（计算机应用技术专业论文）宽带城域网及软交换系统设计与实现.pdf

重庆邮电学院硕士+ 论文 摘要 宽带城域网是国家骨干网在城市范围内的延伸，可向企业、居民提供i p 数 据业务，并且为用户提供了极为丰富的带宽资源。但缺乏有力业务支撑的城域网， 使得用户规模裹足不前，宽带难以融入生活。作为一种业务解决方案，软交换的 出现给目前城域网面临的窘境带来了生机，因而国内运营商纷纷开始进行相关的 试验。 本人有幸参与了长丰通信公司宽带城域网的规划设计及实施、长丰城域网上 软交换系统的设计项目。该项目的参与，使我对城域网的规划、软交换系统的设 计及软交换技术有了全面的了解和掌握。 本文基于以上工程，对在网络规划中如何选择骨干网技术、接入技术进行了 分析，对宽带网i p 地址分配、路由的规划的问题进行了详细的阐述，同时对城 域网上软交换系统的规划及开展v o l p 业务的具体方法进行了探讨，希望对当前 的网络建设起到一个抛砖引玉的作用。 关键词：城域网，软交换，网络规划 孽庆邮电学院硕上论文 a b s t r a c t b r o a d b a n dm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r ke x t e n s i o ni nu r b a nr a n g ec a no f f e ri p b u s i n e s so fd a t u ma n de x t r e m e l ya b u n d a n tb a n d w i d t hr e s o u r c e st ou s e r , b u tl a c k i n go f s e r v i c em a k e su s e r ss c a l es t a g n a n t i ti sd i f f i c u l tf o rb r o a d b a n dt oi n c o r p o r a t el i f e a s ak i n do fb u s i n e s ss o l u t i o n ，t h ea p p e a r a n c eo fs o f t s w i t c hb r i n g st h ev i t a lf o r c et ot h e s i t u a t i o nt h a tm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r kf a c e sa tp r e s e n t t h e r e f o r ed o m e s t i c o p e r a t o r sb e g i nt h er e l e v a n tt e s to n e a f t e ra n o t h e r i ti sa nh o n o rf o rm et op a r t i c i p a t ei nt h ep r o j e c to fc h a n g f e n gc o m m u n i c a t i o n c o m p a n y b r o a d b a n dm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k sp l a n n i n ga n di m p l e m e n ta n dt h e d e s i g no ft h es o f t s w i t c hs y s t e m p a r t i c i p a t i o no ft h ep r o j e c tm a k e sm eh a v eo v e r a l l u n d e r s t o o da n dg r a s p e dt h em e t h o do f n e t w o r kp l a n n i n ga n ds o f c s w i t c hd e s i g n b a s e dt h ea b o v ep r o j e c t ，t h i sp a p e ra n a l y s e st h eq u e s t i o nh o wt oc h o o s eb a c k b o n e n e t w o r kt e c h n o l o g ya n da c c e s st e c h n o l o g ya n de x p l a i n si pa d d r e s sa s s i g n m e n ta n d p l a n n i n go ft h er o u t ei nt h en e t w o r kp l a n n i n ga n dd i s c u s s e st h em e t h o dt h a ta p p l i e s t h es o f i s w i t c ht e c h n o l o g yt op r o v i d et h ev o l et h ea u t h o rh o p e st h a tt h i sp a p e rc a nb e ap i o n e e rr e s e a r c hi nn e t w o r kc o n s t r u c t i o n k e y w o r d s ：m a n ，s o f f s w i t c h ，n e t w o r kp l a n n i n g 重庆邮电学院硕士论文 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和藏谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得重麽逝皇堂医或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：专诲 签字日期：们v 年7 月，p 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庆整虫堂医有关保留、使用 学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复 印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权重废邮电堂院 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：专埠 导师签名： 椰 签字日期：砂w 年) 月。日签字日期：口f 年7 月，o 日 一一 要塞坚皇兰堕壁主兰苎； 第1 章绪论 宽带i p 城域网”是城市范围内的宽带多媒体通信网络，是国家宽带骨干网 络在城市范国内的延 串，并作为本地的公共信息服务平台组成部分，负责承载各 种多媒体业务，为用户提供各种接入方式，满足政府部门、企事业单位、个人用 户对基于i p 的各种业务的需求。 长丰通信成功转型进入电信行业以后，选择了最具增长空间的宽带互联网及 箕增值业务作为构建其产业架构的基础，公司于2 0 0 1 底年开始投资建设重庆、 湖北、成都和北京的宽带城域网。 长丰宽带城域网定位于营运级的宽带业务运营商，主要向用户提供语音、数 据和多媒体等综合的解决方案。作为城域网的核心骨干层定提供较强的交换能 力、充足的带宽和较高的稳定性，城域网一旦建设完工后，在扩容或弼络谓整中 核心层不易大改动，以免影响网络的稳定性所以核心层必须要采取先进的技术， 确保能满足未来几年的发展需要。 c i s c o 公司于9 9 年提出的动态分组传输( o p t 0 1 ) 是c i s c oi p + 光解决方案的一 部分，主要为了解决p o s 技术带宽利用率的问题。d p t 是弹性分组环路技术，基 于c i s c o 玎发的空间复用协议( s r p ) ，结合了i p 路由的智能以及光环路的带宽 效率和恢复功能。基于d p t 的网络部署在多种环境中，互联网服务供应商p o p 点、地区城网和城域接入网，可为服务供应商提供巨大优势，如：经洗高效性， 传统及增强韵i p 业务支持，网络强韧性，未来移植路径。 l 、经济高效性 分组环路可通过以下途径帮助服务供应商降低成本和提供带宽利用率： ( 1 ) 降低用于昂贵的分组带宽低效的t 陇设备的资本开销，如s d h 分插复用 器( a d m ) 。 ( 2 ) 大幅度提高带宽效率，因为分组环路解决方案可在更大容量的传输线路 上利用统计复用和空间复用等带宽倍增功能，使服务供应商能够最大限度地提高 每带宽单位的收入。 ( 3 ) 全新的“即插即用”功链和集成的露络管理功锃，可最大限度她缩短与 设置、配置、管理交换和传输网络相关的对闽并最大限度地降低相关费用。 2 、扩展传统及增强的i p 业务 服务供应商可以通过分组环路技术提供更广泛的可刨收且节约成本的业务， 如i p 话音和视频、虚拟专用网络( v p n ) 、互联网接入。 3 、网络强韧性 分组挪、赂技术还可以通过以下功能来屡丈限度地提高网络可靠性及可用性： 重庆邮也学院颤j 论文 ( 1 ) 积极的性能、故障监视啦及故障隔离功能 ( 2 ) 利用多层智能的智能保护交换功能，支持快速的i p 业务恢复 4 、未来移植 d p t 技术是通过下述功能定义并规划i p 优化的网络体系结构的主要组件： ( 1 ) 提供s o n e t 成帧等结构这些结构能够利用固有基本传输功能同时为 向新体系结构的有效移植提供灵活性。 ( 2 ) 提供可扩展性以满足呈持续指数增长的分组业务量及业务要求。 o p t 使实现下一代光网络互连成为可能，这是一种优化用于支持可扩展且可 抗损毁的干兆位i p 分组传输光纤环路。它的推出立即引起业界广泛的关注， a t & t 、s p r i n g n e t 、m c i 等著名电信营运商都在与c i s c o 合作，采用这一最先进 的i p 光纤传输技术，建立其下一代的i p 网络基础平台。 其他正在测试或已经采用孵技术的客户包括：q w e s t ，德国电信，英国电信 ( b t ) 。日本电信， h o m e ，m e d i a o n e , 美国在线( a o l ) 和u u n e t 等等。 在我国的郑州、武汉等省市的数据网络也得到了实际应用。在对d p t 技术的 了解及对o p t 组网方案实际考查之后，长车通信公司决定采用了先进的d p t 技术 建设了宽带城域网。 宽带城域网d p t 骨干环由三个核心节点组成，环上的速率高达双向5 g b p s ， 并在重庆市主城区建设了包括大坪、石桥铺、沙坪坝、观音桥、上清寺等九个汇 聚节煮以及数十个三级节点，还建设了一个先进韵信息数据中心( i d c ) ，目前弼 络为数以万计的企事业单位及个人提供宽带接入、v o o 视频点播、多媒体会议等 业务。 城域网为用户提供了极为丰富的带宽资源。但缺乏有力业务支撑的城域网， 不能为运营商带来收益、投资回收困难。同时，缺乏用户基础的业务提供，也使 得用户规模裹足不前，宽带难咀麓入生活。因此，长丰通信在宽带网运营过程中 也在思考宽带网提供业务的问题。 软交换”作为一种宽带网上业务解决方案，它的出现无疑给目前城域网面临 韵窘境带来了生机。 软交换的概念最早起源于美国企业网应用。在企业网络环境下，用户可采用 基于以太网的电话，再通过一套基于p c 服务器的呼叫控制软件，实现i pp b x 功能。对于这样一套设备，系统不需单独铺设网络，而通过与局域网共享来实现 管理与维护的统一，综合成本远倔于传统的p 8 j ( 。由于企业网环境对设备的可靠 性、计费和管理要求不高，主要用于满足通信需求，设备门槛低，许多设备商都 可提供此类解决方案，因此i pp b x 应用获得了巨大成功。 传统的电路交换设备主要由少数几家设备供应商提供，价格一般都在几十万 美元到数酉万美元，且舨本升级可能会花几个月时间和数十万美元，觋络综合运 一一一 重垦业皇兰堕堡! ：堡塞 营成本很高。运营商非常希望能够寻求到一种替代产品与技术。 受到i pp b x 成功的启发，业界提出了这样种思想：将传统的交换设备部 件化，把呼q u 控制与媒体处理、呼n q 控铡与业务进行分离，部件之阊采赐标准协 议进行通信，呼d q 控制实际上是运行于通用硬件平台上的纯软件，媒体处理将时 分利用( t d m ) 转换为基于i p 的媒体流。于是，软交换( s o f t s w i t c h ) 技术应运而生， 由于这一体系具有伸缩性强、接口标准、监务开放等特点，发展极为迅速。 软交换在广义上来说一种体系结构，利用这种俸系结构可以在分组网络实现 综合的语音、数据、视频业务的下一代通信体系。整个体系结构分为四层。分别 为边缘接入层、核心传送层、控制层和业务层。这种四层网络结构的最大优势在 于，将应用层及控制层从核心网络中完全分离出来，形成标准的全开放的应用平 台，可以为用户定剑各种新业务和综合业务，最大限度的满足用户需求。整个网 络层次清晰，层与层之间通过明确的标准化的接口相连。 软交换的设计思想十分符合下一代通信体系的重要特点一开放式体系架 构、业务驱动和分组化的网络，它吸取了i p 、艄舻1 和 脯等众家之长，完全形 成分层的全开放的体系架椅，使得运营商可以根据自己的需要。全部或部分利用 软交换体系产品，采用适合自己的网络解决方案，在充分利用现有资源的同对， 寻找到自己的网络立足点。 和传统的电路交换相比，软交换最根本的优势在于： ( 1 ) 软交换技术充分借鉴了传统电信网中智能网的思想，使呼叫控镧部分和 业务控制部分在物理上分离，这样就使得频繁的业务开发和业务升级基本不影响 呼叫控制部分。不仅如此，软交换技术同时实现了呼叫控制部分和媒体承载部分 福分离，使得和业务相关的呼叫控制部分也独立出来。这样，在业务开发和升级 过程中，呼口q 控制部分只需傲很l 、改动，雨媒体承载部分则完全不用改动，使得 全网开放新业务更加迅速。业务控制部分、呼叫控制部分和媒体承载部分之间通 过标准协议进行通信。 ( 2 ) 开放的应用服务器标准接口，使业务提供者的范围扩大到所有传统的电 信业务提供商和新兴因特网业务提供预，这使得因特网上层出不穷的业务都有可 能成为潜在的电信级业务，从而可以解决目前盈利性业务缺乏的问题。 经过对部署软交换系统公司的多次调研考证，长丰通信公司准备在长丰城域 踊上利用软交换技术来向用户提供i p 电话埘业务。但是在长丰城域两上部署软 交换业务面临两个问题： ( 1 ) 长丰公司没有市话经营权限，部署软交换系统只能采用网络她址编号的 形式，用户使用有诸多不便。而且不能与f t n 网络互通，i p 电话用户仅能和宽 带网络中的用户进行电话通信，业务范围比较窄。 ( 2 ) 投资问题，以前公司没有i p 电话运营经验，对于软交换这种技术在应甩 一一 里曼型皇鲎堕堡生堡苎 中会出现问题，潜在用户数有多少，能为运营商带来多大利润，这些都是未知数。 工程盲目上马可能会导致资金的浪费。 为了稳妥期阃，整个软交换工程分期按步骤实旄。计划分三步来进行，首先， 长丰通信组织相关技术人员根据城域网的情况规划了软交换系统；第二步采取和 有市话经营权、组建有软交换试验网的运营商合作进行试验，以便测试软交换的 性能，积累软交换的运营经验，为将来部署软交换系统、开展业务提供技术上的 支持。在前两步试验成功的基础上，第三步在城域网上筹建软交换系统，经营 i p 电话及其他增殖业务。 长丰通信和铁通、西通和联通公司，一直有业务合作关系，这三家电信运营 商均利用了软交换技术向用户提供i p 电话服务。所以长丰通信公司选择了和西 南通信、重庆联通、重庆铁通三家公司共同合作，在已经建设的城域网上开展相 应的业务，为以后上软交换系统做好技术和运营的铺垫。长丰通信公司和铁通公 司、重庆联通合作，主要开展的是话吧业务i 和铁通公司开展的是小区语音业务。 以上合作存在以下三个优点： ( 1 ) 长丰公司并没有市话营运权和市话号码资源，拥有市话营运权和市话号 码资源的运营商合作，就可以面向社会提供v o l p 市话服务。 ( 2 ) 该项目的开展还可以以1 p 电话业务丰富自身宽带城域网的业务，吸引上 网用户，拓展自己的用户群，大幅增加稳定的业务收入。 ( 3 ) 长丰公司利用自己建成的宽带城域网及小区接入网为西南通信、重庆铁 通和重庆联通提供规模可观的用户群，解决用户数少的问题。 因此双方存在互补的合作基础，合作是一个双赢的局面。 本人有幸参与了宽带城域网规与软交换系统设计实施项目。主要扶事的工作 如下： ( 1 ) 根据网络规划原则，参与了网络总体方案规划。具体包括：骨干网技术、 接入网技术的选择，网络结构、路由及i p 地址规划、设备选型。在实施过程中， 主要进行设备及相关业务的配置与调试及后期的网络优化工作； ( 2 ) 在城域网上进行软交换系统的设计； ( 3 ) 依据目前网络情况，制定和铁通公司合作方案，城域网上保证语音质量 措施并实现。 本论文将从珏上的工程入手。详细阐述城域鹦及软交换系统的规划方法，及 城域网上开展i p 电话业务的方式。本论文架构如下：第2 章，对长丰城域网的 规划和实施进行了详尽的阐述：第3 章，长丰城域网的实施；第4 章基于现有的 城域网上设计了一套软交换系统：第5 章，根据长丰通信公司城域网的实际情况， 制定了合作方式，确定三种向终端用户提供业务的方式；第6 章，总结工作中的 问题，结束全文。 重庆邮电学院硕士论文 第2 章长丰宽带城域网的规划设计 2 1 总体需求 2 1 1 宽带网的承载业务及用户群分析 宽带城域网上能承载数据、语音、图像的多种业务类型，如提供高速i n t e r n e t 接入服务，基于i p 第三层的v p n 服务，视频点播，视频广播，实时股票，图像 监控，大型网上游戏等应用。另外还可提供网络会议、网络电视、网上广播、i d p 3 音乐、远程教育、网上学校、远程医疗、w e b 电话、w e b 寻呼、网上论坛、网上 传真、网上聊天、网络社区、免费个人主页、主机托管或虚拟主机、硬盘空间租 用等业务。 在目前激烈竞争的市场中，宽带运营商要面对业务创新、业务量预测和计费 等挑战，通过在传统数据业务之外提供增值业务，满足用户对增值业务的要求， 如虚拟专网业务、分组电话业务等。 宽带网的用户群主要可分为两大类：一类为企事业单位用户，一类为小区集 中家庭个人用户和分散用户。 随着国家政府上网工程的启动，越来越多的企事业单位需要接入和访闯 i n t e r n e t ；信息技术的快速发展，企业内部组网的要求越来越强烈，每个系统都 需要组建自己的网络，如：教育系统，税务系统，医疗卫生系统，公安系统，社 区系统；相关业务联系单位之间的联系会越来越密切，信息交流会增加，它们之 间的连网要求会越来越明显。 随着i n t e r n e t 的全球爆炸性的增长，我国的网民数量也在快速增加，具有 关的统计资料表示，我国网民的数量正以每年2 0 0 $ 多的速度增加，这些用户将 会是宽带网用户的一个增长点；小区用户，特别是些新建的高级住宅小区用户， 随着网上视频点播、视频广播、大型网上游戏以及网上多媒体业务的开展，这些 用户将是宽带网的一个业务增长点；另一类用户群为股民，随着网上实时股票信 息的传播，会吸引越来越多的股民成为宽带网用户。 根据上述业务、用户需求，长丰城域网定位为营运级的宽带城域网。 首先，本网络是一个i p 网络，以顺应数据网络的发展趋势，提供对绝大部 分数据业务即i p 业务的直接支持。本网络又必须是一个宽带网络，以满足网络 数据流量的迅速增长，提供大容量高速传输的能力，符合其服务平台的角色。 同时，本网络还必须是一个服务性营运级的网络，以区别于供企业自用为主 的企业级网络，而在可靠性、服务质量q o s 、业务类别方面有较高保障，从两对 重庆邮电学院硕士论文 公众提供丰富、易用、可靠的服务，并对二级服务网络提供可靠连接。 因此，规划的长丰城域网应是个以t c p i p 协议为基础、具有大容量高速 传输能力的、可靠稳定保证服务质量的营运级宽带城域网。 2 1 2 网络设计原则 整个网络总体设计要求如下： ( 1 ) 高水平的电信服务商级的可靠性；( 2 ) 多业务的承载能力：( 3 ) 杰出的网 络性能；( 4 ) 良好的服务质量保证：( 5 ) 先进的流量管理能力、合理分配网络资源； ( 6 ) 灵活的组网能力；( 7 ) 功能完善的电信级网络管理能力：( 8 ) 能够提供各种按 入方式；( 9 ) 网络扩展性好，能够方便地进行网络扩容或优化。 根据上述总体要求，在技术上必须提供相应的支持和保证。长丰城域网络总 体设计原则如下： ( 1 ) 整个网络在技术上定位为以i p 优化的d p t 光学网络为主，以光纤为主 要传输介质，以i p 为主要通信协议。采用先迸的d p t 技术建立带宽厂价格眈囊优 的宽带i p 业务承载网络。通过光纤到路光纤到楼到小区，提供廉价的l o h b p s 或l o o m b p s 以太网的高速用户接入。并以此为基础，发展i p 电话；拨号服务： a d s l 接入；有线电视网的数据用户接入。 ( 2 ) 利用m p l $ ”1 ( m p l s p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ) v p n 技术和高速以太网 技术为企业学校提供高速而廉价缒企业联鼹解决方案。 ( 3 ) 利用其他营运商的i p 电话长途网，和多种业务多种按入，提供真正的话 音数据视频合一解决方案。m p l so o s 和i p 组播能力将是多媒体应用的保证。 ( 4 ) 城市接入网络应具有高度的可靠性，灵活方便的扩展能力，完备的接入 手段扩展能力。 2 2 网络结构及网络模式的选择设计 长丰宽带城域网设计目标是采用先进的技术实现一个带宽、价格比最好的， 业务开展和扩展性能良好的接入网络。主要可采用高性能i p 路由交换设备以城 市内的光纤或s d h 9 7 传输资源为基础，提供高速低成本的业务接入( 如以太礴接 入) 。以这个接入网络为基础，可有效开展a d s l 9 3 ，h f c “，拨号，无线，m p l sv p n 业务，以及将来开展本地i p 电话网的业务范围。 基于该设计目标，城域网的建设以大容量光纤网络为基础采用基于标准的技 术，简化网络体系结构，提高传输效率，易于兼容不同技术体系和实现网间互联。 蘑庆邮电学院硕士论文 2 2 i 总体架构 为了便于网络的管理、维护和扩展，网络必须有合理的层次结构。因此本次 设计遵循层次原则，把整个网络分为核心层、汇聚层和接入层1 。 核心层为i p 城域网提供骨干数据传输的服务，必须为整个网络提供一个高 速、宽带的全网状连接，并能提供城域网访问i n t e r n e t 所需的路由服务。核心 层通常是基于光纤的，能实现大范围的数据流传送。通常采用的高速传输网络传 输数据，高速包交换设备提供网络路由。实际设计中核心层设备通常采用大容量 的高速路由器，如思科公司的g s r ( g i g a b i ts w i t c hr o u t e r ) 系列的核心路由器。 汇聚层通常汇接来自接入层的用户流量，针对接入层的用户流量进行本地路 由、过滤、流量负载均衡、q o s 优先级管理、安全性控制、i p 控制翻译n a t 等处 理，然后根据处理结果把用户流量送至核心层或进行本地路由。该层一般采用高 性能大容量的三层交换机设备和路由器的方式，如思科公司的c a t a l y s t6 5 0 9 。 接入层是与用户数据相连接的网络，也就是通常说的最后一公里的网络。它 提供用户本地网络与i p 城域网的连接。一般可以采用各种适应不同环境的技术 发，如低端的二三层交换机、a d s l 、无线接入等，直接接入最终用户，提供宽带 服务，接入层为广大的用户提供l o l o o m b i t s 的高速接入。 2 2 2 骨干网技术的选择 目前宽带城域网较为成熟的骨干技术模式有以下几种：g e “”( g i g a b i t e t h e r n e t ) 技术、a t m ( a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ) 技术、p o s ( p a c k e to v e rs o n e t ) 技术和d p t 技术。 1 千兆以太网技术( g e ) 千兆以太网技术代表了以太网技术中的种演进，其技术原理、安装实施和 管理维护都号陕速以太网相似，提供了无确认、无连接的传递服务，保证了与以 往以太网的平滑过渡。g e 的优点是效率高、设备简单、易维护，而且价格低廉。 其缺点是只适合于传输数据，而不能有效支持语音和视频等多业务，缺乏网络管 理和计费能力，在q o s 方面天生不足。需要新技术如m p l s 来加以解决。 2 异步转移模式( a t m ) a t m 采用5 3 字节固定长度的信元( c e l l ) 作为基本传输数据单元，是一种面向 连接的传输技术，数据传送前需先建立虚通道，按下去的数据传送将一直沿着这 条虚通道进行。 以信元为传输单元、采用虚通道连接的网络具有良好的流量控制机带4 和q o s ； 减少信号传输时延；a t m 的工作机胄4 使其在实时应用和服务质量分级方面具有不 重庆邮电学院硕士论文 可比拟的优势。 a t m 协议复杂和信头开销多、设备价商。 3 p o s 技术 f o s 技术将i p 包直接封装到s d h 帧中。提高了传输效率；采用高速光纤传输， 以点对点方式提供从1 5 5 m 到l o g 甚至更高的传输速率。 最大缺点是网络呈环状时带宽分配不够灵活( 基于点对点传输，且最低速率 为1 5 5 m ) 。 4 。动态分组传输输技术( d p t ) d p t “1 技术是c i s c o 公司于1 9 9 9 年推出的、用于新一代i p 骨干网( i po v e r 0 d t i c a l ) 的最新传输技术。d p t 吸收当前s d h 的优点，克服其缺点，将i p 路由 在”带宽有效利用”和”多服务支持”方面的优势与光纤环路在富裕带宽和故障 自愈能力方面的优势完美地结合在一起，从而为服务供货商在”分组优化光纤传 输”方面提供了一个节省开支、功能丰富的解决方案。 d p t 环是一种双光纤环结构，由运行方向相反的内环和外环共同组成。与s d h 环不同的是，构成d p t 内外双环的两对光纤可同时用来传送数据和控制信息。d p t 工作时，当内环在沿一个方向传送数据时，外环同时在沿相反方向传送内环的相 应控制信息；而当外环在传送数据时。内环又同时在传送外环的控制信息。由于 控制信息相对于数据而言所占的环路带宽非常之小，因此，采用d p t 双环后，可 使得环路总带宽基本上提高到原来的两倍。而对于s d h 双环，只有一对光纤用来 传送数据，另外一对光纤则只是用来对环路起自愈保护作用，整个s d h 双环的环 路总带宽与单环时一样。d p t 利用双环来同时传送数据和控制信息，一方面成倍 提高数据传输带宽，另一方面，可加速控制信息的传播，从而实现自适应带宽利 用和环路自愈功能。 d p t 技术的优点： ( 1 ) 充分利用带宽 传统的s d h 环有专门的保护时隙，这样在任何时候都要保留环上带宽的一半。 s d h 环采用t 晰技术。设置点到点的带宽连接，而不论是否在使用。为了克服上 述缺点，c i s c o 的分组优化及先进的光纤传输技术充分利用最新的m a c ( 媒介接入 控制) 层协议一空间再利用协议( s r p ) “旧，以及两种专用的算法一s r p 公平机制 算法( s r p - f a ) 和智能保护交换( i p s ) 。 d p t 环有二个相反路由的环，每个环都能同时传送数据和控制分组。如果 组数据在一根光纡的一个方向发送数据( 下行) ，并在另一个光纤环的反向环路上 发送控制分组( 上行) 。这样，d p t 最大地利用了动态分组传输的带宽，并加快了 配合带宽利用和自愈等目的的控制信号的传送。 s r p 特点是接收端卸分组操作。通常的数据环技术，如f d d i ( f i b e r 重庆邮电学院硕士论文 d i s t r i b u t e dd a t ai n t e r f a c e ) 或令牌环由发送源卸下分组。例如，各分组( 所用 的带宽) 在发送源不拿开前总是环绕环运行的。s r p 则采用目的地卸下分组的方 式，在目的地的节点上把分组从环上卸下，面在环上其他段的全部频带均仍可被 利用。由于每个环上的节点都可以同时发送分组到环上，因而使环上的带宽利用 率最高。 s r p 公平机制( s r p f a ) 的功能有： 全环公平的处理。通过控制送到环上分组的速率( 时间) ，使环上的分组信 息( 发送分组或过路分组) 每个节点均可公平地享用带宽，并防止出现运行中断和 时延过大等现象。 优化的局部应用。环上的节点充分利用环上的空间再利用性能，优化局部 的利用。 可伸缩性的发展。s r p - - f a 可处理环上高达1 2 8 个节点的路由器，可以广 域地运行从o c - - 4 8 c s t m - - 1 6 c 到o c - - 1 9 2 c s t m - - 6 4 c 的高速率。 统计复用d p t 环和t d m 环不一样。d 阿无对隙和专用频宽或设置连接等。d p t 的统计复用，可弹性地处理突发性业务。 ( 2 ) 高度的弹性和恢复功能 d p t 采用i p s 进行预防性的性能监测，迅速自愈，以及在环上节点或光纤设 备发生故障时的及时恢复。 ( 3 ) 灵活的传输方式 o p t 可在混合环境传送。例如在o p t 环上，同时可有一些节点连到未用的光 纤对，有一些节点连到s d h ，有一些连到肋m 。 i p 业务开始时可以利用s d h 的空余容量，当i p 业务不断增加时，随后可以 很快地转到采用在未用的光纤对或w d m 设备上的分组传送。 ( 4 ) 经济的设备组成 通常不同的堆栈用来在光纤上传送高速的i p ，堆栈层数的减少将会节省开销 及投资，最大地利用带宽，并使设备配置简化，经济，以及方便了操作，故障检 测及分析，提高了网络规划，设计与网络恢复的水平。d p t 的设备组成正是朝这 个方向发展的。 ( 5 ) 分组的优先级 d p t 的数据分组可分为高优先级及低优先级分组。低优先级分组获得环上的 最佳处理。高优先级分组则可获得优先的处理及合适的时延，抖动控制或带宽保 证等服务。 ( 6 ) 即插即用的操作 如前所述，即插即用的操作是d p t 主要特点之一。它和以往的数据环或城域 环技术不同，d p t 不需要为配置和设置需要冗长的过程。其自动处理的功能是： 重庆邮电学院硕l 论文 独特的，永久的m a c 地址分配；i p s 程序迅速地插入新节点及从环上移开现有节 点：i p s 程序对环上发生的事件自动进行自愈处理( 环绕回或去掉环绕回) ；自动 的拓扑恢复，a r p ( 寻址处理协议) ，信息传播的路由选择程序，以及动态分组路 径选择等。 f ) p t 技术的缺点：d p t 为c i s c o 公司专有技术，其他厂商并不支持d p t 。 价格较商 将来向d w d m 升级有一定代价 5 ，小结 下面的表格简单地描述了这些技术的特点。 指标 8 d p t 8 p o $棚g e b j 靠性 4 离 赢 中艇 弹性和町扩展性 高 l 高 4 高 i 低 带宽使用效率高 i 中 l 中 由 q o s 积 业务增强9高 4 高 8 矗 由 。8 小型网络 低 8 中溉高 。 i 大型网络 高 i l 高中低 在一个小型、简单的网络中，采用g e 技术组网的性能价格比确实较高，但 在个大型、复杂的网络中，采用d p t 技术组耀的性价比则最高，原因在于一个 s r p 环上的每个设备永远只需要一对s r p 端口( 而点对点网状网中。每节点需n 2 个端口) ，从而使网络扩容时不再需要增加端口，大大降低了网络成本。 对于新一代的网络营运商来说，动态i p 光纤传输技术( d p i ) 是一种新纪元网 络基础构桨的极其重要的技术，d p t 各种技术特性的设计都是为了营运商能够在 保证高品质服务的前提下，进一步减少投资和营运成本，而提高生产效率。 综合考虑以上因素，我们选用d p t 技术作为重庆宽带城域网的骨干组网技术。 2 2 3 接入网技术的选择 在接入网方面，目前国际上主流并且比较成熟的技术包括a d s l 技术。c a b l e 技术、无线接入网技术及以太网接人技术。 1 a u s l 技术 a d s l 是种非对称的d s l 技术，所谓非对称是指用户线的上行速率与下行速 率不同，上行速率低下行速率高，特别适合传输多媒体信息业务，如视频点播、 多媒体信怠检絮和其他交互式业务。& i ) s l 在一对锅线上支持上行速率5 1 2 k b p s t m b p s ，下行速率l 帕p s 8 肪p s ，有效传输距离在3 5 公里范困以内。 a d s l 是目f j 众多d s l 技术中较为成熟的一种，其带宽较大、连接简单、投资 较小，因此发展很快，但从技术角度看，a d s l 对宽带业务来说只能作为种过 一一一 要壅堡皇兰堕堡圭堕兰 渡性方法。 2 、c a b l e 接入技术 c a b l e 接入技术可以使有线电视公司剥月现有的h f c 网络提供宽带业务。h f c 在一个5 0 0 户左右的光节点覆盖区可以提供6 0 路模拟广播电视和每户至少2 路 电话、速率至少高达1 0 m b p s 的数据业务。将来利用其5 5 0 m h z 7 5 0 m t t z 频谱还可 以提供至少2 0 0 路m p e g 一2 的点播电视业务以及其他双向电信业务。 有线电视在我国虽然起步较晚，然而发展迅速，目前我国已经有8 0 0 0 万有 线电视用户，高达1 g 的带宽是有线电视系统最大的优势。基于光纤一铜缆构架 上的h f c 网络将是有线电视接入网的最佳选择。 3 、无线接入技术 无线接入技术就是利用无线技术作为传输媒介向用户提供宽带接入服务。除 了传统的无线局域网络接入外，近来卫星宽带技术正在迅速发展。用户通过计算 机的调制解调器和卫星配合接入互联网，从而获得高速互联网传输、定向发送数 据、阐站广播等服务。 无线按入技术的最大特点是覆盖面广，卫星宽带技术可以覆盖任何地方，无 论是农村还是山区。 4 以太网接入技术 以太网按入通常采用二层以上的以太网交换机，以太网交换机能在端口之间 建立多个不同的点对点的专用通道，它采用带宽独占模式，大大降低了网络拥塞 的可能性，显著提高网络的传输效率。 随着我国宽带智能小区建设的发展，越来越多的运营商开始采用f t t l a n 的 方式，即采用以太阿+ 双绞线综合布线来构建小区的宽带网络。 f t t l a n 从传输媒质看，采用光纤到小区及大楼，楼内采用5 类线到桌面。从 通信协议看，采用以太网协议，小区接入设备采用千兆以太网交换机，具有3 层路由功能，上行为1 g b s 的g e 光接口，下行为1 0 0 m b s g e 的光接口。大楼接 入设备采用2 层以太网交换机。上行为1 0 伽b s 光接口，下行为1 0 m b s 的电接 口。 出于采用以太网技术，f t t l a n 接入成本十分低廉，适合小区、集团用户、写 字楼、酒店、院校等场所应用。 这晕根据使用设备不同，可以分为二、三层网点组网方案。 三层网点组网方案，其核心思想是将三层路由功能部署到接入厨点中，采用 以三层交换设备为根的树型拓扑，通过v l a n 1 将用户分隔。在配置各项基本业 务时，出于用户控制与三层连通性的要求，需要在各交换机间启用v l a n 中继， 并在三层交换设备中予以分别配置。这对于v l a n 数量要求较多的接入网点，如 小区等处，其资源占用、开通配雹与运行维护等方面成本较高。 重庆邮电学院硕士论文 二层网点组网方案，其核心思想是在接入网点只部署二层交换设备，利用 v l a n 技术进行用户隔离但对局端透明，三层功能由局端设备提供。本方案与常 见的组网方案韵最大不同在于，接入网点内部赵分了v 乙确以提供用户的物理隔 离，但在局端，整个接入网点只是一个逻辑子网这样既利用了v l a n 技术所提 供的广播风暴控制、用户安全保护等优点，又避免了三层网点组网方案中因v l a n 数目增多而引起的资源占用、开通维护成本上升等不足。 二层与三层组网方案相比，在达到了相同目的的情况下，在局端与用户端的 开销基本上都是一样的( 节省了两个三层设备之闻互联的i p 地址开销) ，在接入 网点中却用低档的二层交换设备替换了昂贵的三层交换设备，在采购成本、资源 占用、开通维护成本等方面具有明显的优势。但二层方案中由于接入网点内的 v l a n 之阗的流量也需要通过局端设备进行转发，所以对于有大量本地v l a n 阊流 量的接入网点来说，在性能方面不如三层组网方案，同时由于一般的二层交换设 备都不具有高速的上行端口，所以在对带宽有较高要求的接入网点也不宜采用。 本方案对用户的控制力度较弱。 因此，二层方案只能在采取包月制的网点部署，适用于以单用户接入业务为 主的小区接入、对安全性要求不高( 如宾馆等) 以及对成本比较敏感的接入网点 等方面，其他主要面向企业用户的接入网点，应主要采用三层方案，并可以采取 较为灵活的收费策略 综合考虑以上接入网技术，对于不同用户分趴实趣二层私三层组网方案，实 现千兆以太网到小区、百兆到大楼、十兆到桌面的宽带业务接入，提供的业务主 要为高速i p 业务和基于i p 协议的所有业务，并可灵活控制收费策略 2 2 4 路由器和交换机选型 宽带i p 城域网中的网络设备，尤其是骨干网的网络设备硬件和软件的可靠 性尤为重要。在网络的设计和实施时应考虑以下几点因素：极高的网络可用度， 网络设备的关键部 牛均有硬件冗余，其网络可用度应超过9 9 。9 9 ；一定要采用 电信级别的路由交换机；设备的各个部件均有热插拔功能；设备的交换矩阵提供 容错功能。 路出器嘲应从路宙功能和性能两方面来考虑选垄。路由功能包括协议种类、 路由协议及安全功能等。骨干路由器除了功能完整外，也必须提供高性能路由转 发能力，这也是它与传统路由器不同之处。另外，在选择路由器的时候，端1 2 1 的 类型及密度也会影响到骨干路由器的性能。比如，是否提供高密度无阻塞的 2 5 g b d sd p t 口( o c 4 8 ) ，是否可以提供或即将提供1 0 6 b p sd p t 口( o c 一1 9 2 ) ，这 些都会直接影响到骨于路幽器的性能。 重垦塑皇堂堕堡! 堡塞 在进行变换设备选型时，需要注意两个指标无阻塞背板体系和线速包转发能 力，因为它关系到传输的速率及传输延时等问题。同时需要考虑设备是否具有 q o s 质量和带宽分g q 技术虚拟v l a n 功能、安全访问控制等。 综合考虑设备的用途及相关指标，骨干层及汇聚层的设备选用的是c i s c o 公 司的g s r1 2 0 1 2 、6 5 0 9 路由器，c a t a l y s t6 5 0 9 交换机，对于接入层的设备，选 用的是c i s c o2 9 5 0 、3 5 5 0 系列的交换枫。主要是基于以下两个因素： ( 1 ) 骨干网选择的是d p t 技术，该技术是c is c o 公司的专利，只有该公司的设 备刊支持d p t ； ( 2 ) c i s c o 公司的网络设各，技术先进，性能优越； ( 3 ) 在规划网络时，m p l sv p n 是设计时提出针对虚拟专网用户的主要业务， c i s c o 的设各是设计时惟一能支持端到端的m p l sv p n 的。 核心设备c i s c o1 2 0 1 2 路由器具有十分突出的容错特性，充分考虑了网络未 来的升级和扩充，确保对用户投资的最大程度保护。楔心骨干网络提供很高的 q o s 特性、安全性、可管理性，保证鼗据、语音、图像可靠的传输。 每台核心骨干网设备c i s c e1 2 0 1 2 路由器配置2 个冗余的交流电源。2 个时 钟控制模块，3 个交叉矩阵，8 个风扇，2 个路由处理引擎，井实现重要模块冗 余备份2 块0 c 4 8d p t 单模光纤模块，提供与其他核心骨干路由器互连：每台 路由器配罱2 个三口的千兆光钎模块，提供与各个地区的核心交换机c i s c o6 5 0 9 千兆以太网互联。 c a t a l y s t 5 5 0 9 容量为2 5 6 g ，包交换能力为1 5 0 m p p s , 支持忡l s 、q o s 和c o s 机制，安全限制机制及组播功能，并可提供接入带宽控制功能。 2 , 2 5 网络设计 为了发挥d p t 技术的优势，提高网络的可靠性和扩展性，最大限度利用传输 资源，宽带城域网采用环形结构。城域网核心环是整个接入网络的主干，采用 g s r1 2 0 1 2 路由交换设备，并保留相当的接口扩展能力，以便为城市接入网环的 扩展打下基础。核心环可通过设备上提供2 5 g b p s 接口实现高速主干，消除了数 据通路上的瓶颈。 d p t 环状结构其环上的路由器理论上支持2 5 6 个路由器，从长丰宽带整个城 域网网络规模不大，可以规划3 个骨干节点，9 个汇聚节点。根据城市内光纤传 输资源的情况，将石桥铺、沙坪坝、上清寺3 个节点作为骨干节点，北碚、沙坪 坝、观音桥、石铺桥、杨家坪、大坝、南坪、解放碑、上清寺作为汇聚节点。g s r 1 2 0 1 2 的背板交换容量为6 0 g 用2 5 6 b p sd p t 接口通过一对光纤芯线构成容量 可达5 g b p s 双环自愈骨干环。g s r1 2 0 1 2 上的d p t 接口可在裸光纤上支持长达 重庆邮电学院顿 。论文 1 5 公里到1 0 0 公里的传输距离。 其中，石桥铺中心机房的6 s r1 2 0 1 2 可配置g e 接口连接高性能的c a t a l y s t 6 5 0 9 交换机，提供中心服务器的高速连接，同时为将来i d c 的高速连接提供高 速的g e 接口。 按照技术规范的要求，汇聚节点如果业务量较大，处理i p 数据包比较多， 须采用高速路由器才能处理得过来