模拟、混合信号、大规模集成电路


核心网络:没有通往未来的捷径

2000年1月26日模拟、混合信号、大规模集成电路

业内权威人士对未来电信网络也有类似的看法:在一个以数据为中心的网络上集成语音、视频和数据,就像这么多流量一样。所有人都一致认为,电路交换话音网络将逐渐被小区和分组交换以及路由器所取代。

当我们试图精确地指出这种转变将在何时发生,或者甚至肯定地说,数十亿美元的电路交换基础设施将完全被取代时,这种愿景就变得模糊了。同样不确定的是,ATM是否会继续作为核心网络的主要传输方式,还是会逐渐被直接通过Sonet/SDH运行的IP所取代。

南旧金山电信市场研究咨询公司Ryan Hankin, Kent Inc (RHK)表示,由于互联网流量和接入网带宽不断增长,美国本季度开始“认真地”转向电路交换业务。

Sprint Communications走在了这一变革的最前沿,已经开始用ATM交换机取代其Class 4电路交换机。与此同时,IP语音技术的发展,特别是PSTN和IP网络之间接口的呼叫处理协议,继续将语音通信转移到以前认为只有数据的网络上。

RHK估计,北美网络上的数据流量正以每年80-100%的速度增长,预计到2003年,核心交换机和路由器的市场将达到55亿美元。数字用户线(DSL)和有线调制解调器在美国大量部署,欧洲可能落后六个月,带宽价格的下降鼓励企业购买更多DS3和OC-3服务。综合效应是推动核心交换机和路由器的容量需求上升。

但是,当许多初创公司都在争先恐后地满足对更快路由器的需求时——在此过程中吸引了数十亿美元的股票估值——老牌供应商面临着一个难题:如何帮助他们的运营商客户将他们的话音流量转移到数据网络,同时保护他们现有的产品线和运营商的传统安装。考虑采用Sonet/SDH (POS)分组的运营商不仅必须满足容量需求,还必须提供与TDM和ATM相关联的可靠性水平——确保终端用户期望在服务水平协议中看到反映。

POS提供的优势之一是,它消除了在ATM信元内封装数据包的需要,从而简化了网络管理并提高了效率,例如通过避免与ATM的53字节信元和5字节报头相关的“信元税”。相反,高级硬件路由和缓冲直接将IP数据包流映射到Sonet/SDH帧,并基于点对点链路协议(如PPP)进行连接。

然而,对网络架构进行如此彻底的重新思考所需的巨大成本使得它变得不切实际,除非涉及到大量的纯IP流量。

相反,新兴的、现实世界的解决方案充分利用了ATM对质量控制和流量优先级的掌握,并将其与IP的效率和普遍性相结合。目前获得厂商和运营商支持的两项新协议的目标是,通过将流量优先级的控制交还给网络管理人员,并将IP变成一种可行的传输机制,用于运营商级的语音和其他实时服务,从而提供高效的流量工程。

多协议标签交换(MPLS)仍在互联网工程任务小组的开发中,但在今年受到了热烈欢迎,并已开始在实时网络中部署。

MPLS是为了提高核心网络上路由IP数据包的效率而产生的相互竞争的方法。在几年的时间里,IETF评估了Ipsilon网络(现在由诺基亚拥有)和IBM的ARIS提出的“IP交换”技术。但最终,MPLS与思科系统(Cisco Systems)开发的“标签交换”技术最为相似。

其目的是在IP中建立对流量负载问题的意识,例如根据流量工程要求设置粗粒度路径,然后使用细粒度转发来避免拥塞的路由。

MPLS标签交换路由器(MPLS Label Switching router, LSR)部署在网络边缘,在IP报文进入MPLS网络时为其添加标签。这个标签包含关于包的目的地的特定信息、到达那里的预定路径和服务类别的指示。包在每个MPLS路由器上都根据定义的路径经过路由,这样就不必在每个路由器计算下一跳时进行中间查找。LSR可以是ATM交换机或路由器,也可以在IP头中添加服务级别标志。当包离开MPLS网络时,额外的信息位被剥离。

这样做的效果是将整个路由功能从每个路由器的转发功能中分离出来——允许路由器对网络拥塞反应更快——并允许网络管理员为特定类型的流量定义明确的路径。

MPLS还通过控制如何将第三层IP流量映射到第二层传输层来保护运营商在ATM上的现有投资。ATM表示的虚电路就是MPLS表示的LSP (Label Switched Path)。MPLS标签中的服务类信息可以根据服务类的ATM质量进行转换:固定比特率、可变比特率等。

另一种潜在的互补技术是Diffserv,它也是在IETF的赞助下开发的。Diffserv还使用网络边缘的“流量调节器”为每个数据包添加相关信息。但是Diffserv(“差异化服务”)只关注第三层,并为IP提供可伸缩的QoS方法。

Diffserv最终可能位于企业和运营商网络之间,而MPLS则可以部署在核心中,其重点在于路由效率和ATM集成。从那里,MPLS可以增强区分服务功能,从每个数据包的“DS字节”(一种经过修改的服务字节类型)中获取QoS数据,并将其转换为MPLS标签。

一些供应商——包括安立信及其Multiflow 5000系列多层交换机——正在其产品中提供Diffserv功能,为运营商提供了服务类别的打包和计费选项,特别是对于VPN,其中对质量的粒度控制将是一个受欢迎的功能。

供应商策略

许多顶级ATM交换机和路由器供应商已经宣布支持MPLS。

Ascend通信公司在1999年2月表示,它将为其cbx500交换线发布MPLS模块。自去年6月以240亿美元收购朗讯科技公司以来,Ascend成为整个ATM交换机市场的领导者。根据1998年的港口销售数据,Probe Research认为Ascend在美国的市场份额接近38%,而Dataquest认为这个数字只有23.2%。据RHK估计,Ascend在1998年的市场占有率约为33%,领先于思科,后者通过超越新桥,将市场占有率提高到24%。RHK称,福尔系统、NEC、北电网络和其他公司占据了剩下的19%。

Fore在1999年1月宣布,它将开始为其AX-4000交换平台构建MPLS支持,并将其描述为“将IP和ATM世界的最好的东西带给IP服务提供商”。

IBM已宣布决心成为一家主要的ATM交换机供应商,并承诺到2000年初提供MPLS支持。爱立信提供MPLS作为其现有ATM交换平台的一部分。早在四月份,爱立信就收购了Torrent Networking Technologies,该公司生产的千兆路由器将被打包为爱立信针对ATM上IP的MPLS解决方案中的标签边缘路由器。

然而,MPLS尚未在大规模网络上进行测试,该标准的说服力在很大程度上取决于思科是否成功地部署了它。和世界上占主导地位的路由器供应商一样,思科通过在其电信级ATM交换机中构建IP路由,将MPLS作为进入新市场的一种方式。

思科去年4月透露,它将向美国电话电报公司交付其混合IP和ATM交换机。美国电话电报公司是第一家部署使用MPLS标准设备的美国运营商。AT&T将使用这些交换机来支持其支持ip的帧中继服务,而MPLS则提供高级的QoS选项。

最新宣布其MPLS策略的网络运营商是主干ISP UUNet。去年早些时候,UUNet在纽约、华盛顿和亚特兰大之间开通了一条OC-48连接,并计划稍后推出类似的连接。

UUNet正在寻找一条到OC-192的免费升级路径。随着速度的提高,继续在ATM交换机和路由器之间进行接口变得不切实际,这是促使运营商和ISP向IP跨越的一个重要因素。

UUNet首席科学家Michael O'Dell证实,随着MPLS的部署,ISP相信它可以开始取代其ATM交换机,主要是由Fore提供的ASX 1000。UUNet表示,它将大规模地从IP over ATM转向IP over MPLS,并表示,在新技术得到证明之前,它将同时运行ATM和IP网络。

UUNet的升级雄心也适用于其欧洲网络,该网络将基于瞻博网络(Juniper Network)的M40互联网骨干路由器。

在千兆路由器初创企业中,加州山景城的瞻博(Juniper)吸引了大量关注。Juniper于1997年8月由前思科系统(Cisco Systems)工程师成立,1999年初首次公开募股(IPO)时的估值为40亿美元,而当时该公司第一季度的营业额仅为1,000万美元。RHK认为,基于M40的性能表现,该公司可能从思科手中夺取至多20%的路由器市场份额。

Internet Backbone路由器最多可以处理8个OC-48 (2,4 Gbps)端口或128个OC-3s (155 Mbps)端口,被认为已经克服了标准路由代码BGP中的一些漏洞。路由器也可以直接馈送到密集波分复用(DWDM)网络。

然而,Juniper没有将ATM交换构建到M40中。相反,该公司打赌其他ISP将效仿UUNet。Juniper承认,到目前为止,ATM基于硬件的交换支持速度要求,ATM永久虚拟电路(PVC)在让网络管理员控制流量负载方面发挥了重要作用。但该公司表示,随着时间的推移,维护ATM核心和逻辑IP覆盖所涉及的费用和复杂性,以及将基于交换机的流量工程与基于路由器的路由协调起来的困难,将使纯IP选项更具吸引力。

其他初创公司,如Argon Networks、Nexabit Networks(另一家最近收购朗讯的公司)和Pluris等,都承诺提供太比特速率。Argon是西门子于3月份推出的集成语音数据技术公司Unisphere Solutions的一部分,它提供Gigapacket Node(GPN)ATM和IP平台,可扩展到60 Gbps,并支持将端口从ATM迁移到IP的选项。

Nexabit声称其“多兆位”NX64000是世界上容量最大的路由器。NX64000具有6.4 Tbps(可部署为192 oc -3到16 oc -192)的性能,当然处于路由器设计的外围。对于质疑这种能力需求的怀疑者,Nexabit的回应是,DWDM供应商已经在谈论OC-768和OC-3072。

重大的挑战

“尽管许多人相信网络流量最终将整合到单一的IP over optics基础设施上,但许多服务提供商会发现,保留两个功能不同的主干(一个完全以IP为中心,另一个基于ATM)将产生更高效的网络。”RHK交换机和路由服务的主管JoeSkorupa说。

但斯科鲁帕说,考虑多业务网络的服务提供商面临“重大挑战”。现有的语音/时分复用网络“对健壮性和质量设定了非常高的客户期望”。IP、ATM和混合网络必须满足这些期望,同时在可伸缩性、容量和成本降低方面实现逐步改进。





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