[转帖]POS技术浅析

一声叹息

北京交通大学现代通信研究所  王海梅   王慧玲   张小津
    摘要
    为了适应IP业务快速增长的需求，传送IP的几种解决方案已经被相继提出，其中，POS（IPoverSDH）作为Internet主干网解决方案之一，将SDH与IP直接结合，有效利用了现有的网络结构，简洁高效、易于升级，获得了广泛应用。本文简要介绍了POS的技术基础，应用协议以及未来的发展趋势等。
    关键词：
    SDH IP POS
    一概述
    通常我们将IPoverSDH又称为Packetover SDH，简称为POS。POS通过SDH提供的高速传输通道直接传送IP数据业务。它使用链路及点到点协议(Point to Point Protocol，PPP)对数据包进行封装，根据RFC 1662规范把IP分组简单地插入到PPP帧中的信息段。然后再由SDH通道层的业务适配器把封装后的IP数据包映射到SDH同步净荷中，然后经过SDH传输层和段层，加上相应的通道开销和段开销，把净荷装入一个SDH帧中，最后到达光网络，在光纤中传输，它保留了IP面向无连接的特征。
    1SDH传输体制
    SDH/SONET技术是基于话音传输的体制，但是，近几年来，因特网发展十分迅速，各种基于IP的业务每年以50％～300％的速率增长，目前国际上IP骨干网要求每6～9个月翻番，是摩尔定律的2～3倍。在下一代网络中，以IP为代表的数据业务将超过话音业务成为主要业务，这就要求SDH/SONET技术要不断向前发展。尽管SDH/SONET技术并不会被完全取消，它在光电领域之中有强大的需求，在自我恢复能力、故障管理、广泛记帐支持和同步方面一直享有美誉，但是，为了适应将来网络得发展，除了继续完善其支持话音业务的功能之外，同时也正在向支持数据业务方向发展。目前已有支持数据业务的产品问世，并且今后在功能方面会更加全面。当前许多新型的SDH传输设备大都提供了GE（GigabitEthernet）接口。
    下一代SDH/SONET技术的基本原理就是规定高速率SDH/SONET中的若干STS－1信号用于分组信号的统计复接，其余的STS－1信号则用于传统的电路交换信号，这样SDH/SONET设备就能同时支持电路交换信号和分组信号。基于新技术的系统能将多种网络单元综合进入到一个操作平台，极大的简化了SDH/SONET传送网，并增加了SDH/SONET网络的功能，可以动态地增加SDH/SONET传送地有效性和功能，不仅能支持传统地话音业务，同时也能支持数据和视频业务，而且在系统的安装、维护和成本上均有巨大的优势。SDH的级联功能增强了支持ATM/IP的能力，这使得它正在融合路由交换功能，支持以太网透明传输。
    SDH数字体系中,最基本的模块信号是STM-1信号,再将其同步复用、字节间插后得到更高级的STM-N信号。目前，SDH只支持一定的N值(如1,4,16,64等),主要标准速率值如下:
    STM-1(OC-3)为155.520Mbit/s;
    STM-4(OC-12)为622.080Mbit/s;
    STM-16(OC-48)为2 488.320Mbit/s;
    STM-64(OC-192)为9 953.280Mbit/s。
    SDH信号是一种以字节结构为基础的矩形块状帧结构,由9行和270×N列8 bit字节组成.整个帧结构主要分为三个部分:段开销、管理单元指针和信息净负荷。其中，在净区可以封装各种信息(如PPP帧、ATM信元等)或其混合体,而不管其具体信息结构是什么样的,所以说信息净具有透明性。因此，在SDH调整传输网上可以直接实现IP over SDH技术,也可以间接承载ATM业务。
    2IPover SDH技术
    参考OSI7层网络模型，SDH/SONET协议是物理层协议(layerl),主要负责在物理层介质上传送字节数据。IP协议是无连接的协议,属于网络层协议(layer3)。数据链路层（layer2)负责SDH/SONET协议与IP协议之间的接口,IETF定义PPP协议来执行此项功能,相应有PPPoverSONET/SDH草案,实现IP over SONET/SDH技术。IP over SONET/SDH技术通过PPP针数据包映射进SONET/SDH帧结构净负荷区。
    PPP协议定义了点到点链路上传输多协议数据包的标准方法,是正式的Internet标准。PPP协议在OSI7层位于网络层之下,为了与网络层平滑地连接,PPP协议在规定了基本接口后还要为不同的网络层协议提供相应的封装控制协议(NCP)。再者,在PPP层下面承载业务的传输媒质也各不相同,如ISDN、FR、SDH/SONET等,这就需要PPP协议为它们提供相应的链路控制协议(LCP)。
    PPP协议包括三个基本组成部分:
    (1)在单个串行链路上使用多个协议的封装方法。
    (2)链路(LCP)，用来建立、配置和测试数据链路连接。PPP连接的两端使用LCP来协调连接选项。
    (3)一组让PPP连接不同网络层协议的网络控制协议(NCP)。
    IETF制定的RFC1619PPPover SONET/SDH,定义了PPP与SONET/SDH的接口,描述了PPP在SONET/SDH网络中的具体应用。当SONET/SDH被配置为点到点的链路时,PPP协议可以很好地支持这种链路。PPP协议将SONET/SDH传输通路视为面向字节的同步链路,提供链路层的数据报封装机制。PPP协议给物理层提供一个字节型接口,PPP帧作为字节流映射进SONET/SDH净负荷中。由于PPP封装具有相对低的开销,所以相对其它的SONET/SDH净负荷映射方法而言,它能提供更大的吞吐量,并且充分利用现有设备,大大降低线路终端设备的费用。
    3IPover SDH为网络的发展开通道路
    在数据业务占重要地位的网络中，,人们对带宽的需求与日剧增。伴随着这种需求的猛增，也带来对提高带宽利用率、简化网络体系结构和降低网络扩建费用的要求。在市场需求的推动下，一些数据运营公司在网络厂家技术的支持下，开发IP在SONET/SDH上的传送业务。目前不少网络设备公司已推出基于IPoverSDH技术的交换路由器产品，如Cisco千兆位交换路由器GSR12000、Ascend千兆位路由转发器GRF、Lucent于1998年推出的Packetstar千兆位路由器等。这些设备在交换功能方面引入了ATM技术，与传统路由器相比，在技术方向有了重大突破，表现在吞吐量大(达60Gb/s)和传送时延小(14~40 s)，为IP over SDH的实现奠定了基础。但是，千兆比特高速路由器在实现第2层交换与第3层选路的综合的同时，也带来了设备的复杂性。此外，这种突破性技术尚不能广泛应用于普通路由器。因而除非网络上的全部路由器都能采用千兆比特速路由器技术，否则仍难以从整体上提高Internet的水平。所以，IP over SDH主要用于在干线上疏导高速率数据流。
    IP over SDH技术的实现需要高速路由器和PPP协议，采用的仍然是传统路由器的逐包转发方式。其基本思路是将路由计算与包的转发分开，采用缓冲技术、硬件芯片快速处理技术、以ATM信元交换矩阵作为路由器内部体系构架的交换路由技术，将路由器包的逐包转发速度控制到与第二层交换的速度相当。它无须利用广域网上的ATM交换机来建立虚电路VC。为保证路由与SDH设备之间的互操作性，路由器卡应支持下述SDH开销字节功能：
    (1)用于自动保护倒换(APS)的K1、K2字节，允许路由器与路由器之间、路由器与ADM之间进行倒换；
    (2)通过踪迹字节(J1)可由路由器卡来插入和监视；差错监视字节(B1、B2和B3)、复用段远端差错指示字节(M1)和通道状态字节(G1)可由路由器来插入和监视；
    (3)路由器应对SDH的段、线路和通道进行告警和性能监视；
    (4)路由器卡从SDH系统定时提取。
    IPoverSDH中以链路方式来支持Internet，不能参与Internet的寻址。它的作用是将路由器以点到点的方式连接起来，提高点到点之间的传输速率。它并没有从总体上提高Internet的性能，这种Internet本质上仍是一个路由器网。Internet整体性能的提高将取决于路由器技术是否有突破性进展，因而这种技术的核心是千兆比线速路由交换机(千兆比特高速路由器)。
    二IPover SDH的优缺点
    IP over SDH的优点是：对IP路由的支持能力强，具有很高的IP传输效率；符合Internet业务的特点，如有利于实施多播方式；能利用SDH技术本身的环路和网络自愈合能力达到链路纠错的目的；利用OSPF协议防止链路故障造成网络停顿，提高网络的稳定性；将IP网络技术建立在SDH传输平台上，可以很容易地跨越地区和国界，兼容不同技术标准实施全球联网；省略了ATM层，简化了网络结构，降低了运行成本。
    IP over SDH的缺点是：IP over SDH尚不支持虚拟专用网VPN和电路仿真；在所有包交换技术中，ATM的QoS是最好的，它可以做到电路仿真，而IP over SDH技术只能进行业务分级，不能提供较好的QoS；对大规模的网络必须处理庞大、复杂的路由表，而且查找困难，路由信息占用比较大的带宽。
    三POS技术的发展趋势
    （a）结构简单
    目前，在POS技术中，帧结构比较复杂。SDH帧结构中有大量的断开销和通道开销，对于IP网络来讲，这些开销是多余的，未来的SDH帧结构将会简化。即使最终独立的SDH层也可能会小时，但其基本功能将会融合到WDM层中去。
    （b）功能增强
    POS在网络链路带宽紧张时，位于长包之后的短包，时延变化会较大，而大的时延变化，使得POS更难支持对时延敏感的应用。也许下一步POS会利用新的技术，如采用“slim”SDH格式来解决这些问题，另外IP结构信号在SDH中传输常规的方法是IP/PPP/HDLC/SDH，由于SDH原有支路接口为E1或E4，一个IP包需要分到多个E1（或E4）链路，即需同时建立多条PPP链路，这会增加配置的复杂性，在多个E1中难于负载平衡也不利于保证多个E1有相同传送时延。因此需要在SDH设备中增加支持VC级联功能，用级联的多个VC承载单个PPP链路。为了更有效地传IP信号，在SDH设备中增加以太网接口也是增强功能地一种发展趋势。
    （c）产品性能更高
    随着因特网地就绪膨胀，网上地路由表也在膨胀。尽管采用BGP－4和CIDR等技术使路由收敛和路由聚合，间或扫了路由表项，但仍有几十万地规模。同时，当前地Gbit路由器所采用的体系结构不能支持未来网络的性能要求。如果使用的接口速度超过路由器本身的容量，马么路由器将无法将原始带宽全部有效的转换为可用带宽。路由器需要Tbit的交换速度才能经济有效的伸展到更高的接口速度。同时未来网络也需要具有高性能、高密度和可伸缩性的Tbit交换路由器。
    （d）应用逐步靠近边缘
    随着核心网被基于WDM的光网络所替代，在核心网中将惯犯地采用POW技术，POS技术将更多地在接入网和城域网中应用。其原因在于接入网的速率较低，故采用POW技术不经济，而使用信号速率较低的POS技术则可以利用进行较小的包交换和分配，以满足用户的要求。
    四结束语
    SDH传输技术，广泛应用于传输领域，而IPoverSDH能使IP数据包通过PPP协议直接映射到SDH帧结构上，省去中间的ATM层，简化了IP网络体系结构，提高了数据传输效率，将IP网络技术建立在SDH传输平台上，可以很容易地跨越地区和国界，兼容各种不同的技术和标准，易于实现网络互联。
    IP over SDH技术是目前建设和改造Internet骨干网的首选方案。目前，国内外广泛建设的SDH环境为IP over SDH的实施创造了良好的条件。随着千兆高速路由器的进一步成熟和IP业务的进一步增大，IP over SDH的应用会越来越广泛。但应注意到在一段时期内，IP over ATM、IP over SDH将会共存互补，各有其最佳应用场合和领域，但最终会过渡到IP over DWDM。

starlite

下面引用由一声叹息在 2003/12/24 01:35pm 发表的内容：
北京交通大学现代通信研究所  王海梅   王慧玲   张小津
    摘要
    为了适应IP业务快速增长的需求，传送IP的几种解决方案已经被相继提出，其中，POS（IPoverSDH）作为Internet主干网解决方案之一，将SDH与IP　...