引言
近年來，IP業務在全世界的爆炸性增長，對網路頻寬造成了巨大的需求，IP數據網路頻寬要求每6個月翻一番，超過了著名的CPU摩爾定律。目前國際上已有多家通信運營商的IP數據業務量超過了話音業務，預計在今後的幾年內全世界通信網的IP數據業務將超過話音業務。將來話音業務甚至會僅僅成為一種附屬業務，IP已經成為未來“三網合一”無可爭議的統一平台。
IP over ATM
綜述
ATM曾被認為是一種十分完美的、用來統一整個通信網的技術，未來的所有話音、數據、視頻等多種業務均通過ATM來傳送。國際上，特別是電信標準化機構對該項技術進行了多年的研究，而且也得到了實際套用。但事與願違，ATM沒有能夠達到原來所期望的目標。與此同時，IP的發展速度大大出乎人們的預料，但一方面在若干年前自始至終沒有一種獨立的IP骨幹網技術，另一方面，IP在高速發展的同時確實有一定的缺陷，如QoS不高等。因此，在寬頻IP骨幹網中首先產生的是IP over ATM(IPOA)技術。
IP
PPP
HDLC
SDH/SONET
IP over ATM的基本原理是將IP數據包在ATM層全部封裝為ATM信元，以ATM信元形式在信道中傳輸。當網路中的交換機接收到一個IP數據包時，它首先根據IP數據包的IP位址通過某種機制進行路由地址處理，按路由轉發。隨後，按已計算的路由在ATM網上建立虛電路（VC）。以後的IP數據包將在此虛電路VC上以直通（Cut－Through）方式傳輸而下載經過路由器，從而有效地解決IP的路由器的瓶頸問題，並將IP包的轉發速度提高到交換速度。IP over ATM技術的難點是如何將IP的無連線與ATM的面向連線的技術有機結合起來。IP over ATM技術很多，可以分為兩種模型: 重疊模型和集成模型。IP over ATM分層模型與封裝示意如圖1所示。
重疊模型
重疊模型的實現方式主要有：IETF的IPOA 、CIPOA（C1assic IP over ATM）、 ATM Forum的LANE（區域網路仿真）和MPOA（Multi-Protocol over ATM）等。重疊技術的主要思想是：IP的路由功能仍由IP路由器來實現，需要地址解析協定ARP實現MAC地址與ATM地址或IP位址與ATM地址的映射。而其中的主機不需要傳統的路由器，任何具有MPOA功能的主機或邊緣設備都可以和另一設備通過ATM交換直接連線，並由邊緣設備完成包的交換即第三層交換。此種技術信令標準完善成熟，採用ATM Forum/ITU-T的信令標準，與標準的ATM網路及業務兼容。但該技術對組播業務的支持僅限於邏輯子網內部，子網間的組播需通過傳統路由器，因而對廣播和多發業務效率較低。
集成模型
集成模型的實現技術主要有：Ipsilon公司提出IP交換（IP Swtich技術）、Cisco公司提出的標記交換（Tag Swtich）技術和IETF推薦的MPLS技術。集成模型的主要思想是: 將ATM層看成IP層的對等層，將IP層的路由功能與GN 層的交換功能結合起來，使IP網路獲得ATM的選路功能，ATM端點只需使用IP位址標識，從而不需要地址解析協定。由於IP over ATM的開銷很大，高達24%，再加上其他如網路設備成本、網路頻寬擴展等原因，目前IP over ATM一般只用在網路的邊緣。
IP over SDH
IP over SDH，簡稱為POS，目前有兩種方式。一種是IETF定義的IP/PPP/HDLC/SDH結構的IP over SDH，另外一種為ITU-T X.85/Y.1321定義的IP/LAPS/SDH結構的POS。
IETF定義的POS的基本思路是將IP數據報通過點到點協定(PPP)直接映射到SDH幀，省掉了中間複雜的ATM層，這樣可大大節省網路的投資。具體作法是先把IP數據報封裝進PPP，然後利用高層數據鏈路控制(HDLC)成幀，再將位元組同步映射進虛容器(VC)包封中，最後加上相應的SDH開銷,置入STM-N幀內。IP over SDH在OSI(開放系統互聯)模型中層次分布見圖2。在該方案中，PPP協定提供多協定封裝和差錯控制及鏈路初始化控制等功能，而HDLC幀格式負責同步傳輸鏈路上的PPP封裝的IP數據幀的定界。
如圖2所示,IP以包的形式出現在OSI的第三層; PPP以幀的形式出現在OSI第二層; SDH以幀的形式出現在OSI的第1～1.5層。
PPP是點到點協定的簡稱，標頭只有兩個位元組，沒有地址信息，是面向非連線的。這個協定可將太長的IP包切短(IP包長短是不穩定的)成PPP幀，以適應映射到SDH幀的要求，它提供了多協定封裝、差錯控制和鏈路初始化控制的特性。
HDLC的主要功能是區分通過同步傳輸網路傳輸的、使用PPP封裝的IP數據報。這種區分是通過位元組填充(Byte Stuffing)來完成的，每一個HDLC幀以位元組標誌0x7e開始，也以0x7e結束。在發射端，為了標誌序列和填充序列，HDLC幀被監控，如果標誌序列發生在HDLC幀的信息域，它被改變成0x7d和0x5e序列；相反，在填充序列中，0x7d改變成0x7d 0x5e。在接收端，填充的信息被丟掉只剩下原來的信息域，而且在空閒期間，當沒有數據報被傳送時，HDLC的標誌被作為幀間填充傳輸。
IP/LAPS/SDH結構的POS是由武漢郵電科學研究院代表中國向ITU-T提出的，其協定分層結構和協定模型如圖3和圖4所示。該方案兼容PPP，與IETF定義的POS相比，具有硬體開銷少、工作效率高等優點。圖5為IP/PPP/HDLC/SDH與IP/LAPS/SDH的幀格式比較。
IP over WDM
IP over WDM簡稱POW,也有人稱光網際網路，其基本原理和工作方式是在傳送端將不同波長的光信號組合（復用）送入一根光纖中傳輸，在接收端，又將組合光信號分開（解復用）並送入不同終端。IP over WDM是一個真正的鏈路層數據網。高性能路由器通過光ADM或WDM耦合器直接連至WDM光纖，由它控制波長接入、交換、選路和保護。IP over WDM的幀結構有兩種形式:SDH幀格式和千兆乙太網幀格式。IP over WDM的重疊模型和封裝示意圖如圖6所示。IP over WDM能夠充分利用光纖的頻寬資源，極大地提高IP網路頻寬和相對的傳輸速率，對傳輸碼率、數據格式及調製方式透明，不僅可以與現有通信網路兼容，還可以支持未來的寬頻業務網及網路升級，並具有可推廣性、高度生存性以及整個組網費用低等特點。目前IP over WDM是寬頻核心網路的主要組網方式。但IP over WDM也有一些缺點，如IP over WDM波長標準化還沒有實現;WDM系統的網路管理應與其傳輸的信號的網管分離，但在光域上加上開銷和光信號的處理技術還不完善,從而導致WDM系統的網路管理還不成熟;目前WDM系統的網路拓撲結構只是基於點對點的方式，還沒有形成“光網”。
IP over Optical
光纖通信能夠提供巨大的網路頻寬，是所有傳輸網路的基礎（有線傳輸）。在物理層採用光纖通信如WDM已經是人們的共識。同樣，在第三層採用IP也是大勢所趨。由於傳統的光纖通信主要是為了解決電信網即採用TDM技術的電話網通信頻寬問題，隨著IP事實上的網路統一標準地位的日益確定，自然就產生了一個問題: 如何將IP和光路（Optical）有機地銜接起來，即實現IP over Optical。目前國際上對IP over Optical的研究十分火熱，ODSI（Optical Domain Service Interconnect）聯盟、IETF等正在制定有關標準。IETF已經有多個相關的草案。IP over Optical的實現方式中，目前討論比較多的兩種方式是IP/MPλS/WDM以及IP/Digital Wrapper/WDM。其中WDM代表Optical，當然也可以是將來的OTDM的光纖通信技術。IP over Optical的網路模型如圖7所示，其中MPLS（Multi－Protocol Lambdas Switch）信號和路由選擇位於光網路中。圖8為IP over Optical網路的工作模式。
在光網路的路由和交換上使用MPLS，特別是以MPLS的方式來控制WDM/DWDM，以波長作為標籤，稱為多協定波長標籤交換（Multi-Protocol Lambda-label Switching:MPLmS)。MPLmS具有以下優勢: 可以實現對光網路頻寬的管理和對交換光網路的光信道進行自動保護倒換；可利用現有的MPLS和IP協定的軟、硬體資源以及套用經驗，避免開發新協定時高投入的弊端；可以利用MPLS較為容易地實現流量工程，最佳化網路性能; 對光網路單元和電（數據）網路單元的互操作性標準協定的開發具有極大推進作用；通過光域和電域的規範統一的網路管理和控制，可簡化業務提供者需要進行的網路管理工作;可以在IP路由器上最終實現DWDM復用，大大提高通信容量，為建立光網際網路鋪平道路。
MPLmS網路中，支持標籤交換的IP路由器（LSR）連線光核心網路，光網路由若干OXC通過光鏈路相互連線而成。OXC由光層面的交叉連線設備和控制平面組成，具有數據流交換功能，交換由可配置的交叉連線表控制。目前，OXC節點交換需要進行光電轉換，在電域進行。隨著光開關和可調諧雷射器等技術的進步，將來它可以實現全光交換。控制平面使用基於IP的協定和信令進行節點的可達性檢測，控制、建立和維護端到端的光通路。LSR的數據平面通過標籤互換實現標籤包的轉發，即通過各個LSR上“<{入連線埠，入標籤}，{出連線埠，出標籤}>”的對應關係將打上標籤的包（FEC）映射到由這些標籤序列確定的標籤交換路徑上。而在OXC的數據平面上，也通過“<{入連線埠，入光信道}，{出連線埠，出光信道}>”的對應關係將數據流映射到特定的光通路上。當使用WDM時，上述對應關係中的光信道即可由光波長來表示。OXC和LSR的控制平面都包括有資源發現、分散式路由選擇以及連線管理的功能;一個是發現、發布、維護關於OTN的狀態信息，根據光網路流量工程的策略和規則建立和維護光通路；另一個則發現、發布、維護與MPLS相關的狀態信息，根據MPLS流量工程的策略和原則建立維護LSP。
EOS
EOS是Ethernet over SDH的縮寫。由於SDH和乙太網分別是電信網和IP數據網（區域網路）中占據了絕對優勢的技術，在向統一於IP的“三網合一”的下一代網路演變的過程中，如何保護全世界原來的上千億美元的投資就顯得十分重要。此外，由於實際證明乙太網是傳輸IP的最好技術之一，如何擴展乙太網的傳輸距離也是一個重要的問題。目前ITU-T已經定義了一種EOS技術，該標準由武漢郵電科學研究院余少華博士提出，標準號為X.86。該技術有著廣泛的套用，既可在傳統的SDH設備中提供乙太網接口，也可在傳統的乙太網2/3層交換機中提供SDH接口，此外，可以用一種設備直接將乙太網和SDH兩大網路連線起來。烽火網路公司開發的F-Engine A1001 EOS接入設備就是這種設備。
10Gb/s乙太網
如前所述，乙太網是傳輸IP的最好技術，乙太網占據了全世界90%以上的區域網路市場。目前，IEEE 802.3ae工作組正在制定10Gb/s乙太網標準，最新的版本號是D3.0。其目標是使乙太網從區域網路擴展到MAN、WAN。10Gb/s乙太網可作為LAN，也可作為WAN使用。LAN和WAN之間由於工作環境不同，對於各項指標的要求存在許多的差異，主要表現在時鐘抖動、BER(誤碼率)、QoS等要求不同，IEEE 802.3ae就此制定了兩種不同的物理介質標準，分別用於區域網路和廣域網。這兩種物理層的共同點有：共用一個MAC層，僅支持全雙工，省略了CSMA/CD策略，採用光纖作為物理介質。10Gb/s乙太網在廣域網中與OC-192c速率相同，採用了10Gb/s SDH標準中的部分開銷，與SDH相比作了大大的簡化。10Gb/s乙太網的廣域網接口可以直接上WDM，但為了降低組網成本提高10Gb/s乙太網的競爭力，採取上CWDM或WWDM的方式。傳統的乙太網網路管理功能較差，10Gb/s乙太網中區域網路也增加了豐富的網路管理功能，而且可以從100Mb/s乙太網、1000Mb/s乙太網實現平滑升級。（鄧里文）
