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未来光Internet 返回列表

□冉隆科

过去10年来,Internet的客户机和用户每年以80%~100%的速度迅速增长。到2000年1月,Internet客户机,包括PC、WebTV和个人数字助理至少达1亿,全球基于Internet的用户达1.79亿。服务器和客户机的复合增长率每6个月提高33%,到2003年,连接在Internet上的服务器和客户机将达到10亿。

由于人们预见到了Internet迅速发展的趋势,在网络连接方面致力于扩大网络容量,从开发同步光纤网(SONET)中寻找出路,并早已使SONET正式成为广域网标准,而且到20世纪中期以后,密集波分复用(DWDM)系统开始迅速发展。但是,Internet的数据业务量一直爆炸性持续增长,使SONET网络难以承受Internet如此巨大的业务量。SONET控制业务量的局限性和业务量增长的不可预测性,预示着这一标准在Internet主干传输中的统治地位将宣告结束。

发展光Internet的必然性

SONET自它诞生以来主要提供4种功能,即线路复用(将低数据率复用成高数据率);提供大容量传输带宽;监测网络性能和提高网络生存力。在近期内,先进的光网络系统与高性能多千兆比特或太比特路由器相结合,将能够执行这4种功能。在未来,这4种功能必将融合成任何以数据为中心的网络结构。所以尽管有些SONET功能在近期内还需要,但单独的SONET必将被全光网络所取代。业务层与传输主干的链接,将为未来的全光Internet 奠定基础。

从网络发展进程看,SONET向全光网络发展是由网络业务,特别是远程网络业务急剧增长的必然趋势决定的。在这些网络业务中增长最快的是IP应用业务,预计在进入21世纪后,这一应用业务仍将以最快的速度增长。据美国一家产业分析商1999年的调查报告预测,仅在今后4年内,公共网络IP业务的增长量将是目前公共网络业务量的30倍。更重要的是,传送这种业务所需要的带宽预计将以更快的速度增长。

换句话说,Internet应用业务的巨大增长将对远程网络的传输业务产生前所未有的冲击。然而,SONET在设计上并不具备应付不可预测性的扩充能力,相比较而言,光Internet完全不同于SONET,它可以提供传输容量和传输距离都不受限制的网络主干。

Internet建立在全光主干网上,网络业务或IP层直接与传输层链接。通过这种光链接,数据业务更能有效地打包和传输,从而有利于节省成本,增大网络扩充能力,增加传输带宽。目前,通过SONET设备传送IP业务,需要光电再生机制,并在DWDM系统上统计复用,致使设计方案结构复杂,造价高昂,由业务层、SONET层和物理层组成的3层网络(见图1)由于不具有满足未来数据业务爆炸性增长需求的扩充能力而不得不退出历史舞台。

全光Internet的构成

最近以来,网络界有些研究人员萌发了在传输主干中消除SONET层的设想和对策,其效益是显而易见的。但是许多建议提出的消除SONET层的解决方案只不过是用另一种设备取代该层的过渡性解决办法。这些过渡性解决办法并不是业务层直接连接传输层,因此显著降低了成本效益,并在主干中增加了不必要的复杂性。真正的光Internet将把业务层直接与传输层或光层链接起来,二者之间无需传输层或任何其他设备(见图2)。在这种连接模式中,数据包的传送是通过全光主干实现的。这种全光传输系统具有完善的带宽管理和通道恢复功能,大大简化了远程主干网络。在业务层和光层之间不再需要光电再生的SONET层,从而消除了电再生器和插分复用多路器(ADM)这些远程主干网络中最昂贵的部件,在合理配置下可使传输网络的成本减少40%或更多,而且设备数量的减少使主干网络造价更低廉,结构更简单。

目前,世界上一些网络公司已开发出多千兆比特或太比特路由器,这些高性能路由器的问世使全光网络的实现向前迈进了一大步。这些高性能路由器安装在主干网络的核心,可以直接利用全光网络环境。鉴于高性能路由器具有传输速率极高的光接口(如2.4和10Gbps的光接口), 过去由SONET终端执行的高数据率多路复用不再需要了。在业务层直接与传输层链接的情况下,太比特路由器将用作多业务网络的综合传输平台,可传输租用线业务、话音、视频和数据。换句话说,路由器将是两层网络结构的不可分割的组成部分之一。

两层网络结构的第二个组成部分是光联网系统。为了使这种新型两层网络结构得以完全实现,光联网系统必须提供附加功能,包括超远距离传输、通道恢复、带宽保障和性能监测等。也就是说,光联网系统和太比特路由器将是光Internet的两个最基本也是最重要的组成部分。

这种高性能路由器加光网络系统的高速Internet已在个别发达国家中得以实现或处于实验阶段。例如,美国的SuperNet实验型Internet主干网在波士顿和华盛顿特区之间建立起2.5Gbps的线路,在波士顿地区建立起连接5个站点的2.5Gbps网络,在旧金山海湾地区建立起连接4个站点的2.5Gbps光环路,使传输速率比目前的Internet高100倍。并在加利福尼亚的洛杉矶和奥克兰之间建立起10Gbps的光链路,在华盛顿特区建成20Gbps的连接6个政府站点的光环网络。目前正在建设的东起华盛顿特区,西至洛杉矶的远程主干网链路,将通过6个区域性研究网络连接100个研究机构,以2.5~20Gbps的速率,为远程医疗、远程教育和电视会议等实时应用传送巨量数据,使美国在Internet技术领域居领先地位。

网络性能更好

高性能太比特路由器与先进的光联网相结合的两层网络将使网络具有可扩充性、通道恢复和数据传输透明性等优点,使网络性能得以显著改进。

我们先来看看第一个优点即网络可扩充性的改进。两层网络采用模块结构和灵活的带宽分配, 因此具有很强的扩充能力。从结构设计观点看, 直接在光层上传输 IP信息不需要无阻塞交叉连接矩阵,因而传输网络能够提供很高的数据率,从而满足数据业务迅速增长的需要。仅采用2.5Gbps的DWDM通道的传输系统已经不适用了,下一代光网络的基本传输速率将是10Gbps,在不久的将来将提高到40Gbps。

高性能路由器加光连网系统的结构模式的再一个优点是能够提供数量极大的传输带宽,因而使网络具有很强的通道恢复能力。当传输带宽有限而且成本高昂时,最大限度地有效利用传输带宽是对降低成本要求严格的远程网络中首先要考虑的因素。鉴于这个原因,光网络能够提供复杂的通道恢复功能,从而使通道恢复最大程度地共享传输带宽。由于光网络具有这种新的通道恢复功能,超远距离网络结构将以较低的成本提供大量的传输带宽,并提供在远程主干网中能够使用更加迅速的通道恢复能力,如直接在光层提供不同的路由。采用这种网络结构模式,总的故障监测和恢复时间能够减少到几毫秒。

两层网络结构的第三个优点是数据率透明。全光网络系统将能直接与路由器支持的任何数据率接口结合,如与2.5、10、40Gbps或更高的数据率接口。

显而易见,采用这种两层网络结构的光Internet结构更简单,链接效率将更高。高性能路由器加先进的光传输,无疑代表了远程主干网的未来。两层网络不需要在二者之间加一个独立的SONET层,因此它所带来的复杂性也不存在了。不过,SONET标准本身还将继续存在,但是所起的作用不同。

SONET将继续用在网络的接入部分,因为在这一部分基本不涉及距离和扩充性问题。而且在主干网中,电信公司可以将其数据业务迁移到效率更高的全光网络平台上,而SONET将更多用于传送话音和租用线业务。这种迁移对策实际上可以优化电信公司现有的网络基础结构,延长SONET 投资的使用寿命。通过这种迁移对策逐步过渡到全光主干网,最后必将建立起结构更简单而效率更高和传输容量更大的光Internet
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