Peter Tomsu, 博士, Cisco System公司资深顾问工程师, 从1996年起就一直在Cisco公司供职.
参与了从业务提供商骨干网络到大型企业骨干网络的众多网络设计工作, 在项目的调研.
启动.
研究.
开发, 以及最终产品化的整个过程中都发挥了极其重要的作用.
多年来, 是美国和世界范围的各种国际会议的受邀演讲人.
毕业于维也纳技术大学, 并获得博士学位.
Christian Schmutzer, 硕士, Cisco System公司系统工程师, 从1998年起就供职于Cisco公司.
Internet业务的爆炸性增长给传统的传送网络带来了前所未有的挑战, 使传送网络在业务. 流量模式. 运营方面等都发生了巨大的变化. 现有的传送网正在向多业务网络方向发展, 从而能够以至少1Gbit/s的速率来传送新型的IP业务. 在业务提供方式上, 从面向连接的. 固定配置的方式转向面向无连接的. 动态提供的IP业务. 从近几年的发展和联网技术的发展趋势来看, IP成为适合于运行在所有传输方式之上的唯一协议.
为了传输数据业务, 传统的传输网络采用四层结构的方式, 即IP over ATM over SDH overWDM. 其中IP层用于承载业务, ATM层用于集成多种业务, 并为每种业务提供相应的服务质量保证, SDH层用于细粒度的带宽分配, 并为业务的传输提供可靠的保护机制, WDM层用于提供大容量的传输带宽. 这种四层结构的传输方式虽然可以保证数据业务的传输, 但在使用中存在诸多问题. 当IP业务日益成为网络中的主导业务时, 多层重叠的网络结构就已经不太适合了. 运营网络的目标是尽可能地减少传输开销, 从而使传输的带宽得到最大化的利用. 当然我们也要尽可能降低网络在指配. 运行. 规划和工程方面的复杂性, 这样才能降低运营的成本, 从而更大地获利.
为了能够满足当前对带宽需求呈指数增长的需要, 人们开发出波分复用技术(WDM)来提高光纤的传输容量. 近几年来, 由于技术上的重大突破和市场的驱动, 波分复用系统发展十分迅猛. 目前1. 6 Tbit/s的WDM系统已经开始大量商用. NEC和阿尔卡特公司的WDM分别在100 km距离上实现了总容量为10. 9 Tbit/s(273×40 Gbit/s)和10. 2 Tbit/s(256×40 Gbit/s)的最新世界记录. 预计到2005年左右, 光传输链路的实用化容量有可能实现5-10Tbit/s, 传输链路的容量将不再是大问题. 然而, 普通的点到点波分复用通信系统尽管有巨大的传输容量, 但只提供了原始的传输带宽. 为了将传统的点到点WDM所提供的巨大原始带宽转化为实际组网可以灵活应用的带宽, 需要在传输节点处引入灵活的光节点实现光层联网, 构筑所谓的光传送网(OTN), 即实现从传统WDM走向OTN的转变和升级.
从1998年秋季开始, 面向互联网业务的下一代光网络, 开始由IP over SDH/SONET向IP over WDM网络发展. IP over WDM又被称为光因特网或光互联网, 是指IP直接接入到WDM网络上或直接接入到光纤上, 也就是所谓的"IP+光".
任过去的10年中, 光网络获得迅速发展和广泛应用. 从SDH(同步数字体系)发展到DWDM(密集波分复用), 从DWDM又向全光网络的过渡, 不仅为通信网络提供了巨大的传输带宽, 而且极大地增加了网络节点的吞吐容量, 使传送网发生了巨大的变化. 然而, 随着信息领域相关技术的发展, 特别是Internet对数据业务增长的强大推动, 人们对现有光网络的功能提出了新的. 更高的要求. 例如, 要求光网络能够实时. 动态地调整网络的逻辑拓扑结构, 实现资源的最佳利用, 以适应IP业务的自相似性. 突发性和流向的不确定性等特点:要求光网络能够快速. 高质量地为用户提供各种带宽服务与应用, 以满足正在悄然兴起的"波长批发". "带宽出租"以及"光虚拟专用网(OVPN)"等业务的需求, 要求光网络具有更加完善的保护和恢复功能. 更强的互操作性和扩展性, 以减少不断增加的网络运营维护费用等等. 这些要求的实质是要赋予现有光网络更多的智能, 使其发展成一个能够完成自动交换功能的智能光网络. 于是人们又提出了一种技术来把原先单纯的点到点的光纤管道变为一种灵活的. 可管理的光网络. 这就引出了一种新型的设备称为波长路由器. 在这种技术的驱动下, 运营商可以建立一种新型的能够提供动态指配, 可优化网络资源的可重构特性, 在波长级别的保护与恢复的光网络.
在网络的演进过程中, 最初在核心IP层是没有流量工程的, IP流通常按最短路径走, 这会导致重负荷链路产生"瓶颈". 利用MPLS和流量工程可以保证网络负荷均衡, 使路由器间链路的使用最佳化. 再进一步则可能需要有一种统一或类似的资源控制方法来完成两层网络的有机结合, 即将MPLS扩展到光传送层. 所谓多协议波长标记交换(MPLmS)就是一种将MPLS流量控制技术与光交换技术相结合的新思路, 将标记交换的概念扩展至包括波长选路和交换的光通道, 让业务流来控制连接.
这种方法可以使业务层上的路由器. ATM交换机或ADM动态地要求传送网提供所需的波长, 实现统一的网络控制和快速业务供给, 使网络的资源得到最佳利用, 简化IP层与光传送层的融合以及跨层的网络管理, 降低网络运行和业务拓展成本, 有利于大规模网络敷设. 各种国际标准组织都在全力开发相关的标准, ITU重在规范整个体系结构, 而IETF重在具体的选路和信令协议规范, 提出了通用的多协议标记交换(GMPLS)概念, 又称多协议波长交换, 旨在对目前比较成熟的选路和信令协议进行修改与扩展, 使之不仅仅支持分组交换, 而且还支持时分交换. 波分交换和空分交换.
IP层与光传送层的融合由于技术背景的不同所导致的融合思路也不尽相同. 目前主要有两种基本网络演进结构, 即重叠模型和集成模型, 这两种模型基本反映了计算机界和电信界的不同思路. 从功能上看, 支持重叠模型所需的功能是支持集成模型所需功能的子集, 只要从管理上对对等模型的拓扑共享功能实施止能, 同时保持其连接信令功能就可以从集成模型导出重叠模型. 在某些场合下, 有可能将上述两者结合在一起, 形成所谓的混合方式.
在实际中, 两种模型都会有各自的最佳应用场合. 例如, 对于多数传统的全业务运营者, 采用重叠模型可能是目前最现实的选择, 采用混合方式也是局部可行的选择. 而对于仅提供IP业务并拥有自己的IP网和光传送网的运营者, 采用集成模型是一种直截了当的选择, 可以明显地得益于集成GMPLS的简洁性. 从长远看, 特别是IP业务成为网络绝对主导的业务, 其他业务都可以由IP携带后, 集成模型将成为统一的最佳选择.
当然, 无论采用哪种模型, 都需要解决一系列问题后才能真正实用化. 目前光互联网论坛(OIF)的用户网络接口(UNI)标准化进程要快于IETF的GMPLS. OIF于2001年10月宣布已通过UNI1. 0规范, 正在规范UNI2. 0. 在2001年SuperCom上有25个厂家演示了光业务配置的互操作性. 下一步的互操作性主要是相邻节点的发现和业务发现, 而标准工作的方向将集中在网络-网络接口, 完成跨越整个光网络的动态带宽配置.
传输层正在全面向着适应IP数据包传输的网络方向转变. 未来的通信网将建设在光和IP的基础上, 已经没有人怀疑这一趋势. 光提供了足够的带宽而IP带来的是诸多业务. IP原本是计算机通信网的一项协议技术, 而以WDM为代表的光网络是电信网的基础支撑网络, 尽管这两种技术的结合是未来发展的主流, 但却给那些只精通传输技术如TDM. WDM, 或只精通数据通信技术如IP以及IP路由协议的人们带来了困惑.
为了使读者能够正确看待这两种起源不同. 发展道路迥异的技术的融合问题, 系统掌握IP和光技术相互融合的本质意义以及这种融合对通信运营网络的影响, 在中国工程院副院长. 知名通信专家邬贺铨院士的热情推荐之下, 人民邮电出版社组织翻译了Peter Tomsu和Christian Schmutzor所著的这本《下一代光网络》. 其宗旨是让广大读者能够对下一代光网络产生的背景. 演进趋势. IP和光技术的融合方式. 光网络控制平面的结构原理和下一代光网络的组网模式等热点问题在技术和应用层面上有较系统的了解.
作者Peter Tomsu博士是Cisco System公司资深顾问工程师, 作者Christian Schmutzer硕士是CiscoSystem公司系统工程师, 他们都是该领域的专家. 本书从实际的光网络端到端设计和组网应用的角度研究了IP和光技术的融合问题, 并结合网络应用实例描述了OTN的应用组网模式及其演进发展, 是关于IP和光技术相互融合的最全面. 最透彻的下一代光网络专著之一, 在国内外有着广泛的影响. 它首先简要介绍了电信网络结构和光传输. 数据传送等基础技术, 接着详细阐述了IP联网技术, 最后集中讨论了两种技术的融合方式和发展. 根据各阶段光网络所使用的控制平面技术的不同分别叙述了网络的三个发展阶段--从传统OTN到IP优化的OTN, 再到下一代OTN.
在网络发展的第一阶段, 主要是努力消除不必要的传输开销, 并通过消除ATM和SDH/SONET网络层来简化网络结构. IP路由器直接与DWDM系统相连可以提供太比特容量的静态连接, 因此我们将这种方案称为重叠模型下的静态控制平面技术.
第二阶段克服了在IP路由器之间静态指配光连接的低效性, 核心光网络由DWDM系统网状互联波长路由器WR而构成. 这时的WR通过使用光层选路协议能够很方便地在传送网中动态指配光连接. 而且可以通过使用增强型的网状网光层保护技术很容易地将发生故障的光连接重新路由到新的光通道上. 由于使用按需的网状网保护取代了需要预留带宽的环网保护, 从而优化了整个光传送网的传送容量. 由于这时的动态光传送网对上层的IP网络来说是不透明的, 因此我们将这一发展阶段称为重叠模型下的动态控制平面技术.
OTN发展的第三个阶段主要集中在如何将光传送层和IP层进行有效集成上. 给光传送层和IP层开发统一标准的控制盘, 以便IP网络可以看到OTN的拓扑结构并将两层的选路指配处理进行有效集成. 一种统一标准的控制盘解决方案就是采用MPLmS技术. MPLmS组网技术将MPLS-TE结构原理引入到光域, 这种方案允许同时拥有光传送网和IP网络的业务提供商依照集成模型下的对等控制平面技术来构造他们的网络结构.
本书从实际的光网络端到端设计和组网应用的角度研究了IP和光技术的融合问题, 并结合三种网络应用实例主要描述了OTN的应用组网模式及其演进发展. 用具体的网络实例详细介绍了每一种光网络的结构. 网络控制和网络设计的要素和策略. 通过阅读本书, 读者可以深入了解究竟什么是"IP+Optical"这个当前乃至今后都十分重要的课题.
本书章节组织结构各有特色, 适合不同的读者群学习. 参考, 既可作为通信与信息系统. 电信工程专业的研究生和大学高年级学生的教材, 也可供广大科技工作者. 工程技术人员阅读参考.
本书主要由龚倩. 徐荣翻译. 译者主要从事骨干. 城域光传送网络解决方案的制定, 设备产品的总体规划和设计, 具有丰富的产品设计. 设备定位. 网络规划及解决方案制定经验. 其中龚倩为北京邮电大学光通信中心博士, 华为公司光网络产品部总体组高级工程师, 主要研究方向为光网络的联网设备与组网技术. 光传送网. 光互联网和智能光网络. 参与本书翻译的还有潘勇. 张民. 赵继军. 方来付. 杜江. 何苗. 张光海. 李允博. 李芳. 石友康和罗辉等博士和硕士, 在此一并表示感谢. 全书由徐荣负责校正.
下一代光网络是一项全新的. 不断演进发展的技术. 由于时间仓促, 加之译者水平有限, 译文中难免有不当之处, 敬请广大读者批评指正.
译 者
两年之前, 我们就有编写本书的想法了. 随着业务对带宽的需求越来越大, 运营商们普遍地开始思考一些光技术的问题, 如如何使用波分复用来提高光传输系统的容量.
早在以前, 作为两大阵营的设备供应商和运营商以及业务供应商和用户之间几乎没有太多的交流. 这其中的一个重要的原因, 就是在过去电话公司建造时分复用网络并给用户提供话音业务. 随着Internet业务的普及, 出现了新的ISP, 他们致力于建造路由器网络来运行IP业务. 主要传送E-mail和WWW业务以至后来更高级的IP业务. 与此同时, 传统的电话公司也开始建造它们的路由器网络, 并用它们来传送类似竞争对手提供的IP业务. 这两种ISP从组织的角度来看, 是完全不同的两个阵营, 运行在完全不同的两种商业模式下, 执行着完全不同的职能, 具有完全不同的目标甚至可以说代表着完全不同的两代技术.
然而, 随着时间的推移, 市场很快就变了, 出现了很多的运营商开始在这个快速增长的市场内竞争的局面. 这种残酷的竞争局面迫使每个运营商都需要不断地优化其网络结构, 从而可以最小化它们的运营成本. 而运营成本是运营商在竞争中获胜的关键.
突然有一天, 人们在开始谈论IP的同时也开始谈论WDM. 尽管这两种技术的结合是未来发展的主流, 但却同时给精通传输技术(如TDM. WDM)和精通数据通信技术(如IP以及IP路由协议)的人们带来了困惑, 因为就技术而言它们都太专业化了, 每一个技术人员大多都只了解本专业的技术.
这就是本书的目的--为这两种在历史上分离的技术搭一座沟通的桥梁. 它首先概括地介绍了光传输技术, 接着详细地介绍了IP联网技术. 最后集中讨论两种技术的融合. 可以确定, 通过阅读本书, 读者可以深入地了解到究竟什么是"IP+Optical"这个当前甚至今后都足十分重要的一个课题.
面向的读者
本书面向的读者包括所有对该领域感兴趣或在该领域工作的人们, 还有运营商以及那些进行网络规划. 设计和配置基于IP的光网络的企业. 这本书的结构很容易被新入门者接受. 它提供了很多有价值的参考文献, 同时提供了供高级读者参考的相关信息, 包括光联网的全面知识以及相应的控制和指配机制.
本书的结构
本书的第1章概括地介绍了目前和将来的网络的结构, 传统的复用网络的结构组成, 以及相关技术的基本知识, 包括SDH/SONET. ATM和MPLS等.
第2章着重讨论了光联网领域的标准化进展情况. 概括地介绍了一些标准组织, 如ITU. IETF. OIF以及IEEE等目前就光联网所做的工作以及最终确定下来的标准等.
第3章深入介绍了光传输技术. 数据传输技术以及网络的生存性, 这些都是对下一代网络进行设计和配置时所必需了解的.
第4章着重讨论了先进的基于IP的光网络的整体网络结构. 描述了网络演进的三个主要的步骤, 包括从静态的IP over光网络到动态的. 集成的IP+光网络.
第5章对光的端到端的联网设计进行了总结, 分别针对第1~4章提出的IP和光技术的融合技术列举了三个例子, 进行了说明与验证.
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