POS技术介绍

POS技术介绍

由Cisco公司开发的Packet Over SDH(POS)技术将IP层直接放在SDH层之上，并且在提供服务质量保证的同时，避免了管理SDH之上的A TM及ATM之上的IP所需的间接费用。

Packet over SONET/SDH能够更好地适应迅速发展的Internet/Intranet通信流量，提供第一个创建基于IP的多服务网络的可靠方法，已被GTE Internetworking、Qwest、Sprint和UUNET等业界领先的服务供应商所采用。

IP交换速度的提高，不仅产生经济性，而且使基于IP的语音和视频的产品得到发展。Packet over SONET/SDH技术广泛采用的一个重要原因是其能适应企业、网络需求和应用的实际情况所发生的变化。

改进后的SONET/SDH传输、数字跨接和路由集成等还带来了网络第2、3层的变化。原来采用的SONET/SDH技术，由于线路专有、分配固定，致使SONET/SDH技术得不到充分利用；而采用POS技术后，使线路共享，技术优势能够得以充分利用。

SONET/SDH平台正在融入数字交叉连接中。在数据方面，低速下行已成为历史，带宽需求促使主要联网厂商移植到速率为STM-1/4/16的SDH。Cisco7500和GSR12000的Gbps 交换路由器系列还支持自动保护交换（APS）等SDH特性，并能转换和提供各种SDH附加字节功能。通过合适的光通信系统，替代功能单一的SDH的设备。

网络的边缘也发生了变化，产品及技术的优化致使IP的核心交换机、路由器和骨干网变得日益重要。尽管早先希望ATM会最终向台式机提供服务，但是网络的边缘却受到Ethernet的支配，Ethernet证明了自己是最能扩展、最节约和最易管理的LAN协议，数据速率从10Mbps到1Gbps，端口成本低到4美元，并拥有大多数网络管理员都熟悉的各种各样的网络管理工具和技术。

1.1、POS技术简介

POS全称为Packet Over SONET/SDH，又称IP Over SONET/SDH。顾名思义，POS即通过SDH提供的高速传输通道直接传送IP分组。POS定位于电信运营级（carrier scale）的数据骨干网，其网络主要由大容量的高端路由器经由高速光纤传输通道连接而成。

POS实际上并不是一种全新的模型，而是对传统IP网络概念的顺延，它完全兼容传统的IP协议体系，只是在物理通道上借助SDH提供点到点物理连接，从而使速率提高到Gbit/s。POS模型主要涉及两个基本问题：数据的封装和高速路由器。

1.2、数据的封装

SONET/SDH是物理层的协议，负责在信道上透明传送比特流；IP是网络层的协议，负责数据包由源于宿的寻址和路由。根据OSI七层模型，二者之间还需要一个链路层协议，来进行帧级的定位和纠错。由于SONE/SDH是点对点的传输通道组成的，所以采用PPP作为链路层的协议。

PPP协议是针对点到点链路通信而设计的，主要被用于短距离趾接、租用线、拔号Modem中，作为其链路层的协议。根据RFC1661，PPP协议包括三部分：对多种协议数据的封装方法；用于建立、配置、检测链路的链接扩展协议（LCP）；用于建立、配置不同网络层协议的网络扩展协议（NCP）。对于POS而言，主要涉及的是PPP协议中有关数据封装的部分。

PPP协议的封装方案效率高，适于在SONET/SDH通道上使用。POS的数据封装过程很简单，分为两步：将IP包封装入PPP帧中；将PPP帧放入SDH的虚容器。

1.2.1、IP包在PPP帧中的封装

RFC1661仅定义了一种一般的格式封装多协议数据，具体的定帧方案是由其它协议完成。

RFC1662提供了面向比特、面向字节的同步链路，以及在8比特组异步链路中定帧、纠错的能力。PPP协议通常采用HDLC帧格式封装。

一般封装格式：协议标志+信息域+填充域

协议（protocol）标志，由一或两个字节组成，用来指示信息域内所承载的数据的协议类型。

信息（information）域，可以为0个或多个字节，用来承载上层数据。

填充（padding）域，为了保证帧有足够的长度。

信息域和填充域合计不能超过最大接收单元（MRU）的字节数，缺省为1500字节，可以通过协商改变。

PPP-HDLC帧结构；帧头标志+地址域+控制域+一般封装+帧校验序列+帧头标志

帧头（flag）标志：比特序列01111110，完成帧定界。

地址（address）域：比特序列11111111，标识所用主机的广播地址。

控制（control）域：比特序列00000011，表示P/F位置0的非标号信息帧。

一般封装：即上述的“协议标志+信息域+填充域”格式。

帧校验序列（FCS）：32比特或16比特（缺省）的校验值，不包括帧头序列和FCS自身。

1.2.2、PPPHDLC帧在SONET/SDH帧中的封装

PPP视SDH为面向字节的全双工链路，把PPP帧的字节流映射入SDH的虚容器（SPE）中，确保字节边界对齐就可以。PPP帧在SPE中逐行排放，由于PPP帧是变长的，允许其跨越SPE的边界。

1.3、高速路由器

POS模型的数据封装很简单，对IP协议而言只是提高了物理传输速率而已。POS模型的的主要困难在于，当链路的速率提高到Gbit/s量级以后，传统的路由器不能胜任高速数据转发，所以能否实现可行的千兆级路由器成为POS模型的成功的关键。

传统的路由器通常是基于总线和集中处理器结构，其处理能力一般是几十万个包/秒，最大的吞吐能力约1个Gbit/s左右，而SDH的接口速率通常为STM-4（622Mbit/s）、STM-16（2.5Gbit/s），传统的路由器显然不能适应于POS。

随着Internet骨干网上业务量的激增，对核心路由器的处理能力、容量提出了更高的要求，随之也产生了许多千兆级路由器的设计，如Cisco的7500、12000系列路由器、Ascend 的GRF系列、Lucent的Packet Star6400系列。

这些千兆级路由器抛弃了传统的总线/背板加集中处理器的结构，代之以高性能的专用或通用的交换矩阵，有些甚至直接采用了ATM交换矩阵；同时将原来集中在中央处理器的智能尽量分散至各个接口处理模块，希望通过高速缓存和其它的路由预处理手段来加速数据包的转发，如Cisco的VIP结构。经过一系列结构上的改进，路由器的吞吐量有了很大的提高。

总之，实用化的千兆路由器的出现是理所当然的。因为从整体上讲，路由器的硬件化和交换机的智能化，使路由器和交换机在结构、设计手段、采用的硬件ASIC技术等等方面都逐步接近。

虽然传统的路由器可能由于最大匹配的问题而遇到障碍，但随着MPLS标准的出现和完善，二者将在功能上趋于融合，在性能上趋于一致。

1.4、POS的优点

POS通过SDH直接承载PPP封装之后的IP数据包（IP/SDH），IP/SDH与SDH间接的承载经过ATM协议的IP数据包（IP/ATM/SDH）相比有许多优点（以下将RFC1483、RFC1577、LANE、MPOA等IP-ATM相结合的模型统称为IP/ATM模型）。

1.4.1、带宽利用率高

POS最主要的优点就是：高效的利用带宽资源，这对于广域骨干网是极为重要的。对于宽带广域网来说，POS能够提供比基于ATM的网络高出25%~30%的带宽。

具体说来：以IP层的数据包为始到映射入SDH净荷区为止。