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Cisco 宽带城域网解决方案总汇 3第 2 页第第 1 章章 技术要点及产品介绍技术要点及产品介绍1.1 技术技术1.1.1 Metro DWDM 密密 集集 波波 分分 复复 用用 (DWDM)概概 览览本节提供 DWDM 技术、组件及应用的一个总体概览。它还介绍了 Cisco ONS 15454 如何实施 DWDM 解决方案。 DWDM 是一种增加现有光纤基础设施承运容量的技术，消除了安装新光纤电缆的高额成本。服务供应商目前使用的大多数高速主干网都包括以每秒2.5 GB 或 10 Gbps 运行的光纤链路。DWDM 为利用现有安装光纤获得增加带宽提供一个可伸缩的解决方案。DWDM 以不同波长同时传输多个信号，允许用户就象使用多个光纤一样使用一个光纤。这种传输方式创造了被称为虚拟光纤的东西。传送的每一个信号可以采用不同的速率，但是能够使用相同的物理光纤电缆。 DWDM 组组 件件基本 DWDM 系统包括下列组件：精确波长光纤发射器(激光)、光纤复用器和反复用器以及宽带光纤接收器。DWDM 系统的可选组件包括光纤分插复用器(OADM)和光纤放大器。1.光纤发射器和转发器DWDM 系统的光纤发射器为高分辨率精确窄带激光。这类激光器允许紧密的信道间隔，增加了可以用在 1500 nm 频带中的波长数量，同时最大限度地减少了信号减损(例如耗散)的影响。光纤发射器最大限度地减少了功率损耗，允许远程发射，并提供高度的信号完整性。这些激光器允许使用光纤放大器，提高了延长距离的信号强度，与采用电子放大器相反，消除了重新生成各个第 3 页光纤信号的需求。大多数激光器系统的设计带有遵循 ITU-T 的波长频率，能够实现简化的互操作性和更加简单的组件选择。 发射器的一个主要组件是转发器，它通过光-电-光(OEO)转换将宽带光纤信号转换成特定的波长。转发器或波长转换器是 DWDM 系统的可选设备，提供光纤波长向精确窄带波长的转换。这种转换能使路由器、ATM 交换机或其他没有配备精确窄带激光器的设备复用到单一光纤上。2.光纤放大器光纤放大器用于增强光纤信号，以便最大限度地减少源自通过光纤发送光脉冲的功率损耗和衰减的影响。光纤放大器技术是启动 DWDM 高速、高容量传输的关键。光纤放大器技术是长途 DWDM 系统商业成功的关键。但是，由于城市和地区网络中的距离较短，光纤放大器并非总是部署在这些网络中。在光纤放大器出现之前，必须以电子方式重新生成每一个信号。当以电子方式重新生成一个光纤信号时，信号首先必须转换为电子信号、放大然后在被重新发射前转换回光信号。电子再生要求每一个光纤上的每一个波长拥有一个独立的再生器，而单个光纤放大器能够放大一个光纤上的所有波长。最常见的光纤放大器是掺铒光纤放大器(EDFA)。传统 EDFA 在 1530 至 1560 nm 范围内运行。 3.光纤复用器和反复用器光纤复用器将不同波长的发射信号复用到一个光纤中。光纤反复用器在接收端将结合信号分离成它们的组件波长。薄胶片介质过滤器和光栅就是复用器/反复用器类型的例子。DWDM 复用器一般为被动设备，这意味着它们不需要电子输入。这些被动复用器就象高精度棱镜一样，分离 DWDM 信号的不同色彩。4.光纤接收器第 4 页光纤接收器检测进入光波信号，并将它们转换成适当的信号，以供接收设备处理。光纤接收器通常为宽带设备，能够通过范围较宽的波长检测光。检测这种宽范围波长的能力允许单一接收器接收 1300 至 1550 nm 范围内的任何波长。5.OADMOADM 可以部署在 DWDM 系统或网络中，增加信号复用的灵活性。OADM允许您从一个密集波分复用的光纤插入或截取信道。OADM 被安装一个多波长光纤中，允许特定波长从光纤取出和插入，同时能使所有波长通过。作为增加 OADM 过滤器的结果，通过的波长将经历很小的信号衰减。DWDM 应应 用用DWDM 比传统光纤系统提供许多好处。它通过创建将每一个光纤转换成多个光纤的虚拟光纤，最大限度地减少光纤使用。DWDM 提供更大的可伸缩性，并延长了非再生距离限制。它还与位速率和协议不相关。所有这些好处转变成许多新应用。本部分将介绍一些可能的应用。 1.长途DWDM 技术非常适合使用点到点或环拓扑的长途承运商。拥有 16 个或更多传输通道(过去通常为一个)大大提高了承运商扩展容量的能力，同时留出备份带宽，而无需部署新光纤。 DWDM 技术一直被长途承运商广泛使用，它允许利用现有的光纤基础设施来满足不断增加的带宽需求。专为长途网络设计的 DWDM 系统能够在单一光纤上提供超过 32 个波长。 2.自治愈环自治愈环的开发取决于 DWDM 提供的大量容量。自治愈环一般安装在最尖端的电信网络中。通过使用 DWDM，电信网络公司可以建设一个每秒 40 GB 的环，带有 16 个独立的全保护信号。所有这些都能够使用 2 个光纤完成。第 5 页DWDM 技术不影响自治愈环技术的部署，而且对在 OCN 信号顶部运行的协议透明。DWDM 系统提供多个波长，能够用于 SONET/SDH 系统的工作或保护通道。这些波长还可以用于未保护的光纤信号，例如许多路由器或ATM 设备上的光纤信号。3.网络扩展对于建立或扩展其网络的公司来说，DWDM 是为现有基础设施提供未来保护的一个经济途径。DWDM 允许增量容量增加和简单地实施新设备。在工业基础迅速扩展的一些地区，DWDM 是满足不断增加的需求的一种途径，无需铺设新光纤。 Cisco ONS 15454 DWDM 解解 决决 方方 案案Cisco ONS 15454 DWDM 解决方案采用 18 个不同的 OC48 ITU DWDM 卡。其中 9 个卡在蓝带中运行，间距 200 GHz，另外 9 个在红带中运行，间距200 GHz。光纤拥有 25 dB 的链路预算。卡可以用于带有中跨距放大的长达200 公里的长途非再生跨距，或没有放大的 80 公里。 ONS 15454 OC48 ELR ITU 光纤补充了目前在平台上提供的 OC48 光纤卡。至于所有 ONS 15454 光纤卡，它们都可以进行配置，在环网络 (UPSR 或BLSR)、线性网络、点到点或 ADM 配置、网格、网络中或作为终端节点运行。根据用户的应用，ONS 15454 系统可以结合配置 ITU 和非 ITU 卡。 搭配 ONS 15454 ELR ITU 光纤和双向 DWDM 复用器/反复用器能够在单一光纤上提供高达每秒 45 GB 的带宽。当可用光纤有限时，所生成的光纤带宽改进可利用已安装的光纤基础设施，减少了安装新光纤的需求。由于 Cisco DWDM 解决方案基于标准而且符合 ITU，因此用户可以部署第三方制造商的产品来建立最适合其应用的多供应商网络。运用 DWDM 和 ITU 激光器设计一个城域光纤链路与采用单一通道操作一样简单。由于 ONS OC48 ELR ITU 光纤是为单跨距、非放大链路设计的，因此该解决方案能够在大多数类型的光纤上运行。由于部署的 DWDM 系统的低光纤传输功率和宽频率间隔，光纤非线性影响(包括 4 波混合、受激布里渊散射、自相位调制、交叉相位调制和受激喇曼散射)不是问题。 第 6 页DWDM 的部署不限制支持的网络拓扑类型，无论是环、线性还是网状网络。此外，ONS 15454 平台提供多服务(例如 DS1、DS3 和以太网)的能力不受影响。DWDM 被动复用器/反复用器对穿过波长的数据透明，并被用于扩展现有光纤的容量。根据特定网络的要求，ONS 15454 能够支持使用 ITU 及标准 1310nm 或 1550nm 波长的应用。 第 7 页1.1.2 DPT 动态 IP 光纤传输技术(DPT)，即 Dynamic Packet Transport，采用了一种全新的机制，在光纤上直接传输 IP 包，而其 MAC 层地址采用空间复用 MAC 地址。空间复用协议(SRP)，即 Spatial Reuse Protocol，是一种与媒体无关的 MAC层协议，可以用于各种物理层技术之上。典型的用法是由两根反向光纤组成SRP 环，其中每一根光纤都可以用来传输数据和传输反方向的控制信号。其工作原理如下图所示。为了区分两个环，不妨将一个叫作内环，另一个叫作外环。SRP 运行时，在一个方向发送数据(下行流)，而在反方向的另一根光纤上传输控制信号(上行流)。两根光纤互为控制，因此共有两个上行流和两个下行流。这样，SRP便能最大限度地利用光纤的传输带宽。同时，由于控制信号不受数据流干扰(例如排队、突发拥塞等) ，能够快速传输，从而为带宽的进一步优化和网络的高速自愈提供了保障。第 8 页由于 SRP 的媒体无关特性，DPT 技术可以透明地运行在现有的各种重要光纤基础设施上： 裸光纤 波分复用(WDM) SDH 点对点或环媒体的无关特性还能使 DPT 运行在上述介质的混合环境中，从而提供了一种向纯 IP 优化光纤网络平滑过渡的解决方案。动态 IP 光纤传输技术 DPT 具有如下特点： 空间复用。一根光纤环可以分段传输数据，所以至少可以提供两倍的带宽提升因子。 双环结构。两根光纤同时传输数据，使带宽得到两倍的提高。 公平机制。所有节点对带宽具有同等的控制权，从而为带宽的统计复用提供了最佳的保障。 统计复用。网络带宽分段使用，且任意节点间富余的带宽可以被其他节点所使用，以成倍提高可用带宽。 第 9 页 扩展性。一个环上的节点数可以最高至 128，单端口速率可以最高至10Gbps，地理范围可以像 SDH 一样扩展到足够的程度。 可靠性。可以提供比 SDH 的自动保护交换(APS) 更好的网络自愈功能。不仅可以在 50ms 内切换光纤，而且由于它是 IP-Aware 的，可以在 50ms 内恢复 IP 业务，不需要路由表的重新收敛。 IP 业务映射。可以直接映射和支持 IP 包的优先级，直接支持 IP 包的广播以及其他 IP 业务控制功能。 即插即用。简单的环形结构和自动发现机制使网络设备的配置变得十分简单。例如，在一个网状网中，增加一个节点需配置 2N 个端口，而在一个环形网中，增加一个节点最多只需要配置一对端口。 统一网管。从物理层到链路层到网络层全部三层的网络管理不再需要不同的网管系统。 高性能价格比。一个 SRP 环上的每个设备永远只需要一对 SRP 端口而点对点网状网中，每节点需 N* * (N-1)个端口 ，从而使网络扩容时不再需要增加端口，大大降低了网络成本。同时，DPT 的高可靠性还大大降低了运行维护成本，并提高了生产效率。DPT 技术与 SDH 技术相比，其优点主要在于可以动态使用带宽，使带宽的利用率得到大大的提高，并避免了点对点连接的限制，减少了端口数的需要。DPT 技术还与 POS 技术一样，避免了 ATM 技术的协议复杂性、信令系统和过高的信头开销，并且由于直接支持 IP，无需 IP 包的拆分和重组，从而大大提高了交换机的处理能力，并降低了设备的价格。对于新一代的网络营运商来说，动态 IP 光纤传输技术 (DPT)是一种新纪元网络基础构架的极其重要的技术，DPT 各种技术特性的设计都是为了营运商能够在保证高品质服务的前提下，进一步减少投资和营运成本，而提高生产效率。综合起来，DPT 技术为网络营运商带来了如下一些利益。1.有效投资。IP 光纤环的组建，使营运商在投资结构上发生了根本性的变化，大大提高了投资效率。例如，营运商不再需要在昂贵的时分复用(TDM)设备第 10 页(如 SDH 设备)上进行投资，却能获得同样的带宽；同时，又能采用空间复用和统计复用技术最有效地使用这些带宽而获得更高的效益。再如，从物理层到 IP 层的集成网络管理方式，不仅大大降低了营运成本，也大大提高了生产效率。2.增强 IP 业务。DPT 技术直接支持和增强各种 IP 业务，例如 VoIP、VPN等业务，而且更加稳定可靠，为经营者带来更丰厚的增值服务利润。3.网络的健壮性。由于提供了先期的性能监测、错误监测、错误定位、以及智能保护交换机制(IPS)，网络具备高级的自愈功能，使 IP 业务稳定可靠。可靠性是高速光纤网络的重要特性；这正如高速公路的修建，在减少交叉、减少红绿灯、平整路面以提高车速和扩展通车能力的同时，交通规则却更加严格：更远的安全车距、严禁行人穿越等，并增设应急车道提高可靠性。没有足够的可靠性保障，网络与公路一样不能“提速”；否则，会潜伏灾难性的后果。4.充分的扩展性。作为通信新纪元的关键的 IP 优化光学技术， DPT 以新的更稳定可靠的网络体系结构为网络提供了持续发展的道路。已经走过的技术路线表明，简化是核心，可靠则是关键。动态 IP 光纤传输技术 DPT 为营运商带来的上述利益完全符合营运级 IP 骨干网络设计的总体要求和技术要求，是 SCN 交互有线服务网 IP 骨干网可以选择的最佳主干技术。目前，AT&T、Spring-Net 、MCI 等著名电信营运商都在与 Cisco 合作， 采用这一最先进的 IP 光纤传输技术，建立其下一代的 IP 网络基础平台。其他正在测试或已经采用 DPT 技术的客户包括： Qwest, 德国电信，英国电信(BT)，日本电信， Home, MediaOne，美国在线 (AOL)和 UUNET 等等。