智能管道：
未来的基础设施云
思科.中国
徐建锋
Nov. 2011
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1
一、智能管道的驱动力
二、智能管道的理解
三、思科智能管道解决方案
1、综合视频解决方案
2、智能宽带接入解决方案
3、智能无线接入解决方案
4、传输和IP协同的骨干承载网解决方案（100G/彩光）
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2
以FTTH为主的光接入成为主流
2015年，中国将建成1.5亿 FTTH Port，约1亿
FTTH用户，带宽达到50M bps
挑战：应用、应用；扩展、扩展；成本、成本
Source: Cisco Visual Networking Index (VNI) Global Mobile Data Forecast, 2009–2014
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3
以3G/LTE+WiFi为主的无线接入迅猛发展
全国将建成超过200万 WiFi AP(到2012年)
3,600,000
TB/mo
4%
5%
8%
39x
1,800,000
17%
66%
Mobile VoIP
Mobile Gaming
Mobile P2P
Mobile Web/Data
Mobile Video
0
2009
2010
2011
2012
2013
2014
挑战：空口资源的紧张，传送质量的不稳定，C/G
Source: Cisco Visual Networking Index (VNI) Global Mobile Data Forecast, 2009–2014
与WiFi之间的无缝切换
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4
视频应用将互联网发展推向新的阶段
2013年，互联网~90%的流量将是视频
终端的多样化： PC、互联网电视、平板电脑、智能手机等等
视频的高清化：由256K-512K向1-2Mbps迈进
内容的个性化：相机、摄像机、手机等视频制作和共享
挑战：将推动未来5年网络流量10-15倍增长。
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5
视频通信是继语音通信后的下一个通信浪潮
视频通信将带来巨大的产业和新的服务模式
质量：身临其境，高清480P、720P和1080P
语音：双声道、立体声、环绕声
带宽：双向对称2-5Mbps自适应
挑战：端到端质量的保证，ROI回报
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6
云计算将是运营商新的增长点
将由IP网络服务提供商转型为IT服务提供商
V V V V
V V V V
保险公司
V V V V
V V V V
证券公司
软件开发公司
互联网公司
媒体公司
运营商数据中心/云平台
挑战：网络的可靠、质量、性能和安全保证
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7
2016年业务流量组成预测
IPTV、互联网视频和高清视频通信排名前三
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8
运营商面临的挑战
第一：超带宽年代的应用在那里？
第二：网络容量如何可持续扩展？
第三：网络的质量、安全、可靠如何实现？
第四：可持续发展的商业模式在那里？
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9
路在何方？路在智能管道！
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10
一、智能管道的驱动力
二、智能管道的理解
三、思科智能管道解决方案
1、综合视频解决方案
2、智能宽带接入解决方案
3、智能无线接入解决方案
4、传输和IP协同的骨干承载网解决方案（100G/彩光）
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11
智能管道的定义和内涵
• 广泛高速
覆盖
• 资源快速
指配
• 质量按需
保障
保障
高速
Wide
Ensure
快捷
灵活
Instant
Smart
广泛高速覆盖的网络
• 接入协同
灵活
资源快捷指配的机制
智能管道
接入灵活协同的能力
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质量按需保障的服务
12
智能管道：实现IP网络向IT网络演进
计算、存储以及CDN等将成为智能管道的一部分
DC
骨干网络 城域骨干
宽带接入
家庭网络
L2 CPE
计算/存储/CDN
IP/MPLS
STB
CPE
(gateway)
计算/存储/CDN
计算/存储/CDN
IP Link
SW+OLT
IDC
Splitter
BNG
Cluster
OTN
CPE
(gateway)
CPE
(gateway)
CPE
(gateway)
SW+OLT
计算/存储/CDN
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Spliter
CPE
(gateway)
13
智能管道：IP网络向IT网络演进，设备形态的重构
思科UCS，网络、计算和存储一体化的解决方案
以虚拟化为核心的、网络、计算、存储、管理一体化的解决方案
最大容量：2.24T 吞吐量+320刀片+640CPU(2560Core)+3.072T Mem
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14
智能管道：未来的基础设施云
Openstack将IT资源使能为广域的IaaS
DC
骨干网络 城域骨干
宽带接入
计算/存储/CDN
计算/存储/CDN
IP/MPLS
CPE
(gateway)
计算/存储/CDN
IP Link
SW+OLT
IDC
Splitter
BNG
Cluster
OTN
家庭网络
STB
L2 CPE
CPE
(gateway)
CPE
(gateway)
CPE
(gateway)
SW+OLT
计算/存储/CDN
Spliter
CPE
(gateway)
REST-Based API
OpenStack 计算
OpenStack Image
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OpenStack 存储
15
智能管道：应用层为主，网络层为辅
比如VoIP、Video的Adative BitVOD/Pre-Encoded
Rate）编码技术
SD
Video File
1600 kbps
570 kbps
1400 kbps
440 kbps
1130 kbps
330 kbps
900 kbps
220 kbps
750 kbps
164 kbps
QMX metadata/
index
2-second QSS files
per profile (media)
Persistent HTTP
Multiple TCP Connections
3 Byte-Range Reqs/Streamlet
Periodic refresh of QMX (Live)
Move
Director
CDN
Raw 2 Second Streamlets
Move Networks
Player
Live Feed
Move Simulcode
Master Server
HD
2500 kbps
750 kbps
2000 kbps
570 kbps
1800 kbps
440 kbps
1600 kbps
330 kbps
1400 kbps
220 kbps
1130 kbps
164 kbps
Origin
Server
CDN
Live/Real-Time Encoded
Communicates with Move
Director for CDN selection
Software Decode
Decode Performance
Monitor
TCP Connection Monitor
Upshift/downshift
Decisions
900 kbps
Codecs supported:
On2 VP7
H.264 (Future)
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2-second QSS files
per profile (media)
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5-second QMX
metadata/Index
16
一、智能管道的驱动力
二、智能管道的理解
三、思科智能管道解决方案
1、综合视频解决方案
2、智能宽带接入解决方案
3、智能无线接入解决方案
4、传输和IP协同的骨干承载网解决方案（100G/彩光）
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17
智能管道的“管道”
客户
网络/资源
业务平台
端到端的质量和安全保证
娱乐
Entertainment
企业
内容分发网络CDN
VVI---CDS
信息
Information
数据中心
Data Center
协同工作
Collaboration
下一代互联网
IP NGN
传输Transport
OTN/DWDM/PON
端到端的管理和控制
智能管道应该是广义的管道，水平包括平台、网络、终端，垂直包括光传输、IP和
IT/CDN以及相应的管理控制系统
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18
思科智能管道的“智能”
业务平台、网络和终端的协同能力
网络设施
Network
客户端
Client
XMPP = Extensible Messaging and Presence Protocol
业务平台
Cloud
端到端的导航系统
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19
综合视频业务平台
VideoScape/CDN/IPTV/
STB
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20
运营商为什么选择视频业务为突破口？
高清视频对网络的依赖性最大，现有的互联网公司难以
保证客户的体验，运营商拥有主动权。
未来FTTH年代需要高清视频应用来填充
视频将给运营商网络建设和投入产出带来巨大挑战，优
化视频流量分布是关键
所以，运营商以高清视频应用为核心，建立运营商拥有
的互联网应用客户群，带动其他互联网应用发展是最佳
选择
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21
VIdeoScape实现用户多屏、多场景一致的体验
多终端一致的体验
Experience beyond TV
多系统一致的体验
Unified experience
beyond Android & Apple
devices
统一的导航和搜索
Universal Guide
QoE
客户化的用户界面
SP customized
UI & UX
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有质量保证的体验
Quality
of Experience
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22
VideoScape系统架构
端到端三屏融合的视频解决方案
Provider systems
Subscriber
Mgmt
Billing
Videoscape
Home
应用管理
TV Schedules
内容
管理
内容管理
迁移管理
Unified CMS
Unmanaged VOD
应用管理
XoD
Entitlement
RTN UI Server
Publisher
Virtual STB
Server
Linear/TSTV nDVR App
内容分发CDN
OTA/Sat/Network
Linear TV
转码管理
IP Video
Compression
Cisco
Transcode
Manager
Virtual
Origin
Services
CDN Tier
(Data Center)
转码
管理
CDS Content
Acquirer
Encapsulator /
ABR Packager
Unknown
Advanced
Advertising
Alert Manager
CDS Cache
Cable,
xDSL,
FTTH, 4G
Media
GW
CDS
Streamer
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Reporting
& Analytics
Session
Manager
Cisco Confidential
Conductor
Connection
Manager
Videoscape
IP STB
Connected
TV, PC &
Tablet
Soft Client
On the Go
ASR9K
(ISM)
3G/4G
& WiFi
Notebook &
Tablet
Soft Client
Smartphone/
Tablet
Soft Client
Recommen
dations
消息转发总线
System Manager
Presentation_ID
CDN Tier
(Core / Aggr
Routing)
Edge
Routing &
Caching
Tier
ASR5K
Mobile
Video GW
Mobile Content
Adaptation Engine
Conductor
内容
分发
Service / Proximity Routing
AS Series
Media
Processors
Store Front
Hybrid STB
Workflow Control
Managed VOD
多
系
统
客
户
端
V-STB Client
Legacy
STB
Value Add EAS App Companion
Device Brk
Apps
Device
Manager
Social
Networks
Client
Frameworks
End to End
System Management
Element
Managers
23
Conductor：基于标准的开放的消息总线
实现集成的多屏体验--切换、遥控、分享、消息传送
Client
Network
XMPP = Extensible Messaging and Presence Protocol
Cloud
Cisco Conductor
Standards Based
XMPP (RFC 3920 &21)
Jabber acquisition
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Events Driven
Eliminates inefficiency of
traditionally polling
Scalable & Efficient
Deployed at internet scale
Asynchronous Protocol
24
什么是XMPP？
eXtensible Messaging and Presence Protocol
Bi-directional streaming XML
Core: IETF RFC 3920, 3921
Extensions: XMPP Standards Foundation (XSF)
– Membership-based
– Elected technical council
– Unit of work: XMPP Extension Protocol (XEP)
– Process: Experimental, Proposed, Draft, Final
Goals:
– Simple clients
– Federate everything
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25
XMPP的架构
Addressing Scheme: node@domain/resource
– JID = Jabber ID
– Node: identity, e.g. user name
– Domain: DNS domain name
– Resource: device identifier
– node@domain identifies a person
Client talks to “local” server
– Wherever the user account is hosted
– Tied to directory if desired
– Organizational policy enforced
Servers talk to other servers
– DNS lookup on domain portion of address
– Dialback, MTLS for security
– One connection for many conversations
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26
XMPP XML Communications Backplane
Device
User
XMPP Communications
Device
User
XMPP可以在设备、用户终端等任意之间进行通过
由于采用XML语言，消息内容可以任意扩展
Anyone can subscribe to a server and receive XML
messages from other users. We can use this as a way
to do lots of things besides chat.
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27
为什么选择XMPP架构的Conductor，而不是
IMS架构？
选择了XMPP架构，就投入了互联网怀抱，加入了互联
网应用的队伍
XMPP是互联网应用开发的主流架构，基于该架构的应
用极其丰富。选择了XMPP架构，就获得了这些应用
XMPP起源于即时通信，天生是互联网基因，适合互联
网应用的开发，IMS仍然被传统交换网络基因捆绑
XMPP是自组织的开放网络架构，用户ID（码号资源）
没有垄断
说到底，是因为XMPP已经被互联网应用开发者接受并
广泛使用，取得了巨大的成功，而IMS一直没有在互联
网应用领域做出成功的案例。产业链影响力超过了技术
因素的影响力
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28
XMPP Vs IMS
XMPP的起源：即时通信IM，图文声貌俱全的通信
XMPP的网络：自组织网络，
XMPP的标识：UserID@Domain，ID不收限
XMPP的寻址：互联网架构的DNS的寻址
XMPP：用户标识与网络标志（IP地址）分离
XMPP理念：开放的、用户参与的、无限扩展的
IMS的起源： 电话通信
IMS的网络：运营商主导的网络
IMS的标识：多种标识，包括T.164、UserID/Domain等
IMS的寻址：多种寻址
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29
思科Conductor架构图
应用和业务
应用和业务 应用和业务
业务服务器
业务服务器 业务服务器
网络管理
计费管理
客户目录
业务虚拟化
业务连接
管理器
策略
服务器
业务连接
管理器
业务目录
服务器
消息总线
客户连接管理器
认证授权
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业务连接
管理器
XMPP
XMPP
XMPP
客户端
客户端
客户端
事件收集
连接管理
资源调度
30
CDN：开放标准的CDN，未来智能管道的一部分
实现多终端多格式内容的统一分发
业务管理系统
Vault Group A
中心EPG
中心 Portal
骨干IP 网络
区域EPG
Cache group A
Master B
Cache group B
授权DNS
区域 Portal
SR
重定向服务器
Streamer Group TV
网元管理系统
CDSM
Vault Group B
区域IP 网络
Streamer Group TV
C Master B
Service group
C
Streamer Group PC
Streamer Group PC
C Master B
Service group
Master B
C
智能调度，10%的存储实现大于85%的命中率
中心内容库A
中心内容库B
永久内容库
冷片
VVI
骨干IP 网络
③
区域缓存 A
区域缓存 B
次热点
内容
②
区域IP 网络
边缘 Streamer
①
区域未命中：
delay 550ms
Master B
C
最热点节目片
断，最小的存
储，最大的命
中率
边缘未命中：
Delay 180ms
用户触发的实时边拉边服务、内容分片的分发和缓存、基于热度
的缓存机制、基于内容的调度机制，实现了10%的存储大于85%
的命中率
实时转码系统和ABR（Adaptive Bit Rate）编码技术
应用适应网络的QOS解决方案 VOD/Pre-Encoded
SD
Video File
1600 kbps
570 kbps
1400 kbps
440 kbps
1130 kbps
330 kbps
900 kbps
220 kbps
750 kbps
164 kbps
QMX metadata/
index
2-second QSS files
per profile (media)
Persistent HTTP
Multiple TCP Connections
3 Byte-Range Reqs/Streamlet
Periodic refresh of QMX (Live)
Move
Director
CDN
Raw 2 Second Streamlets
Move Networks
Player
Live Feed
Move Simulcode
Master Server
HD
2500 kbps
750 kbps
2000 kbps
570 kbps
1800 kbps
440 kbps
1600 kbps
330 kbps
1400 kbps
220 kbps
1130 kbps
164 kbps
Origin
Server
CDN
Live/Real-Time Encoded
Communicates with Move
Director for CDN selection
Software Decode
Decode Performance
Monitor
TCP Connection Monitor
Upshift/downshift
Decisions
900 kbps
Codecs supported:
On2 VP7
H.264 (Future)
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2-second QSS files
per profile (media)
5-second QMX
metadata/Index
33
思科 端到端IPTV解决方案
内容合成管理系统
（CMS）
CD
内容
分发
网络
(CDN)
ED
IPTV业务管理
系统（BMS）
IPTV运营支撑
系统
IPTV门户系统
（EPG）
系统（VAS）
IPTV
业务
IPTV增值业务 平台
思科
S4
S2
IPTV终端
（STB）
Presentation_ID
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联创
宏天
34
思科高清机顶盒---高清呈现 云端畅享
H.264
MPEG-2
MPEG-4
iPanel 3.0
Advanced
集成业界主流中间件浏览器
HDMI
RJ45
USB2.0
YPbPr
S/P DIF 等
ISB7000
双核CPU
支持3D加速
高性能CPU 大容量存储配置
完备的接口
Presentation_ID
高清节目点播
本地媒体文
件播放
USB外接硬盘
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35
应用案例
VideoScape已确定在Comcast、At&T和AOL部署
IPTV已经在Comcast、Verizon等投入
IPTV已经通过中国电信IPTV平台测试
融合CDN已经在中国电信通过第一阶段测试
Presentation_ID
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36
智能宽带接入网络
大容量、少局所，集群化，高
可靠
简洁化资源调度和管理
Presentation_ID
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37
大容量、少局所、集群化、高可靠
OLT1
ONU
ONU
ONU
BNG
Cluster
128*2.5G
Port
ONU
1:64分光
10万用户级大局所，10T级BNG，覆盖半径5-30KM
BNG集群，实现负载均衡和故障保护，增大容量，提高可靠性
BNG、OLT、ONU/HW集群化，集群内部自动实现资源调度和
保证，以BNG为核心进一步简化管理和控制
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38
网络虚拟化集群系统（ASR9000 nV）
实现接入网络的高可靠、大容量
BRAS/SR
OLT/SW
硬件架构简化
软件系统增强
BRAS/SR
虚拟化的单机系统
无扰动自动切换
存在单机故障
单个控制平面、单个管理平面、跨机箱的分布
式的数据平面
超级的、简洁的网络冗余、扩展的节点容量
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39
远端卫星模块技术（ASR 9K nV系统）
远端卫星模块发现、管理和控制协议
卫星节点1
主机系统
卫星节点2
集中的配置、
管理、控制，
逻辑上一台设
备
卫星节点3
应用场景：
1、SR/BAS的端口延伸，增加覆盖
2、面向企业客户的以太网专线接入
3、写字楼楼宇客户接入
4、基站回传（IP RAN）
5、。。。。
传统电信网络架构优良传统的继承和发展
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40
智能无线接入解决方案
WiFi与移动网络认证漫游体系的统一
WiFi与3G网无缝切换和漫游
WiFi跨运营商漫游和国际漫游
WiFi空口资源集中调度和自适应优化
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41
现状：WiFi是固网的延伸，以固网认证机制，
所以无法移动和漫游
GGSN/SGSN/
PDSN
移动网
AAA
169/163骨干网
络
固网
AAA
IP
RAN
MAN
BRAS/SR
WiFi AP
Wifi手机
移动电脑
移动电脑
挑战：1、越来越多的智能终端同时支持3G/WiFi，这种分离的架
构无法实现3G/WiFi之间的无缝切换
2、WiFi采用固网认证管理模式，无法实现WiFi AP之间、运营商
之间的漫游
Presentation_ID
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42
未来：WiFi成为移动体系的一部分，分担3G/4G负载，
实现统一的漫游和自动切换
GGSN/SGSN/
PDSN
移动网
AAA
169/163骨干网
络
固网
AAA
IP
RAN
MAN
BRAS/SR
WiFi AP
Wifi手机
移动电脑
移动电脑
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43
思科运营商无线网络特点和优势
基于EAP-SIM的3G/WiFi统一认证和漫游体系
•移动和WiFi的无缝切换
•WiFi跨运营商的全球漫游
•WiFi内部的漫游
•WiFi对3G网络的流量泻载
•以上功能不依赖于客户端
基于智能统一控制的网络自优化能力(无线管理)
•自动检测和选者轻载信道，保证对大吞吐量
•AP间自动负载分担，充分利用资源
•AP间无中端切换
•集中控制策略：安全、管理、移动、认证、计费
•基于开放的标准
•以上功能能够大大提升用户体验，便于维护管理
EAP-SIM与Non-SIM WiFi并存
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44
100G年代，传输与IP协同的骨
干承载网络
大容量、低成本，满足带宽10倍
容量的增长需求
网络架构扁平化
协议层次扁平化
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45
POS / Ethernet / OTN演进
2012年将是100G的商用起跑点
Ethernet
SONET / SDH
GE
FE
Standard
40/100GE
10GE
Demand and
Innovation continue
OC3/12
OC192
Standard
OC48
OC3
OTN
OC192
OC12
PoS
OC48
OC768
SDH Payload
Eth Payload
Standard
OTU1/2
1985
1990
1995
2000
OTU3
2005
Demand and
Innovation continue
OTU4
2010
2015
POS and SDH R&D / Innovation caps 1995 / 2004
Ethernet has undergone continual innovation since standardization
OTN transitions in 2004/5 from SDH hierarchy to Ethernet payloads
运营商将从SDH向以太网发展转变
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46
40G / 100G 行业标准
IEEE 802.3ba: 40Gb/s and 100Gb/s Ethernet Task Force
40G and 100G Ethernet
正式发布
Physical interfaces for Backplane, Copper, Fiber PMDs
正式发布
IEEE 802.3bg: 40Gb/s SMF Ethernet Task Force
40G Serial PMD optimized for carrier applications
ITU Study Group 15: Optical and Transport Networks
正式发布
OTU4 frame format
Single mapping for 40GE/100GE into OTU3/OTU4
OTL protocol enabling OTU3/4 over multi-lane (low cost) optics
OIF: 100G Long-distance DWDM Transmission
正式发布
Industry consolidation around a single 100G DWDM solution
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47
40G ：路由器与传输链路层对接方式
POS、40GE、OTN-OTU3
Router
Transponders
Client
Client
OC-768
POS
OTU3
40GE
OTU3
Framing
Mapping
OC-768
OTU 3
OC-768
OTU 3
OTU 3
OTU 3
OC-768
OTU 3
OTU 3
OTU 3
40GE
OTU 3
OC-768
OTU 3
DWDM
Line
CFP
40GE
OTU3
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OTU 3
OTU 3
40GE
OTU 3
48
100G ：路由器与传输链路层互联方式
Router
Transponders
Client
Client
100GE
OTU 4
Framing
Mapping
100GE
CFP
OTU 4
DWDM
Line
OTU 4
OTU 4
思科路由器是业界唯一
同时支持40GE/OTN-OTU3
和100GE/OTN-OTU4的厂家
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100G年代，成本结构正在转变
数据速率的增加，光接口的复杂度快速增加，成本在增加
电域ASIC继续按照摩尔定律发展，成本继续下降
挑战：光接口成本将成为端到端网络的主要部分
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IP over DWDM – 减少背对背互联
100G l1
lN
~40%的成本
100G l1
OTU4
STM64
lN
OTU4
40/100G
Integrate
IPoDWDM
SDH
STM64
40/100G
SDH
TDM/GE
TDM/GE
L3
L3
减少光互联，降低网络成本
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目标架构：彩光对接，光电分离，电域一体化，
减少光互联
IP Routing
IP Routing
IP Routing
MPLS Switch
MPLS Switch
MPLS Switch
电域一体化，减少光互联
OTN Switch
OTN Switch
OTN Switch
彩光对接，光电分离
l2
l1
lN
DWDM lSwitch
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OTU
OTU
OTU
l2
l1
lN
DWDM lSwitch
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l1
l2
lN
DWDM lSwitch
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思科100G路由器解决方案：CRS-3
100GigE CFP Line Card（白光）---已经规模商用
• Full 100 Gb/s bi-directional forwarding
• Compatible with all current CRS-3 line-card chassis, and CRS-1 line-
card chassis with 140G fabric cards
100GigE IP-over-DWDM Line Card（彩光）--2012年商用
• Same optical module and performance as ONS 15454 MSTP 100G trunk
• Supports IP-over-DWDM features such as Pre-FEC FRR
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思科100G传输解决放案：ONS 15454
100G Suite of Line Cards
100G Tunable Line Card
10x10G Muxponder
2 x 100G CFP Client
2 x 40G CFP Muxponder
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小结
•智能管道的“管道”：终端、网络和平台
•智能管道的“智能”：三者协同
•IP网络向IT网络的演进
•IT网络向基础设施云的演进
•应用层与网络层的协同
•思科解决方案：
•Videoscape
•SP WiFi
•传输+IP
•虚拟接入网络
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