荆瑞泉

（中国电信股份有限公司北京研究院 北京100035）

1 引言

随着Internet带宽和设备容量向海量化发展，IP网已经成为传送网最大的客户网络，在骨干网层面，95%以上的传送网带宽都是服务于IP网络。路由器端口速率也同步向高速化发展，IP骨干网路由器中已经开始规模应用40 Gbit/s POS接口，并已具备提供100GE接口的能力。目前IP网络普遍采用IP over WDM的组网方式，采用POS接口互联，在IP层进行保护，传输网不提供保护。这种组网方式存在承载链路调整不灵活、组网成本高、网络可靠性较低等问题。

针对目前IP组网存在的问题，本文将对IP和OTN联合组网的相关技术进行分析探讨，包括100GE/40GE&OTN接口的发展现状和设备支持情况、IP+OTN的联合保护策略以及路由器引入通道化接口和GMPLS的可行性等问题。

2 IP+OTN联合组网技术发展现状

2.1 IP旁路与IP网络的扁平化

通过对IP骨干网络流量分析，发现在经过P路由器的业务流量中，大约有50%以上属于“过境”的中转流量，这些“过境”流量大大加重了P路由器的负担，导致路由器的容量扩展受到严重挑战。中转业务实际上不需要3层IP功能，却占用了昂贵的路由器线卡，造成了网络成本的快速增长。

基于上述原因，业界提出了IP Offloading/IP Bypass的概念，可称为“IP旁路”。即在网络边缘的PE节点之间建立传输层直达链路，从而节约核心路由器的接口数量，降低对其容量的要求，提升业务转发效率，如图1所示。

随着互联网流量的持续增长，IP网络组网时已经在有业务需求的节点之间逐步引入了直达路由，即实施IP网络的扁平化。因此，IP旁路实际上就是IP网络的扁平化，只是从不同专业角度提出的两种概念。

IP旁路有以下两种方式。

·波长级旁路：在路由器之间建立点到点直达波长通道。

·子波长级旁路：在路由器之间建立直达ODUk子波长通道，可采用低速接口或高速通道化子接口（cOTN/以太网 VLAN），此时需引入 OTN网络来提供ODUk子波长通道。

当路由器引入40GE/100GE高速化接口后，波长级别的旁路由于无法分流其中多个方向流量，导致配置不灵活、浪费带宽资源等问题。如何实现路由器子波长级别业务流量旁路成为当前研究的一个热点。

2.2 主要厂商和运营商的思路

综合性的通信设备厂商倾向于采用IP+OTN的统一组网方案，以降低整体建网成本，优化网络运行。统一组网的思路主要体现在传送平面、控制平面和管理平面3个方面。

·传送平面：采用40GE/100GE&OTN等高速通道化接口，实现波长和子波长级的IP旁路，促进IP网络的扁平化，降低网络的总体建设成本。

·控制平面：采用统一的基于GMPLS的控制平面技术实现IP与OTN的协同控制和保护，为IP网络提供按需自动配置连接的能力。

·管理平面：目前运营商的网络运营维护通常是按照不同专业进行分别管理，不同专业的网管之间完全通过人工协调。随着IP网和光网络在传送平面的逐渐融合和控制平面的逐步互通乃至集成控制，下一代承载网管理系统的发展趋势是IP和OTN实现集中管理，大幅简化网络运维难度，提高维护效率，降低CAPEX。

IP设备厂商倾向于采用IP/MPLS over DWDM的组网方案，并致力于优化核心路由器的转发能力和效率，以降低建网成本。一方面是在核心层采用大容量的MPLS交换机代替P路由器，并采用优化的MPLS LSP连接IP/MPLS PE路由器，路由器内置彩色接口以降低成本。另一方面是减少核心路由器接口板卡不必要的处理功能以提高转发能力，降低成本。

3 40GE/100GE和OTN接口技术发展现状

3.1 40GE/100GE和OTN接口的标准化

IEEE关于40GE/100GE的标准化工作具体由802.3ba工作组承担，2010年6月18日已正式发布了定义40GE和100GE接口的IEEE 802.3ba-2010标准。

IEEE 802.3ba分别定义了4种40GE和100GE接口，其类型和定义见表1。对于骨干网应用，主要需要考虑目标为10 km的单模光纤传输的40GBASE-LR4和100GBASELR4接口。传输距离为40 km的100GBASE-ER4可用于城域网中的光纤直连组网。

表1 40GE/100GE接口类型及定义

值得注意的是IEEE 802.3ba定义的40GE和100GE接口均为并行接口，从而降低了技术实现的难度和成本。

为了满足运营商（AT&T主导）对40GE串行接口的需求，IEEE成立了802.3bg工作组负责开发40GE串行接口规范。40GE串行接口的目标是支持在单模光纤（SMF）上传送2 km距离的信号。开发原则是利用已有的40 Gbit/s BASE-R PCS、PMA和MAC层以及IEEE P802.3ba已有的电子和逻辑接口，并在光层与运营商已有的40 Gbit/s客户接口（OTU3/STM-256/OC-768/40G POS）保持兼容。

ITU-T关于OTN支持40GE/100GE和OTU3/OTU4的相关标准已经完成，并列入最新修订的G.709标准中。G.709定义了40GE到ODU3、100GE到ODU4的映射方式均采用GMP（通用映射规程），可实现业务信号的透明传送。在OTU3/OTU4串行接口的基础上，还定义了OTU3/OTU4并行接口 （OTL3.4，OTL4.4），并行接口使用与40GE/100GE接口相同的光器件，以便降低成本。

3.2 40 Gbit/s POS和40GE OTN封装协议的比较

路由器的40 Gbit/s POS和40GE OTN接口封装协议的比较如图2所示。

40GE与40GEOTN接口的主要区别是增加了将64B/66B编码转换为513B编码并映射到OPU3/ODU3/OTU3的过程，两种接口可使用相同的光器件。

3.3 路由器40GE/100GE&OTN接口支持情况

主流路由器厂商均宣布其路由器产品已支持100GE接口，但国内尚未进行大规模的测试，预计2011年各运营商将会进行相关测试。而传输设备大部分在2011年可以支持100GE接口，但考虑到100G WDM系统的成熟度，估计2012年才可以进行路由器与传输设备100GE接口的互通性测试。

另外，主流路由器和传输设备都将在2011年支持40GE和40GE OTN接口。调研结果表明，路由器40GE OTN和40GE并行接口成本相当，低于40 Gbit/s POS成本约30%。而传输设备40GE/OTU3并行接口成本是40 Gbit/s SDH/OTN串行接口的1/2左右。因此，与40 Gbit/s POS相比，40GE OTN和40GE并行接口具有较大的成本优势，且具有传输距离长的优势 （10 km vs.2 km）。40GE OTN和40GE两种接口类型的选择需要考虑价格和OAM能力等因素。

路由器40GE/100GE和OTN接口的OAM能力比较见表2。

与传统的以太网相比，40GE/100GE技术在OAM方面的主要特点是增加了BIP-8误码检测能力，从而可以提供与OTN类似的性能监测能力，可以实现基于SD的路由保护。

表2 路由器40GE/100GE和OTN接口OAM能力比较

4 路由器引入通道化接口的可行性

4.1 通道化接口的类型

路由器通道化接口也可称为子接口。早期的路由器支持通道化的cSTM-1接口，主要用于客户设备的2 Mbit/s接入。支持VLAN的以太网接口也是一种常用的通道化接口。对于10 Gbit/s及以上速率的通道化接口，目前主要有两种实现方式。

·支持VLAN的以太网接口：基于VLAN区分不同的业务流，OTN设备将不同的VLAN映射封装到不同的ODUk通道。路由器只需要提供支持VLAN的以太网接口即可，OTN设备需要支持以太网接口。

·通道化OTN接口 （cOTN）：路由器完成IP业务到ODUk的封装，可以基于VLAN、MPLS LSP区分不同的业务流，也可以采用如4×10GE→ 1×ODU3→OTU3的方式，目前还没有统一的封装标准。OTN设备采用标准的OTN接口即可。

4.2 通道化接口的优势

路由器引入通道化接口后可以保护设备投资，解决接口速率提升后低速接口的浪费问题。例如目前骨干路由器已经开始引入40 Gbit/s接口，如何避免原有10 Gbit/s接口的浪费是运营商需要考虑的问题。当高速通道化接口的单位比特成本小于低速接口时，如100GE<10×10GE时，采用通道化接口还可以降低网络建设成本。

引入通道化接口后，路由器之间可以采用不同速率物理接口进行组网，从而提高组网的灵活性，如图3所示。这种组网方式可以减少大的业务节点的物理接口数量，降低物理故障点和尾纤维护工作量。

图3 路由器之间采用不同速率接口组网

在路由器采用40 Gbit/s/100 Gbit/s等高速接口的情况下，可通过在OTN网络引入子波长通道传送IP网的穿通流量，加速IP网络的扁平化，降低网络建设成本。

综上所述，路由器引入通道化接口具有提供组网灵活性、减少接口数量、便于维护、降低网络成本等优势，建议积极探索其在网络中的应用方式。

5 路由器引入GMPLS的可行性

在路由器中引入GMPLS的主要目的是按需自动配置连接，满足IP网络的突发性和临时性的业务需求。上述应用方式的前提是OTN网络中需要具备额外的带宽资源。该资源可以是特定配置的专用资源，也可以利用用于网络恢复的备用资源。由于目前的IP网络一般不要求传送网提供保护恢复能力，因此只能配置专用资源。

由于IP网络已经是传送网的主要客户层网络，因此所配置的专用资源将很难用于其他用途，正常情况下的利用率会很低，因此还不如直接将其纳入IP网络常规的承载链路，以提高链路资源的利用率。

基于上述分析，目前在IP+OTN联合组网中引入GMPLS控制协议的需求还不显著。咨询公司Infonetics Research进行的调研也表明运营商近期对在路由器上部署GMPLS的兴趣不大。

6 IP+OTN联合保护策略

在目前的IP网络组网方式中，两个路由器节点之间采用物理路由分离的双路由方式组网，传送网不提供保护。这种组网方式可以抵御单链路故障，但当两条路由同时发生故障时，业务将被中断。如图4中，假定传输链路A-B、C’-D’故障率较高，则R1-R2之间业务中断的可能性将比较大。

图4 目前IP网络的保护方式

图5 OTN网络提供分段保护示意

如果引入 OTN网络，并对链路 A-B、C’-D’在 OTN中提供保护，或者是采用基于ASON的动态恢复，则可以降低两条路由同时中断的概率，提高R1-R2之间业务的可靠性，如图5所示。

基于上述分析，可根据IP网络对可靠性的需求，对部分IP承载链路采用OTN层保护恢复，以提高IP网络的可靠性。

7 结束语

虽然路由器已经开始提供100GE接口，100 Gbit/s WDM也正在研制之中，但是距离100 Gbit/s的规模商用还有一段时间。因此40 Gbit/s系统还将有较长的市场窗口期，即使100 Gbit/s出现也不意味着40 Gbit/s的迅速消亡，100 Gbit/s的性价比短期内还无法赶上40 Gbit/s系统，两者将共存相当长时间。而与40 Gbit/s POS相比，40GE和OTN并行接口具有明显的成本优势，且具有传输距离长的优势。建议积极推进40GE和OTN接口在现网中的应用。以太网和OTN两种接口的选择需要综合考虑成本、OAM能力和设备支持情况等因素。

路由器40GE/100GE和OTN接口的应用需要WDM系统采用OTN互联接口，而通道化接口的应用则需要传送网支持OTN交叉功能，因此需要积极推进OTN技术在传送网中的应用，满足IP网络发展的需求。

1 CCSA研究报告.光传送网络（OTN）组网应用研究，2010

2 IEEE 802.3ba.40 Gbit/s/100 Gbit/s以太网技术规范，2010

3 ITU-T G.709.Interfaces for the optical transport network(OTN),2009