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引言
近年來，IP業務在全世界的爆炸性增長，對網絡帶寬造成了巨大的需求，IP數據網絡帶寬要求每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，預計在今后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”無可爭議的統一平臺。
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，而且也得到了實際應用。但事與愿違，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骨干網技術，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，在寬帶IP骨干網中首先產生的是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。當網絡中的 交換機接收到一個IP數據包時，它首先根據IP數據包的IP地址通過某種機制進行 路由地址處理，按路由轉發。隨后，按已計算的路由在ATM網上建立虛電路（VC）。以后的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，并將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的無連接與ATM的面向連接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。
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（局域網仿真）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 地址解析協議ARP實現MAC地址與ATM地址或IP地址與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交換直接連接，并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，采用ATM Forum/ITU-T的信令標準，與標準的ATM網絡及業務兼容。但該技術對 組播業務的支持僅限于邏輯子網內部，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網絡獲得ATM的選路功能，ATM端點只需使用IP地址標識，從而不需要地址解析協議。由于IP over ATM的開銷很大，高達24%，再加上其他如網絡設備成本、 網絡帶寬擴展等原因，目前IP over ATM一般只用在網絡的邊緣。
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議(PPP)直接映射到SDH幀，省掉了中間復雜的ATM層，這樣可大大節省網絡的投資。具體作法是先把IP數據報 封裝進PPP，然后利用高層 數據鏈路控制(HDLC)成幀，再將字節同步映射進虛容器(VC)包封中，最后加上相應的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。在該方案中，PPP協議提供多協議封裝和 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。
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是點到點協議的簡稱，標頭只有兩個字節，沒有地址信息，是 面向非連接的。這個協議可將太長的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，它提供了多協議封裝、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 網絡傳輸的、使用PPP封裝的IP數據報。這種區分是通過 字節填充(Byte Stuffing)來完成的，每一個HDLC幀以字節標志0x7e開始，也以0x7e結束。在發射端，為了標志序列和填充序列，HDLC幀被監控，如果標志序列發生在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，而且在空閑期間，當沒有數據報被傳送時，HDLC的標志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，其協議分層結構和協議模型如圖3和圖4所示。該方案兼容PPP，與IETF定義的POS相比，具有硬件開銷少、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，也有人稱光因特網，其基本原理和工作方式是在發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）并送入不同 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 千兆以太網幀格式。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 帶寬資源，極大地提高IP 網絡帶寬和相對的 傳輸速率，對傳輸 碼率、數據格式及調制方式透明，不僅可以與現有通信網絡兼容，還可以支持未來的 寬帶業務網及網絡升級，并具有可推廣性、高度生存性以及整個組網費用低等特點。目前IP over WDM是寬帶核心網絡的主要組網方式。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 網絡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系統的網絡管理還不成熟；目前WDM系統的 網絡拓撲結構只是基于 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絡帶寬，是所有傳輸網絡的基礎（有線傳輸）。在物理層采用光纖通信如WDM已經是人們的共識。同樣，在第三層采用IP也是大勢所趨。由于傳統的光纖通信主要是為了解決電信網即采用TDM技術的電話網通信 帶寬問題，隨著IP事實上的網絡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的網絡模型，其中MPLS（Multi－Protocol Lambdas Switch）信號和路由選擇位于光網絡中。圖8為IP over Optical網絡的工作模式。
在光網絡的路由和交換上使用MPLS，特別是以MPLS的方式來控制WDM/DWDM，以波長作為標簽，稱為多協議波長標簽交換（Multi-Protocol Lambda-label Switching：MPLmS)。MPLmS具有以下優勢： 可以實現對光網絡帶寬的管理和對交換光網絡的光信道進行自動保護倒換；可利用現有的MPLS和IP協議的軟、硬件資源以及應用經驗，避免開發新協議時高投入的弊端；可以利用MPLS較為容易地實現流量工程，優化網絡性能； 對光 網絡單元和電（數據）網絡單元的互操作性標準協議的開發具有極大推進作用；通過光域和電域的規范統一的 網絡管理和控制，可簡化業務提供者需要進行的網絡管理工作；可以在IP 路由器上最終實現DWDM復用，大大提高通信容量，為建立光因特網鋪平道路。
MPLmS網絡中，支持標簽交換的IP路由器（LSR）連接光核心網絡，光網絡由若干OXC通過 光鏈路相互連接而成。OXC由光層面的交叉連接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接表控制。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激光器等技術的進步，將來它可以實現全光交換?？刂破矫媸褂没贗P的協議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的數據平面通過標簽互換實現標簽包的轉發，即通過各個LSR上“<{入端口，入標簽}，{出端口，出標簽}>”的對應關系將打上標簽的包（FEC）映射到由這些標簽序列確定的標簽交換 路徑上。而在OXC的數據平面上，也通過“<{入端口，入光信道}，{出端口，出光信道}>”的對應關系將數據流映射到特定的光通路上。當使用WDM時，上述對應關系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、分布式路由選擇以及連接管理的功能；一個是發現、發布、維護關于OTN的狀態信息，根據光網絡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。由于SDH和 以太網分別是電信網和IP數據網（局域網）中占據了絕對優勢的技術，在向統一于IP的“三網合一”的 下一代網絡演變的過程中，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，由于實際證明以太網是傳輸IP的最好技術之一，如何擴展以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。該技術有著廣泛的應用，既可在傳統的SDH設備中提供以太網接口，也可在傳統的以太網2/3層 交換機中提供SDH接口，此外，可以用一種設備直接將以太網和SDH兩大網絡連接起來。烽火網絡公司開發的F-Engine A1001 EOS 接入設備就是這種設備。
10Gb/s以太網
如前所述，以太網是傳輸IP的最好技術，以太網占據了全世界90%以上的局域網市場。目前，IEEE 802.3ae工作組正在制定10Gb/s以太網標準，最新的版本號是D3.0。其目標是使以太網從局域網擴展到MAN、WAN。10Gb/s以太網可作為LAN，也可作為WAN使用。LAN和WAN之間由于工作環境不同，對于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，分別用于局域網和 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，采用光纖作為物理介質。10Gb/s以太網在廣域網中與OC-192c速率相同，采用了10Gb/s SDH標準中的部分開銷，與SDH相比作了大大的簡化。10Gb/s以太網的 廣域網接口可以直接上WDM，但為了降低組網成本提高10Gb/s以太網的競爭力，采取上CWDM或WWDM的方式。傳統的以太網 網絡管理功能較差，10Gb/s以太網中局域網也增加了豐富的網絡管理功能，而且可以從100Mb/s以太網、1000Mb/s以太網實現平滑升級。
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