網絡核心技術原理是什么?

核心網絡是其他網絡匯入的中心網絡。它的帶寬必須能支持所有匯入。傳統上,核心網絡是面向電路的電話系統。最近,另一類光網絡繞過傳統核心,并實現面向數據分組的技術。圖N-6提供了從早期的電話系統開始的核心網絡發(fā)展的時間表。

在開始時,基于銅纜的模擬電話系統連接本地社區(qū)的人們。電話連接到中心交換局,在那里,接線員以及以后的電子交換設備將電話線連接起來以在呼叫者之間創(chuàng)建端到端電路。多個會話在交換局之間的單一電話線上和在使用頻分復用的長距離電話線上傳遞,這種方式保持了呼叫的模擬性質。此模擬系統一直存在,直到20世紀60年代數字技術開始出現。

第一個數字系統由AT&T于1962年安裝。它是一個T1中繼線路,可以在兩對銅電話線上承載24個話音呼叫。呼叫使用PCM(脈沖編碼調制)編碼,在線路上使用TDM(時分復用)進行多路復用。請注意“T”(與衛(wèi)星傳輸相對),“1”是l.544Mbit/s信號速率的縮寫形式。數字系統在許多方面優(yōu)于模擬系統,包括在同一條線路上長距離高質量傳輸更多呼叫的能力。數字交換設備開始出現于20世紀70年代。

T1線路是北美數字體系的一部分。NADH最初由AT&T創(chuàng)建,現在在北美和日本使用。在歐洲,一個類似的體系在一個2Mbit/s的電路上多路復用30個話音呼叫。以NADH術語表達,一個T1通道是一個DS-1,它由24個DS-0(64kbit/s)通路組成。其中，用戶可以根據自己的需要選擇租用線路的數目，它產生1．536Mbps的帶寬。另外需要64Kbps用作開銷，總共是1．544Mbps。一個T3通道,叫做DS-3,由28個T1通道或672個DS-0通路組成。可以提供44．736Mbps的總帶寬。這種服務最早是用于微波站點間進行傳輸的。

重要的一點是各個話音呼叫被多路復用到在交換局之間傳輸的運載24個呼叫的線路(T1)上,并且T1多路復用到T3上用于長距離傳輸。T1電路是一種可調節(jié)的電話線路，這意味著為減少噪音，在用戶和電信局的線路中，每隔很近的間隔就需要安裝一個信號再生器。T1連接在用戶的地點是由雙絞線開始的。這些雙絞線連接到由電訊公司建立的調節(jié)線路上。

圖N-6 傳輸方式演變時間軸

當光纖技術出現時,有可能將更多的呼叫多路復用到延伸更長距離的中繼線上。該數字體系最終擴展成光載波(OC)體系。OC（光載波）是定義在SONET光信號傳輸的物理協議系列(OC-1、OC-2、OC-3等)。OC信號電平把STS幀以各種速率發(fā)送到多模光纖線路。其基本速率為51.84Mbps(OC-1)；每個信號電平的速率就是基本速率的整數倍(這樣，OC-3的速率為155.52Mbps)。SONET/SDH標準建立在這個體系上,如下所述。第一批光網絡是為數字話音呼叫設計的。新的網絡基于包數據,包括以數據分組傳輸話音。

SONET/SDH光網絡

SONET是同步光纖網絡的縮寫，最初是在20世紀80年代由Bellcore提出的,第一批光網絡從那之后開始出現。現在是一個ANSI的光纖傳輸系統標準。SONET定義接口的標準位于OSI七層模型結構的物理層，這個標準定義了接口速率的層次，并且允許數據以多種不同的速率進行多路復用。ITU改編SONET成SDH,后者變成了建造光通信網絡的世界標準。SONET現在被認為是SDH的子集,但是術語“SONET/SDH”在北美很通用。由于SONET/SDH,面向銅線的數字體系延伸入光領域,盡管該體系是基于OC(光載波)的。 SONET/SDH核心將ATM信元映射成SONET或SDH幀格式傳輸到目的端，在數據接收時再提取為ATM信元。因為信元長度短而且固定，因此在每個網絡節(jié)點交換時的延遲非常小。

SONET的基本組成塊結構為STS-151.84Mb/s信號，適合于裝載1路DS-3信號。SONET體系達到STS-48，即48路STS-1信號，能夠傳輸32256路語音信號，容量為2488 .32Mb/s,其中STS表示電信號接口，相應的光信號標準表示為OC-1、OC-2等。

圖N-7描繪了一個SONET/SDH網絡。小的接入環(huán)網連接到較大的區(qū)域或主干環(huán)網上,再依次連接到地區(qū)和全國環(huán)網上。從小環(huán)網到大環(huán)網的轉接涉及向更高OC級別的轉換。接入環(huán)網通常運行在OC-3(l55Mbit/s)上。這些環(huán)網匯入OC-12(622Mbit/s)或OC-48( 2.4Gbit/s )區(qū)域環(huán)路,再轉而匯入運行在OC-96 (4.9Gbit/s)或OC-192(lOGbit/s)的主干環(huán)網。如圖N-7所示,環(huán)網通過ADM(分插復用器)和DCS(數字交叉連接)互聯。另外,PoP設備通過分插復用器和接入環(huán)網互聯。光電和電光轉換在連接點處發(fā)生。在PoP內的數平交叉連接為話音和數據通信提供連接點。

圖N-7 SONFF光網絡環(huán)和載波PoP(存在點)組件

ADM利用時隙交換實現寬帶管理，即允許兩個STM-N信號之間的不同VC實現互連，并且具有無需分接和終結整體信號，即可將各種G.703規(guī)定的接口信號(PDH)或STM-N信號(SDH)接入STM-M(M>N)內作任何支路。它并不終接和多路分解在某光纜上的整個范圍的信號,而是分/插次速率信號。如果一個信號需要被交換到其他環(huán)網,它從一個環(huán)網上分離下來并插入到另一個環(huán)網上。對于SONET,這意味著執(zhí)行“光一電一光”轉換。

SONET上的ATMIP和IP

SONET是以恒定比特率話音來設計的。相反,面向信元(ATM)和面向數據分組(IP)的通信是突發(fā)性質的,而非恒定的。ATM由通信行業(yè)定義,因此它能使用SONET很好地工作。ATM工作在SONET層上,并提供以信元封裝數據并通過永久或交換虛電路跨SONET網絡傳遞數據的機制。作為比喻,SONET可以比做高速公路系統,而ATM可以比做車輛(ATM信元)和車輛所行駛的路線(ATM虛電路)。

SONET上的ATM被大多數電信公司采用。它在20世紀90年代中期實現,因為它是為數不多的幾種網絡技術中的一種,能夠傳送日益增長的話音并達到數據網絡所要求的性能等級。RFC1483(Multiprotocol Encapsulation over ATM Adaptation Layer 5, July 1993)定義如何在ATM網絡上傳遞IP數據分組。這個技術并不理想。IP數據分組必須被分割以裝入ATM信元。信元攜帶所謂的信元稅(幾乎一個信元的10%分配給了頭信息),其“偷走了”用于運送數據的帶寬。另外,在數據分組行進的所有點之間必須建立虛電路。

在20世紀90年代初期,許多大的ISP使用T1和T3中繼線互聯他們的各個PoP(在地區(qū)或全國范圍),但是由于因特網通信的增長,這些中繼線是不夠的。ATM提供了接口運行在OC-3(l55Mbit/s)及更高速率上的解決方案。圖N-8舉例說明了一個有5個PoP的ISP.每一個PoP有一個核心ATM交換機,其周圍是一組IP路由器。PoP通過廣域SONET網互聯。PoP內的ATM交換機提供了一個第2層交換結構,在它的上面,任何的第3層路由器可以獲得到任何其他路由器的連接。這個ATM上的IP網絡經常以靜態(tài)定義的虛擬電路來配置,隨著網絡的增長變得更加難以配置和管理。

圖N-8 在ATM主干網絡上的IP

ATM被選作ISP網絡核心的初始原因是速度、虛電路容量、可預測性能和必要時管理通信的能力。今天,Pluris. Juniper和其他供應商制造的吉比特和太比特路由器用先進的路由技術提供了許多這些相同的功能。不再需要ATM層。一個單一的T比特路由器支持單一系統內的成千上萬的互聯,路由器到路由器的互聯通過光交換結構來完成。Juniper一直通過支持MPLS (多協議標記交換)在積極追求基于路由器的通信工程解決方案。

PoS(SONET上的數據分組)是一個消除ATM層并直接在SONET鏈路上傳送數據分組的技術。它是一種可伸擴協議，利用點對點協議（PPP）實現 IP 數據報到 SONET 幀有效載荷的映射的系列協議。由于現有SONET 體系結構的支持，PoS中克服了 ATM 中存在的許多不足之處。 通過少數高級數據鏈路控制（HDLC）或點對點，PoS 提供了一種直接在SONET 同步凈荷包（SPE：Synchronous Payload Envelope）內傳送數據包的機制。 此技術在RFC2615(PPP over SONET/SDH, June 1999)中描述。

核心開發(fā)的下一個階段是同時消除ATM和SONET,直接在DWDM波長線路上運行IP。在此方案中,MPLS用在控制層面上,以建立跨光核心的波長線路,其方式與建立跨交換網絡的LSP(標記交換路徑)的方式基本相同。