了网络更加稳定，避免循环路由等问题，还需要一些阻停机制（HoldDown），更增加网络收敛的时间。

这对许多业务带来很大的影响。

目前，千兆以太网三层交换机没有解决这个问题，同样存在路由表收敛时间太长的问题。

在一个含有上百个节点的典型OSPF网络中，完成收敛需要20－30秒的时间。

三层交换实现方式

实现三层交换的主要目的是基于IP包转发的线速运转，实现三层交换一般采用ASIC芯片进行硬件交换，具体处理IP包转发则有两种方式：

路由缓存和索引查找。

目前，千兆以太网三层交换机都是基于路由缓存的交换方式，以高速缓存来提高路由查找速度。

这种基于路由缓存的包转发机制在小型网络中十分奏效。

但当网络规模变大，尤其是业务复杂化后，路由缓存技术就存在一个命中率达问题了。

据统计，现在因特网上TCP/IP业务的数据流平均寿命是15秒，平均长度是300个包。

这种短时效、常变化的数据流结构给路由缓存的有效性带来极大的困难，在某些时候，反而会降低效率。

因此在大规模、业务复杂的网络中，路由缓存不是一个好的解决方案。

一些大的ISP（MCI）曾经经历这种问题。

网络规模的扩展

上述三个方面其实都会影响网络规模的扩展。

GE技术本身还存在单端口带宽扩展问题，其最高带宽限于1Gbps，多端口绑定会增加复杂和投资。

1.3、PacketoverSONET/SDH

由Cisco公司开发的PacketOverSDH（POS）技术将IP层直接放在SDH层之上，并且在提供服务质量保证的同时，避免了管理SDH之上的ATM及ATM之上的IP所需的间接费用。

PacketoverSONET/SDH能够更好地适应迅速发展的Internet/Intranet通信流量，提供第一个创建基于IP的多服务网络的可靠方法，已被GTEInternetworking、Qwest、Sprint和UUNET等业界领先的服务供应商所采用。

IP交换速度的提高，不仅产生经济性，而且使基于IP的语音和视频的产品得到发展。

PacketoverSONET/SDH技术广泛采用的一个重要原因是其能适应企业、网络需求和应用的实际情况所发生的变化。

改进后的SONET/SDH传输、数字跨接和路由集成等还带来了网络第2、3层的变化。

原来采用的SONET/SDH技术，由于线路专有、分配固定，致使SONET/SDH技术得不到充分利用；而采用POS技术后，使线路共享，技术优势能够得以充分利用。

SONET/SDH平台正在融入数字交叉连接中。

在数据方面，低速下行已成为历史，带宽需求促使主要联网厂商移植到速率为STM-1/4/16的SDH。

Cisco7500和GSR12000的Gbps交换路由器系列还支持自动保护交换（APS）等SDH特性，并能转换和提供各种SDH附加字节功能。

通过合适的光通信系统，替代功能单一的SDH的设备。

POS的优点

POS通过SDH直接承载PPP封装之后的IP数据包（IP/SDH）与SDH间接的承载经过ATM协议的IP数据包（IP/ATM/SDH）相比有许多优点（以下将RFC1483、RFC1577、LANE、MPOA等IP-ATM相结合的模型统称为IP/ATM模型）。

●带宽利用率高

POS最主要的优点就是：

高效的利用带宽资源，这对于广域骨干网是极为重要的。

对于宽带广域网来说，POS能够提供比基于ATM的网络高出25%~30%的带宽。

具体说来：

以IP层的数据包为始到映射入SDH净荷区为止。

POS方案需要把IP包封装入PPP-HDLC帧中，然后将PPP帧直接映射入SDH的净荷区；而基于ATM的方案，需要首先将IP包进行RFC14