华为端到端100G解决方案白皮书

目 录

引 言 .......................................................................................... 1

华为端到端100G解决方案 ........................................................... 2

1. 端到端可部署的方案 .................................................................................... 3

2. 绿色可持续的带宽增长保证 ......................................................................... 3

3. 增强的业务质量保证EQC ............................................................................. 3

4. 100G集群路由器带宽平滑扩展 ..................................................................... 4

华为端到端100G 解决方案实现技术介绍 ..................................... 6

Solar 2.0 PFE2A：100G转发引擎 ..................................................................... 7

100GE路由器线卡方案 ..................................................................................... 7

100G WDM先进编码调制技术 .......................................................................... 8

OTN/ASON ...................................................................................................... 9

结束语 ..................................................................................... 11

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引 言

近些年来，以IP技术为基础的宽带业务迅速发展，固定和移动宽带用户数

量都呈现快速增长势头。与此同时，网络技术的进步，使人们的远程交流体验

越来越接近于“身临其境”的自然沟通，远程获取信息的方式更加便捷和高

效。网络信息的内容也从简单的文字、语音，到多媒体图文，到视频，再到接

近于自然的高清视频，这些因素驱动IP流量迅猛增长。最新研究报告显示，未

来五年，IP流量的年复合增长率将达50%，其中视频流的增长是关键驱动，将

占据IP流量年复合增长的62%；另外，移动宽带的流量增速更是高达128%。

网络流量的迅速增长，促进了路由器和传送设备线卡容量的持续增长，从

1G、2.5G、10G到40G和100G. 对于运营商和用户来讲，100G意味者更大的单

设备容量，更低的单位带宽功耗和成本，能够有效地帮助运营商提升带宽、降

低运营与维护成本，帮助最终用户获得更加自然的远程交流体验和更加便捷的

信息获取体验。

2

华为凭借多年的技术积累与对客户需求的深刻理解，整合了路由器和光

传输领域的领先优势，在2009年9月成为了业界首家发布端到端100G解决方

案的厂商。100G集群路由器和端到端100G也是构成华为IPTime SingleBackbone

解决方案的关键要素。通过IP和光流量的协同，保护协同，运维协同，IPTime

SingleBackbone解决方案可以大幅提升网络的承载效率及可靠性。

100GE线卡和端口将率先在长途骨干（CORE）获得应用，并逐步延伸至骨

干边缘（EDGE）及城域（METRO）网络。在长途骨干，通过支持100GE接口的

NE5000E路由器集群系统和40/80波×100G的OSN6800/8800 OTN系统共同组网，

实现100GE的长距离传送，并充分提高整网的开放性和可靠性，宜于网络规

划、建设和运维；在骨干边缘及城域核心，采用NE5000E集群路由器100GE接口

直连方案，大规模简化网络架构，使运营商轻松应对流量本地化的业务发展趋

势。图二展示了华为端到端100G解决方案的全貌：

华为端到端100G解决方案

NMS Policy Server(U2000, U2520, RM9000)

Metro & EdgeLast Mile/Access IP/Optical Core

10G/40G/100G

FMC100G100G

1G/10G 40G/100G

图二 华为端到端100G解决方案

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1. 端到端可部署的方案

目前100GE光模块的初期传输距离仅实现了10公里。而100GE接口首先是

在长途骨干核心平面应用的，这就需要核心路由器和传送系统的紧密配合。华

为OTN（Optical Transport Network）系列产品基于华为自主研发的100G光电模

块和核心芯片，集成sDQPSK、ePDM-QPSK等先进的编码调制方式，实现1500公

里超长距离传送，使得单光纤的传送容量提升到8T。配合领先的大容量OTN交

换、智能 ASON（Automatically Switched Optical Network）等技术，实现WDM

（Wavelength Division Multiplexing）传送网络持续向更大容量、更灵活高效和高

可靠的网络演进。

路由器与传输的互通能力也是运营商建设端到端100G网络必须考虑的

重点。华为充分发挥自身同时拥有路由器和传送两大业界领先的产品系列的

优势，以及在100G标准领域的积极参与和深入全面理解，实现100GE路由器

与100G传输的标准化的互通，从而可以为运营商提供完整的端到端100G解

决方案。

2. 绿色可持续的带宽增长保证

带宽的增长，用户业务体验质量的提升，不能以无限地功耗增长和支付成

本增长为代价，否则增长是无法持续的。华为公司的100G解决方案，引入了多

项低功耗技术，使得每10G功耗比业界当前的系统降低了57%，达到了<4W每

Gbit/s的领先水平, 有效地支撑了带宽的持续增长。

3. 增强的业务质量保证EQC

从运营商网络实际运行的情况来看，仅仅靠带宽的增长难以完全保证端到端业

务质量保证的需要，如：

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1) 很多运营商在有较充分带宽的情况下，IPTV的视频质量还是无法得到根本的保

证，也无法准确定位出具体的故障位置；

2) P2P业务逐步成为互联网的主要流量，P2P终端不清楚网络的拓扑结构，导致

90%以上的IP流量流向了骨干，而没有像传统电信网络那样实现本地化，这造

成了骨干持续的扩容压力和终端用户体验质量的降低；

3) 带宽的增加和接入终端的智能化，使得以 DDOS (Distributed Denial of Service) 为

主要手段的网络攻击，成为影响网络质量的非常重要的因素，已经发生的多起

网络安全事故，也暴露了传统网络的脆弱。

要保证端到端的业务体验，网络不能仅仅提供一个带宽，而是需要更多的智

能，而且这种智能的部署成本是受限的，华为把这种可部署的质量保证措施统

称为EQC（Enhanced Quality Control）。EQC是一个全网解决方案，可在城域，

骨干各种位置部署，华为的解决方案把部分EQC能力固化到了硬件和芯片中，

以有效降低部署成本。EQC是配合带宽增长，保证业务质量，降低运营商运营

成本的必要措施。EQC主要包含以下内容，华为公司会在后继解决方案中持续

优化并提升其能力：

1) 可扩展的业务支持：能够识别需要特殊保证的业务，并给予特殊质量保

证措施；

2) 流量控制和疏导：能够有效控制网络流量的流向，优化资源配置；

3) 业务质量监控：能够在线监控业务质量的状态，以便出现问题及时发现

并排除；

4) DDOS攻击防护：能够保护设备本身以及某个网络免受DDOS攻击；

5) 快速故障定位：和业务质量监控配套使用，当出现业务质量问题时准确

定位出问题的故障设备或故障链路。

4. 100G集群路由器带宽平滑扩展

为了应对互联网爆炸式的发展速度，路由器集群技术应运而生。路由器集

群的本质是通过将多台单框路由器互联，提高核心节点的数据转发能力，逻辑

上仅表现为一台路由器。

5

华为NE5000E集群路由器是华为公司面向互联网骨干节点、城域网核心

节点、数据互联中心节点以及Internet承载节点推出的超级核心路由器。在

NE5000E集群路由器采用先进的无阻塞交换技术和自研的Solar系列芯片技术，

同时可以支持多种集群模式，例如：独创的背靠背集群、2+4集群、2+8集群

等，最多可达16+64 100G集群系统，最大支持10240个10G接口，1024个100G

接口，容量总计达到200Tbps。在40G时代，华为2009年在中国电信成功的实现

了业界首家 2+4 5T集群的商用，引领网络步入T比特时代。

其中创新的背靠背集群设计可以在不需要中央交换框的情况下，将2台

NE5000E互联起来形成集群系统，在每槽位100G能力下，能够提供双向端口容

量达到6.4T，可以满足客户未来2-3年的网络扩展需求，保护了客户的投资。

NE5000E 采用ISHE（In-Service Hardware Expansion）采用了创新正交矩阵

设计架构实现光（电）交叉板和交换网板全连接技术，使数据流量最大程度共

享交换平面，而且集群高速连接光子卡支持弹性按需配置和交换芯片模式实

现Online动态配置，可以在业务不中断、原有硬件不更换的情况下，实现集群

平滑扩容，从单框3.2Tbps平滑升级到200Tbps，充分的将单设备容量提升和集

群的高可扩展性结合在一起，解决网络快速扩张的问题，满足网络扁平化的需

求，保护客户投资。

图三 单框 图四 背靠背集群

图五 华为2+8集群

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华为端到端100G 解决方案实现技术介绍

IEEE、ITU-T和OIF 是完成100G领域标准化工作的三个标准化组织，华为是

100G标准的主要贡献者。在IEEE，华为在100GE PCS模型和OTN映射领域，提交

文稿超过10篇以上；在ITU-T SG15，华为引领OTN标准演进，拥有G.709建议的

Editor席位，贡献包括ODU4映射结构在内标准文稿30篇以上。基于上述标准方

面的积累，华为得以在100G领域取得多项创新，并将之产品化。

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Solar 2.0 PFE2A：100G转发引擎

华为依托自研Solar系列ASIC（Application Specific Integrated Circuit）芯片，

基于Solar 1.0实现了20G/40G路由器线卡，已经取得大规模商用， 累计发货量

已经超过10万线卡。100GE路由器线卡基于Solar 2.0 PFE2A实现，该芯片（如图

五所示）具有如下显著优势：

业务灵活性，高性能和

低功耗的完美融合： S o l a r

2 .0 PFE2A采用了华为独创

的宏指令包处理（ M I P ，

Macro Instruction for Packet

Processing）技术。它专为IP/

MPLS/ETH应用设计，结合了网

络处理器业务灵活和ASIC性能高，功耗低的优点， 同时规避了网络处理器处理

性能低，功耗大以及ASIC无法支持新业务的缺点，加上其独特的外围器件低功

耗一体化设计，实现了业务灵活性，高性能和低功耗的完美结合。

100GE路由器线卡方案

基于IEEE 802.3ba标准，华为提供1×100GE（如图六所示）与10×10GE（如

图七所示）两种100GE线卡，满足不同应用场景的需求。

华为100GE线卡采用两片Solar 2.0 PFE2A作为转发引擎，一片处理100G上行

流量，另一片处理100G下行流量。这种设计理念将Solar 2.0 PFE2A的能力发挥

至极致，保证了100G流量的线速转发（如图八所示）。

图六 Solar 2.0 PFE2A

图七 华为1×100GE线卡 图七 华为1×100GE线卡

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PIC（Physical Interface Card）模块基于自研的可编程100GE MAC芯片，支

持IEEE 802.3ba、S-Eth、IEEE 1588v2以及ODU4标准。内置的oTM（output Traffic

Management）引擎，完美实现下行流量的5级H-QoS（Hierarchical QoS）调度。

1×100GE线卡具备海量FIB（Forwarding Information Base），充分满足IP网络持

续扩展的需要，并且100GE接口支持CFP MSA（Compact Form Factor Pluggable

Multi-Source Agreement）封装，实现光模块的即插即用。

100G WDM先进编码调制技术

先进的编码调制技术是实现超长距离、大容量波分传送技术的关键。借助

多年的技术积累和业界顶尖的专家团队，华为开发和采用基于客户化需求的

sDQPSK、ePDM-QPSK等先进的编码调制技术。 sDQPSK技术引入偏振复用，技

术机理和eDQPSK相近，是最适合现有10G非相干系统的平滑演进的100G编码技

术，可以实现40波100G超过1500公里的超长距离传送。ePDM-QPSK则是一系

列关键创新技术的结晶，包括相干检测、高速模数转换（ADC，Analog Digital

Converter）、高速数字信号处理（DSP，Digital Signal Processor）芯片技术，其

中DSP芯片通过先进的算法实现偏振跟踪，相位、时钟、数据恢复，以及色散

和偏振模色散（PMD，Polarization Mode Dispersion）补偿。ePDM-QPSK可以实

现80波100G的1500公里传送，并具有极高色散和大PMD容忍能力。

图九 华为1×100G线卡逻辑图

CFP TM

Solar 2.0 PFE2AIngress

Solar 2.0 PFE2AEngress

PIC

... ...

...

CP

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OTN/ASON

OTN技术把波长与子波长的交叉调度能力引入波分设备，目的是通过增加

了交换、选路能力，构成网络化的WDM。OTN兼容WDM的全部能力，解决带

宽问题；同时基于大容量交叉连接技术，OTN解决了灵活提供带宽的问题。

OTN在任何光纤物理拓扑条件下都可以实现any to any的波长、子波长连接。在

100G时代，OTN/ASON对E2E 100G显得尤为重要。

图十 华为OSN 设备和100G WDM单板

100G WDM/OTN Equipment 100G WDM Card

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归纳起来OTN对传统WDM的改造意义如下：

传送效能提升：当前ITU-T 的OTN标准的进展，已经很好的解决了对Ethernet业

务的承载和映射问题，如增加ODU0颗粒承载GE，增加ODU2e承载10GE LAN，

增加ODU4承载100GE，同时为适应不断出现的新业务还增加了ODUflex。GE颗

粒以上的各种业务通过ODUk和ODUflex混合映射，都可以汇聚到100G波长。

Mesh组网能力：大容量的交叉连接，使WDM系统具备了Mesh组网能力，相对

于点到点传输的WDM，这是巨大的进步，对于骨干网络的扁平化同样具有重

要意义。 OTN具备全业务交叉和疏导能力，无阻塞交叉连接颗粒包括波长，

ODU0，ODU1, OUD2和ODU3。因此，Mesh组网成为了主流运营商招标的基本

需求。

更健壮的网络：由于WDM网络承载着巨大的业务量，其网络可靠性至关重要。

在光层提供生存能力一向具有重要意义。加载ASON/GMPLS控制平面的OTN系

统，可以有效解决骨干网链路多点失效问题。

波长级业务提供：传统的波长级业务通过WDM提供，网络节点则通过光纤跳线

采用人工的手段实现转接，建设周期和可靠性都得不到保证。OTN/ASON在可

运营的传送网的道路上迈出了重要一步，一些高价值的大颗粒专线业务，可以

直接在OTN网络上运营。

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作为全球领先的电信解决方案供应商，华为已参与100余张骨干网及600

余张城域网的建设，NE5000E核心路由器及其集群系统在全球的发货量累计超

过2300套，其中集群部署超过160套，OTN产品已累计发货1.6万套。华为在全

球波分市场排名第一，全球路由器市场增长排名第一，稳居领导者阵营，服务

中国电信、中国移动、中国联通、法国电信、德国电信、英国电信、西班牙电

信、新加坡电信和阿联酋电信等全球领先运营商。

结束语

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