以太网技术在城域网中的应用

蔡海峰

以太网对企业而言并不陌生，而正在兴起的城域以太网，则作为网络行业的一个增长领域，代表了向企业和住宅客户提供数据服务方式的主要变化。这不仅是技术变化，而且还是运营方式和业务模型的变化，这些变化将使现有运营商对城域网进行改造，以提供更好的数据服务。

科学技术的迅猛发展有力推动了社会和经济的进步，特别是当今世界信息技术的飞速发展，更是极大改变着人们工作、生活的方式及质量。由于信息技术的采用，信息传递已从传统的纸质文件向电子文件转变，同时，随着通信技术的日益发展，客户对现有的网络不断提出更高的性能和服务水平要求，如何更好地利用和完善现在的系统及技术，提高行业的服务水平及竞争能力，成为网络建设必须重点考虑的问题。

城域以太网的发展及相关技术

随着局域网带宽突飞猛进地增长，城域网和广域网带宽的瓶颈开始凸现，电信运营商都在把以太网业务向更广的范围——城域网甚至广域网拓展。目前，企业真正需要的，是抛弃传统城域网和广域网的复杂性，直接将其站点连接起来。这不仅要求保持网络的简单性，更要求实现更高的带宽和更高效的连接，并支持多媒体应用，提供存储服务和服务器整合。

为了充分满足客户的需求，每隔几年，除了以太网技术性能的提升外，以太网技术越来越多地进入广域网互联的环境，以它的易用性、高性价比获得业界青睐。而且，以太网的带宽也逐级提高，从10M、100M、1000M到10G以致更高。现在以太网业务已逐步扩展到城域范围内，演进为城域以太网。

图1点到点以太业务示例

城域以太网是一个非常大的概念，涉及到对于以太网技术可靠性、可管理性、扩展性、服务质量、标准化等多个领域的优化和定义。对于大多数普通客户而言，他们更关心的是，如果运营商提供以太网专线接入服务，应该选择什么样的组网模型，什么样的客户端设备去适应这种变化，从而在获得这种灵活、高性价比、高带宽服务的同时，还能继续保持传统业务的连续性和业务质量。

现有的以太网组网技术非常多，常见的有裸光纤技术、MSTP技术以及PON技术等，这些都是城域以太网技术的一部分。

从城域以太网业务定义上来看，客户端设备以标准的10M、100M、1G或者10G以太网接口通过UNI连接到网络上；从客户的角度来说，UNI客户侧的网络连接是以太网，城域以太网中的多种传输技术和协议都可以支持这种业务，例如SONET?DWDM?MPLS?GFP等。

图2以太网基本业务模型

以太网业务的一个关键属性是以太网虚连接（EVC），即 “两个或者多个UNI的一个结合”，此处UNI是标准的以太网接口，利用EVC来构建一个2层专线或者VPN。EVC可以连接两个或者多个客户站点（或UNI），并在它们之间传递以太网业务帧；还可以防止不属于同一个EVC的客户站点之间交换数据，为数据提供类似于帧中继或者ATM永久虚电路（PVC）的私密性以及安全性。同时，在EVC上传递的以太网帧一定不能再传回它的发起UNI，而且，从源到目的地，传送的以太网帧必须携带MAC地址，且内容不能改变，不会丢弃以太网帧头。

从带宽上分，以太网业务可以分为标准以太网（Base）、快速以太网（Fast）、千兆以太网（GE）甚至万兆以太网等。从业务应用上分，可以分为点到点业务、点到多点业务、多点到多点业务。

点到点业务是指在两个UNI之间提供点到点的EVC，该业务最简单的形式是为在两个方向传递的数据提供对称带宽，数据流从一个源端点发出时，它会以一个且仅有一个目标端点作为目的地，进行数据传送。该业务可以用于构建与帧中继或者专线相似的业务，而且以太网带宽和连通性的选择范围更大。

图3点到点业务示例

点到多点和多点到多点业务是指多路访问，即一点对多点或多点对多点的组网结构。数据流从一个或多个源端点发出时，它会去到不同的目标端点，端口可以进行复用。通过路由配置，实现数据流的定向流动，不至于像广播一样，多个分点同时收到同样的数据流，避免了广播风暴的产生。从客户的角度看，该业务使得城域以太网像一个局域网。

图4多点到多点业务示例

由此，可以给不同等级的客户提供不同的组网结构——星型拓扑结构、环型拓扑结构、总线型拓扑结构。其中，星型拓扑结构是最常见的，许多金融机构、政府机构由于其网络呈二级或三级的组网方式，因此，都是在一个总头上开多条PVC，以对应多个下属分点。

当然，城域以太网技术在实际组网过程中，还存在一些难点，主要集中在QoS和OAM两个方面。

层次化QoS技术将是CE设备在城域以太网组网环境中面临的一个难题。 以太网端口通常为10M～1000M不等，而实际运营商提供的CE端承诺速率通常低于1000M，如何对UNI接口进行限速，并给与足够的线路缓存能力，就成为一个关键。而QoS难点并不仅仅在于物理UNI接口的一层，更需要对于端口复用方式组网的逻辑接口进行控制，甚至需要对于逻辑端口中客户具体的业务进行限速处理。

图5UNI的不同QoS

以太网OAM的难点在于以太网端到端之间中断，无法在本地的物理环境体现出来，既无法做到路由的快速收敛，也无法对故障进行准确的定位和排除。因此，在以太网OAM技术的发展过程中，IEEE、MEF、ITU等组织针对承载网设备，围绕以太网的环回机制、故障检测机制、故障定位机制等技术，均做出了相关的标准定义。

上海CE网络

电信级以太网（Carrier Ethernet）又称“运营商级以太网”，最早由城域以太网论坛（MEF，Metro Ethernet Forum）在2005年初提出。

图6CE网络示意图

以二层以太网专线作为组网的核心技术，提供多种不同业务，如CE点到点、CE点到多点、CE多点到多点、CE与ATM/FR业务的互通等，灵活的组网方式，极大满足了客户的组网需求。

提供二层以太网专线，无三层IP地址概念，安全性高。以电信级以太网（CE）作为核心网络，构建高可靠性、高可用性、高安全性、高灵活性、高先进性的专线网络。提供以太口接入，客户端只需配备通用的网络接口，价格低廉。它借助不同的业务和带宽，提供10万级别的EVC，带宽从1Mbps到10Gbps。

CE网的高可靠性体现在50MS的网络切换时间及业务可用性达5个9的保证，其特点就是所有节点形成多个环网排列，若某个环网中某段光纤中断，该环网上的所有节点均能在50ms内做自动切换，因此，不会影响客户的正常使用。同时，每个CE边缘层节点均有2~4条上联光纤与CE核心层节点互联，既增加了带宽，也形成了互为主备份的关系。而且，光纤的可靠性、抗干扰能力均非常出色，只要光纤资源到位，组网的安全性可以得到保障。

基于ATM网的高QOS，实现了严格的端到端等级分配，非常适用于商务网络。业务管理方便，可提供电信级的OAM能力，快速创建业务。

图7CE标准化业务

ELAN（Emulation LAN）是在ATM骨干网上开展的透明以太网业务，给客户提供以太网接口，在网内是以ATM PVC方式传送，具有ATM 端到端QOS保证，是一种高质量的二层VPN专线业务。ELAN产品具有良好的流量控制均衡能力以及故障恢复能力，网络可靠性高。适应于多种业务，具有良好的网络可扩展能力，能对不同的业务提供流量管理。

所以在做方案时，保证高安全性和业务质量为第一要务，在此前提下，还要充分考虑降低成本，增强可用性和维护性。在此基础上，制定了如下规则：

网络安全性。随着计算机应用的不断深入和扩大，涉及的部门和信息也越来越多，其中有大量保密信息在网络上传输，所以网络安全性的考虑已经成为网络设计的关键，需要从各个方面和角度加以考虑，来保证网络的安全性。

技术先进性和成熟性。网络技术日新月异，可供选择的产品技术众多，同时由于建设网络成本较高，须使用成熟的以太网接入技术和性能优越的设备，以保证网络稳定可靠的运行，既可以达到高性价比，又为将来网络的升级提供了基础条件。

标准化和开放性。网络的最终目的是实现所有计算机和各类资源的互联共享。由于当前多种网络产品并存，在网络系统的每个环节都有相应标准，只有采用遵循国际标准、开放性强的产品，才可以保证各种类型的网络系统间的互联，从而使客户有更大的余地来选择厂商，也为未来的网络扩展和升级提供了基础。

系统方案升级、扩充性能。网络系统在建成后会有一段很长的运行周期，在该周期内，应用在不断增加，应用的层次在不断升级，因此采用的方案因充分考虑升级、扩充的可行性和便利性，保证客户一次投资，长期受益。

保护已有投资。在保证上述四点原则的前提下，尽量使用客户原有投资设备。

某银行VPN组网实例

客户总头路由器以GE千兆方式接入，用于主备份端口。电信交换机采取就近接入的原则，尽量减少电信局端至客户端光纤的跳接数，以确保光纤的可靠性，减少故障点。中心端口为千兆，客户可以在任何时候升级至1000M以内的任何带宽而不需对硬件作任何变动，真正实现无缝升级。

中心路由器（总头）以GE千兆方式通过2条不同光纤物理路由接入电信不同的边缘接入设备，光纤直接接到客户设备，提供标准二层以太网千兆光端口，接入速率为1000M，连接客户路由器标准单模端口，采用标准802.1Q封装格式，划分VLAN，对应下属各家分点。客户共需准备2个GE端口（1主1备），客户端路由器需配置2个单模光接口模块。

下属各分点目前为37家，每家分点所需带宽以2M，则中心带宽需求最大＜100M。现中心使用GE千兆接入，可为带宽的使用和今后的升速提供剩余空间。

各下属分点采用CE网10/100M以太网接入方式，直接提供标准二层以太网端口，光纤直接连到客户机房。接入速率64K-100M，客户电路带宽可以以64K为步长，从64K到100M任意配置，可以在任何时候升级至100M以内的任何带宽而不需对硬件作任何变动，真正实现无缝升级。客户端路由器只需配置网卡一块即可。该种接入方式完全可以满足客户需求，且为将来可能的升速提供了剩余空间。

图8组网TOP

客户中心路由器需配置2个GE单模光接口模块，以提供1主1备千兆光接口。同时，路由器需满足802.1Q封装功能。客户下属分点路由器需各配置1块网卡。

若客户主、备用采用静态路由方式。网管主动监测主、备用端口运行情况，当网管监测到客户主用端口down或客户报故障时，网管与客户确认该端口非客户自行操作引起。网管UNLOCK备用端口进行主备切换，如客户设备无备份，则主备切换需客户配合进行。所有线路从主用切换至备用是自动进行的，因此一般在几秒钟内，所有的电路都会自动切换到备用端口上。为保障客户线路的正常使用，故障修复后，网管应与客户联系，尽快将PVC切回主用线路，将备用端口LOCK。

若客户主、备用采用动态路由（OSPF）方式。网管主动监测主、备用端口运行情况。由于客户使用OSPF动态路由方式，从而可以保证在故障时实现全自动无缝倒换，无需人工干预。

某银行上网实例

专线上网是指客户通过各类专线（包括CE专线、ATM专线、FR专线等），以64Kbps到1000Mbps之间的速率接入互联网，具有固定IP地址的业务。专线上网的优势在于：提供模拟线、光纤等丰富的接入手段；基于CE或ATM网作为核心，可靠性高；客户全程独享带宽，上网速度有保证；与上海电信Internet骨干网直连，跳数减少到最小；支持一个或多个固定IP地址，无需拨号；速率范围广，可实线无缝升级。

图9专线上网的网络拓扑

目前，规划中的光纤以太网设备是以二层LAN交换机、三层LAN交换机、SONET设备和DWDM为基础，对光纤的需求量比较大，会导致光纤资源大量消耗，尤其是一些中继光纤的消耗，客观上又引起光纤资源的不足。因此，密集波分复用是光纤以太网的发展方向，随着我国光纤到户工程的不断开展，波分技术是不可忽视的。