全球寬頻用戶群體正在快速增長。用戶群體的增長及大量新興應用的湧現正在刺激更大的頻寬需求。為滿足客戶需求，服務供應商正面臨抉擇：提升現有的電話網絡，還是用昂貴的光纖來替代電話網，或在現有電話線上壓榨出最後一點頻寬。由於利潤率下降，許多服務供應商都因阮囊羞澀而無法承受巨大的光纖投資，而選擇通道綁定(Channel Bounding)作為解決頻寬瓶頸問題的方案。透過此一技術，服務供應商只要將多條數位用戶迴路(Digital Subscriber Loop, DSL)線路綁定在一起，就可為客戶提供數倍於基本速率的頻寬 (取決於所綁定的電話線對)，而且不須增加額外的基礎設施。綁定兩對電話線，服務供應商就可為遠離光纖轉接端的客戶提供三合一服務(Triple Play Service)，從而擴大客戶範圍和增加投資回報。
三大綁定技術實作方式各具優勢
線路綁定可在不同的網路層實現，因而就有繁簡和靈活程度不同的多種體系架構。實體層(PHY)綁定是將不同線路的原始物理資料合併在一起，以提供頻寬更大的單一連接。實體層綁定具有獨立於協議的優勢，但這種技術在組合各線路時不夠靈活。
第二種方法是在資料元或封包層綁定。在這種情況下，非同步傳輸模組(Asynchronous Transfer Module, ATM)的有效酬載(Payload)或乙太網路訊框各自以不同的資料速率在不同的DSL線路中傳輸，但這些切割的資料仍被視為單一的邏輯或虛擬鏈路。
第三種方法是在協定堆疊的更高層實現綁定。點對點通訊協定(PPP)，如PPPoA和PPPoE，被廣泛用於DSL接入網路中，經使用者介面承載資料包。RFC 1990中定義的多鏈路PPP(Multi-Link PPP)則可用於將多條PPP鏈路組成單一的虛擬連結。在發送端，ML-PPP攜帶一個PPP封包，必要時會將該封包分拆成一些分片，並在前面加一個ML-PPP標頭，再透過獨立的物理鏈路傳輸分片或整個封包。在接收端，處理器可根據每個分片的標頭重新組合出完整的封包。
圖1所示為DSL線路上ML-PPP協議的應用。用戶CPE2用單一的DSL鏈路，以PPP連接接收ATM/乙太網路服務，而用戶CPE1使用兩條用ML-PPP協定合併的DSL鏈路接收服務。用戶CPE2通過兩條鏈路接收來自不同DSLLAM的ML-PPP分片資料，然後用ML-PPP功能將這些分片資料合併，構成速率資料更高的綁定流。ML-PPP協定架構最靈活，在通道綁定上突破了單個晶片或單條DSLAM限制。
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| 圖1 ML-PPP綁定架構 |
綁定技術已納入ITU規範
DSL綁定的實際工作流程可大致拆解成四個步驟，亦即分拆、編序、傳輸、組裝(圖2)。在分拆階段，網路處理器必須將欲傳送的資料流切割成多個資料片，以便在多個線對上傳輸；在編序階段，網路處理器則必須為每個分片分配一個順序ID，以確定這些分片的先後順序；在實際進行傳輸時，網路處理器必須將分片資料按順序ID透過綁定的多條鏈路傳送出去；而在資料到達預定的用戶端後，用戶端的網路處理器則必須將接收到的分片資料按順序ID重新組合成原來的資料流程。
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| 圖2 綁定協定的主要步驟包含分拆、編序、傳輸、組裝。 |
綁定多對線路本身並不是新概念。以前建立的一些標準，包括針對ATM(IMA)和ML-PPP的反轉多工技術，已經規定了使用多鏈路的方法。然而，這些老方法並不特別適合DSL技術。例如這些舊標準通常要求所有綁定鏈路要以相同速率傳輸資料，因而造成應用上的限制。因此，ITU發起一個稱之為G.bond的提案，以定義真正適合DSL的綁定標準。在2005年，ITU正式出版以下三個與綁定相關的建議標準，分別是基於ATM的G.998.1(ATM-based multi-pair Bonding)；基於乙太網路的G.998.2(Ethernet-based Multi-pair Bonding)；以及採用分時反轉多工技術的G.998.3(Multi-pair Bonding Using Time Division Inverse Multiplexing)標準。
G.998.2標準本質上等同於IEEE 802.3ah中描述的綁定技術，雖然ITU的建議標準應用更廣，並羅列了一些與IEEE 802.3ah的細部差異。
G.998.1和G.998.2分別適用於採用ATM和乙太網路協定的系統。分時反轉多工(TDIM)針對那些獨立於任何具體接入協定的應用，但實際使用很少。
G.998.1為基於ATM的綁定
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| 圖3 ATM單元結構 |
雖然乙太網路協定一直是受吹捧的接入技術，但仍然有相當一部分DSL傳輸系統還在採用ATM協定。對這類傳輸系統來說，DSL綁定將基於ATM協定。
ATM協定是以每個單元為53個位元組的資料元來承載資料。因此資料流不必做進一步拆分，即可按以這些同樣大小的ATM單元在不同線對上傳輸。每個ATM單元包含一個5位元組的標頭和48個位元組的有效酬載資料，具體結構如圖3所示。更重要的是，標頭在虛擬路徑識別字(VPI)和虛擬電路識別字 (VCI)上承載用於連接的資訊。
一般來說，標頭中的每個位元都有特定的含義。不過，在CO到用戶端傳輸這樣的特定情況中，標頭中許多位元是閒置不用的。G.998.1綁定標準充分利用這一特殊性；在不改變ATM儲存格式和標頭的情況下，定義了一個ATM順序ID(SID)。G.998.1既允許8位SID，也允許12位SID。這些SID數位借用的是VCI段的高位元部分和4位元GFC段(圖4)。
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| 圖4 在現有ATM標頭中插入SID |
借用這些現有的位元空間有一個好處，就是綁定方法對現有ATM設備來說是完全透明的，發送端綁定層會在ATM單元中插入適當的SID。接收端的綁定層將按照SID的順序排好接收到的單元，並在重新組裝成的ATM資料流傳送到ATM傳輸層之前，在這些SID位元置零。由於這種透明性，綁定就不必非得在同一晶片組內完成。任何兩條連接到網路處理器的線路，無論是否屬於同一晶片組，都可綁定。
ATM綁定標準還說明管理和控制綁定線路的規定。在該標準中，要經常監視線對情況，並能順利地從綁定組中除去故障線對。當某條線路被確認適合加入綁定時，也能將其加入。這種運行、監管和維護一體化(Operations, Administration and Maintenance, OAM)的資料傳輸是由一個稱之為自動狀態訊息(Autonomous Status Messages, ASM)的單一專門單元來實現的。這些ASM單元大約1秒對所有鏈路發一次，因此，傳輸資源開銷極低。
ASM單元也用於綁定操作的初始化。初始化是針對那些有活動ATM通道的鏈路定義的，透過交換ASM單元，數據機就可識別參與鏈路，而發送端才能決定哪些鏈路將用於綁定。上行和下行方向綁定操作初始化是獨立完成的，最多可將三十二條鏈路綁定為一組。
雖然綁定協定對現有ATM設備透明，但卻給參與綁定的DSL線路施加一些限制。具體講，不同DSL線路上的傳輸延遲差異不應當太大。差異太大會增加接收端的緩衝難度且可使用的SID編號(256或4096)也可能不夠。為此，ATM綁定規定一個最小和最大延遲，參與綁定的每條DSL鏈路都必須遵守。
G.998.1為基於乙太網路的綁定
自IEEE在2004年6月發布IEEE 802.3ah(第一哩乙太網路)標準以來，乙太網路已被許多運營商用於接取網路。原來的IEEE 802.3ah標準已包括有關在多條DSL線對上發送綁定資料的規定。當時這些建議(現已作微幅修改)曾被ITU在G.998.2標準中採納。最重要的差異是IEEE 802.3ah僅針對64/65B資料包封裝技術定義，而G.998.2還支援其他資料包傳輸模式。
IEEE 802.3ah標準在乙太網路介質獨立介面(Media Independent Interface, MII)下定義新的物理編碼子層(Physical Coding Sublayer, PCS)。該層的功能在於轉譯經由MII介面接收的乙太網路資料與在DSL鏈路上傳輸的資料。在乙太網域和DSL域之間，新增加了兩層：速率匹配層和物理介質實體(Physical Media Entity, PME)聚合功能層(PME Aggregation Function Layer, PAF)(圖5)。
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| 圖5 IEEE 802.3ah體系架構，其中間的速率匹配層與PME聚合功能層是用來將乙太網資料翻譯成DSL數據。 |
速率匹配層將資料傳輸的乙太網路媒體存取控制器(MAC)速率(高達100Mbit/s)與可能較低的接取媒介上的速率相匹配；同時也去掉乙太網路資料包帶來的標頭和訊框起始分界符(Start Frame Delimiter, SFD)。這些位元組未攜帶任何獨立的資訊，很容易在接收端重新構造出來。
PAF可允許一條或多條DSL鏈路合併在一起，形成邏輯乙太網路鏈路的選項層。所有綁定功能都包含在PAF中。與G.998.2中定義的一樣，PAF允許系統綁定多達三十二對DSL線對。乙太網路綁定的實現遵從DSL綁定的一般步驟。首先，PAF拆分乙太網路訊框(減去標頭和分界符)。拆分出來的資料長度必須在64到512位元組之間，該標準並不規定拆分演算法的細節，因此可針對具體綁定組，選擇最適合的拆分演算法。拆分後，每個分片都要加一個分片標頭，其中包括一個14位SID和一個訊框檢驗序列(Frame Check Sequence, FCS)，該序列用於接收端驗證資料包的完整性。分片標頭同時包含訊框分界符資訊。
在接收端，組裝過程涉及對接收到的分片資料按正確順序編排次序。從某一條線路接收到的分片保存在該線路的緩衝暫存器中。接收端在等待下一個序號的分片，並向上層轉發之前，將對每個接收到的分片作FCS驗證。如果FCS不正確，將向上層發出錯誤訊號。在將數據傳給乙太網路MAC層前，將會重組標頭和SFD位元組，並加在乙太網訊框前。
與ATM綁定一樣，乙太網路綁定也對綁定組內的各DSL線路的延遲差異程度有類似的約束，超過這些限制的鏈路不能作為該綁定組的組成部分。乙太網路綁定的初始化是在DSL初始化序列的換手階段完成。通過交換資訊，數據機確定那些線對構成不同的綁定組。有這些資訊，在DSL線路進入穩定運作狀態後，就能傳送綁定的資料。
DSL通道綁定為低成本三合一服務的解答
DSL綁定技術為服務供應商克服目前電話線的距離和頻寬限制提供具有前景的解決方案，使其不必用新的光纖網路來替代電話網絡。綁定技術提供的傳輸能力使得VDSL2能夠實現更高的資料速率，甚至傳輸更遠的距離，因而能支援服務供應商開展三合一服務。
(本文作者任職於Ikanos Communications)