基于OTN的IP分流技术研究和应用探讨*

荆瑞泉

（中国电信股份有限公司北京研究院 北京 100035）

1 引言

随着Internet、视频以及移动数据等业务的快速发展，骨干网的业务流量在飞速增长。IP网已经成为传送网最大的客户网络，在骨干网层面，95%以上的传送网带宽都服务于IP网络。路由器端口速率也同步向高速化发展，IP骨干网路由器中已经开始规模应用40 Gbit/s POS接口，并已具备提供100GE接口的能力。目前IP网络普遍采用IP over WDM的组网方式，分为核心、汇聚和接入3个等级。数据报文从源到目的地通常要经历多跳，业务需要多次转发。在IP网核心层，组网模式一般是边缘汇聚路由器（AR）双归属到核心路由器（CR）上，CR路由器完成AR路由器之间的业务转发和疏导。在骨干网络经过核心路由器的业务流量中，大约有50%以上属于过境流量。这些过境流量大大加重了核心路由器的负担，占据着核心路由器的宝贵转发资源。

基于上述原因，业界提出了IP分流（IP offloading）的概念。IP分流指针对IP网络中核心路由器存在的“穿通流量”，利用OTN所具有的低速业务汇聚、调度和端口汇聚能力，在业务量达到一定门限的路由器之间建立传输层直达链路，从而节约核心路由器的接口数量，降低对其容量的要求和网络成本，如图1所示。

图1 基于OTN的IP分流示意

随着100 Gbit/s WDM的大规模部署和IP网络结构的扁平化，IP骨干网中不同区域的汇聚与核心节点之间的流量分布存在很大的不一致性，需要传送网能够提供多颗粒（10 Gbit/s/40 Gbit/s/100 Gbit/s）的业务承载能力。基于OTN的IP分流可以匹配路由器互联带宽需求与WDM传输系统速率的不一致，适应不同段落IP链路带宽需求的差异性，促进IP网络的扁平化。通过将高速通道化接口和OTN的端到端灵活调度能力结合在一起，可以快速响应IP网的突发业务需求，实现带宽的灵活调整，提高网络带宽资源的利用率和组网的灵活性，解决网络带宽升级时低速接口的浪费问题，降低总体网络建设成本。

接下来，首先将对基于OTN的IP分流的基本概念进行介绍。然后分析IP分流的特点和优势，包括与IP网络扁平化即波长级IP分流的比较。接着对IP分流涉及的关键技术进行讨论,包括互联接口、连接建立方式和OAM等。最后分析基于OTN的IP分流的经济性。

2 基于OTN的IP分流的特点与优势

运营商目前实施的IP骨干网的扁平化措施可以看作“波长级IP分流”，基于OTN的IP分流与IP网络扁平化的主要差异见表1。

基于OTN的IP分流的优势包括以下几点：

·通过采用高速子接口方式组网，可以解决网络带宽升级时（如10 Gbit/s升级到40 Gbit/s)低速接口的浪费问题，并提高设备槽位利用率；

·在100 Gbit/s时代，IP分流可以促进IP网络的扁平化，提高网络带宽资源的利用率和组网的灵活性，降低总体网络建设成本；

表1 IP分流与IP网络扁平化的主要差异

·通过将高速子接口和OTN的端到端灵活调度能力结合在一起，可以快速响应IP网的突发业务需求，实现带宽的灵活调整；

·高速子接口的应用可以统一设备接口类型，减少接口和备板数量，降低维护成本。

3 IP分流的关键技术

基于OTN的IP分流涉及的关键技术包括互联接口、连接建立方式和OAM协同机制等。

3.1 互联接口

为了实现基于OTN的IP分流，路由器与OTN之间需要采用通道化的互联接口，通道化接口的实现方式可基于VLAN、MPLS LSP 或 ODU k。

以太网子接口方式采用VLAN或MPLS标签进行流量的区分，路由器对不同的流量采用不同的VLAN或MPLS标签，通过40 GE/100 GE接口与OTN设备对接。OTN设备根据VLAN或LSP标签对IP流量进行调度，如图2所示。VLAN和LSP两种方式实现的功能相同，具体方式的选择需要考虑设备支持情况、OAM能力等因素。

通道化的OTN接口采用ODU k子接口方式，路由器将去往不同方向的的流量映射进不同的ODU k/ODU flex，并通过OTN接口与OTN设备对接，OTN设备根据ODU k时隙对IP流量进行处理和调度，如图3所示。

图2 以太网子接口

互联接口类型的选择需考虑设备支持情况、OAM能力和成本等因素。目前路由器和OTN设备对40 Gbit/s/100 Gbit/s通道化接口的支持还不成熟。OTN设备预计到2013年可以提供支持VLAN功能的40 GE/100 GE接口以及通道化的100 Gbit/s OTN接口。路由器方面，主流厂商都还没有支持通道化的100 Gbit/s OTN接口的计划，因此初期只能采用以太网接口。目前基于VLAN的以太网接口的OAM能力还比较差，包括端到端的误码检测和保护触发机制等。为了推动IP分流的部署应用，需要对通道化接口的实现方式和OAM功能进行规范和完善。

3.2 连接建立方式

IP与OTN协同组网时的连接建立方式有静态和动态两种。静态方式指人工通过网管进行连接的配置，包括VLAN ID、带宽、保护方式等的配置。动态方式指在路由器和OTN设备上启用GMPLS UNI，在网管上完成基本参数的配置后，通过GMPLS协议实现邻居自动发现和连接的自动建立，并可根据流量变化动态调整链路带宽，如图4所示。GMPLS UNI有助于跨层链路的建立，路由器通过GMPLS UNI功能向光网络层发起链路的建立，其携带链路带宽、QoS、链路节点、链路节点风险组等信息，能够快速在光网络层建立满足其要求的直通链路。

基于路由器和OTN设备对GMPLS UNI的支持情况，建议初期采用静态方式，后续进一步研究引入GMPLS UNI动态方式的可行性。

3.3 OAM机制

IP与OTN协同组网时的OAM能力包括性能管理和故障管理两个方面。当采用OTN接口互联时，所涉及的OAM机制如图5所示。

当采用以太网接口互联时，所涉及的OAM机制如图6所示。

以太网和OTN子接口的OAM能力比较见表2。

表2 以太网和OTN子接口的OAM能力比较

虽然以太网标准已经支持误码性能的检测，但是路由器以太网接口对于端到端的误码检测的支持情况还很不好。

4 基于OTN的IP分流的经济性

根据上述基于OTN的IP分流的组网思路，本文比较了IP over WDM和IP over OTN两种组网方式的建网成本。成本比较的网络模型如图7所示。

IP over WDM网络模型如下：

·节点1～节点9为核心层路由器，核心层节点之间全互联；

·节点11～节点16为汇聚层路由器，每个汇聚路由器双上联到两个核心路由器；

·路由器之间采用40 Gbit/s WDM连接。IP over OTN网络模型如下:

·在IP over WDM网络模型的基础上，在设置路由器的位置同时部署OTN设备。

·核心层OTN节点之间实现全互联，每个汇聚OTN节点至少与两个核心OTN节点相连，OTN节点之间的连接采用40 Gbit/s波道；

图7 成本比较网络模型

·OTN汇聚节点负责低速业务的汇聚，核心节点负责低速业务的疏导和调度；

·汇聚层路由器与所有的核心路由器采用ODU k电路实现全互联。

表3给出了成本比较的流量需求模型。

成本估算假定条件如下：

·一条等效40 Gbit/s电路节省核心路由器2个40 Gbit/s POS 接口（80 万元/个）；

·一条等效40 Gbit/s电路需要经过3个OTN节点（中间的OTN设备进行10 Gbit/s→40 Gbit/s的复用和调度），因此需要2个40 GE （3万元/个）和4个OTU3（6 万/个）接口。

表3 流量需求模型（Mbit/s）

表4 IP over OTN的经济性分析结果

IP over OTN的经济性分析结果见表4。可以看出，与IP over WDM相比，采用IP over OTN方式可以大幅度减少核心路由器的转接流量，从而降低整体的网络建设成本。

5 结束语

通过IP与OTN的协同组网可以节省核心路由器的接口数量，降低对其交换容量的要求，从而降低总体的网络建设成本。随着骨干网链路速率的不断提升和IP网络的扁平化，IP与OTN协同组网的必要性越来越大。目前路由器和OTN设备对高速通道化接口的支持还不完善，而通道化接口的引入将对网络规划和维护方式产生一定的影响。为了推进IP与OTN协同组网的部署应用，需要IP与传输两个专业密切合作，共同完善互通接口的标准规范，协同进行网络规划。

1 Jinno M,Takara H,Sone Y,et al.Multiflow optical transponder for efficient multilayer optical networking.IEEE Communications Magazine,2012，50（5）：56～65

2 李俊安，李阳军.IP和光网络协同技术研究.CCSA，2012