网络核心技术原理是什么?

网络核心技术原理是什么?

核心网络是其他网络汇入的中心网络。它的带宽必须能支持所有汇入。传统上,核心网络是面向电路的电话系统。最近,另一类光网络绕过传统核心,并实现面向数据分组的技术。图N-6提供了从早期的电话系统开始的核心网络发展的时间表。

在开始时,基于铜缆的模拟电话系统连接本地社区的人们。电话连接到中心交换局,在那里,接线员以及以后的电子交换设备将电话线连接起来以在呼叫者之间创建端到端电路。多个会话在交换局之间的单一电话线上和在使用频分复用的长距离电话线上传递,这种方式保持了呼叫的模拟性质。此模拟系统一直存在,直到20世纪60年代数字技术开始出现。

第一个数字系统由AT&T于1962年安装。它是一个T1中继线路,可以在两对铜电话线上承载24个话音呼叫。呼叫使用PCM(脉冲编码调制)编码,在线路上使用TDM(时分复用)进行多路复用。请注意“T”(与卫星传输相对),“1”是l.544Mbit/s信号速率的缩写形式。数字系统在许多方面优于模拟系统,包括在同一条线路上长距离高质量传输更多呼叫的能力。数字交换设备开始出现于20世纪70年代。

T1线路是北美数字体系的一部分。NADH最初由AT&T创建,现在在北美和日本使用。在欧洲,一个类似的体系在一个2Mbit/s的电路上多路复用30个话音呼叫。以NADH术语表达,一个T1通道是一个DS-1,它由24个DS-0(64kbit/s)通路组成。其中，用户可以根据自己的需要选择租用线路的数目，它产生1．536Mbps的带宽。另外需要64Kbps用作开销，总共是1．544Mbps。一个T3通道,叫做DS-3,由28个T1通道或672个DS-0通路组成。可以提供44．736Mbps的总带宽。这种服务最早是用于微波站点间进行传输的。

重要的一点是各个话音呼叫被多路复用到在交换局之间传输的运载24个呼叫的线路(T1)上,并且T1多路复用到T3上用于长距离传输。T1电路是一种可调节的电话线路，这意味着为减少噪音，在用户和电信局的线路中，每隔很近的间隔就需要安装一个信号再生器。T1连接在用户的地点是由双绞线开始的。这些双绞线连接到由电讯公司建立的调节线路上。

图N-6 传输方式演变时间轴

当光纤技术出现时,有可能将更多的呼叫多路复用到延伸更长距离的中继线上。该数字体系最终扩展成光载波(OC)体系。OC（光载波）是定义在SONET光信号传输的物理协议系列(OC-1、OC-2、OC-3等)。OC信号电平把STS帧以各种速率发送到多模光纤线路。其基本速率为51.84Mbps(OC-1)；每个信号电平的速率就是基本速率的整数倍(这样，OC-3的速率为155.52Mbps)。SONET/SDH标准建立在这个体系上,如下所述。第一批光网络是为数字话音呼叫设计的。新的网络基于包数据,包括以数据分组传输话音。

SONET/SDH光网络

SONET是同步光纤网络的缩写，最初是在20世纪80年代由Bellcore提出的,第一批光网络从那之后开始出现。现在是一个ANSI的光纤传输系统标准。SONET定义接口的标准位于OSI七层模型结构的物理层，这个标准定义了接口速率的层次，并且允许数据以多种不同的速率进行多路复用。ITU改编SONET成SDH,后者变成了建造光通信网络的世界标准。SONET现在被认为是SDH的子集,但是术语“SONET/SDH”在北美很通用。由于SONET/SDH,面向铜线的数字体系延伸入光领域,尽管该体系是基于OC(光载波)的。 SONET/SDH核心将ATM信元映射成SONET或SDH帧格式传输到目的端，在数据接收时再提取为ATM信元。因为信元长度短而且固定，因此在每个网络节点交换时的延迟非常小。

SONET的基本组成块结构为STS-151.84Mb/s信号，适合于装载1路DS-3信号。SONET体系达到STS-48，即48路STS-1信号，能够传输32256路语音信号，容量为2488 .32Mb/s,其中STS表示电信号接口，相应的光信号标准表示为OC-1、OC-2等。

图N-7描绘了一个SONET/SDH网络。小的接入环网连接到较大的区域或主干环网上,再依次连接到地区和全国环网上。从小环网到大环网的转接涉及向更高OC级别的转换。接入环网通常运行在OC-3(l55Mbit/s)上。这些环网汇入OC-12(622Mbit/s)或OC-48( 2.4Gbit/s )区域环路,再转而汇入运行在OC-96 (4.9Gbit/s)或OC-192(lOGbit/s)的主干环网。如图N-7所示,环网通过ADM(分插复用器)和DCS(数字交叉连接)互联。另外,PoP设备通过分插复用器和接入环网互联。光电和电光转换在连接点处发生。在PoP内的数平交叉连接为话音和数据通信提供连接点。

图N-7 SONFF光网络环和载波PoP(存在点)组件

ADM利用时隙交换实现宽带管理，即允许两个STM-N信号之间的不同VC实现互连，并且具有无需分接和终结整体信号，即可将各种G.703规定的接口信号(PDH)或STM-N信号(SDH)接入STM-M(M>N)内作任何支路。它并不终接和多路分解在某光缆上的整个范围的信号,而是分/插次速率信号。如果一个信号需要被交换到其他环网,它从一个环网上分离下来并插入到另一个环网上。对于SONET,这意味着执行“光一电一光”转换。

SONET上的ATMIP和IP

SONET是以恒定比特率话音来设计的。相反,面向信元(ATM)和面向数据分组(IP)的通信是突发性质的,而非恒定的。ATM由通信行业定义,因此它能使用SONET很好地工作。ATM工作在SONET层上,并提供以信元封装数据并通过永久或交换虚电路跨SONET网络传递数据的机制。作为比喻,SONET可以比做高速公路系统,而ATM可以比做车辆(ATM信元)和车辆所行驶的路线(ATM虚电路)。

SONET上的ATM被大多数电信公司采用。它在20世纪90年代中期实现,因为它是为数不多的几种网络技术中的一种,能够传送日益增长的话音并达到数据网络所要求的性能等级。RFC1483(Multiprotocol Encapsulation over ATM Adaptation Layer 5, July 1993)定义如何在ATM网络上传递IP数据分组。这个技术并不理想。IP数据分组必须被分割以装入ATM信元。信元携带所谓的信元税(几乎一个信元的10%分配给了头信息),其“偷走了”用于运送数据的带宽。另外,在数据分组行进的所有点之间必须建立虚电路。

在20世纪90年代初期,许多大的ISP使用T1和T3中继线互联他们的各个PoP(在地区或全国范围),但是由于因特网通信的增长,这些中继线是不够的。ATM提供了接口运行在OC-3(l55Mbit/s)及更高速率上的解决方案。图N-8举例说明了一个有5个PoP的ISP.每一个PoP有一个核心ATM交换机,其周围是一组IP路由器。PoP通过广域SONET网互联。PoP内的ATM交换机提供了一个第2层交换结构,在它的上面,任何的第3层路由器可以获得到任何其他路由器的连接。这个ATM上的IP网络经常以静态定义的虚拟电路来配置,随着网络的增长变得更加难以配置和管理。

图N-8 在ATM主干网络上的IP

ATM被选作ISP网络核心的初始原因是速度、虚电路容量、可预测性能和必要时管理通信的能力。今天,Pluris. Juniper和其他供应商制造的吉比特和太比特路由器用先进的路由技术提供了许多这些相同的功能。不再需要ATM层。一个单一的T比特路由器支持单一系统内的成千上万的互联,路由器到路由器的互联通过光交换结构来完成。Juniper一直通过支持MPLS (多协议标记交换)在积极追求基于路由器的通信工程解决方案。

PoS(SONET上的数据分组)是一个消除ATM层并直接在SONET链路上传送数据分组的技术。它是一种可伸扩协议，利用点对点协议（PPP）实现 IP 数据报到 SONET 帧有效载荷的映射的系列协议。由于现有SONET 体系结构的支持，PoS中克服了 ATM 中存在的许多不足之处。 通过少数高级数据链路控制（HDLC）或点对点，PoS 提供了一种直接在SONET 同步净荷包（SPE：Synchronous Payload Envelope）内传送数据包的机制。 此技术在RFC2615(PPP over SONET/SDH, June 1999)中描述。

核心开发的下一个阶段是同时消除ATM和SONET,直接在DWDM波长线路上运行IP。在此方案中,MPLS用在控制层面上,以建立跨光核心的波长线路,其方式与建立跨交换网络的LSP(标记交换路径)的方式基本相同。