对当今通信体制革命中一些热点问题的思考

▲ 吉位线速路由器将促成ＬＡＮ／ＭＡＮ／ＷＡＮ的 融合

▲ ＩＰ优化光网络是宽带ＩＰ网的技术基础

▲ ＭＰＬＳ将成为今后实施ＩＰ网流量工程的主要方法

▲ 中国应抓住机遇，尽快转向以ＩＰ为基础的 新体制

    当前，通信体制正在激烈变化着，新技术层出不穷，以话音业务为主的现代通信体制已被动摇。ＳＤＨ、ＡＴＭ这些现代通信技术的“柱石”，仿佛一夜之间失去了昔日的光辉，而宽带ＩＰ技术像一颗耀眼的新星出现在人们面前。人们不禁要问：今天是ＩＰ，明天又会是什么？

    现代通信新技术的快速发展令人眼花缭乱，而一些厂商的宣传更增加了人们的困惑。实际上，我们只要抓住通信体制正从电路交换转向包交换这一“主旋律”，就能够把握当前通信技术发展的“脉搏”。纵观现代通信发展的历史，可以发现，现代通信正在完成一个信件交换（无连接）—电路交换（面向连接）—包交换（无连接）的螺旋型上升的过程：邮政系统是无连接的，通过选路转发来传递信件；以话音业务为主的现代电信系统是面向连接的，以电路交换为基础；近年来在因特网快速发展的强烈冲击下，电信网正在转向无连接的以包交换为基础的通信新体制。

    自１９９４年因特网开始商业化以来，其流量几乎是以每半年翻一番的速度快速增长，且至今没有任何减缓的迹象。照此速度发展下去，２～３年内因特网流量将超过话音成为通信业务的主流。未来新的通信网络必将按照以ＩＰ业务为主进行优化设计，这就是通信体制革命的原动力，这是不因任何人的意志而转移的客观发展规律。今后以Ｗｅｂ应用为代表的新的ＩＰ数据通信业务将有快速发展，而传统电信业务（包括话音、数据和视频业务）也将逐步转到ＩＰ网上，其中ＩＰ电话将起到推波助澜的作用。一些传统电信运营商，甚至国际电联（ＩＴＵ）在开始时也不愿意承认这一变化，但在市场快速变化的驱动下，却不得不接受这一现实，加入这一变革的浪潮。最近，ＩＴＵ－Ｔ调整战略方向，转向ＩＰ，与Ｉ-ＥＴＦ合作制定ＩＰ网的标准。１９９８年，一些传统大电信公司纷纷进行兼并和战略重组，调整发展战略，为争夺今后ＩＰ市场创造条件。而以ＩＰ业务为主的新的电信运营商则蜂拥而起，仅美国近年来就成立了ＱＷＥＳＴ等５家。

     以通信体制革命为纲就不难对当前通信技术方面很多技术发展趋势的争论作出分析判断。传统电信运营商和一些大设备制造商都明确认识到ＩＰ是今后的发展方向。但是由于他们对传统网络系统和设备制造技术已经作了大量投资，因而并不急于促进这场体制革命，反而在某种程度上尽量延长过渡时期，以保护其已有的投资利益；而一些在技术创新前沿的高技术小公司和一些新兴的以ＩＰ业务为主的电信运营商等则积极推动以ＩＰ为基础的新体制、新技术、新应用的发展。这是从总体上看争论双方的阵营。从学术方面看，电信业的学者对传统电信体制看得更重些，对于向新体制的过渡看得更困难些；而计算机界的学者对新技术更敏感，对向新体制过渡更乐观些。

１ ＡＴＭ一度成为主流

     传统电信网络是以电话业务为主对网络进行优化设计，是面向连接的，以程控交换机电路交换为基础。其传输网络则采用在光缆上运行ＳＤＨ时分复用系统。随着计算机网络的发展，出现了在电信网上远距离传输数据的需求，逐渐形成了在这种网络上传输数据的多种专门的数据传输网络，他们各有各的市场服务对象：租用专线ＤＤＮ用来供用户组建专网；ＳＤＨ用于传输话音业务；分组交换（Ｘ．２５）、帧中继和ＡＴＭ用于传输数据；Ｄ１用于传输视频节目……。这种体制不仅设备复杂，资源利用不充分，且不能直接互通互联，造成管理上的困难。

    电信运营商希望能够有一种综合业务系统，集话音、视频、数据于一体进行传输和交换，这就是综合业务数字网（ＩＳＤＮ）。开始是在程控交换机的基础上发展了窄带综合业务数字网（Ｎ－ＩＳＤＮ），面世多年来只在部分地区得到应用，而未成大气侯。随后又发展宽带综合业务数字网（Ｂ－ＩＳＤＮ），搞了很多年一直未能实用化。一方面是因为太复杂，另一方面是因为这种在链路层交换的体制无法实现不同网络的互通互联，甚至Ｎ－ＩＳＤＮ和Ｂ－ＩＳＤＮ之间也不能互联。ＡＴＭ技术是在Ｂ－ＩＳＤＮ的研究中发展出来的。尽管Ｂ－ＩＳＤＮ未能普及发展，ＡＴＭ却在９０年代得到了发展的机会。

    ９０年代初，ＦＤＤＩ问世以后，在局域网、校园网、企业网方面没有速度超过１００Ｍｂｉｔ／ｓ的网络。ＡＴＭ在这个领域找到了发展空间，在９０年代中一段时间得到了很大发展。到９０年代后期，随着快速以太网和吉位以太网的发展，价格昂贵的ＡＴＭ逐渐退出这一舞台。

     在广域网、干线网方面，ＡＴＭ受到电信运营商的青睐。９０年代中，在ＳＤＨ上运行ＡＴＭ的体制成为广域骨干网的主流。ＡＴＭ可以将公共数据网的各种业务集中在一个管道之中，可以明显地节省带宽且便于管理。ＡＴＭ还被用作因特网的骨干网解决当时路由器速度不够快的问题。在这种趋势下，中国近年来也开始大量发展ＡＴＭ网。

２ ＩＰ和ＡＴＭ之争

     ９０年代后期，随着因特网的快速普及发展，ＩＰ业务流量将很快超过话音业务流量，人们开始对ＡＴＭ网的主导地位提出质疑。

     随着宽带ＩＰ技术的发展，在ＩＰ网上传输话音、视频等实时业务，保证服务质量的问题逐步得到解决。目前正在发展多种算法和协议将话音、视频业务以及传统的数据通信业务转移到ＩＰ网上，出现了所谓的Ｅｖｅｒｙｔｈｉｎｇ ｏｖｅｒ ＩＰ的局面。Ｂ－ＩＳＤＮ的概念正在走向消亡，取代它的将是宽带ＩＰ网。通信、广播、计算机三网融合，汇聚到宽带ＩＰ网。如果说在两年前很多人还心存疑虑，现在大多已对此深信不疑。

    ＩＰ业务即将成为通信业务的主流，但传统电信传输网的基础网是ＳＤＨ、ＡＴＭ网，而不是ＩＰ网。为此近年来发展了多种在这些网上传输ＩＰ的方法，如ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ、ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ等，人们概括这种现象为ＩＰ ｏｖｅｒ Ｅｖｅｒｙｔｈｉｎｇ。

     既然ＩＰ业务已经成为通信业务的主流，为什么不能按照ＩＰ业务的需求重新优化设计电信传输网络呢？宽带ＩＰ网应该成为基础网。

     限制因特网速度的“瓶颈”是路由器。传统路由器是利用软件来实现路由计算和包转发的，最高档的包转发速度不超过１Ｍｐｐｓ，不能满足因特网骨干网的需求，只能求助于ＡＴＭ，因此９０年代中期ＡＴＭ成为因特网骨干网的主流。在校园网、企业网方面发展了ＭＰＯＡ、ＭＰＬＳ等在ＡＴＭ上运行ＩＰ的新方法，可以称之为ＡＴＭ／ＩＰ平台用于多协议、多业务环境。

     １９９７年以来，新一代吉位线速路由交换机面世。它采用专用硬件进行包处理和转发，速度可以达到４０Ｍｐｐｓ以上，比传统路由器速度快几十倍而结构变化不大，一举解决了“瓶颈”的问题。而速度更快的包转发速度达几个Ｇｐｐｓ的太位路由交换机也已有现场试验。

     吉位路由交换机的出现向各式各样的ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ方案的使用价值提出了挑战。首先在因特网骨干网上，吉位线速路由交换机取代了ＡＴＭ交换机，在ＳＤＨ上甚至直接在光纤（采用ＤＷＤＭ技术）上运行ＩＰ。这样做既减少了内部开销，简化了设备，降低了成本，又简化了网管；在城域网、校园网方面，对于以ＩＰ业务为主的网络，采用吉位线速路由交换机直接在光纤上运行吉位以太网来构成宽带ＩＰ网是最佳方案。而ＡＴＭ／ＩＰ方案主要用于构成多协议、多业务平台。随着ＩＰ业务的发展，ＡＴＭ／ＩＰ平台将逐步过渡到纯ＩＰ平台。从全世界范围看，电信网已经装备了大量ＡＴＭ设备。目前传统数据通信业务也还有很大的市场，因此ＡＴＭ／ＩＰ多协议、多业务平台会继续存在一个时期。但是由于中国数据通信业务发展晚，对多协议、多业务的要求不强烈，发展用吉位线速路由交换机构成的宽带ＩＰ网无疑是最佳选择。

     从历史发展的观点看，随着通信体制革命的深入发展，ＡＴＭ将逐渐退出历史舞台，让位给宽带ＩＰ网。但ＡＴＭ的先进思想和技术已经被宽带ＩＰ技术吸收，所以从某种程度上可以说，宽带ＩＰ技术是ＩＰ技术和ＡＴＭ技术结合的产物。

３ Ｌ２／Ｌ３／Ｌ４一体化交换和ＬＡＮ／ＭＡＮ／ＷＡＮ的融合

    在计算机网络发展过程中形成了局域网、城域网、广域网之分，而在网络交换设备方面则有工作于链路层的集线器、交换机和工作于网络层的路由器之分。它们采用不同原理、不同技术，各司其职。近年来随着吉位路由交换机、吉位以太网的出现及光传输技术的进步，上述产品分工和网络划分的概念开始发生变化。吉位线速路由交换机采用ＡＳＩＣ进行包处理和转发，高性能路由处理机计算路由表。它既可以提供第２层的交换功能，提供ＶＬＡＮ服务，又可以提供网络层（Ｌ３）的路由器的功能，支持路由选择信息协议（ＲＩＰ）、开放式最短路径优先（ＯＳＰＦ）、边界网关协议（ＢＧＰ－４）等各种路由协议，还支持传输层（Ｌ４）的一些服务，人们称之为Ｌ２／Ｌ３／Ｌ４一体化交换机。这种路由交换机的出现不仅改变了原有产品的分工方法，也对网络结构产生重大影响，可以大大简化网络结构。吉位以太网的出现使传输速率达到１Ｇｂｉｔ／ｓ。现代全双工以太网交换机已经消除了传统以太网共享媒体防碰侦听造成的效率低和传输距离限制。量子阱分布反馈激光器等新激光器的增大功率、减小带宽使得在单模光纤上吉位以太网的无放大传输距离可以达到８０ｋｍ以上，有放大无电再生的传输距离可达到６００ｋｍ以上。这样，原来划分ＬＡＮ／ＭＡＮ／ＷＡＮ的界限消失了。吉位以太网可以用于ＬＡＮ、ＭＡＮ甚至ＷＡＮ。从广域网到城域网、局域网，采用不同速率的以太网具有相同的与ＩＰ数据包一致的帧格式，中间不需要任何格式转换，实现无缝连接，设备简单、效率高。目前光缆到路边、大楼，ＬＡＮ接入已经成为一种新的接入方法称为ＧＩＴＳ（Ｇｉｇａｂｉｔ Ｉｎｔｅｒｅｎｔ ｔｏ Ｓｃｈｏｏｌ／ｈｏｍｅ）。这种组网新概念正在快速发展，它也受到传统组网概念的束缚。而一些大网络设备生产商，为了保护其已有的投资利益，无视上述发展趋势，仍然坚持传统的产品和网络分工方法，强调各种产品的分工和差异，提出一些似是而非的理由，维护传统的产品分工界限。他们不承认Ｌ３交换是路由器，强调它和吉位以太网只能用于企业网不能用于骨干网，造成用户思想混乱，不能及时接受新技术、新概念。如果我们能从发展的观点，站在更高的角度看这问题，就很容易正确判断。

４ 能否不用ＳＤＨ直接在光纤上运行ＩＰ

    同步数字系列（ＳＤＨ）是在光纤上以时分复用方式传输多路信号系统，最初是为传输话音设计的。不久前的因特网骨干网大多是在光纤上运行ＳＤＨ，在其一个通道（１５５Ｍｂｉｔ／ｓ或６２２Ｍｂｉｔ／ｓ）上运行ＡＴＭ，然后再在ＡＴＭ上运行ＩＰ。吉位线速路由交换机的出现使得有可能不用ＡＴＭ直接在ＳＤＨ上运行ＩＰ，这就是ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ或Ｐａｃｋｅｔ ｏｖｅｒ ＳＯＮＥＴ（ＰｏＳ）。如果不需要时分复用，一条光纤上只传输一路ＩＰ数据，能否不用ＳＤＨ层，而在光纤上直接运行ＩＰ？回答是肯定的。这就是ＩＰ ｏｖｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ。这时不再使用ＳＤＨ的分插复用和交叉互连设备，路由交换机所提供的交换、路由和包统计复用的全部功能可以使设备成本大大降低。ＳＤＨ的另外一个重要功能是当光缆被割或设备发生故障时的快速自愈恢复能力（５０ｍｓ）。因特网的分布式特性使其具有固有的自愈恢复能力，通过另选路由实现自愈恢复，灵活性更大。但是其恢复速度较慢，目前已经发展了一些快速方法可以达到与ＳＤＨ相同的速度，但尚无统一标准。随着ＩＰ网的发展普及，包统计复用和光波分复用将逐步取代ＳＤＨ的时分复用，ＳＤＨ将逐步退出历史舞台。

５ ＩＰ ｏｖｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ的分帧方法

     在光纤上直接传输ＩＰ数据包需要选择一种帧格式，即选择一种分帧方法。目前主要使用两种帧格式：ＳＤＨ帧格式和以太网帧格式。采用ＳＤＨ帧格式时，需要将ＩＰ数据包装入ＳＤＨ帧，需要增加分拆重组设备（ＳＡＲ），既浪费资源又增加成本（目前路由交换机的线路卡的一个６２２Ｍｂｉｔ／ｓ ＰｏＳ端口的价格是吉位以太网端口的４倍）。ＳＤＨ分帧方法主要是在广域网上远距离传输需要使用ＳＤＨ电再生器时，或需要和ＳＤＨ设备连接时使用，速率一般为２．５Ｇｂｉｔ／ｓ或１０Ｇｂｉｔ／ｓ；采用吉位以太网帧格式，即直接在光纤上运行吉位以太网是一种经济有效的方法。以太网帧格式与ＩＰ数据包一致，不需要ＳＡＲ。广域网、城域网和局域网使用统一的以太网帧格式可以无缝连接，并大大简化设备，降低成本。速度更快的万兆位以太网（１０×ＧＥ）的标准也正在制订中。

     ＩＰ优化光网络是宽带ＩＰ网的技术基础。近年来随着高性能激光器、耦合器、掺铒光纤放大器技术的进步，密集波分复用（ＤＷＤＭ）技术已经成熟并开始商品化。在普通标准单模光纤上提供９６×２．５Ｇｂｉｔ／ｓ传输能力的系统已经商用。

    将密集波分复用宽带传输能力与吉位（或太位）路由交换机的交换、选路能力结合起来，就形成了ＩＰ优化光网络。它满足以ＩＰ业务为主对网络进行优化设计的需求。这种系统在一个波长通道内是包统计复用，在光纤内是波分复用，在波长通道内和通道之间的包交换、选路转发完全依靠电的路由交换机来实现。目前商用设备可以实现几十吉比特每秒的传输和交换速度，不久可以达到１Ｔｂｉｔ／ｓ以上的传输和交换速度。用ＩＰ优化光网络构成因特网骨干网，与传统电信网相比，带宽可以有上百倍的增加，而成本会有成十上百倍的降低。

     此前进行的全光交换网络的研究是以电路交换的概念为基础的，被设计成与ＳＤＨ时分复用系统配合工作。从发展的角度看，今后可能会转向光标记交换研究。将波长通道之间的选路、交换由光交换来完成，这样可以减轻电的路由交换机的负担。

    今后，ＩＰ优化光网络将会飞快发展，并成为电信骨干网的主流。

６ ＭＰＬＳ流量工程、自愈恢复和网络管理

    ＩＰ网管理上的一个重要问题是如何监视流量，防止和化解拥塞。采用ＯＳＰＦ协议选择最短路径，可能会在一些热点节点出现拥塞。早期在因特网骨干网上是采用人工修改ＳＤＨ通道的路由，通过改变路由矩阵来控制流量。由于在因特网上无法监视某一个路由路径上的流量，这种调节有时是很困难的。在ＡＴＭ被用于因特网骨干网上时，用虚电路来连接路由器。虚电路上的流量是可以监视的，改变虚电路也很方便，控制流量能力大有提高。在发展ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ技术时又发展了多协议标记交换（ＭＰＬＳ）技术，可在ＡＴＭ交换机中，根据标记为一个ＩＰ实时业务数据流建立虚电路，保证ＱｏＳ。当吉位路由交换机取代ＡＴＭ用于因特网骨干网时，控制流量的流量工程被再次提出。采用ＭＰＬＳ在ＩＰ网上为某一路由路径建立标记交换路径，借助标记号可以将这一路径变为显式的，可以监视其流量，也可以方便地改变路由，重新设置路径。随着标准的制订和完善，今后ＭＰＬＳ将成为实施流量工程的主要方法。此外，ＭＰＬＳ还将为自愈恢复和管理提供有力的支持。ＩＰ优化网络的网络管理系统要求Ｌ１／Ｌ２／Ｌ３一体化，ＭＰＬＳ将是一个有力的工具。

７ 宽带接入网和终端体制

     近年来宽带接入网技术发展迅速，各种方法五彩纷呈，主要技术已成熟并开始商用。用于电信网的不对称数字用户线（ＡＤＳＬ）和用于有线电视混合光纤／同轴电缆（ＨＦＣ）网的电缆调制解调器技术均已成熟，并开始大量推广，成本可以降低到１００～１５０美元以内。另一方面，光缆到路边或大楼的ＬＡＮ接入方法异军突起，展现了很好的发展势头，前述ＧＩＴＳ声势就很大。在无线宽带接入方面，有ＬＭＤＳ和正在发展中的第３代移动通信。目前几乎所有的接入网和终端都已经或者正在转向ＩＰ。其中，ＨＦＣ电缆调制解调器ＤＯＣＳＩＳ标准已经明确采用ＩＰ，ＩＥＥＥ ８０２．１４方案因采用ＡＴＭ已经被业界放弃。ＬＡＮ接入将肯定是用ＩＰ。目前的ＡＤＳＬ的ＩＴＵ标准因采用ＡＴＭ信元，用于ＩＰ很不方便，一些厂商已经开始在其产品中同时提供ＡＴＭ和ＩＰ两种输出。

８ 结束语

    现代通信体制革命为中国通信实现迎头赶上战略提供了难得的历史机会，要把握这一机会，必须正确掌握技术发展趋势，结合中国的实际情况，选择我们的发展道路。中国数据通信起步晚，传统数据通信业务规模不大，与发达国家相比，多协议、多业务的包袱要小得多，因此应尽可能快地转向以ＩＰ为基础的新体制。在光缆上采用ＩＰ优化光网络，建设宽带ＩＰ网将大大加速中国因特网数据通信业的发展，加速国民经济信息化的进程。