毕业设计（论文）-基于通信IPRAN技术的原理和组网.doc

黑龙江建筑职业技术学院毕业论文基于通信IPRAN技术的原理和组网学院：计算机与通信工程学院专业：电子信息工程班级：信息1221班学号：信息122101姓名：指导教师：日期：2015年6月6日 基于通信IPRAN技术的原理和组网摘 要当前，伴随着数字化和网络化的飞速发展，数据业务已逐渐成为各运营商网络承载的主体，同时，在移动互联网、物联网、云计算等概念的带动下，数据业务今后的增长势头必将更加迅猛。运营商的传统承载网是基于TDM/SDH方式的语音业务为主，面对带宽需求的迅猛增长已经无能为力。基于TDM/SDH方式进行改良的多业务传送平台MSTP技术，由于只是端口级的IP化，仅适合于3G初、中期的业务和L2专线业务的承载。因此，采用动态IP技术，以路由器为主构建承载网络的IP RAN技术应运而生。本文就辽宁省大连市电信IP RAN的网络建设，首先介绍了IP RAN技术的产生以及原理；其次，就IP RAN网络的组网方案和硬件设备以及各层的路由协议进行了详细阐述；最后，就大连市电信IP RAN承载网网络建设进行了较为详细的规划设计和部署。关键词：IP无线接入网 数据业务 承载网 路由协议黑龙江建筑职业技术学院毕业论文目 录1 绪论11.1 IP RAN技术产生的背景11.2 IP RAN技术的现状与发展趋势11.2.1 现状11.2.2 发展趋势22 IP RAN技术32.1 定义32.2 基本原理32.3 优势42.4 与其它技术的比较52.4.1 与TDM/SDH比较52.4.2 与MSTP比较52.4.3 与PTN比较63 IP RAN网络方案及建设原则83.1 组网方案83.2 建设原则93.2.1 A类路由器-B类路由器组网93.2.3 B类路由器-城域网组网103.2.4 B类路由器-B类路由器组网104 IP RAN组网硬件114.1 核心层ER路由器114.2 汇聚层B路由器154.3 接入层A路由器195 IP RAN路由协议225.1 IS-IS协议225.1.1 协议概述225.1.2 工作原理235.1.3 路由计算235.1.4 增强属性235.2 OSPF协议245.2.1 基本特点245.2.2 链路状态算法基本过程245.2.3 基本概念255.2.4 报文和状态机285.2.5 路由计算305.3 BGP协议315.3.1 协议原理315.3.2 路由属性346 大连电信IP RAN网络组建366.1 项目概述366.2 组网结构366.3 路由协议376.3.1 内部网关协议(IGP)376.3.2 边界网关协议(BGP)416.4 业务设计456.4.1 业务基础设计466.4.2 可靠性设计46结 论47致 谢48参考文献49黑 龙 江 建 筑 职 业 技 术 学 院 毕 业 论 文1 绪论1.1 IP RAN技术产生的背景IP RAN(Radio Acess Network)简单的说是指IP化的移动回传网，国外更普遍叫法为IP Moble Backhual。早在2000年，NOKIA公司提出IP用于移动回传的概念，由于当时3G标准还未成熟，移动数据业务还未普及，SDH大行其道的环境下，没有得到普及和发展。这种概念的提出是很有前瞻性，积极意义。随着传送网发展，业界提出了几种取代传统MSTP的承载方式来实现IP-RAN，其中包括国内提出的PTN(分组传送网)方式和以思科等路由器厂家为主提出的“IP RAN”方式。思科提出的IP/MPLS方式则直接使用IP RAN这个命名，这是具有排他性的，由于思科在数据通信行业的强势地位，它的这种命名方法自然而然地引起了业界术语的混淆，以至于目前普遍将IP/MPLS-IP RAN承载方式称为IP RAN1。当前，伴随着数字化和网络化的飞速发展，数据业务已逐渐成为各运营商网络承载的主体，同时在移动互联网、物联网、云计算等概念的带动下，数据业务今后的增长势头必将更加迅猛。运营商的传统承载网是基于TDM/SDH方式的语音业务为主，面对带宽需求的迅猛增长已经无能为力。基于TDM/SDH方式进行改良的多业务传送平台MSTP技术，由于只是端口级的IP化，仅适合于3G初、中期的业务和L2专线业务的承载。因此，采用动态IP技术，以路由器为主构建承载网络的IP RAN技术应运而生。1.2 IP RAN技术的现状与发展趋势1.2.1 现状目前，国内的三家运营商中，中国移动已经确定PTN技术作为移动承载网技术的唯一选择，并已经在现网大量部署了PTN设备；另外两家综合运营商中国电信、中国联通自2010年开始进行了大量的IP RAN试点建设。中国电信在2009年提出以IP RAN构建全业务电信级承载网络，2010年在广东进行了小规模试点工作，2011年，中国电信在杭州、金华、镇江、苏州、深圳等城市进行了IP RAN承载网的试点工作，并取得良好效果，证明路由器可以满足基站IP化承载的需求。中国联通在2010年上半年完成了对分组传送技术的实验室测试2，并于2011年在北京、上海、长沙、沈阳、常州以及珠海等多个城市进行规模化的IP RAN商用试点建设。国际上，AT&T、Verizon、Sprint、DT、NTT等世界一流运营商已经采用IP RAN建设其移动承载网。分析不同运营商的不同选择，可以发现每个运营商对于承载网采用何种技术，与其自身的运营情况是相一致的。中国移动作为国内占据移动领域最大份额的运营商，其2G网络非常强，3G网络稍弱，而固网业务最弱，同时由于中国移动专业的IP网络维护人才较缺乏，采用PTN技术是当前比较符合实际的选择。而中国电信和中国联通作为全业务运营商，两者的移动2G网络均不是中国移动的对手，但在3G网络上，可以与其一搏，在固网及移动网络领域比较平衡。中国电信和中国联通由于有庞大的基础传输网络，且具有一大批专业的IP网络维护团队，因此也会更加重视IP RAN解决方案。而上述欧美运营商基本都是全业务的运营商，网络的运维可以采用外包形式，不缺乏专业维护团队，同时IP RAN网络灵活的扩展性和快速部署能力，可以满足他们快速适应市场变化，有效保护投资的诉求3。因此，他们也选择使用IP RAN技术。1.2.2 发展趋势在历史上，从2G时代到3G时代经历了大概20年，而3G时代到4G时代缩短到10年，数据业务所占的比重迅猛增长。从2G到3G、4G，无线频谱的频率越来越高，更高的频段意味着无线信号的网络覆盖范围会进一步缩小，需要增加更多的基站来保持良好的覆盖，网络中的基站节点数量会越来越庞大，这些对承载网络都提出了新的要求。IP RAN可采用动态路由技术，具有灵活的扩展性和多种业务快速部署能力，并且支持LTE平滑演进4。IP RAN技术对那些网络建设中倾向于不再走每种业务都需要独立建网的老路的全业务运营商来说，无疑是组网的首选。当然，任何一种技术都有其优点和劣势。IP RAN技术和PTN技术相比，目前在OAM、网络保护、建设成本方面，都还不如PTN技术。同时，两种技术在各自发展中也取长补短，更趋于融合，以适应更多用户的需求5。如果今后IP RAN产品在改善OAM、提高网络保护能力、降低建设成本几方面特别是降低成本方面做得接近PTN产品，那么IP RAN的竞争力将是毋庸置疑的。2 IP RAN技术2.1 定义IP RAN的定义是IP化的无线接入网,它的本质是分组化的移动回传6。IP RAN中的IP指的是互联协议，RAN指的是Radio Access Network。相对于传统的SDH传送网，IP RAN的意思是“无线接入网IP化”，是基于IP的传送网的。网络IP化趋势是近年来电信运营商网络发展中最大的一个趋势，在该趋势的驱使下，移动网络的IP化进程也在逐步的展开，作为移动网络重要的组成部分，移动承载网络的IP化是一项非常重要的内容。传统的移动运营商的基站回传网络是基于TDM/SDH建成的，但是随着3G和LTE等业务的部署与发展，数据业务已成为承载主体，其对带宽的需求在迅猛增长。SDH传统的TDM独享管道的网络扩容模式难以支撑，分组化的承载网建设已经成为一种不可逆转的趋势。2.2 基本原理IP RAN网络基于IP/MPLS技术标准体系，并且支持传送多协议标记交换-MPLSTP标准协议7。IP RAN的关键技术主要包括分区域和多进程技术、网络保护技术、QoS技术、OAM技术、时钟同步技术等。(1)分区域和多进程技术。IP RAN网络一样基于无连接技术的整个Internet网络就相当是基于IP传送网的一张世界性的大网。IP/MPLS-IP RAN网络的内部网关协议IGP分区域和多进程技术，就是解决规模组网问题的一种技术，并同时降低网络规模过大对设备路由性能的要求，减少路由振荡加快路由收敛8。通过采用分区域管理，不同的区域使用不同的IGP协议，并互相使用静态路由注入的方式就可以较好地解决规模组网的问题。静态路由与动态路由相互配合，更利于网络路由的收敛、障碍的恢复和自愈。(2)网络保护技术。目前，实现IP RAN网络保护的技术和方法也比较全面，如BFD用于二层或三层全链路检测和诊断，TE用于资源调度和重选路，IGP用于三层网络保护，VRRP用于核心控制层路由器备份。其中常用的有用于核心/汇聚层的快速重路由流量工程快速重路由TEFRR保护和以太网保护。具体应用时，在接入网络，可以通过部署LSP 1:1加伪线PW冗余实现保护倒换；汇聚和核心承载网络，部署LSP 1:1+虚拟专用网VPN FRR实现保护倒换；部署EVRRP实现无线网络控制器RNC/基站控制器-BSC用户边缘CE间链路以及RNC/BSCCE设备的保护。(3)QoS技术。IP RAN通过区分服务Diffserv技术实现QoS保障。通过对不同业务设置不同的优先级，保证重要业务优先转发，实现QoS保障。在实际应用中，有的设备商提供的端到端QoS保障方案中，可以根据MPLS标签能够隔离各个tunnel和VPN，并在VPN内部按照优先级调度，保证各种业务的承载质量，可以提供5级的QoS保障。(4)OAM能力。为了加强IP RAN网络的OAM能力和减小维护的复杂度，可以从以下几方面着手大大提高了IP RAN网络的OAM能力。核心、汇聚、接入设备均支持完善OAM协议。通过LSP层采用MPLS OAM检测、PW层采用PW OAM检测、业务层采用ETH OAM，实现层次化检测；通过专用的硬件OAM检测，提供毫秒级检测。开发基于图形界面的网管。对网络实现“SDH-Like”的图形化业务配置和可视化管理，具体表现为可以在网管上实现首端到末端的批量下发业务，支持电路仿真业务-CES，ATM，ETH等多种类型。(5)时钟同步技术。目前，IP RAN支持的时钟传送机制，包括同步以太网技术、电路仿真业务自适应时钟恢复CESACR技术及1588 V2技术等。这3种技术中同步以太网技术和CESACR技术只能满足频率同步，而1588 V2技术可以同时满足频率同步和相位同步。2.3 优势任何一种技术的优劣势都是相对于特定的场景来说的。对于国内的通信运营商来说，随着社会的发展，人们对信息内容以及信息量的需求都越来越高，在通信网络从2G到3G再到4G的逐步演进过程中，数据业务的比重将越来越大。在2G时代，各家通信运营商的移动网络承载的主要是语音业务，主要的数据业务是SMS(Short Messaging Service)，MMS(Multimedia Messaging Service)和Email，由于各方面客观原因的限制，网络数据业务流量很小。进入到3G时代以后，随着Internet业务的发展，在这个信息爆炸的时代，各种上网终端的普及，使得数据业务的发展迅猛增长。在各家通信运营商的综合承载网商承载的业务，数据业务已经赶超语音业务，这对各家运营商承载网的组网方式的灵活性、容量和带宽等提出了更高的要求。随着LTE(第四代通信网络)逐步成为大多数通信运营商技术演进的选择，数据业务的比重将达到95%，LTE网络架构相比于2G/3G网络而言，其将原控制平面的部分功能和用户数据流转传送的部分功能向基站转移9，这种改变给移动回传网络增加了额外的演进困难，这要求回传网络架构必须具备智能路由功能，在这样的情况下，IP RAN技术组网灵活、高容量、扩容性强、维护成本低及其高复用效率的特点使得它对于搭建一个支撑LTE的综合承载网来说，具有绝对的优势10。2.4 与其它技术的比较2.4.1 与TDM/SDH比较利用IP RAN技术搭建的综合承载网与传统的TDM/SDH网络相比，具有以下优势。(1)灵活的自由路由寻址能力。可以很方便实现移动网元之间的备份功能，以此构建更安全的架构。(2)高容量和带宽。采用IP组网方式能够为基站提供FE/GE接口，整个网络能够提供10GE以上的带宽，接入更多的基站，而且保证接入基站同时可以接入更多的其它业务。(3)设备成本和网络维护人力成本低。采用IP组网方式后续端口扩容少，相比传统的TDM/SDH组网，IP设备成本和网络维护人力成本低。(4)IP RAN将带来更高的复用效率，可提供差异化服务。传统TDM/SDH组网方式采用刚性管道模式，不同接口之间的带宽无法共享，带宽资源复用效率较低；而且不能针对业务进行分类传输管理和差异化服务。基于IP分组的组网方式可以在链路上进行带宽复用，有效提升带宽资源的利用效率。(5)IP组网支撑更丰富的业务，能大幅提升用户体验。从实用经验来看，传统SDH组网很好适应了语音业务的承载，但是对于多业务支持，特别是IP业务支持方面能力较弱。基于IP的组网不仅可以解决语音业务的承载，而且可以实现综合业务承载，提供网络资源利用效率，实现增值。基于IP的弹性管道(200nis缓存、WRED(Weighted Random Early Detection)流控技术支撑)很好适应了数据业务的TCP(Transmission Control Protocol)流量机制，传送效率和速度更快，能够提升用户体验。2.4.2 与MSTP比较传统的MSTP网络具有良好的网络保护性能，其采用信令方式，使得路由切换时间严格小于50ms11。而IP RAN网络是基于包转发、自动寻址、非连接的网络，从理论上讲，其保护效果不如MSTP，这是IP RAN技术的先天缺陷。但是，与传统的MSTP相比，IP RAN也有自己的优势，主要表现在以下方面。(1)智能网络开局规模组网更具优势。IP RAN设备支持即插即用功能，只需要硬件工程师进站安装、正确连接设备并上电后，设备与网管间的管理通道可以自行打通。网管即可发现并管理该设备，省去了现场软调的工作量。网络规模越大，即插即用功能所体现的价值和效益就越大。(2)一致的运维体验更高效率管理。IP RAN网管系统可以提供SDH Like运维体验，实现以业务为中心的可视化管理。IP RAN网管支持可视化管理和模板化配置，可以在拓扑图上进行业务创建和批量业务下发，创建结果立刻呈现，实现可视化发放。这些业务覆盖了移动承载领域常用的VLL(Virtual Leased Line)、VPLS(Virtual PrivateLan Service)、PWE3(Pseudo-Wire Emulation Edge to Edge)、L3VPN、QoS、MPLS TE等等，极大的提升了业务部署和新增的效率。(3)相同的实时网络拓扑、时钟及业务质量监控。IP RAN网管系统同MSTP网管一样具备网络物理拓扑以及网络状况的监控，也可以对全网时钟视图进行监控及呈现时钟跟踪关系，支持1588V2的配置部署。此外，IP RAN网管系统还能够周期性自动生成多种报表，如流量报表、业务报表、资源报表、告警和日志报表，让繁琐的网络统计变得更加便捷。(4)相似的故障处理手段更精确故障处理效果。从常见故障类型和故障处理手段来看，IP RAN与MSTP类似。常见故障主要是硬件类故障，例如光模块损坏导致的光功率异常，这类故障都可以通过告警进行定位解决。此外，IP RAN网管提供了告警相关性分析功能，对于由于硬件故障导致的业务故障，都标识为衍生告警，可以在故障定位是快速排除掉。对于少量的业务故障，IP RAN网管可以通过查看路径，并基于路径逐段环回进行定位。此外，IP RAN网管针对动态业务特点，提供了业务路径自动发现功能，通过可视化的拓扑界面展示由设备自动协商形成的路径，达到与MSTP静态路径一致的效果。(5)更为简单轻松的网络调整体验。MSTP网络基站归属调整需要删除原有承载管道，按照一定的路径约束条件，新建目标承载管道。这样的归属调整承载管道数量大，用户影响面大，多在半夜进行，失败后要能快速回滚到原始状态。对于IP RAN来说，其提供的L3承载方案天然具有归属灵活调整的优势，网络侧无须进行调整，能够极大提升无线网络运维效率。总体来看，IP RAN网络管理系统在规模幵局、可视化业务配置、网络拓扑和业务监控、网络归属调整、故障处理等均继承了MSTP运维优良传统，并且在此基础上，IP RAN实现了可维护、可控制、可管理，同时针对传统IP技术运维复杂的特点进行了优化改进，在保持和MSTP运维体验一致的同时，实现更为简单高效的运维效果，全面满足运营商综合承载网络运维需求，提升传统数据承载网络的运维能力。2.4.3 与PTN比较IP RAN与PTN及技术优劣争论已久，一项技术的优劣是相对于它的应用场景来说的，下面就PTN和IP RAN的原理进行对比，以此分析两种技术的异同，见表2-1。表2-1 PTN与IP RAN原理对比表PTNIP RAN交换原理包交换，统计复用，带宽共享包交换，统计复用，带宽共享0AM机制802.lag、802.3ah基于G.707巾贞结构实现0AM802.lag、802.3ahBFD、BFD扩展技术类型二层技术，支持点到点业务模型面向连接的技术静态组网，需人工配置，无法自动调整三层技术，支持点到多点业务模型非面向连接的技术动态组网，无需人工配置，网络可以自动调整接口类型低速接口：E1TDM接口：STM-1/4/16以太接口：FE、GE、10GEATM接口：STM-1、STM-4、STM-16低速接口：E1TDM接口：STM-1/4/16以太接口：FE/GEAOGE、40G、100GATM接口：STM-1、STM-4、STM-16从表2.1中可以看出，IP RAN相对于PTN来说具有以下优势。(1)设备安全性优于PTN。经过复杂Internet网络的洗礼，路由器具备更为丰富的设备安全防护特性。(2)设备产业链丰富。支持IP RAN的设备制造商比PTN多。(3)IP RAN的互通性更好。IP RAN标准化程度高，互通良好；PTN设备间无法互通(4)对于综合承载的搭建来说。IP RAN在全球综合承载广泛应用，而PTN适合纯移动回传，所以IP RAN更适合与搭建综合业务承载网12。综上所诉，从技术成熟度，标准化及实际应用上来看，IP RAN都更成熟。3 IP RAN网络方案及建设原则3.1 组网方案IP RAN网络是城域网的一部分，依托IP城域骨干网一平面搭建。上联接入城域骨干网业务控制层SR/MSE，下联接入移动基站和政企客户。IP RAN可分为汇聚层与接入层两层，汇聚层由连接SR/MSE的B类路由器(也叫IP RAN汇聚路由器)组成，接入层由连接基站和政企客户的A类路由器(也叫IP RAN接入路由器)组成。组网示意图如图3-1所示。图3-1 组网示意图综合业务接入网以地市为单位依托城域骨干网进行搭建，网络纵向可以分成接入层、汇聚层和核心层等三个层面，接入层由A类设备组成，用于政企业务以及基站等自营业务或者系统的接入；汇聚层由B类设备组成，用来汇聚接入层设备的流量，同时用来接入政企和基站等自营业务；核心层依托城域骨干网的CR、SR进行搭建，实现汇聚设备间的互访。网络横向上可 以分成许多物理上不直接互连的接入子网，接入子网由多个A类设备和一对B类设备组成。在环形组网情况下，接入子网同时会有多个接入环，接入环上接入多台A类设备。在树形组网情况下，A类设备直接与B类设备进行互联。3.2 建设原则3.2.1 A类路由器-B类路由器组网A与B类设备间有三种互连方式，第一种是环形互连方式，第二种是树形互连方式，第三种是PON互连方式。可根据光纤组网的实际情况，灵活选择环形互连和树形互连方式，PON互连方式作为环形互连和树形互连方式的补充，如图3-2所示。图3-2 A与B互连方式示意图对于宏基站，A类路由器与基站一一对应，即一台A类路由器接入一个宏基站，一个宏基站的1X、DO、动环监控，及后续的LTE业务均接入同一台A类路由器；对于室内分布系统，当同一站址有多套室分系统信源/BBU时，可接入一套A类路由器。B类路由器一般设置在一般机楼或核心机楼，一对B类路由器原则上要求部署在不同的机房。在光纤条件不具备区域，B类路由器也可成对布放在同一机房。在选择同一机房布放时，建议优选具备不同出局光缆路由的机房。BSC侧汇聚路由器(RAN ER)一般与BSC同机房成对设置。在LTE阶段，如果EPC网元(P-GW/S-GW)在本地网集中设置，则3G、LTE合用汇聚路由器。对于业务流量较大的基站，承载基站的A类路由器应采用环形或双归接入一对B类路由器。对于业务流量不大的基站，根据光纤资源情况，A类路由器可灵活采用环型、双归或链式组网方式上联B类路由器。一对B类路由器建议接入20-60台A类路由器，现网实际部署时，各省可根据光缆网分布、资源情况及基站带宽情况适当调整。若干台A类路由器与一对B类路由器组成多个接入环，实现基站回传的双路由保护。(1)每对B类路由器一般覆盖310个接入环。(2)3G阶段，每个接入环上基站一般不超过8个(含该环所带链状接入基站)。(3)LTE阶段，繁忙区域单个接入环上基站数量不超过6个(含该环所带链状接入基站)，非繁忙区域单个接入环上基站不超过8个(含该环所带链状接入基站)。(4)链式接入时，级联层数原则上不超过2级。A类路由器与B类路由器间的带宽按以下原则考虑。(1)A类路由器双归接入一对B类路由器时，估算LTE基站流量峰值为420M，均值为100150M，A类路由器可采用GE链路接入B类路由器。(2)A类路由器组环接入一对B类路由器时，估算繁忙区域一个环覆盖6个基站，且基站间峰均比为1:1(即3个基站为峰值，3个基站为均值)，接入环整体带宽需求=420*3+ 150*3=1.7G。建设初期采用单GE环组网，LTE阶段根据流量情况，可扩容至2GE环。(3)链式组网时，A类路由器采用GE链路上联。3.2.3 B类路由器-城域网组网每一对B类路由器口字型接入城域网SR/MSE，B类路由器与SR/MSE间可采用GE或10GE上行。对于BRAS/SR合设的单边缘城域网，若BRAS容量允许时，B类路由器也可上联BRAS，BRAS下联B类路由器的板卡与承接公众用户的板卡物理隔离；若BRAS容量不足，则新建MSE满足B类路由器的上联。当一对B类路由器所带LTE基站超过(含)36个时，若其中一个B设备出现故障时，另一个B设备的上行总带宽将超过4G，此时可考虑引入10GE上联SR/MSE，否则用一条或多条GE上连SR/MSE。当B类路由器与SR/MSE间流量超过链路带宽的60%时进行扩容。3.2.4 B类路由器-B类路由器组网B类路由器间链路主要在故障时提供备用路径。正常情况下，B类路由器间无流量；B与SR间发生故障时，B类路由器承载的基站流量经另一台B类路由器转发；B类路由器间带宽预留为B类路由器与SR间带宽的50%。4 IP RAN组网硬件4.1 核心层ER路由器方案中使用CX600-X8作为ER路由器。(1)设备简介。CX600系列均采用集中式路由引擎、分布式转发架构进行设计，在实现大容量转发的同时还可以提供丰富灵活的业务。CX600-X8为一体化机箱设计，其主要组成部件都支持热插拔。CX600-X8设备外观如图4-1所示。图4-1 CX600-X8设备外观图CX600-X8有8个业务槽位，设备的交换容量为7.08Tbps。槽位分布如图4-2所示。图4-2 CX600-X8插板区示意图线路板槽位号：对于CX600-X8，槽位号从1开始计数，其计数范围是18。排列顺序为正对路由器前面板从左至右递增(面板上有相应的标志)。业务接口卡号：业务接口卡号从0开始计数，按照从上到下、从右到左递增。若单板没有业务接口卡，则该卡号为0。端口号：端口号从0开始计数，按照从左到右、从上到下递增。CX600-X8设计上采用数据平面、管理和控制平面、监控平面相分离，系统架构逻辑框图如图4-3所示。这种设计方式不仅有利于提高系统的可靠性，而且方便各个平面单独升级。图4-3 体系结构逻辑框图CX600-X8完全兼容以前CX600平台上的所有ISU单板，只有主控板和交换网板不同。CX600-X8的主要系统特性包括：可升级、无阻塞的交换网，Tbit数量级的交换容量；采用分布式硬件转发技术，快速的业务部署能力；紧凑的整机结构，提升端口密度；整机部件的归一化设计；控制通道、业务通道和监控通道完全分离，保证控制通道、监控通道的畅通；电信级的高可靠性和可管理性；系统采用模块级屏蔽，完全满足EMC(ElectroMagnetic Compatibility)要求；单板、电源模块和风扇支持热插拔；创新的U型风道设计，提升系统的散热能力；分区供电，提升单框供电能力；采用200mm风扇设计，增加风扇滤波盒，支持NEBS和ETSI；主控板SRU(Switch Router Unit)采用1:1冗余备份；交换网板SFU负荷分担冗余备份；电源、风扇、时钟、管理总线等关键器件实现冗余备份；提供单板防误插保护，避免因插错槽位导致故障；提供电压和环境温度告警提示信息、告警指示、运行状态和告警状态查询。CX600-X8的物理参数如表4-1所示。表4-1 CX600-X8的物理参数项目描述外形尺寸(宽深高)442mm650mm620mm(机箱主体尺寸)442mm770mm620mm(包括机箱前后的装饰件、走线架等)安装可安装在N68E和19英寸标准机柜中重量空机箱43.2kg满配置136kg典型功耗4100W(200G平台)散热值9409 BTU/hour 13289.74 BTU/hour直流(DC)输入电压额定电压-48V最大电压范围-72V-38V交流(AC)输入电压输入电压范围90V275V175V 275V(推荐)系统可靠性MTBF(年)36.23MTTR(小时)0.5工作环境温度长期0C45C短期-5C55C备注温度变化速率限制：30C/小时存储温度-40C70C工作环境相对湿度长期5%RH85%RH，无凝结短期5%RH95%RH，无凝结存储相对湿度5%RH100%RH，无凝结长期工作海拔高度4000m(当海拔高度在1800m4000m之间时，每升高220m，设备运行温度降低1)(2)电源系统。CX600-X8系统支持直流及交流供电。直流电源供电时，PEM模块后插，采用4个60A的PEM模块，支持22备份。交流电源供电时，外置1个交流电源框，根据整机功率大小选配整流模块，再将交流电源框接到设备的直流PEM输入端，给设备供电(交流电源供电是在直流供电的基础上增加外置的交流电源插框)。如图4-4所示，CX600-X8背板分为两个区，每个分区有两路电源输入，在单板上合路进行备份。图4-4 CX600-X8供电示意图(3)散热系统。CX600-X8系统风道为前进后出的风道形式。进风口位于系统前面单板区的上方，出风口位于系统后面单板区的上方。CX600-X8风扇位于系统出风口，两个风扇框并排放置，每框有1个风扇。系统采用抽风的散热方式，如图4-5所示。图4-5 CX600-X8的气流走向(4)交换网。交换网是CX600的重要组成部件，负责ISU之间的数据交换。CX600采用华为公司自研的交换网芯片，采用M-C-M(Memory-Crossbar-Memory)的三级交换方式，其中第一级和第三级为共享内存交换方式，在ISU单板上实现，中间级采用Crossbar交换方式，在交换网单元上实现。交换网络结构如图4-6所示。ISU上的第一级交换芯片和每个中间级交换芯片全互连，中间级交换芯片和第三级交换芯片全互联，中间级的Crossbar采用多平面负载分担。整个交换平面实现无阻塞的交换结构，下面分步说明数据报文是如何经过交换网的。图4-6 CX600交换网络结构数据包从ISU的物理接口进入，经过分片处理，被分解成固定大小的Cell，送入第一级共享内存交换芯片中，等待进入中间级Crossbar交换，经过缓存、调度后进入SFU(Switch Fabric Unit)上的Crossbar交换单元。因为ISU上的第一级交换芯片和所有中间级的交换平面相连，保证Cell单元能够均匀的被分配到每个交换平面上进行交换，这样不仅实现交换平面的负载分担，更有利于系统的容错处理。Cell到达Crossbar后，Crossbar根据目的端口将报文调度到目的出口，发送到ISU的第三级交换芯片上，完成Cell在中间crossbar级的交换。Cell到达ISU的共享内存交换芯片上，查找目的端口，Cell被重组成数据包后，通过物理端口被发送出去，完成数据报文在CX设备中的交换。4.2 汇聚层B路由器方案中使用CX600-X3作为B节点路由器。(1)设备简介。CX600-X3采用集中式路由引擎、分布式转发架构进行设计。为一体化机箱设计，其单板支持热插拔，有3个业务槽位，设备的交换容量为1.08Tbps。机箱系统如图4-7所示。图4-7 CX600-X3机箱外观示意图CX600-X3的主要特性包括：采用分布式硬件转发，CX600-X3没有独立的交换网板。控制通路同业务通路分离，保证控制通路的畅通；电信级的高可靠性和可管理性；系统采用模块级屏蔽，完全满足EMC(ElectroMagnetic Compatibility)要求；单板、电源模块和风扇支持热插拔；主控板MPU(Main Process Unit)采用1:1冗余备份；电源、风扇、时钟、管理总线等关键器件实现冗余备份；提供单板防误插保护，避免因插错槽位导致故障；提供电源告警提示信息、告警指示、运行状态和告警状态查询；提供电压和环境温度告警提示信息、告警指示、运行状态和告警状态查询。CX600-X3的槽位分布如图4-8所示。图4-8 CX600-X3插板区示意图线路板槽位号：对于CX600-X3，槽位号从1开始计数，其计数范围是13。排列顺序为正对路由器前面板从下到上递增(面板上有相应的标记)。业务接口卡号：业务接口卡号从0开始计数，按照从右到左、从下到上递增。若单板没有业务接口卡，则该卡号为0。端口号：端口号从0开始计数，按照从上到下、从右到左递增。CX600-X3的物理参数如表4-2所示。表4-2 CX600-X3的物理参数项目描述外形尺寸(宽深高)442mm650mm175mm(机箱主体尺寸)442mm750mm175mm(包括机箱前后的装饰件、走线架等)安装可安装在N68E和19英寸标准机柜中重量空机箱21kg满配置38kg典型功耗1130W(200G平台)散热值3666 BTU/hour 直流(DC)输入电压额定电压-48V最大电压范围-72V-38V交流(AC)输入电压输入电压范围90V275V175V275V(推荐)系统可靠性MTBF(年)37.35MTTR(小时)0.5工作环境温度长期0C45C短期-5C55C存储温度-40C70C工作环境相对湿度长期5%RH85%RH，无凝结短期5%RH95%RH，无凝结存储相对湿度5%RH100%RH，无凝结长期工作海拔高度4000m(当海拔高度在1800m4000m之间时，每升高220m，设备运行温度降低1)(2)电源系统。CX600-X3系统支持直流及交流供电。供电模块将输入电压转换成-48V直流电提供给系统。供电系统有以下特点：供电系统由两个交流或直流供电模块组成，形成1+1冗余备份。交流供电模块和直流供电模块均具有电源告警功能，直流框支持I2C通信，交流框支持RS485通信。(3)散热系统。散热系统负责解决系统的散热问题。系统单板产生的热量由散热系统散出，单板上的器件温度经过散热系统得到控制而长期工作在稳定状态。散热系统包括风扇框(每个框内有2个风扇)，风扇监控板，温度传感器、防尘网、系统进出风口和系统风道。风扇框内的所有风扇同时工作，同时调速，当有一个风扇失效时，其他风扇自动满转。系统单风扇失效时散热系统能够支持系统在环境温度40下短期工作。温度传感器分别位于系统出风口和系统单板上。温度传感器用于监控单板器件温度并通过主控芯片下发命令进行风扇调速从而达到控制单板器件温度的目的。系统采用抽风的散热方式，如图4-9所示。图4-9 CX600-X3散热气流走向CX600-X3系统风道为左进后出的风道形式。进风口位于系统左侧，出风口位于系统后侧，风扇位于系统出风口。(4)控制平面系统。CX600-X3使用MPU作为主控交换单元，负责系统的集中控制和管理以及数据交换。MPU采用1:1冗余备份设计。MPU板主要由系统主控单元、系统时钟单元、交换同步时钟单元、系统维护单元组成。下面从以下几个方面介绍主控板的功能特性。系统控制和管理核心。作为系统控制和管理核心，实现系统控制平面的相关功能。路由计算：所有路由协议报文的处理都由转发引擎送到MPU板进行处理。此外，MPU板还负责路由报文的广播、过滤及从策略服务器下载路由策略等。整个系统单板间的带外通信：MPU板上集成了LAN Switch模块，为各单板提供板间的带外通信。完成MPU、ISU单板间的控制、维护和交换消息。设备管理和维护功能：通过MPU板对外提供的管理接口(如串口)来实现设备管理和维护等功能。数据配置功能：系统配置数据、启动文件、计费信息、升级软件、系统运行日志信息等均放在MPU板上。保存数据：MPU板上提供两个CF卡接口，作为海量存储设备用来保存数据文件。系统时钟单元。作为系统时钟单元，向各个线路板提供高可靠性的同步SDH接口时钟信号。MPU板向各个线路板提供高精度、高可靠性的同步SDH(Synchronous Digital Hierarchy)接口时钟信号。向下游设备提供2路2.048MHz的同步时钟信号,也可以接收外部2.048MHz或2.048Mbit/s时钟基准；同时提供2路时间接口，可以支持1PPS+ASCII或者2*DCLS。系统维护单元。作为系统维护单元，实现收集系统监控信息，实现从远端或近端测试或在线升级系统各单元。通过监控总线(Monitorbus)定期收集系统各单元运行数据。根据各单元运行状态产生控制信息，如检测各单板在位、风扇调速等。通过系统JTAG总线，实现从远端或近端对系统各单元进行测试或在线升级。可靠性。MPU的主控模块、时钟模块、LAN Switch模块均采用1:1热备份，提高了系统可靠性。MPU板采用1:1冗余备份工作方式。MPU板之间相互进行状态监视，一旦主用MPU板出现故障，则备用MPU板自动升级到主用。4.3 接入层A路由器(1)设备简介。方案中使用ATN910I作为A节点路由器。设备外观如下图4-10所示。图4-10 910I外观设备图ATN910I所有接口与子卡均为固化设计，不可插拔，总计8路光口，4路电口。(2)功能和特性。ATN910I实现FE、GE、E1业务信号的接入处理，完成业务调度功能，支持系统控制，系统时钟处理及辅助接口功能。ATN910I的主要功能特性如表4-3所示。表4-3ATN 910I的主要功能特性功能特性说明辅助接口提供1个网管串口/网管网口，用于对网元设备的管理和查询提供2个外时间/外时钟的输入输出接口提供1个告警输入输出接口(支持3路告警开关量输入)以太网接口FE SFP接口支持FE光模块、FE电模块GESFP接口支持GE光模块、GE电模块FE/GESFP接口支持FE光模块、FE电模块、GE光模块、GE电模块FE电接口支持10Mbit/s、100Mbit/sFE/GE电接口支持10Mbit/s、100Mbit/s、1000Mbit/s电接口支持PoE功能，最大支持输出功率30W(仅ATN 910IPOE支持)支持内环回和外环回GE接口支持流量控制支持二层、三层工作模式支持物理层时钟同步，支持1588v2、1588ACRE1接口支持75欧姆和120欧姆接口阻抗(根据E1电缆自适应)支持E1和CE1模式支持内环回和外环回支持收发方向上E1端口的成帧、非成帧格式的PRBS功能支持ATM、TDM、PPP协议支持物理层时钟同步(3)系统散热。ATN 910I采用左进右出的抽风散热方式，系统风道如图4-11所示。图4-11 ATN910I散热示意图ATN 910I进风口和出风口的散热孔应保持清洁，无堵塞。进风口和出风口处应保留至少50mm的间隙，保持风道通畅。安装在机柜中使用时，机柜内的温度应满足ATN910I的运行环境温度，并且风道一致。(4)工作原理和信号流。ATN910I设备由控制交叉协议处理板、电源模块、风扇模块组成。设备的功能框图4-12如所示。图4-12 ATN 910I设备的功能框图在业务调度与处理模块完成业务报文缓存和报文调度后，进行编解码、并/串转换等适配功能，最后通过设备面板上的接口将以太网光/电业务信号和E1信号发送出去。以太网光/电业务信号和E1信号由设备面板上的业务接口接入，在业务调度与处理模块完成串/并转换及编解码功能，并进行业务报文缓存和报文调度。5 IP RAN路由协议路由协议通过在路由器之间共享路由信息来支持可路由协议。路由信息在相邻路由器之间传递，确保所有路由器知道到其它路由器的路径。路由协议创建了路由表，描述了网络拓扑结构；路由协议与路由器协同工作，执行路由选择和数据包转发功能。路由协议作为TCP/IP协议族中重要成员之一，其选路过程实现的好坏会影响整个Internet网络的效率13。按应用范围的不同，路由协议可分为两类分别是在一个AS (Autonomous System，自治系统，指一个互连网络，就是把整个Internet划分为许多较小的网络单位，这些小的网络有权自主地决定在本系统中应采用何种路由协议)内的路由协议称为内部网关协议(interior gateway protocol)，AS之间的路由协议称为外部网关协议(exterior gateway protocol)。现在正在使用的内部网关路由协议主要有RIP、IS-IS和OSPF。其中RIP协议采用的是距离向量算法，IS-IS和OSPF协议采用的是链路状态算法。但由于RIP协议局限性差、不支持大型网络、路由表更新信息占用较大的网络带宽、收敛速度慢等原因，在运营商组网中不使用RIP协议。外部网关协议最初采用的是EGP。EGP是为一个简单的树形拓扑结构设计的，随着越来越多的用户和网络加入Internet，给EGP带来了很多的局限性。为了摆脱EGP的局限性，IETF边界网关协议工作组制定了标准的边界网关协议BGP。5.1 IS-IS协议5.1.1 协议概述IS-IS最早是ISO为CLNP(Connectionless Network Protocol)而设计的动态路由协议，IETF在RFC1195中增加了IS-IS对于IP的支持，IS-IS发展成为Integrated IS-IS。IS-IS协议有3个基本特点。(1)属于ISO协议族。IS-IS是ISO定义的OSI协议栈中无连接网络服务CLNS (Connectionless Network Service)的一部分。(2)直接运行于链路层之上。与大多数路由协议不同，IS-IS直接运行于链路层之上。(3)优点。IS-IS协议支持IP、OSI两种路由；支持灵活的TLV编址方式，协议扩展性好；路由收敛速度快，结构清晰，适合于大规模网络。5.1.2 工作原理IS-IS是一个分级的链接状态路由协议，基于DECnet PhaseV路由算法。IS-IS可以在不同的子网上操作，包括广播型的LAN、WAN和点到点链路。IS-IS是一个链接状态协议，实际上与OSPF非常相似，它也使用Hello协议寻找毗邻节点，使用一个传播协议发送链接信息。IS-IS消息使用序列号，但它只是一个简单的加法计数器。当计数器计到最大值时，一个IS-IS路由器没有别的选择，只能伪造一个错误触发对所有旧信息的刷新。然而，因为序列号有32比特长，使得到达最大值之前有很大的序列号空间。但是，存在两个技术问题，IS-IS使用一个小的度量值(6比特)，严重限制了能与它进行转换的信息；而且链接状态也只有8 比特长，路由器能通告的记录只有256个。一个非技术问题是IS-IS受OSI约束，使得与OSPF相比它的发展比较缓慢。这个限制的原因是由于SPF的要求；但现在的Wide-metric使这个范围变成24位的扩展解决了这个问题。5.1.3 路由计算SPF(Shortest Path First)最短路径优先算法，也叫Dijkstra(荷兰数学家)算法，在链路状态路由协议中用来计算到网络的最短路径。以