弹性(Resilient)快速以太网环路技术

迄今为止，需要分布式联网或城域网（MAN）环路结构提供的电信业务快速恢复和高可用性的企业一直处于一种进退维谷的境况。 　　

 

毋庸置疑，同步数字分级体系/同步光网络(SDH/SONET)环路可以提供非常强大的保护功能，但是同步设备的成本远远高于基于以太网的联网设备，而且实现保护功能需要大量带宽。尽管它在点到点和网状网络拓扑结构中可以令人满意地发挥作用，但要在网状拓扑结构中部署以太网，它会带来很大的麻烦。具体而言，以太网从本质上讲不提供SDH/SONET式的快速保护机制。 　　

 

另一种替代方案是Resilient Packet Ring (RPR，弹性分组环路)，它结合了SDH/SONET的恢复功能和IP/以太网的低成本优势。但这种方法并未普遍采用。然而，业界人士普遍认为，虽然RPR将成为使用最普遍的IP联网工具之一，但从商业角度来说它不大可能适用于所有网络规模和应用类型。 现在，业界开发出了第三种实现低成本快速联网的方法- 弹性(Resilient)快速以太网环路 (RFER)。这是一种全新的技术可以以以太网的成本为中小型应用提供类似SDH/SONET的恢复功能。

最成功的现代电信传输拓扑结构之一是双光纤环路。这种拓扑结构得到人们青睐的原因很简单。那就是光缆可以提供巨大的容量。环路体系结构允许人们根据具体需要来在最终用户接入点上灵活地合并、传输、插入和分出多种业务，而双环路的使用则可以提高固有的冗余、重选路由功能和可靠性。许多应用都要求这种环路提供的业务恢复功能和可预测功能。 　　

 

实际上，双环路拓扑与其他拓扑相比具有多方面的优势。我们所说的其他拓扑结构包括网状、星形、树形和分支结构。这些结构都不能提供象环路那样强大的保护功能。此外，由于即使互连中等数量的接入点也需要大量的链路，所以它们的成本都很高，而且部署和维护非常困难。网状体系结构尤其不经济，对人们没有多大的吸引力，不大可能被用于构建接入网。 　　

 

目前可用的两种环路技术是电路交换SDH/SONET和分组交换RPR，相比较而言，SDH/SONET的使用要广泛得多。

SDH/SONET可以为服务供应商和最终用户带来多种优势。它可以提供非常高的带宽-目前业界正致力于实现速率为40 Gbps的STM-256/OC-768的商业化，而且它非常易于管理。此外,SDH/SONET协议在有效负载安排方面也非常灵活。最后两种特性非常关键，因为许多应用在特定时刻只要求很少的带宽，因此大多数所生成的业务需要合并和梳整，不管是话音、ATM还是IP。SDH/SONET采用分级体系结构，它可以灵活而高效地将速率较低的业务合并到构成网络核心的大容量管道中。最后，SDH/SONET还是一种成熟而且已被人们所熟悉的技术。 　　

 

或许SDH/SONET的最重要卖点是它所提供的卓越的业务恢复功能和保护功能。用户知道，即使发生光纤断裂的情况，业务也会很快恢复，因为SDH/SONET的恢复机制本身可以在50毫秒内完成业务恢复。

正如我们所预料的，SDH/SONET环路网络也有它自己的缺点。这种网络最初设计用于传输TDM话音业务，因此并不是非常适合用于传输IP LAN业务。 　　

 

这种网络的另一个缺点是，虽然它们能够管理相对较少数量的带宽，但实际上它们的粒度划分不是很细。一般而言，它们只支持STM-1/OC-3及更高的速率，E1/T1 (VC-12/VC-11)是绝对的最低速率。 　　

 

此外，SDH/SONET环路的设置需要很长时间，而且修改和升级由多个环路组成的网络非常复杂。 　　

 

当然，成本是一个非常重要的考虑因素，对企业而言尤其如此。与SDH/SONET相比，以太网技术（从最初的10Mbps以太网到100Mbps快速以太网，再到最近的1,000Mbps千兆以太网）需要的成本要低得多。虽然这两种技术的成本都呈不断下降之势，但它们之间本已很大的成本差距仍在继续拉大。 　　

 

此外还有一些不容小视的带宽利用率问题。SDH/SONET不是一种统计技术，因此，要利用统计复用机制的高效率优势，我们必须在SDH/SONET上运行异步传输模式(ATM)。而这一工作非常烦琐，而且成本很高 　　

 

值得注意的最后一点是，要实现人们期望的50毫秒的业务恢复时间，SDH/SONET需要以50%的带宽冗余为代价，因为一根光纤在开始运行以提供备份前一直处于闲置状态。

在点到点或环状拓扑中高效地利用带宽来传输数据业务方面，以太网要远远胜过SDH/SONET。然而,该协议最初并非设计用于传输实时话音和视频业务，或用于环路应用。 　　

 

相对而言，以太网的内置恢复机制在出现光纤断裂时实现恢复的速度较慢(30秒)，不适合用于路径级保护。这种保护可以确保运营商级的业务恢复。此外，在实施共享环路带宽的全局公平策略方面，以太网也不是非常高效。

业界已开发了一种新方法来在充分利用以太网技术优势的同时提供一流的SDH/SONET环路恢复。Dubbed Resilient分组环路 (RPR)、RPR标准及Cisco建议的Dubbed Dynamic Packet Transfer(DPT)都是旨在提供全面的分组联网解决方案，同时利用SDH/SONET环路优势的计划。RPR非常适合用于传输IP和数据业务，它是一种统计联网解决方案，可以在城域网（MAN）和广域网（WAN）中实现局域网(LAN)的高效性。与ATM over SDH/SONET解决方案相比，RPR/DPT的成本更低。它的另一个设计目的是在不需要50%的带宽开销的情况下实现SDH/SONET环路不到50毫秒的业务恢复功能。 　　

 

始终在环路的两个方向上同时传输业务可以实现超高速RPR/DTP恢复。在出现光纤断裂的情况下，所有业务都会被切换到一个环路上。显而易见，这会带来出现拥塞和业务质量下降的风险。为了解决这一问题，RPR/DPT采用了服务质量(QoS)机制来优先处理高优先级业务。

然而，RPR/DPT也有自己的局限性。优化用于传输LAN和IP业务的不利方面是使它不太适合用于话音和传统的数据业务。虽然最终用户迫切需要以太网和IP的低成本和更灵活的优势，但他们大多数大量投资部署了各种传统系统，如PBX、帧中继和ATM。这些传统系统的叉式替换在大多数情况下既不现实又成本过高 　　

 

虽然RPR/DPT设备可以提供可靠的传输解决方案，但它们本身并不支持接入业务。RPR/DPT从设计和价位方面主要面向高端STM-4及更高级的传输应用。迄今为止，业界只有寥寥几家RPR芯片供应商，而且硬件成本一直居高不下。 　　

 

最后，由于RPR/DTP总是试图优先处理高优先级业务，所以低优先级业务会经历很长的延迟。一般而言，这种业务恢复方法总会带来QoS、时延和恢复方面的问题。

RFER是RAD数据通信公司开发的一种新方法，它可以在光纤甚至铜线环路上结合SDH/SONET和RPR/DTP的最佳特性。RFER设计用于中小型应用，它可以提供不到50毫秒的SDH/SONET恢复性能和更细的粒度。 　　

 

RFER的快速恢复功能使用户（如企业、购物中心和商场、校园、公共事业公司和运输服务公司）可以通过在环路拓扑中使用暗光纤或干铜线（dry copper）来构建高度可靠的网络。 RFER对多个环路的可扩展支持可以进一步提高环路的抗损毁能力。这样便消除了出现单点故障的风险。

RFER基于标准的低成本第2层数据链路交换，增加了一种智能RAD算法。它可以实现非常快速的业务恢复，因为它能够为环路中的每个节点提供完全相同而且一目了然的网络运行状态视图，从而在发现任何异常情况时迅速启动备用路由。

RFER环路节点是作为第2层交换机运行的网络单元。每个RFER节点有两个环路端口，用于传输环路业务(发往该节点的业务和发往其他节点的过路业务)：向环路上发送数据的接入端口和传输分组业务的用户端口。 　　

 

有业务需要传输时，所有RFER节点彼此交换点到点控制信息。每个节点都通过自己的两个环路端口以一定的时间间隔发送链路状态控制消息。即使没有环路消息，端口也会继续发送'keep-alive（保活）'信息。当一个节点从一个端口上接收到控制信息，而且该信息表明它的邻点也在接收控制信息时，便认为链路和环路在正常运行。在有迹象表明物理链路中断，30毫秒内未收到控制信息，或收到的控制信息表明出现故障时，链路便被认为"中断"。然后，业务便在环路上沿相反方向传输。 　　

 

这种方法可以保持第2层交换的高速度和简便性优势，同时增加快速恢复功能，而且可以非常经济高效地在企业网、园区网和公共事业公司网络中实施。

RFER解决方案的另一个重要特性是它本身可以支持菊花链网络。在传统的菊花链网络中，E1或E3电路在整个链路上被共享。由于任何两个站点间的每一条以太网链路上有100 Mbps的可用容量，而且业务是通过交换机层传输，所以只要两个站点间任何一条链路上的业务量不超过100 Mbps，就可以完全灵活地在节点间建立连接。(注：RFER不能在IP云上运行) 此外，任何菊花链都可以就近形成一个环路，从而获得上述的业务恢复优势。 　　

 

RFER解决方案非常经济高效的一个很重要原因是一台低成本设备，即Megaplex接入多路复用器就可以提供接入和业务分离功能。SDH/SONET最低只能支持E1/T1速率，而Megaplex可以支持DS0甚至更低的速率，因此可以处理多种数据和话音业务。相反，SDH/SONET环路则需要独立的设备才能提供此类业务。此外，SDH/SONET环路的管理还会产生一些"看不见"的成本，而RFER则不需要。

使用ML-IP上行链路的Megaplex多路复用器可以支持RAD首创的IP时分复用 (TDMoIP)，这是RAD全面的业务包的基本组成部分。ML-IP是一种3端口10/100BaseT以太网模块，最高可提供4 Mbps的上行链路容量。该模块可用作连接IP网络的主链路，以TDMoIP成帧的形式将来自I/O模块的分组化TDM数据流发往IP网络中。这种集成技术使Megaplex可以提供以太网的简便性和SDH/SONET的灵活性。这种技术允许在IP网络上透明地扩展E1/T1电路-话音、视频和TDM数据。从概念上讲，TDMoIP的根本运行原理是将同步TDM E1/T1比特流分割成数据包，为它们添加IP报头，然后在IP网络上发送。在目的地，始发比特流被重组，删除IP报头，连接各个数据包并重新生成TDM时钟同步。

设在柏林的European Advanced Networking Test Center (EANTC)于2002年7月进行了一系列独立测试，全面测试了在采用Megaplex ML-IP的以太网环路基础设施上同时发送话音和数据业务的情况。EANTC在测试报告中称："Megaplex ML-IP在三项测试中通过了全部测试。环路显示出了卓越的业务恢复和话音连接质量。测试话音质量时，ML-IP表现出了最高的业务传输质量…而且不受环路网络负载的影响。此外，以太网/IP性能评估也证明Megaplex ML-IP适合用于企业城域网。" 　　

 

由于不进行压缩和静音抑制，它提供的话音质量简直可以与PSTN连接相媲美，而且不会有太多的延迟偏差和丢包。Mier Communications Lab在2001年9月刊Business Communications Review上发表的一份测试报告称，实验表明RAD数据通信公司的TDMoIP网关可以提供卓越的话音质量，而且与领先的VoIP网关相比它的延迟更短，价格更低。报告中写道："…RAD TDMoIP使用的高保真PCM编码和极低的延迟可实现非常高的话音质量?quot;此外，测试小组还透露：" … 在我们进行的实时交互式话音质量测试及离线录音样段客观评比中，RAD的产品都获得了最高的分数。实际上，RAD产品的所有得分都是满分--5.0分。这意味着它的质量几乎与PSTN电话连接完全一样。"

RFER光纤环路和TDMoIP的结合可以支持一些有趣的业务选项。Megaplex ML-IP可以自动为TDMoIP业务分配最高的优先级，即使在有越来越多的IP路由器业务进入RFER网络(通过Megaplex的串行接口或LAN模块)时也是如此。多个'闭合'以太网/IP环路实际上可在TDM一级互连，构成分布式网络拓扑，同时提供极高的业务抗损毁性。 TDMoIP和RFER的结合可以形成一条具有与STM-1/OC-3相同的业务恢复功能和容量的TDM环路。增加更多ML-IP模块和光纤LAN接口后，Megaplex平台可以在同一套基础设施上同时传输电路交换和分组交换业务。这种通用基础设施便是以太网LAN/MAN。构建一个可同时支持TDM和以太网的网络还可以大幅度降低设备采购、维护和运营成本。

Megaplex ML-IP多业务接入平台采用了TDMoIP和RFER技术。在构建可以同时支持话音、传统数据和LAN城域网企业业务的高质量弹性(Resilient)快速以太网环路结构时，它是最 理想的选择。

 

以下显示了一般的ML-IP RFER应用：

 

以太网园区应用

 

在这种情况下，低速数据、传统话音和IP业务都与RFER相连。设备可以以菊花链方式连接在ML-IP的后面，入局/出局业务可以发自/发往PSTN和ISP。这是一种非常经济高效的解决方案，因为接入和业务分离功能可在一个Megaplex接入设备中提供。本身采用以太网的TDM环路可以提供非常强大的自愈功能。这种应用适用于任何园区网、公共事业公司、运输公司和自己有暗光纤基础设施的任何实体。

通过多种接口，您可以以菊花链方式将任何数量的Megaplex多路复用器连接在一起。只要有效带宽不超过100Mbps的容量，任何节点都可以彼此相连。配备有ML-IP TDMoIP模块的 Megaplex可以通过以太网传输传统业务。

在这个应用中，园区RFER话音业务被多路复用为n条E1并发送到传统SDH/SONET环路上，然后依次发往主PBX和PSTN。这种方法可将恢复功能或环路体系结构扩展到点到多点拓扑结构中，同时减少接入PSTN所需的独立连接数量。

在这个应用中，来自传感器和告警设备的低速数据在RFER基础设施上与视频监督业务、 LAN和话音业务混合在一起。平台可在环路的任何位置上支持插拔。Megaplex ML-IP 环路解决方案可以提供业务恢复和链路连接功能。