大IP城域传送网优化

大 IP 城域网下的传送网优化 IP 城域网作为 IP 骨干网络的延伸 是业务的接入和汇聚的平台 是 下一代网络落地的关键点 因此 IP 城域网的多业务承载将成为下一阶网 络优化和改造工作的重点 随着互联网的快速发展 用户越来不满足于对 传统互联网业务需求 在技术方面 在 ANY OVER IP 模式的驱动下 特 别是 NGN 和 3G 等新业务的快速发展 都对 IP 城域网的建设和优化需要 一个动态的 阶段方式 本文首先对 IP 城域网的体系架构做相关详细介绍 明确目前 IP 城域 网建设及相关的传送网优化应采用的体系构架 阐述了当前城域传输网络 的发展状况及对 IP 城域网网络拓扑结构产生的影响 总结出 IP 城域网网 络架构 结合昆明电信现阶段的网络状况提出相应的未来网络阶梯建设及 传输部分网络的优化方案 关键字 IP 城域网 IP 传送网 OTN DWDM 拓扑结构优化 引言 昆明电信分公司作为云南省最重要分公司 城域网的建设是业务和技术驱动型 随着全业务运营时代的到来 业务呈现出多媒体化 宽带化 网络需要扁平化的方向 发展 接入的多样化 IT 化 在设备上需要用户终端融合 接入部分融合 承载网融 合 核心网融合 业务平台融合 支撑网融合 数据库融合等方面发展 现有的网络 模式已不能满足全业务快速发展 主要体现在以下几个方面 首先是网络拓扑结构扩 展性较差 裸纤的组网方式大量存在影响网络安全性 同时随着城市建设发展 新建 光缆的难度和成本增加 裸纤模式对光缆资源的占用已不符合全业务运营下后端维护 从网络指标的考核到利润率为主导方向转变 IP 城域网网络优化的主要目标是在现有城域网络基础之上进一步提高网络性能 网络的可用性 安全性和可扩展性 使 IP 网络能为用户提供优质的服务 同时有效地 节省投资 避免浪费 从而进一步提高公司的市场竟争力 IP 城域网资源的合理配置和有效使用是提高城域网投资效益比的一个非常重要方 面 列如 网络节点和链路的冗余可以增加网络的安全性 但是过度的冗余会造成资 源的浪费 而冗余不足则可能在网络出现故障时造成总大的损失 所以对网络进行深 入了解和分析 对网络利资源利用率进行评估 可以发现网络资源配置不合理使用或 过度使用情况 从而实现调整优化网络结构 合理配置网络设备 充分挖掘网络潜力 提高现有网络资源利用率以及提高投资效益的目的 本文重点是在 IP 大城域网的发展前提和背景前提下结合昆明电信传送网现状主 要阐述 IP 传送网络的网络结构及优化方法 2 IP 城域网概述 IP 城域网指采用 IP MPLS 多协议标签交换 以太网技术为基础 在地市范围内 组建的 具有数据 语音 视频承载能力的综合性通信网络 大 IP 城域网络包括采用 三层 IP 技术的城域路由网络以及采用二层交换技术宽带接入网络 也包括城域 WDN 波 分复用 SDH 同步数字体系 MSTP 多业务传送平台 等基于传输技术的传送网络 上述传送网络为 IP 城域网链路提供本地承载环境及专线延伸 IP 城域网从技术上和运营模式上看 是计算机网络和传统电信网络的融合 从技术发 展趋势上看是传统电信网络发展的必然趋势 是三网融合的基础 1 IP 城域网的分层结构 为了便于网络管理 维护和扩展 网络必须有合理的层次结构 因此 IP 城域网 的设计遵循层次化设计的原则 从广义角度上来分 一个 IP 城域网应该是三方面内容的综合 基础设施 应用系 统 信息 基础设施包含数据交换设备 城域网传输设备 接入设备和业务平台设 备 从网络结构上来分 根据目前的技术现状和发展趋势 一般分为三层 核心层 汇聚层和接入层 如图所示 城域网核心节点有统称为骨干节点 他们是未来 IP 目标 局 支持窄带和宽带综合接入 相互之间采用市内光纤或高速传输线互联 DSLAM MSTP 以太网 LANEPON大客户接 入 AG TG 核心层路由器 汇聚层路由器 业务路由器BRAS 业务路由器 IP 城 域 网 汇聚层 接入层 CHINANETIP 承载网CN2 IP 城域网模型 2 1 1 核心层 核心层主要负责进行数据的快速转发及整个城域网路由表的维护 同时实现与 IP 广域骨干网的互联 提供城市的高速 IP 数据出口 其网络结构重点是考虑可靠性和可其网络结构重点是考虑可靠性和可 扩展性 扩展性 核心层主要由传输网与核心交换设备构成 传输网络一般采用高容量的传输设备 负责完成数据的传送 位置的选择应结合业务分布 机房条件 光纤布放等情况综合 考虑 在该层的传送部分根据技术发展 尽量少占用光纤 大容量等方面考虑 使用波分加 路由器的方式是当前比较合适的方式 波分可以提供从 100M 到 T 级容量带宽 2 1 2 汇聚层 IP 城域网汇聚层居于核心层与接入层之间 主要实现如下功能 扩展核心层设备 的端口密度和端口种类 扩大核心层节点的业务覆盖范围 汇聚接入节点 解决接入 节点到核心节点间传输资源紧张的问题 实现接入用户的可管理性 当接入节点设备 不能保证用户流量控制时 需要由汇聚设备提供用户流量的控制及其他策略管理功能 此外 除基本的数据转发业务外 汇聚层还必须能够提供必要的服务层功能 包括带 宽控制 数据流 QOS 优先级管理 安全性的控制 IP 地址翻译 数据流量整形等一系 列功能 2 1 3 接入层 接入层网络负责提供各种类型用户接入 在必要时提供用户流量控制功能 接入层 节点的设置主要是为了将不同地理分布的用户快速有效的接入骨干节点 接入层节点 可以根据实际环境中用户数量 距离 密度等不同 进行级联接入 3 IP 城域网优化原则 在进行 IP 城域网网络优化之前 首先需要了解目前 IP 城域网网络状况及传输资源 情况 然后根据业务发展情况 提出网络优化的建议和方案 最后完成网络优化 本 文将重点简述传输资源情况及在打 IP 优化前提下的传输资源优化 下面讲一下 IP 数据 层面的优化需要遵循的原则 3 1 网络路由化 交换型网络稳定性 可靠性 安全性较差 应采用高性能路由器建 设 IP 城域网的核心层和汇聚 层 打造安全可靠的路由型城域网 3 2 网络扁平化 按照核心层 汇聚层 及接入层的网络层次进行 IP 城域网的建设与 优化 网络接入层尽量避免级联 宽带信息化小区中心汇聚设备 DSLAM 设备及专线 业务直接接入 IP 城域汇聚层 3 3 路由层次化 对于 IP 城域网而言 链路动态路由协议由协议的部署尽量考虑层次 化 有效减少链路状态数据库的大小 提高路由计算效率及路由收敛速度 3 4 接入差异化 普通客户与商业客户功能设备 无法提供差异化服务 在不能提供 设备区分的情况下 考虑通过链路区分的方式实现普通客户和商业客户的接入 3 5 高可靠性 合理选择设备 规划网络结构和路由部署 网络具备一定的冗剩余度 和较强的故障自愈能力 保证网络稳定可靠运行 3 6 高性能 设备处理能力 网络带宽及业务承载能力设计应有冗余量 保证网络在 高负荷或任何单点故障情况下仍具有较高的吞吐能力 不影响业务质量 3 7 扩展性强 网络结构灵活 能够进行平滑的扩容和升级 业务支持面广 易于增 加新设备和开展新业务 4 IP 城域网拓扑结构的优化方法 4 1 城域传输网技术介绍 随着光传输技术和带宽 IP 技术的逐渐成熟 太比特路由交换机和 DWDM 系统已成 熟商品化 这使得传输骨干通信网络速度大幅度提高 已达到 Tbit s 的量及 同时各 种带宽接入结束也有了相对迅猛的发展 商业用户 10M 100M 的接入带宽要求已在现网 中呈增长的态势 随着应用种类的多样化 个人用户多 10M 甚至 100M 的接入已提出需 求 在这样背景下 利用 SDH PSTN 等传统电信网构建城域网数据通信网络以及接入 INTERNET 的方式成为新的网络发展瓶颈 城域传送网是城域范围内的传输网络 它为数据 语音 宽带线路租用等上层运 用网络提供底层连接的通信 IP 城域网与城域传输网有密不可分的联系 IP 城域网的 建设及优化从某种程度上说是依附了城域传输网的建设 同样 IP 城域网的发展也与城 域传输网技术发展密切相关 目前 昆明城域网构建技术主要分为三种 一种是基于光纤直连技术 在市区大量 使用 另外两种是 DWDM 密集波分复用 方案 有两个郊县波分环网使用 和 MSTP 多 业务传送平台 在昆明本地使用 大客户接入使用 方案 4 2 光纤直连技术 光纤直连是指以太网交换机 路由器 ATM 交换机等 IP 城域网网络设备直接通过光 纤相连 严格来说这并不是一种传输城域网方案 但是目前 IP 城域网中已经采用了很 多直连的方式 IP 城域网设备的光口以点对点方式直连业务接入设备 也通过光纤与 骨干设备直接连接 光纤直连技术舍弃传输设备 具有简单 成本低廉的优点 单也有明显的缺点 主 要体现在以下几个方面 4 2 1 由于没有传输层 光纤质量 性能监测 保护等无法实现 4 2 2 光纤利用率较低 浪费严重 每两个业务接入点需要一对光纤 一个业务节点 如果与其他业务节点都有互通 光纤使用量非常大 业务端口压力大 每加入一个新节点 交换机或路由器等 IP 城域网设备就需要增加 一个接入端口 因此这种方式只适用于节点数不是很多或节点距离比较近的网络等场合 4 3 MSTP 技术 4 3 1 MSTP 概念 MSTP 是支持 IP 等宽带业务的多业务光传输系统 MSTP 除了有灵活的组网和 TDM 时分复用模式 业务接入与调度能力外 还通过在系统内部增加 IP 业务处 理模块 实现单台设备上传输话音 图像 数据等多种综合业务 4 3 2 技术特点 1 多业务接入 以太网 PDH SDH DDN 等 多种速率等级 2 多种网络结构 灵活构成环型 链型及各种相切 相交组合 3 高可靠 以太网数据交换与传输构建在 SDH 系统强大的自愈保护和网管能力上 4 多种保护 可以实现单向 双向 两纤 四纤 复用段 通道环等多种保护形 式 整个系统无单一故障点可以支撑多种保护等级 1 业务功能 1 数据业务的透明传送 2 对数据业务进行第二层交换处理 3 多个低速率的以太网业务汇聚至单个或多个高速以太网接口输出 多个以太网 接口的 IP 业务可共享一个高速带宽 隔离用户业务 可支持基于标记或端口的 VLAN 虚拟局域网 保证不同需求的带宽要求和优先级别分配 4 3 3 MSTP 在城域网中的应用 1 透明传送以太网业务 利用 MSTP 提供的 TLS transparent LAN serbices 功能 可以有 MSTP 直接提 供新型的数据租线业务 MSTP 利用 TDM 机制 将 SDH 中的 VC 虚容器 指配给 以太网端口 通过 VLAN 的技术把不同的以太网接口指配映射到指定的 VC 虚级 联 中 独享 SDH 环路中的传输带宽 同时保障用户的端口带宽和网络中的安全 性 利用现有的 SDH 网络 甚至可提供跨区域的带宽以太网租线业务 2 IP 城域网核心层 汇聚层和接入层设备互联 在 IP 城域网的规划实施中 IP 核心层和汇聚层之间以及汇聚层和接入层之间 通常是采用 双星型 结构 由 GE FE 和 POS 完成网络设备之间的中继互联 在这样的网络中 通常采用生成树协议在第二层完成 IP 业务的保护或通过路 由表的收敛在第三层来实现 IP 业务的保护 采用这种方式 网络设备之间需要 双连接 而且 IP 业务的自愈恢复时间在十几种秒或即使秒 对今后的 IP 宽 带网中开展实时业务会有影响 如果采用 MSTP 技术来提供 IP 城域网设备间的中继互联 MSTP 可以在网络的 物理链路层提供以太网接口 POS 接口的完善保护机制 实现 50ms 以内的自愈 恢复 真正做到在 IP 城域网设计中 无论是 IP 核心层 还是汇聚 接入层 均达到电信级别的要求 另外 MSTP 具备的第二层以太交换功能和数据集业务 的统计复用功能 可以进一步优化 IP 城域网的设计 MSTP 在 IP 城域网中应用图示 多业务传送平台 SDH DWDM 宽带接入服务器 骨干路由 器 MSTP 节点 MSTP 节点 MSTP 节 点 MSTP 节点 大客户节点 DSLAM 宽带接入服务器 器 大客户节点 4 4 城域波分技术及特点 以 OTN 及 DWDM 密集波分技术为标志的光传输时代的到来 为业务的传输在物理层 面上打破了带宽的瓶颈 随着 DWDM 在长途传输上的应用 以及城域业务量的不断扩大 DWDM 技术逐渐在城域范围内找到用武之地 OTN 技术可以达到传输层面的大容量传送 还包括光层和电层的完整体系结构 对于各层网络都有相应的管理监控机制 还具有 各种网络生存性机制 对大容量的业务需求具有灵活调度能力及安全可靠性 同时还 节省大量光纤资源的使用 目前大量的光纤直连业务存在 目前根据波分技术的发展 应用的需要方面 DWDM 技术已从长途向城域网转移 主 要基于以下的原因 1 城域网的扩容需要更大的带宽 网络的带宽增加会超过原有传输网络可以提供 的带宽范围 利用城域波分技术可以解决带宽的瓶颈问题 2 保护功能 利用城域波分技术在光层面提供的快速切换保护功能 可以到达提 升网路可靠性的目的 尤其对数据业务 如 FE GE 等 可以提供底层的保护功能 3 业务传输具有透明性 以其它传输方案相比 透明传输各种业务是城域波分技 术的优势 IP over DWDM 节省中间层 设备趋于扁平化 管理更容易 另外 以城域 波分设备为基础平台 在光纤线路上中需要一对光纤 各种 TDM 和数据网络设备能够 以不同的借口形式汇聚到城域波分设备上 4 改善网络设备光端口性能 大部分网络设备光端口建设由于经济性的考虑 路 由器最大的传输距离经常不能满足城域较长传输距离的需要 解决这样的问题 一种 方案是可以直接利用光放设备来提高光功率 单这个方案只能简单解决信号的传输距 离问题 另一种方法是捆绑城域波分设备 可以在解决传输距离问题的同时 提供光 层面的网络保护 5 优化城域网的光纤物理结构 由于城域波分设备大大地提高了光纤的传送能 力 相当增加了十几对甚至是几十对光纤 在网络设计时 可以不受实际光纤限制 设计出业务流向和网络结构更加优化的城域传输网络 5 IP 城域网的网络连接所采用的技术 5 1 千兆位以太网技术 吉比特以太网方案的结构十分简单 骨干层各核心路由器之间 骨干层与汇聚层 之间均可采用吉比特以太网方式连接 而接入层和汇聚层之间则采用 100Mbit s 快速 以太网连接 是 IEEE802 3 以太网标准的扩展 传输速度为 1Gbit S 是超高速主干网 的一种选择方案 尤其适用于高容量数据 视频业务等实时业务 采用 CSMA CD 载波 侦察多路访问 冲突检测 协议并使用相同的帧格式 以太网技术是当今应用最广泛的一种网络技术 具有成本低廉 带宽利用率高等优 点 千兆位以太网 GE 技术是技术成熟最快的以太网技术 它可以提供高达 1G 的带宽 由于采用和传统 10M 100M 以太网同样的帧格式和帧长 因此 GE 可以在原有低速以太网 基础上实现平滑 连续的网络升级 最大限度保护用户投资 可以说 GE 的突出优势是低 带宽成本以及简单 易用和对 IP 的无缝支持 但在流量控制和带宽管理 可管理性和安 全性方面能力则还待于进一步完善 当然以太网也有一定的局限性 在网络拓扑结构上 以太网的连接方式是点对点的 为保证网络的可靠性 如果要实现多线路的冗余连接 只能通过增加光纤的数量才能做 到 目前的主流是采用 GE 直接在波分复用网上架构城宽带 IP 城域网 DWDM 技术在广域 网应用获得巨大成功成为主流 但是不能简单地将广域网 DWDM 方案用于城域网 GE over DWDM 技术由于具有系统结构简单 成本低 效率高等优势逐渐成为局域网 城域网 骨干的首选技术 GE 可实现与原有的 10M 和 100M 以太网的无缝连接 系统的成本和复杂 性大为减低 由于近年来 INTERNET 和 TCP IP 协议的迅速普及 网络被越来越多的用于 传输 IP 业务 5 2 POS 技术 SDH 技术作为多种业务网的基础传输平台有着许多明显的有点 其全世界统一的网 络节点接口 标准化的信息化的信息结构等级 同步字节复用结构 横向兼容性 使它在 传输网络占有很大的比重 SDH 强大的网络管理性能来源于 SDH 帧结构 帧结构丰富的网 管开销字节可提供满足各种要求的能力 所以无论从兼容性 有效性 厂商芯片情况 还 是技术选进方面 SDH 帧结构值得新技术应用的借鉴 POS 是指 packet over SDH PPP point to Point Protocol 按 RFC 1661 的要求 实现多协议封装 错误控制和链路初始化控制 PPP 把 IP 分组封装以后 再按 RFC1662 的 要求形成 HDLC HIGH level DATA link Control 的帧以便定界 然后把该帧交给 SDH 处理后进行传输 POS 技术的优点是传输速度和效率都很高 在 IP OVER SDH 中 SDH 是以链路方式来支持 IP 网的 没有从本质上提高 IP 网的 性能 这种技术的核心是吉比特线速交换路由器 可实现第二层交换与第 3 层选路的一 体化 6 IP 城域传送网拓扑结构优化方法 现有昆明电信 IP 城域网的组网方式目前有两种 路由器组网分方式和 LAN 交换机组 网方式 6 1 路由器组网方式 路由器组网方名思义就是大规模采用路由器组建 IP 城域网 在整个 IP 城域网内部 采用纯 IP 路由的方式将来自用户的 IP 数据进行传输 6 2 LAN 交换机组网方案 LAN 交换机组网方案是在 IP 城域网中大规模采用第二 三层以太网交换机来组建网 络 LAN 交换机组网方案既可以通过第二层以太网方式又可以通过第三层 IP 路由的方式 来转发用户流量 第二层以太网方式一般是在用户端发起的 PPPOE 拨号 然后通过 IP 城 域网中相应的带宽接入服务器上进行 PPPOE 终结 最后转换成三层 IP 流量 再通过 IP 城域网中核心层和汇聚层的三层以太网交换机的路由交换机引擎来转发的一种机制 6 3 核心层网络拓扑及优化 核心层主要由传输网与核心交换设备构成 传输网络一般采用高容量的传输设备 负责完成数据的传送 位置的选择应结合业务分布 机房条件 光纤布放等情况综合 考虑 在该层的传送部分根据技术发展 尽量少占用光纤 大容量等方面考虑 使用 波分加路由器的方式是当前比较合适的方式 以昆明本地网为例 在几个大的节点 FAS 为帧定位信号 OTU 开销由 SM GCC0 和 RES 字节组成 段监测 SM 字节可用于 路径轨迹标识符 TTI 奇偶校验 BIP 8 和后向错误指示 BEI 或者后向引入定 位错误 BIAE 后向故障指示 BDI 和引入定位错误 IAE TTI 分布于复帧中 且 长度为 64 个字节 它在复帧中重复四次 通用通讯通道 0 GCC0 是一个用于在 OTUK 终端之间传输信息的无干扰通道 光数据单元 ODU ODU 开销提供级联连接监测 端到端的通道监测和通过 OPU 提供 客户信号适配 ODU 开销由以下几个字段组成 RES PM TCMi TCMACT FTFL EXP GCC1 G CC2 和 APS PCC 如图 3 所示 保留 RES 字节未定义 并为将来应用提供 通道监测 PM 字段与上述 SM 字段相似 它包含 TTI BIP 8 BEI BDI 和状态 STAT 字段 存 在六个串联连接监测 TCMi 字段 其中包含 BEI BIAE BDI 和 STAT 字段 STAT 字段在 PM 和 TCMi 字段中使用 可以指示是否存在维护信号 串联连接监测激活 禁用 TCMACT 字 段目前未在标准中定义 故障类型和故障位置报告通讯通道 FTFL 是在 256 个字节复 帧上传输的消息 可以提供发送前向和后向通道级故障指示的功能 实验 EXP 字段是 一个不属于标准的字段 可用于网络操作员应用程序 除每个通道可用于 ODU 外 通用 通讯通道 1 和 2 GCC1 GCC2 字段与 GCC0 字段非常相似 自动保护切换和保护通讯通道 APS PCC 最多支持八级嵌套的 APS PCC 信号 这些信号根据复帧的值与专用连接监测 级别关联 光净荷单元 OPU 与 OPU 相关联的主要字段是净荷结构标识 PSI 如图 4 这是一 个 256 字节的复帧 其第一个字节定义为净荷类型 PT 剩余 255 个字节目前仍保留 OPU 开销中的其它字段取决于与 OPU 相关联的映射功能 对于异步映射 客户端信号与 OPU 时钟不同 调整控制 JC 字节用于补偿时钟速率差异 6 4 汇聚层网络拓扑结构的优化方法 汇聚层主要功能为城域网的带宽 业务汇聚与本地调度 隔离下层网络拓扑结构 路由变化 扩大核心层节点的业务覆盖范围 解决接入光纤紧张问题 汇聚层由高 中 端路由器组成 在该层无任何 2 层数据运行 设备性能和功能应该齐全可靠 汇聚层主要 提供高目睹的端口 汇聚接入层设备上行链路 设备支持 10G 2 5GPOS 10GE GE 等端口 在拓扑结构选择上 鉴于汇接层和核心层之间的流量较大 需要采用双星型网络结构 传 输用 DWDM 系统和 MSTP 来提供 GE 或 POS 口进行互联 在这一层 可根据现有的网络现状 利 用成熟的 SDH 和 MSTP 技术提供接口 但是由于 SDH 网络经过多年的使用和建设已存在 许多网络瓶颈及资源占用率高的的问题 对 SDH 网络的优化可以在减少投资的情况下提 高网络系统的使用率