通信网基础课程设计-城域网多业务平台设计.doc

兰州交通大学课程设计通信网基础课程设计 城域网多业务平台设计 学 院: 电子与信息工程学院专 业: 通信工程 班 级: 2008级2班 学生姓名: 指导老师: 目录第1章 城域网简介31.1城域网基本概念31.2网络特点31.3主要用途及适用范围4第2章 城域网多业务传送技术52.1基于SDH的MSTP技术52.1.1 SDH多业务传送节点52.1.2 MSTP工作原理52.1.3 MSTP的主要优势62.1.4 MSTP的应运72.2 分组传送PTN技术82.3 弹性分组环技术92.3.1 背景92.3.2 技术特点92.4 SDH的虚容器（VC）级联技术112.4.1 背景112.4.2级联的定义11第3章 城域网多业务传送平台设计133.1 城域网的组网原则133.2 城域网多业务平台设计13第四章 城域网多业务传送技术展望154.1背景154.2 MPLS在城域网中的应用前景164.3 总结17参考文献18第1章 城域网简介1.1城域网基本概念城域网(Metropolitan Area Network)是在一个城市范围内所建立的计算机通信网，简称MAN。属宽带局域网。由于采用具有有源交换元件的局域网技术，网中传输时延较小，它的传输媒介主要采用光缆，传输速率在l00兆比特/秒以上。MAN的一个重要用途是用作骨干网，通过它将位于同-城市内不同地点的主机、数据库，以及LAN等互相联接起来。 1.2网络特点传输速率高宽带城域网采用大容量的Packet Over SDH传输技术，为高速路由和交换提供传输保障。千兆以太网技术在宽带城域网中的广泛应用，使骨干路由器的端口能高速有效地扩展到分布层交换机上。用户投入少，接入简单宽带城域网用户端设备便宜而且普及，可以使用路由器、HUB甚至普通的网卡。用户只需将光纤、网线进行适当连接，并简单配置用户网卡或路由器的相关参数即可接入宽带城域网。图1 城域网拓扑示意图技术先进、安全技术上为用户提供了高度安全的服务保障。宽带城域网在网络中提供了第二层的VLAN隔离，使安全性得到保障。由于VLAN的安全性，只有在用户局域网内的计算机才能互相访问，非用户局域网内的计算机都无法通过非正常途径访问用户的计算机。如果要从网外访问，则必须通过正常的路由和安全体系。1.3主要用途及适用范围高速上网利用宽带IP网频带宽、速度快的特点，用户可以快速访问Internet及享受一切相关的互联网服务(包括WWW、电子邮件、新闻组、BBS、互联网导航、信息搜索、远程文件传送等)，端口速度达到10M以上。 图2 路由器VOD视频点播让你坐在家里利用WEB浏览器随心所欲地点播自己爱看的节目，包括电影精品、流行的电视剧集，还有视频新闻、体育节目、戏曲歌舞、MTV、卡拉OK等。 网络电视（NETTV）突破传统的电视模式，跨越时间和空间的约束，在网上实现无限频道的电视收视。远程医疗采用先进的数字处理技术和宽带通信技术,医务人员为远在几百公里或几千公里之外的病人进行诊断和治疗，远程医疗是随着宽带多媒体通信的兴起而发展起来的一种新的医疗手段。 远程会议异地开会不用出差，也不用出门，在高速信息网络上的视频会议系统中，“天涯若比邻”的感觉得到了最完美的诠释。 远程监控（WEBCAM）-对远程的系统进行监控，授权用户通过WEB自由进行镜头的转动、调焦等操作，实现实时的监控管理功能。监控系统采用数字监控方式。数字监控方式很好地与计算机网络结合在一起，充分发挥宽带城域网的带宽优势。这是未来监控系统发展的流行趋势。 家庭证券交易系统-可在家里交互式地进行证券大户室形式的网上炒股，不但可以实时查阅深、沪股市行情，获取全面及时的金融信息，还可以通过多种分析工具进行即时分析，并可进行网上实时下单交易，参考专家股评。 宽带城域网还可为广大用户提供Internet信息浏览、信息查询、收发电子邮件、网上游戏、多媒体网上教育、视音频点播等多项服务。第2章 城域网多业务传送技术2.1基于SDH的MSTP技术MSTP（Multi-Service Transfer Platform）（基于SDH 的多业务传送平台）是指基于SDH 平台同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点。2.1.1 SDH多业务传送节点基于SDH的多业务传送节点除应具有标准SDH传送节点所具有的功能外，还具有以下主要功能特征。 （1）具有TDM业务、ATM业务或以太网业务的接入功能； （2）具有TDM业务、ATM业务或以太网业务的传送功能包括点到点的透明传送功能； （3）具有ATM业务或以太网业务的带宽统计复用功能； （4）具有ATM业务或以太网业务映射到SDH虚容器的指配功能。 城域网是当前电信运营商争夺的焦点，目前城域网组网技术种类繁多，大致包括基于SDH结构的城域网、基于以太网结构的城域网、基于ATM结构的城域网和基于DWDM结构的城域网。其实，SDH、ATM、 Ethernet 、WDM等各种技术也都在不断吸取其他技术的长处，互相取长补短，既要实现快速传输，又要满足多业务承载，各种城域网技术之间表现出一种融合的趋势。2.1.2 MSTP工作原理MSTP可以将传统的SDH复用器、数字交叉链接器（DXC）、WDM终端、网络二层交换机和IP边缘路由 图3 MSTP原理框图器等多个独立的设备集成为一个网络设备，即基于SDH技术的多业务传送平台（MSTP），进行统一控制和管理。基于SDH的MSTP最适合作为网络边缘的融合节点支持混合型业务。它不仅适合缺乏网络基础设施的新运营商，应用于局间或POP间，还适合于大企事业用户驻地。而且即便对于已敷设了大量SDH网的运营公司，以SDH为基础的多业务平台可以更有效地支持分组数据业务，有助于实现从电路交换网向分组网的过渡。所以，它将成为城域网近期的主流技术之一。 这就要求SDH必须从传送网转变为传送网和业务网一体化的多业务平台，即融合的多业务节点。MSTP的实现基础是充分利用SDH技术对传输业务数据流提供保护恢复能力和较小的延时性能，并对网络业务支撑层加以改造，以适应多业务应用，实现对二层、三层的数据智能支持。2.1.3 MSTP的主要优势（1）现阶段大量用户的需求还是固定带宽专线，主要是2Mbit/s、10/100Mbit/s、34Mbit/s、155M bit/s。对于这些专线业务，大致可以划分为固定带宽业务和可变带宽业务。对于固定带宽业务，MSTP设备从SDH那里集成了优秀的承载、调度能力，对于可变带宽业务，可以直接在MSTP设备上提供端到端透明传输通道，充分保证服务质量，可以充分利用MSTP的二层交换和统计复用功能共享带宽。 （2）在城域汇聚层，实现企业网络边缘节点到中心节点的业务汇聚，具有节点多、端口种类多、用户连接分散和较多端口数量等特点。采用MSTP组网, 可以实现IP 路由设备10M/100M/1000M POS和2M/FR业务的汇聚或直接接入，支持业务汇聚调度，综合承载，具有良好的生存性。2.1.4 MSTP的应运 MSTP技术在现有城域传输网络中备受关注，得到了规模应用，并且即将作为业界的一项行业标准而发 图4 支持点对点传输以太网的MSTP组网布。它的技术优势与其他技术相比在于：解决了SDH技术对于数据业务承载效率不高的问题；解决了ATM/IP 对于TDM业务承载效率低、成本高的问题；解决了IP QoS不高的问题；解决了RPR技术组网限制问题，实现双重保护，提高业务安全系数；增强数据业务的网络概念，提高网络监测、维护能力；降低业务选型风险；实现降低投资、统一建网、按需建设的组网优势；适应全业务竞争需求，快速提供业务。 MSTP使传输网络由配套网络发展为具有独立运营价值的带宽运营网络，利用自身成熟的技术优势提供质高价廉的带宽资源，满足城域网带宽需求。在MSTP技术体制下的B-ADM设备在网络调度、设备等一些方面融入运营理念、智能特性，实现业务的方便、快捷的建立，从而进一步保证带宽运营的可实施性，满足市场对于城域传输网络的需求。综上所述，由于MSTP广泛应用于城域网，激发了城域网的活力，带给运营商更大的利益空间。各大设备供应商也在不断地针对MSTP进行研究与开发，MSTP的内涵也在逐步得到丰富。相信MSTP的发展依然存在巨大的空间，本身技术的能量也同样具有巨大的潜力等待挖掘。MSTP将在城域网建设中起到决定性的作用，成为网络建设的首选方案。2.2 分组传送PTN技术目前较合适的IP化传送技术引入策略是IP网与传送网同步地发展并逐渐融合，传送层面将逐步完成向着PTN方向的升级和改造。在城域网汇聚层可以率先采用支持完全分组能力的PTN传送节点，彻底打破传统传输网和二层数据网的界限，构建融合的统一网络，承载网络中现有业务和将来可能出现的各种新业务，所有业务都在同一平台上传送，从而形成最佳性能价格比的演进方案。PTN在城域网对分组业务进行汇聚，对接入点的分组信号进行汇聚传送到接入控制点。一方面，PTN对于接入点和接入控制点之间的分组信号提供基于标签交换的汇聚，同时对分组信号的传送过程进行监控，故障定位，保护恢复。PTN可以在城域网中可以提供专线业务、Tree业务和VPN业务，通过和IP/MPLS核心网络互联就可以提供端到端的多业务伪线。图5 PTN作为城域网接入和汇聚实现全业务接入和传送另一方面，PTN用于汇聚和接入层，可解决基站业务的汇聚和管道传送。接入/边缘接入演进方案主要针对Backhaul（回程）的话音/数据、专线出租、其他接入点等以太业务。因此，面向IP的高性能的分组传送PTN技术是一种极具应用前景的基站回传解决方案，而宽带接入业务采用以PON为核心的光纤接入技术为主构建FTTx来实现，这样就可以大大提升移动运营商在网络层面应对全业务、全方位的市场竞争能力。2.3 弹性分组环技术2.3.1 背景随着互联网的发展，数据通信量正在呈爆炸式的增长。为适应这种增长，通信网络正在进行种种技术革新。企业网也在不断更新，很多企业的骨干网都采用了基于吉比特以太网解决方案。然而，在企业网和广域网之间起链接作用的城域网却成为了一个瓶颈，阻碍了数据业务的发展。2000年11月，正式成立的IEEE 802.17工作组开发了一个RPR (Resilient Packet Ring) MAC标准，优化在LAN、MAN和WAN拓扑环上数据包的传输。2.3.2 技术特点RPR是定位在本地网和城域网的环状拓扑的数据包接入技术，由IEEE 802.17规范。弹性分组环技术都采用环状拓扑，双环结构。外环顺时针和内环逆时针同时双向传输数据，有的RPR技术支持各环分别传输各自的数据和控制信息，有的厂家则支持各环传输另外一个反向环的控制信息。图6城域网RPR环示意图（1）快速的二层交换在RPR环形结构中，每个节点均有上行和下行两个邻居，网络结构相当简单。分组环上的所有节点被配以唯一的逻辑MAC地址，可标识254个节点，所有节点都可以基于逻辑MAC地址进行快速的二层交换。一个RPR环即构成一个虚拟的分布式第二层交换机，极大地简化了原来由SDH、以太网交换机、IP路由器或ATM组成的复杂网络。（2）环同步RPT同步机制类似于PDH的同步机制,环上有且仅有一个节点被设置为CO节点，CO节点上可设两个外时钟源，一个为主时钟，一个为次时钟，其他节点设置为CPE节点，CPE跟随CO提供的时钟。RPT以最高优先级分组的方式发布晶振时钟信号由于RPT环是双向反向环，时钟同步分组信令沿光纤方向传送，同时具备了冗余备份的功能，从而保障环在任何情况下都保持同步。（3）分组环的空间复用技术RPR技术都支持空间复用技术(SRP)，即Spatial Reuse Protocol，它是一个独立于介质的MAC层协议，SRP在数据包环上提供了寻址、读取数据包、带宽控制和控制信息传播的基本功能。在分组环路上，数据包被目的节点从环上读走。这样，分组环使得有多个节点成多段同时传输数据，而不会互相影响，充分利用了整个环路的带宽。（4）多等级、可靠的QoS服务各种RPR技术都定义了几种服务类别，比较普遍的定义包括快速前传（EF，Expedited Forwarding）, 保障前传（Assured Forwarding和BE，Best Effort），其中控制信令是默认的最高优先级，并无需定义其级别。 不少厂家在实际运行环境中都可以根据客户需求或者不同业务的需求定义新的业务级别。（5）环自愈保护当RPR环中光纤传输中出现严重故障或者发生光纤中断后，光纤中断处两端节点会发出2层的控制信令,沿光纤方向通知各个节点。 业务流源节点接收到这个信息后，立即向另一个方向的光纤上发送业务。在环保护切换时，会按业务流的不同服务等级，根据同终点业务一起倒换原则，依次向反向光纤倒换业务。RPR和SDH一样，能保证业务的倒换时间小于50ms。综上所述，弹性分组数据传送以IP业务为核心，适用网络发展的方向。RPR充分简化网络层次， 避免了ATM和SDH层的开销，提供了空间复用技术和统计复用功能，保证高带宽的高利用率，。同时，在网络可靠性、可管理性、支持传统业务等方面，也存在很大优势。以弹性分组环技术为基础的城域网可以提供语音、专线业务、各种数据业务的支持，提供了三网合一的平台基础，对于电信网络运营者，弹性分组数据环（RPR）技术以其各方面的优势提供了一个良好的IP城域网组网方案。2.4 SDH的虚容器（VC）级联技术2.4.1 背景随着通信技术的不断发展，越来越多不同类型的应用需要通过SDH传送网络承载。由于SDH自身能够对外提供的标准接口种类有限，为了更高效的承载某些速率类型的业务，需要采用虚容器（VC）级联的办法。近年来，基于SDH的多业务传送平台（MSTP）技术在城域网中得到了广泛应用，该技术的核心思想在于将SDH的基本功能和以太网业务的承载、二层处理进行有机的结合。如何将10M、100M、GE以太网业务和SDH的虚容器（VC）有效结合，其中很重要的一点就是采用VC级联。2.4.2级联的定义级联是将多个虚容器组合起来，形成一个组合容量更大的容器的过程，该容器可以当作仍然保持比特序列完整性的单个容器使用。当需要承载的业务带宽不能和SDH定义的一套标准虚容器（VCs）有效匹配时，可以使用VC级联。 根据级联VC的种类，可以分为： VC-3/4的级联：提供容量大于一个C-3/4的有效载荷的传送；图7 VC-4结构图 VC-2的级联：实现容量大于一个C-2容器，但低于一个C-3/4容器的有效载荷的传送；VC-1n的级联：实现容量大于一个C-1，但低于一个C-2/3/4容器的有效载荷的传送。从级联的方法上，可以分为连续级联和虚级联。两种方法都能够使传输带宽扩大到单个VC的X倍，它们的主要区别在于构成级联的VC的传输方式。连续级联需要在整个传输过程中保持占用一个连续的带宽，而虚级联先将连续的带宽拆分为多个独立的VCs，各独立的VCs分别传送，在接收侧重新组合为连续带宽。2.4.3 级联的特点 随着网络上层业务和应用类型的增加，SDH网需要承载的业务种类越来越多，很多新类型业务尤其是大量新的数据业务，所需的传送带宽不能和SDH的标准虚容器（VCs）有效匹配。基于SDH的多业务传送节点（MSTP）采用VC虚级联方式承载宽带业务（如以太网业务），能很好的保证传输带宽和上层业务带宽有效适配，并能够支持宽带业务的多路径传输（即虚级联的多个VC采用不同的传输路径）。烽火通信针对城域传输网推出的基于SDH的多业务传送平台（METRO FONST）已广泛应用于各大基础通信网络中，其重要特点之一就是采用链路容量调整方案（LCAS）实现多路径传输时的业务保护。最近针对多家国内外厂商的MSTP设备测试显示，烽火通信的这一技术处于领先水平。第3章 城域网多业务传送平台设计3.1 城域网的组网原则建立良好的城域网需要两个条件：首先，要有一个价格合理的、扩展性好的解决方案来适应不断膨胀的IP流量和光纤带宽的增长；其次，要有新的通用功能部件和技术来满足现有的需要。服务提供商和企业需要一种扩展性好、能够稳固地应用在城域网和广域网上、以吉比特的速度传输IP信息包的技术一般城域网分为3个层次：核心层、汇聚层和接入层。 1）核心层主要提供高带宽的业务承载和传输，完成和已有网络(如ATM、FR、DDN、IP网络)的互联互通，其特征为宽带传输和高速调度。 2）汇聚层的主要功能是给业务接入节点提供用户业务数据的汇聚和分发处理，同时要实现业务的服务等级分类。 3）接入层利用多种接入技术，进行带宽和业务分配，实现用户的接入，接入节点设备完成多业务的复用和传输。 3.2 城域网多业务平台设计 在城域网多业务平台上，TDM业务、ATM业务、IP业务都可以接入，并且能高效传输；更进一步，3种业务还可以进行交叉和交换。因此多业务传送平台(MSTP)的优势是非常明显的，既能够兼容目前大量应用的TDM业务，又可以满足日益增长的数据业务(IP、ATM)的要求，同时采用了目前最为成熟的SDH组网和保护技术。 MSTP利用以太网/ATM交换、LCAS(链路容量调整机制)、PTN分组接入、内嵌式RPR、MPLS等关键技术，为SDH、PDH、以太网、ATM、DDN等多种业务提供完善的接入与传送方案。采用内嵌式的RPR技术，该技术严格遵循IEEE802.17标准，如A/B/C等多种业务级别，STEERING或WRAPPING方式的业务层保护，智能拓扑发现、环网公平共享等，并通过LCAS技术保证环网带宽的平滑升级。支持完备的ATM功能，如CBR/rt-VBR/nrt-VBR/UBR业务类型、VP/VC交换、UPC/CAC/Shaping技术、VP-RING、IMA功能等，为传统的ATM业务以及未来的3G业务提供全面的解决方案。将ASON融入MSTP平台，推动城域网逐步向智能化演进。MSTP作为节点设备，更多的表现为UNI侧接口类型的丰富、接入灵活，在NNI侧业务与管道、带宽的互动性尚显僵硬。而MSTP引入ASON中的G.MPLS协议后，控制平面可实现一层VC管道自动连接，实现业务与VC管道、带宽的互动。MSTP与ASON的融合，减少了网络运维的人工干预，实现了业务的端到端自动提供、网络可用资源的自动识别、故障的自动定位和恢复，最终降低了网络生命周期成本。图8 城域网多业务传送平台设计图 对于宽带多业务，MSTP可以承载以以太网和ATM为主的多种宽带业务，而且具有优化的“二层智能”，提供二层交换、统计复用等功能，对网络资源的节约、对承载效率的提高都具有很好的效果。第四章 城域网多业务传送技术展望4.1背景相比于其它的城域网传送技术，MSTP具有技术成熟、兼容性好、可靠性高、成本适中的优势，是当前城域传送建设的首选。随着城域网数据业务的快速增长，城域传送网承载数据分组业务的需求也相应在不断增长，为了进一步适应城域网业务的发展要求，提高城域传送网对各种业务的支撑效率，以太网技术和光传送技术在城域网中的融合成为大势所趋，基于SDH的多业务传送平台(MSTP)的出现，正是这种融合的最好体现。4.2 MPLS在城域网中的应用前景(1)与RPR技术的结合RPR技术在传送数据业务具有独特的优势，通过RPR的双环业务传送、统计复用、带宽共享、公平接入等多种技术手段提高了传送效率，通过严格的COS和业务优先级保证了数据业务的服务质量。但是，RPR在多环境下无法保证业务的端到端QoS要求，MPLS技术可以弥补RPR的这种技术缺陷，通过RPR和MPLS技术的结合，可为RPR提供跨环组网能力，有利于全网端到端业务的配置、保护和网络资源的优化利用。因此，同时具备RPR和MPLS功能的MSTP设备在城域网中的应用前景被大家一致看好。 (2)提供MPLS VPN业务，满足大客户专线的需求经过DDN、帧中继和2M专线多年的发展，客户对专线的认同度不断提高，政府、金融、企业、小区、教育网等用户都表现出对专线业务有很大的需求。图9 城域网多业务基于IP的融合最近，人们对