传输网技术总结

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传输网技术总结

物理层技术

骨干网

  • PSTN-公众交换电话网络
    就是最早的模拟信号的电话网，使用程控交换机，可以通过Modeam传输数字信号，速率只有56Kbit/s(实际还要打折扣),打电话时不能上网。
    1962年美国贝尔在发布了第一台Modem,可以在电话线上传输数字信号。
    最早的电话线路是直连的，后来出现了人工电话交换，机电式交换机，程控交换机。
    1965年美国贝尔生产世界上第一台程控电话交换机。
    最早的数字电话信号传输使用PCM编码的TDM技术，主要有E1(欧洲,1962年)和T1(美国,1962年)两种技术标准,T1，E1线路用于电话交换机之前的互联。
    1970年，法国阿尔卡特推出了第一台数字程控交换机E10，使用PCM/TDM中继传输信号。
    2017年中国电信最后一台TDM交换机下线，标志着PSTN在中国彻底退出历史舞台。
  • PDH-准同步数字体系
    PDH是数字通信技术，可以把多路电话调制到一条数字线路上进行传输,是早期构成数字电话网的基础。
    1972年ITU-T的前身CCITT提出了第一批PDH建议，1976年和1988年又提出了两批建议，对原有建议进行补充完善。PDH没有统一的标准，主要有E1,T1,J1三个标准
    E1 32个时隙，速率2.048Mbit/s，我们一般称为2兆线或者30B+D，是目前我们主要的接入方式，主要用户欧洲，中国。
    T1 24个时隙，速率1.544Mbit/s。T1系统主要应用在美国、加拿大、香港、台湾和日本（日本有些特殊，所以有厂家称之为J1）等地。
    E1通过复用可以实现2.048Mbps(E1),8.448Mbps(E2),34.368Mbps(E3),139.264Mbps(E4),565.148Mbps(E5)
    T1通过复用可以实现1.544Mbps(T1),6.312Mbps(T2,44.736Mbps(T3),274Mbps(T4)
    E1标准采用32个时隙，支持30路语音通话(另外两个时隙有别的用途)。T1标准采用24个时隙支持24路语音通话。
    PDH的传输介质最初是市话双绞电缆，随后发展到同辆电缆和微波，随着光纤的发明，后来也支持光纤。
    PDH可以承载PPP,HDLC,Frame-relay,ATM,GFP等协义
    PDH现已补淘汰
  • SDH-同步数字体系
    1988年，国际电信组织(ITU-T)通过了第一批SDH提义,提供了全球统一的标准，使用统一的时钟，通过时分复用来聚合不同的业务。主要以光纤为传输介质，也支持微波和卫星。
    SDH以STM-1为基本速率，主要的速率等级有STM-0(51.84Mbits/s),STM-1(155MBit/s),STM-4(622Mbit/s),STM-16(2.5Gbit/s),STM-64(10Gbit/s),STM256(40Gbit/s)。
    SDH可以承载PPP,HDLC,Frame-relay,ATM,MPLS,MSTP等协义。SDH不能直接传输IP数据，需要封装为PPP后再传输。
    1996年中国第一个骨干网chinanet投入运营，采用SDH技术，提供622Mbps的连接速率。
    SDH正在被OTN取代，预计2030年以后会完全过渡到OTN网络。
  • OTN-光传送网
    基于波分复用的光传输网，由ITU-T于1998年提出。OTN支持光交叉和电交叉(属于光/电路交换)，光交叉通过光交换机实现，利用光交叉可以组建全光网。
    OTN的速率等级：ODU0(1.24Gbps对应以太网1G),ODU1(2.49Gbps),ODU2（10.03Gbps),ODU2e(10.39Gbps对应以太网10G),ODU3(40.3Gbps，40G以太网),ODU4(104Gbps，100G以太网),OTUC4(421Gbps，400G以太网)。
    OTN是一个分层的架构，可以映身不同速率和协议的数据，如PPP,帧中继,SONET/SDH，ATM，Ethernet，IP，PDH，FibreChannel，GFP，MPLS，OTN虚级联，ODU复用等。OTN已经跟电话网没有关系了，在OTN上传输的就是单纯的比特流。
    虽然OTN可以直接传输IP数据，但是通常会提供以太网接口。
    参考：
    https://en.wikipedia.org/wiki/Optical_transport_network

城域网

  • M-OTN
    基于OTN的域域网，中国电信提出，主要引入了OSU(在ODU Flex的基础上支持无损速率调整 ),ODU25,ODU50。M-OTN应该主要用于固网政企客户。
  • STN
    是中国电信在5G时代用于移动回传、固网接入、边缘CDN以及应对MEC下沉的承载技术。是从4G时代的IPran技术演进而来。STN的L1层是FlexE,L2层是SRv6 EVPN。
  • PTN
    分组传送网，是以以太网(也可以是SDH，OTN，中国移动应该是以以太网为主)为基础结合MPLS-TP形成的分组传送网。
  • MTN
    是以分片以太网为基础，在4G/5G移动承载网场景发展出来的城域网技术。可以对以太网链路进行切片拆分为多个子通道。在接入层用灰光，汇聚层用彩光DWM。传输介质使用FlexE。MTN最低速率粒度是5Gbps,细粒度的fgMTN与fgOTN一致可以做到10Mbps。
  • 细粒度OTN
    在ODU上增加一个时分复用层
    OSUFlex/OSU：是中国厂商推出的方案，支持2.6Mbps的粒度划分速率等级，但没有完全基于TDM，时隙和时延不固定。
    fgOTN: 是ITU-T标准化的方案，支持10Mbps的粒度划分速率等级，完全基行TDM，时延固定。fgOTN标准于2024年正式发布。
  • 细粒度MTN
    fgMTN,是ITU-T标准化的方案，支持10Mbps的粒度划分速率等级，完全基行TDM，时延固定。fgOTN标准于2024年正式发布。
  • 固移融合城域网(新型城域网)
    以前的城域网是公网互联网,4G/5G移动承载网，云网(数据中心)分开建设(可能因为以前没有成熟的分片技术)，这样建设成本高，不同网间互联延迟高。
    中国电信基于STN(FlexE+SRV6 EVPN)构建了融合固移云的新型城域网，固网，移动，和云网实现全互联无阻塞转发，减少了网络跳数，号称一跳入云。中国电信的新型城域网目前只有小规模的试点，于2024年5月16日发布的”智云上海”就是此类技术。
    中国联通的融合城域网叫智能型城域网，中国联通也是基于SRv6 EVPN技术在深圳，青岛等地有试点。
    中国移动还未见相关计划。

分组交换技术

X.25,帧中继,ATM,MPLS都属于分组交换技术，可以在各种物理层上提供虚电路服务。X.25和帧中继主要在电 话线上运行，MPLS主要在光纤线路上运行。

  • X.25
    X.25由ITU-T在1976年定义，以电话线或ISDN线路作为传输介质提供永久虚电路服务，在X.25上可以承载IP协议，但是也可以直接在X.25上传输应用数据(IP协议1981年才提出)。
    X.25是一个三层协议，涵盖了物理层，链路由，网络层。X.25本身是以分组传输数据的，但是可以向上层提供面向连接的服务。
    在X.25网络中当设备作为终端通信设备时称为DCE,DTE,作为交换机使用时称为PSE，PSE由运营商来部署。
  • 帧中继

    帧中继兴起于1992年，是在X.25的基础上改进而来，去掉了X.25的网络层和数据纠错功能，所以帧中继是一个二层协议。帧中继可以动态的调整每个虚电路的带宽，所以会存在带宽超卖的问题。
    帧中继可以在ISDN,PDH网络上运行。

  • ATM-异步传输模式
    1992年6月被ITU-T指定为B-ISDN的传输和交换模式。采固定的信元长度，数据交换实现起来更简单。与帧中继一样可以提供面向连接的分组交换服务，可以承载IP,PPP,以太网等多种上层协议。现在已被MPLS取代。
    ATM信元以固定长度，固定速率发送，没有数据要传输时则发送空闲信元(听着很耗电)。ATM交换机通过识别VPI/VCI标识进行数据交换，不同的标识代表了不同的虚连接。

  • MPLS-多协议标签交换

    MPLS是1998年由IETF提出的。
    ATM（Asynchronous Transfer Mode）技术采用定长标签（即信元），并且只需要维护比路由表规模小得多的标签表，能够提供比IP路由方式高得多的转发性能。然而，ATM协议相对复杂，且ATM网络部署成本高，这使ATM技术很难普及。传统的IP技术简单，且部署成本低。为了结合IP与ATM的优点，多协议标签交换技术MPLS（Multiprotocol Label Switching）就此产生。
    MPLS最初是为了提高设备的转发速度而提出的。与传统IP路由方式相比，它在数据转发时，只在网络边缘分析IP报文头，而不用在每一跳都分析IP报文头，节约了处理时间。
    随着ASIC技术的发展，路由查找速度已经不是阻碍网络发展的瓶颈。这使得MPLS在提高转发速度方面不再具备明显的优势。但是MPLS支持多层标签和转发平面面向连接的特性，使其在VPN（Virtual Private Network）、流量工程、QoS（Quality of Service）等方面得到广泛应用。
    MPLS使用一个20bit的标签，MPLS交换机根据标签值进行数据转发。MPLS的转发是依懒于路由表的，属于2.5层协议。
    MPLS只能承载IPv4,IPv6,IPX等三层协议，不像ATM还可以承载二层协议。

  • MPLS-TP/PTN/P-OTN/MS-OTN

    2008年IETF和ITU-T开始合作开发MPLS-TP,于2010开始陆续发布相关标准。
    MPLS-TP是MPLS去掉了对三层的依懒，同时增加了OAM功能，然后又融合了PWE3(L2VPN,可以仿真ATM、帧中继、以太网、低速TDM等，提供了承载二层业务的能力)。以太网(或FlexE)+MPLS-TP称为PTN,OTN+MPLS-TP称为MS-OTN或P-OTN。

  • OMPLS

    OMPLS是一项光分组交换技术，把MPLS标签映射到不同的波长上光交换机根据波长进行光信号交换。是一项还在发展中的技术，可以实现全光网络。目前主要使用的光路交换，光分组交换能不能成为主流还要看未来的发展。

  • SRv6

    基于IPv6的分段路由技术，可以用于骨干网的数据转发，这样就实现了IPv6技术一统天下，不需要在骨干网专门搞一套分组交换技术了，取代现在使用的MPLS，华为，中兴等厂商都在积极推进。不过SRv6只是刚出现的新技术，还没有大规模使用，将来能不能取代MPLS还不一定。

其它协议

  • MSTP-多业务传送平台
    因为SDH是为电话网设计的，并不能承载各种数据业务，只能把其它业务封装为MSTP帧然后在SDH线路上传输。MSTP可以封装以太网，IP,TDM，ATM等。MSTP只是转换协议格式以方便在SDH上传输，不提供虚线路。
  • VPLS，VxLAN
    VPLS就是在MPLS网络上传输标准的以太网数据，把MPLS模拟成一个以太网交换机来转发以太网数据，VPLS是Mesh结构的网络，不同于二层VPN的点到点连接,VPLS报文在VSI节点间中继发转，就像帧中继一样。VPLS是一个在分组交换层上构建的overlay以太网。使用PBB报文封装的VPLS称为PBB VPLS。
    VxLAN则是在IP网络上上构建的Overlay以太网或者说虚拟以太网，VxLAN使用UDP报文封装。VXLAN多使用于云计算场景中，新型互联网交换中心也使用了VxLAN。不同于VPLS，VxLAN不会模拟以太网交换机功能，NVE(Network Virtualization Edge)并不会把VxLAN报文转发到下一个NVE,所以就要求同一BD下的NVE能通过IP点对点完全连接。
  • EVPN
    EVPN是把网络节点的MAC地址学习用BGP协议来实现，分离了控制面和转发面，更易于实现大规模的虚拟以太网。EVPN可以基于MPLS实现也可以基于SRv6实现。VPLS结合EVPN称为EVPN VPLS也简称为EVPN,VxLAN与EVPN结合称为EVPN VxLAN。
    基于MPLS的EVPN于2015年由IETF(RFC7432)发布，基于SRv6的EVPN于2023年由IETF(RFC9252)发布。

总结：
– ATM,MPLS-TP等分组交换技术提供的是虚电路服务，可以把一条物理线路模拟成多个不同的虚线路，其实就是二层VPN。如果虚拟的线路过多就会造成带宽超卖，网络质量不达标。
– SDH,OTN数据帧是以因定长度，固定速率发送的，即使没有数据也会发送空数据。
– 骨干网属于运营商组建的局域网，不支持不同网络间的互联，数据进入或离开骨干网时需要依懒IP协义进行互联，在同一骨干网内部使用分组交换或电路交换技术进行数据转发。
– 新型互联网交换中心(IXP) 由中立机构建立的互联网交换中心，可以让企业与企业之间互相联接，不再仅限于运营商管道，也可以用BGP方式与运营商联接，IXP只收取很低的端口中占用率。目前已有上海，深圳，杭州，中卫4个IXP，北京在建中。

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