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滿足未來業務需求的分散式IP/乙太網路DSLAM

上網時間: 2006年06月14日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:乙太網路  分散式  寬頻遠端接取伺服器  學習曲線  隧道 

隨著複雜性的增加以及對封包處理和吞吐量需求的提高,市場更加迫切需要高性價比的分散式DSLAM架構來滿足最後一哩業務處理的需求。隨著新標準的不斷演進和新設備容量的增加,這些需求正逐步獲得滿足。

接取網路中的下一代DSLAM架構要求業務處理設備滿足各種性能要求。而且必須設立成本平衡點,以便充分發揮依成長需求支付的分散式設備和網路架構的優勢。

圖1:傳統的DSLAM架構。

過去的DSLAM設備在網路側和用戶側都採用ATM標準,但現在,它們都正朝乙太網路或基於IP、採用Gb乙太網路連接的網路鏈接發展。

下一代架構

ATM是能夠保證從用戶一直到ISP服務品質(QoS)的技術。在下一代架構中,DSLAM將終結DSL用戶的ATM電路,且必須轉換成能夠將用戶業務可靠安全地發送給服務供應商的數據封包技術。全球的電信業者正在定義和推進這種新型網路架構的標準化。這些架構必須全面支援增值業務,這使得電信業者能夠與像有線電視公司這樣的寬頻業者競爭,因為電信業者正致力於使自己變成語音、數據和視訊服務的三重業務供應商。

對網路新架構的基本要求是能夠完全支援IP服務,充分發揮IP本身多種服務的優勢,並充份利用低成本乙太網路傳輸和交換技術。下一代基於封包技術而非ATM技術的DSLAM就是基於這些要求而生的產物。

標準的數據封包DSLAM架構是基於乙太網路‘二層’的DSLAM。在這些DSLAM中,用戶業務回傳到採用乙太網路VLAN與乙太網路群播相結合的都會區域寬頻遠端接取伺服器(BRAS),即所謂的寬頻網路閘道(BBNG)。這將使回傳網路能採用比ATM廉價的乙太網路。在某些情況下,可以在DSLAM中加入IP協議‘三層’的功能,這些功能包括從用於小型遠端DSLAM的BRAS卸載功能(如本地會話銜接/匯聚),到用於大型和中心DSLAM的BRAS功能。

圖2:DSLAM架構的演進過程。

在其它一些情況下,可能會使用多協議層服務(MLS)在區域性寬頻網路中傳送業務串流。因此下一代DSLAM必須提供能夠以簡單、高性價比的方式適應任何上述情況的架構。

傳統DSLAM架構

對於初期(1999~2001)所部署的典型DSL網路架構,從用戶到BRAS之間採用ATM PVC,而在BRAS,PPP會話通常會被銜接或使用L2TP技術透過隧道連接到ISP。BRAS主要作為會話管理(AAA功能和IP業務)以及與網路服務供應商(NSP)的介面。

在這種架構中,DSLAM可當作簡單的二層ATM多工器或集中器。針對基於ATM的DSLAM應用,僅支援ATM的設備和架構被證明是成功的解決方案。然而,DSLAM市場上很快出現了乙太網路和IP DSLAM。這些類型的DSLAM要求使用ATM技術處理DSL迴路上的業務,並要求使用數據封包技術處理回傳網路連接。

DSL接取網路從ATM向乙太網路演進背後的動力來自兩方面:首先,目前的網路架構只支援流量保證服務,未來必須過渡到性能遠優於目前架構、支援豐富混合增強業務的多服務架構,這些業務包括先進服務處理技術支援的三重業務和服務品質(QoS)機制。

其次,基於ATM的接取網路雖然能夠支援這些服務,但擴展性差,成本太高,無法提供用戶可接受的解決方案。正是基本這些因素,供應商們選擇了基於乙太網路和IP的架構來彌補這些缺陷。

基於乙太網路的架構也是分階段演進的(見圖2)。第一步是傳統的寬頻架構,在最後一哩採用ATM over DSL技術提供各種DSL(ADSL、SDSL和VDSL)的組合。從DSLAM開始向上的第二公里(以下簡稱為第二公里),則採用各種ATM技術傳送到ATM交換機,然後進入BRAS。

第二步利用了Gb乙太網路技術。這是一項在20世紀90年代中期設立傳統寬頻架構時還沒有出現的技術。採用Gb乙太網路技術不僅可以減少DSLAM設備本身的介面成本,也能減少乙太網路交換機中和進入BRAS的業務的匯聚成本。

圖3:都會區域寬頻網路架構。

最後一步是發展成EFM(最後一哩中的乙太網路)標準。這通常出現在光纖深入到接取網路時,或接到支援EFM銅線節點(VDSL上的乙太網路),或是完全光纖解決方案(單模光纖上的EFM)。

基於乙太網路的DSLAM架構

下一代基於數據封包的DSLAM架構概念形成的一種方法,就是瞭解用戶業務串流進網路時的基本工作原理。首先,由ATM AAL5 SAR處理用戶業務數據,並將這些基於ATM的DSL業務串流轉換成乙太網路訊框。然後乙太網路業務串流被交換到向網路發送數據的匯聚卡。隨後的一系列作業都是在乙太網路訊框上完成的。

用於DSL回傳的乙太網路支援設備的最重要的特徵是,它構成公用乙太網路演進宏偉藍圖的一部份。這設立在都會區域乙太網路中的先進技術上,從最初的10G乙太網路聯盟(10GEA),到目前的都會區域乙太網路論壇,以及最後一哩乙太網路(EFM)技術發展等。而公用乙太網路架構的特點包括靈活性佳;可升級性;設備成本較低;能滿足第二公里網路中頻寬的短期需求;可向廠商提供技術平台;成本降低;可節省指配上千條ATM PVC的高額營運支出(OPEX);以及IP/ATM/Sonet/SDH各層所需的管理工具和管理人員必須分別管理。

ATM與乙太網路的比較

在許多情況下,網路中都存在著空閑ATM和Sonet/SDH容量,廠商都樂意利用它們,而不是投資建設新的回傳裝置。不過為了更好地提供新業務,也有一些廠商堅持認為,減少集線或DSLAM中的資源競用對他們來說是非常重要的。對於乙太網路來說這也非常重要(見表1)。

另一個被關注的問題是,廠商已經對與其所不願意放棄的服務和網路指配有關的ATM回傳裝置有了實質性的投資。持相反觀點的是那些依賴乙太網路提供之低成本來進行迅速部署並尋求巨大利益成長的廠商。

同樣,使用ATM回傳裝置的廠商們不需要學習過程。他們非常了解ATM機制,熟悉ATM設備,這種設備他們已經部署了許多年了。然而一些廠商認為,乙太網路的優點是如此巨大,以致於乙太網路的採納最終將是不可避免的,並且越早採納越有利。

第四點與服務有關。以ATM為中心的解決方案支援者經常說,作為起源的語音業務是他們市場計劃的重要組成部份,他們傾向於提供ATM上的語音服務。而對乙太網路解決方案更感興趣的廠商則把VoIP當作是重要武器,他們認識到這意味著形成高性價比的解決方案時所需的大量頻寬。

最終新技術的發展將取決於不同廠商的觀點和他們的長期網路規劃目標。這些影響導致了兩種不同的技術。因此,對於以ATM為回傳方案實現的轉換將以光纖革命為目標,利用ATM被動光纖網路(PON)和ATM VDSL作為銜接。而乙太網路回傳方案通常只是最後一哩乙太網路的起點,伴隨光纖在網路中的深入普及,EFM將成為這場向光纖轉換的目標。

分散式DSLAM架構

隨著乙太網路DSLAM的演進,微型DSLAM的部署將日益普遍。微型DSLAM方案允許在遠端佈置小型高性價比的設備,並提供更多服務。如果採用傳統的大型DSLAM,價格將非常昂貴。微型DSLAM非常適合用於分散式架構。

下一代分散式DSLAM架構將使用微型DSLAM。這些微型DSLAM提供各種不同的介面。透過簡單地配置帶ADSL-2、VDSL或快速乙太網路收發器這樣的用戶介面的微型DSLAM能支援各種用戶端介面。另外,微型DSLAM應支援各種上行介面,其中最重要的是雙Gb乙太網路上行鏈路,因為這是最常用的配置。

這些DSLAM應能平滑升級,可以從簡單的低密度微型DSLAM一直升級到支援上千用戶線的大型局端DSLAM。從通用的線卡開始,可以透過往卡上簡單地增加適當的結構配置和上行鏈路選件來構成一個微型DSLAM。

透過微型DSLAM的上行介面將其以菊鏈式連接相連,微型DSLAM可實現堆疊。在採用乙太網路上行鏈路時,它們還可以透過獨立的外部乙太網路交換機實現匯聚。相同的基本架構(也許確切地說是板卡)可以與Gb乙太網路交換設備一起放進機架內,因而構成大型的DSLAM。

分散式DSLAM優勢

分散式架構的優點協助它們目前變得流行起來。它允許一片單卡,即可以用於大型DSLAM子架(作為插拔式線卡),也可以用於微型DSLAM小型結構(作為獨立的遠端DSLAM)。微型DSLAM裝置採用非常方便的‘依成長支付’方法,可以透過多個盒子的‘堆疊’來增加用戶數量。

本地業務處理可以在微型DSLAM中完成,這樣做有許多好處。它允許透過Gb乙太網路鏈路來遠端連接線卡,並對上行鏈路卡來說邏輯上等效於本地線路卡。如果沒有本地業務處理功能,線卡上的流量控制將變得很複雜(因為必須集中管理)。

同時線卡還能實現空間和邏輯群播,節省設備頻寬,並簡化上行鏈路卡群播。上行鏈路卡要求群播只基於每個單卡而不是基於每個連接。

圖4:分散式DSLAM架構。

當用戶由同一片線卡提供服務時,微型DSLAM還能實現對等業務的本地交換,因而節省了回傳頻寬,甚至可以潛在地節省底板資源。因為降低了上行鏈路卡的要求,因此可以實現升級性能好、基於‘依成長支付’機架的解決方案。

DSLAM機架的入門價在機架只有部份被使用時會低很多。例如,如果在有16個卡的集中式機架中只配置兩片基本線卡,那麼冗餘成本、更高價格的上行鏈路/陣列卡(uplink/fabric card)將佔初始系統成本的主要部份。相反,配置兩片具有低成本的上行鏈路卡的‘智慧型’線卡將顯著減輕這種成本結構,使初始機架配置成本比較低,以後再隨著線卡的增加以更線性地方式增加成本。

與具有固定功能微型DSLAM業務處理器的集中型架構相較,在微型DSLAM中具有智慧業務處理單元的架構能夠更好地適應市場發展要求。微型DSLAM上的智慧業務處理器允許透過簡單的軟體升級來實現新功能的增加,同時能夠避免代價高昂的現場硬體升級。

隨著對DSLAM的數據封包處理和吞吐量要求的增加,整體市場趨勢將朝著分散式架構發展。現在這種分散式架構已經變得經濟可行,這是因為採用了專門針對這種應用開發的低成本接取網路處理器。

由於這些因素,將形成向基於乙太網路背板方向發展的趨勢,而不是更昂貴的基於交換架構的背板。由於要求背板具有更高的吞吐量,故基於傳統匯流排的背板將不再適用。

微型DSLAM處理需求

理想的微型DSLAM必須擁有能夠滿足下一代DSLAM要求的一系列功能。

1. 靈活性:對於能夠構成任意等級的DSLAM的可升級架構而言,埠介面類型和埠數量的配置靈活性是至關重要的。這種埠靈活性可以確保相容任意的DSL收發器介面類型。另外,它還允許在一系列不同的產品中使用相同的基線卡架構。

2. 吞吐量:吞吐能力不僅應該滿足目前應用的需要,而且還應在不需要對主要軟體進行重寫或重新配給的條件下,能滿足今後更高速度的應用的需求。

3. 處理功能支援:可以在不影響吞吐量的條件下支援更大範圍的處理功能。例如:滿足現有和今後應用需求的能力,包括從只提供高速網際網路存取到其業務調度、修整和更改的複雜度更高的全功能三重業務。新的需求應該只透過軟體的升級就能實現。

4. 經濟性:在提供上述功能時,必須有一個合理的成本平衡點,它使得業務的部署經濟可行。微型DSLAM必須是一個低成本的系統解決方案,該方案能採用片上控制面處理器,使用低成本外部記憶體,提供允許簡單路由的數據封包,並能採用低成本的PCB設計。

表1:傳統的ATM架構與乙太網路架構的特點比較。

以上是一些常規要求。根據以上這些要求,很明顯要求微型DSLAM具有大量關鍵的處理功能。除了一些基本功能外,還要求提供的其它功能有:1. 具有深度封包檢查的數據封包分類功能;2. 靈活的數據封包修改和CRC產生功能;3. 基於流量的業務處理功能;4. 成熟的策略和統計功能;5. 緩衝管理、擁塞控制和流量調度功能。

針對DSLAM線卡需要支援的各種已經確定了的處理功能,而考慮到這些功能也將隨著網路的成熟而演進,因此,可編程處理器是能夠確保未來適用架構的唯一有效途徑。進一步說,實現這樣架構的關鍵是軟體框架,該框架應能允許在為應用增添新功能的同時,進行迅速的應用開發,且所有這些功能只需少量程式碼即可實現。

下一代接取網路

作為IP路由器的DSLAM本質上是一個整合了IP路由器的DSLAM。用戶的PVC在這裡實現終結和路由,所有的IP業務被匯聚到單條二層上行鏈路上,不過每個用戶的身份將仍需要在BRAS中根據源IP地址(依賴於BRAS)來確定。此時PPPoE不能用在路由器到BRAS之間。它可以工作在沒有BRAS和只有一個ISP的小型網路中,或者用於不想提供IP服務的廠商。

作為具有VLAN映射功能橋接器的DSLAM:此時的DSLAM橋採用乙太網路成訊框技術,並為每個用戶追加不同的802.1q VLAN標識。由於乙太網路交換機通常是透明地設立隧道連接而不去了解每個802.1q標識,因此交換機中不需要採取任何措施,而且每個用戶也不會由位於二層上的BRAS進行分離。因為二層的這種透明性,這種方案能夠很好地應用PPPoE和其它二層協議。透過採用1q標籤作為標識符,可以為商業用戶提供簡單形式的QoS。

DSLAM用於直接橋接:這非常簡單,因為它是一個純乙太網路模型,不需要在二層維持邏輯用戶的分離,因此第二層可以透明地橋接通過網路。PPPoE和其它二層協議都可以很好地使用。這種架構能夠與PPPoE配合得非常好,用戶身份可以由PPPoE會話ID來維持。

DSLAM作為L2TP LAC:在這種模型中,DSLAM將終結L2TP隧道中的PPPoE隧道會話。因此所有ISP的會話都使用相同的隧道。顯然,為了保證彈性,廠商可以製作後備隧道。集中式BRAS群從DSLAM開始終結隧道,而DSLAM和BRAS之間的整個網路都基於IP協議。

作者:Sachin Kumar Jain

高級軟體工程師

HPC-DSL業務部

意法半導體公司




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