第5章-宽带IP网络

1、5.1 宽带宽带IP网络的关键问题网络的关键问题5.2 综合业务模型综合业务模型5.3 区分业务模型区分业务模型5.4 IP/ATM 网络互连模型网络互连模型5.5 标签交换与标签交换与MPLS5.6 IP/SDH和和IP/DWDM5.7 软交换软交换5.8 基于全基于全IP的宽带移动网络的宽带移动网络5.9 三网融合三网融合&5.1.1 网络综合的历史与现状网络综合的历史与现状 在在20世纪世纪90年代，电信网就开始进行由年代，电信网就开始进行由TDM（时分复用）向分组交换的过渡的历史进时分复用）向分组交换的过渡的历史进程，程，ATM作为一种快速分组交换技术具有得天作为一种快速分组交

2、换技术具有得天独厚的技术优势。独厚的技术优势。&5.1.2 宽带宽带IP网络服务质量保网络服务质量保障体系障体系 未来的网络是基于未来的网络是基于IP协议的，这已经成为行协议的，这已经成为行业共识。选择业共识。选择IP并非认为它足够理想，而是因为并非认为它足够理想，而是因为它已经无处不在。如何在它已经无处不在。如何在IP上提供可靠的服务质上提供可靠的服务质量，则并不明朗。量，则并不明朗。71QoS的定义的定义 IP的的QoS是指是指IP网络的服务质量网络的服务质量（Quality of Service，QoS），），也是指也是指IP数数据流通过网络时的性能。它的目的就是向据流通过网络时

3、的性能。它的目的就是向用户提供端到端的服务质量保证。它有一用户提供端到端的服务质量保证。它有一套度量指标，包括业务可用性、延迟、延套度量指标，包括业务可用性、延迟、延迟抖动、吞吐量和丢包率。迟抖动、吞吐量和丢包率。 业务可用性：用户到业务可用性：用户到IP业务之间连接的业务之间连接的可靠性。可靠性。 延迟：也称为时延（延迟：也称为时延（Latency），），指两个指两个参照点之间发送和接收数据包的时间间隔。参照点之间发送和接收数据包的时间间隔。 延迟抖动（延迟抖动（Jitter）：）：指在同一条路径上指在同一条路径上发送的一组数据流中数据包之间的延迟差异。发送的一组数据流中数据包之间的延迟差异

4、。 吞吐量：网络中发送数据包的速率，可吞吐量：网络中发送数据包的速率，可用平均速率或峰值速率表示。用平均速率或峰值速率表示。 丢包率：在网络中传输数据包时丢弃数丢包率：在网络中传输数据包时丢弃数据包的比例。数据包丢失一般是由网络拥塞引起据包的比例。数据包丢失一般是由网络拥塞引起的。的。72QoS解决方案概述解决方案概述 互联网工程部（互联网工程部（Internet Engineering Task Force，IETF）已经建议了很多服务模型和机制，已经建议了很多服务模型和机制，以满足以满足QoS的需求。主要有：综合业务模型、区的需求。主要有：综合业务模型、区分业务模型、多协议标签交换（分业务

5、模型、多协议标签交换（MPLS）、）、流量流量工程和约束路由。工程和约束路由。 IETF提出的提出的Integrated Services/RSVP和和Differentiated Services是两种是两种IP网络提供网络提供QoS的的模型。模型。多协议标记交换（多协议标记交换（Multi Protocol Label Switching，MPLS）也是也是IETF提出的，它将路提出的，它将路由控制和分组转发分离，根据第由控制和分组转发分离，根据第3层层IP路由协议路由协议获取的网络拓扑和路由信息来产生标签、建立标获取的网络拓扑和路由信息来产生标签、建立标签路径，在第签路径，在第2层根据标

6、签转发层根据标签转发IP分组，实现了分组，实现了ATM、帧中继、帧中继、PPP和以太网上的和以太网上的IP快速交换，快速交换，又避免了又避免了2、3层之间的地址解析问题。层之间的地址解析问题。流量工程是一种安排通信流量如何通过网络流量工程是一种安排通信流量如何通过网络的过程。的过程。&5.1.3 业务提供与控制体系业务提供与控制体系&5.1.4 IP网络安全问题网络安全问题 IP网是天然不安全，还是因其他原因导致网是天然不安全，还是因其他原因导致IP网的不安全，是一个值得很好分析的问题。网的不安全，是一个值得很好分析的问题。 目前的电信级目前的电信级IP网也只是一个简单的照搬基

7、网也只是一个简单的照搬基于于Internet理念的理念的IP网。网。&5.2.1 基本概念基本概念 综合业务模型（综合业务模型（Integrated Service，Int-Serv）的基本思想是资源预留，端系统拥有与分的基本思想是资源预留，端系统拥有与分组流相关的状态信息，知道如何为分组流预留资组流相关的状态信息，知道如何为分组流预留资源、对分组进行接纳控制，网络也知道如何对分源、对分组进行接纳控制，网络也知道如何对分组进行调度。组进行调度。 在在Int-Serv流中，定义了流中，定义了3种类型种类型的业务。的业务。 保证业务保证业务(Guaranteed-Service)：保证服务

8、要求提供一定的带宽和端到保证服务要求提供一定的带宽和端到端时延，且保证数据流中合法的数据端时延，且保证数据流中合法的数据包无排队丢失。它可应用于实时业务。包无排队丢失。它可应用于实时业务。 受控负载业务受控负载业务(Controlled-load-Service)：没有固定的时延保证，但业务流要与在网没有固定的时延保证，但业务流要与在网络轻载情况下的流质量相当，这实际上是络轻载情况下的流质量相当，这实际上是要求有长期的带宽保证。要求有长期的带宽保证。 尽力而为的业务尽力而为的业务(Best-Effort)：类类似当前似当前Internet在多种负载环境在多种负载环境(由轻到重由轻到重)下提供的

9、尽力而为的业务。下提供的尽力而为的业务。&5.2.2 综合业务模型的构成综合业务模型的构成 （1）RSVP RSVP即资源预留协议，它是即资源预留协议，它是Internet上的上的信令协议，是一种由接收方控制的带内信令。信令协议，是一种由接收方控制的带内信令。（2）接纳控制）接纳控制(Admission Control) 它基于用户和网络达成的服务协议，对用户它基于用户和网络达成的服务协议，对用户的访问进行一定的监视和控制，有利于保证双方的访问进行一定的监视和控制，有利于保证双方的共同利益。的共同利益。（3）分类器）分类器(Classifier) 根据预置的一些规则，分类器对进入路由器

10、根据预置的一些规则，分类器对进入路由器的每一个分组进行分类。的每一个分组进行分类。（4）队列调度器）队列调度器(Scheduler) 它主要是基于一定的调度算法对分类后的分它主要是基于一定的调度算法对分类后的分组队列进行发送服务调度。组队列进行发送服务调度。&5.2.3 常见的队列调度算法常见的队列调度算法 网络节点为了适配不同的网络速率及缓冲通网络节点为了适配不同的网络速率及缓冲通信的突发量，一般都设有排队机制（如图信的突发量，一般都设有排队机制（如图5-1所所示）。下面是一些常见的队列调度算法。示）。下面是一些常见的队列调度算法。图5-1 分组队列调度（1）传统的先进先出（）传统的

11、先进先出（FIFO）队列队列 所有分组都进入同一个队列，先到达的分组所有分组都进入同一个队列，先到达的分组先接收服务。先接收服务。（2）严格的优先级排队）严格的优先级排队 优先级排队是一种传统而简单的基本排队方优先级排队是一种传统而简单的基本排队方案，它按照绝对的优先级将队列按次序划分为由案，它按照绝对的优先级将队列按次序划分为由高到低的高到低的4个队列个队列(High，Medium，Normal，Low)，优先级最高的队列将得到绝对的优先发送优先级最高的队列将得到绝对的优先发送权，这样就保证了最重要的业务得到最优先的处权，这样就保证了最重要的业务得到最优先的处理。理。（3）公平排队或循环方式

12、）公平排队或循环方式 从多个队列中进行循环，这有助于使不同队从多个队列中进行循环，这有助于使不同队列公平地使用带宽。列公平地使用带宽。（4）分级的基于级别的排队）分级的基于级别的排队(CBQ) 业务被分成不同级别，每种级别又可细分成业务被分成不同级别，每种级别又可细分成若干子级若干子级 (Sub-class)。&5.2.4 综合业务模型的优缺点综合业务模型的优缺点71综合业务模型的优点综合业务模型的优点 能够提供绝对有保证的能够提供绝对有保证的QoS。 RSVP在源和目的地间可以使用现有的路在源和目的地间可以使用现有的路由协议决定流的通路。由协议决定流的通路。 设计综合模型开始的目的之

13、一就是使得设计综合模型开始的目的之一就是使得QoS能够工作在单播和多播下。能够工作在单播和多播下。72综合业务模型的缺点综合业务模型的缺点 可扩展性差是可扩展性差是Int-Serv结构最致命的一个结构最致命的一个问题。问题。 对路由器的要求较高。对路由器的要求较高。 该模型不适合于短生存期的流。该模型不适合于短生存期的流。 IP分组流的自动识别、分类技术还不成分组流的自动识别、分类技术还不成熟。熟。&5.3.1 基本概念基本概念 区分业务为在区分业务为在IP网络上提供服务质量保证奠网络上提供服务质量保证奠定了基础。它不但可以在租用线、帧中继和定了基础。它不但可以在租用线、帧中继和ATM

14、上传输，而且也可以在上传输，而且也可以在SDH和和DWDM链路链路上传输。上传输。Diff-Serv还定义了还定义了ATM和帧中继所不能和帧中继所不能提供的动态提供的动态QoS服务，并增加了新的拥塞管理机服务，并增加了新的拥塞管理机制。制。 区分业务是由综合业务区分业务是由综合业务(Int-Serv )发展发展而来的，它采用了综合业务分类思想，抛而来的，它采用了综合业务分类思想，抛弃了分组流沿路节点上的资源预留。区分弃了分组流沿路节点上的资源预留。区分业务区域的主要成员有：核心路由器、边业务区域的主要成员有：核心路由器、边缘路由器、资源控制器（缘路由器、资源控制器（Bandwidth Brok

15、er，BB）。）。区分业务模型的网络结构区分业务模型的网络结构如图如图5-2所示。所示。图5-2 区分业务模型网络结构 区分业务定义了区分业务定义了3种业务类型。种业务类型。 优质的业务优质的业务(Premium Service，PS)：提供低延迟、低抖动、低丢失率、保提供低延迟、低抖动、低丢失率、保证带宽的端到端或网络边界到边界的传输证带宽的端到端或网络边界到边界的传输服务，是目前所定义的服务级别最高的区服务，是目前所定义的服务级别最高的区分服务种类。分服务种类。 确保的业务确保的业务(Assured Service，AS)：在网络拥塞的情况下仍能保证用户拥有一在网络拥塞的情况下仍能保证用户

16、拥有一定量的预约带宽，使用户摆脱在单一的尽定量的预约带宽，使用户摆脱在单一的尽力而为业务时无法把握自己实际占有带宽力而为业务时无法把握自己实际占有带宽量的窘况；着眼点是带宽与丢失率，不涉量的窘况；着眼点是带宽与丢失率，不涉及延迟、抖动。及延迟、抖动。 尽力而为的业务尽力而为的业务(Best-Effort，BE)：类似于类似于Internet中尽力而为的业务。中尽力而为的业务。 &5.3.2 转发处理等级转发处理等级 （1）快速转发）快速转发 (Expedited Forwarding，EF) 有一个单独的码点。有一个单独的码点。EF可以把时延和抖动可以把时延和抖动减到最小，因而能提供总

17、服务质量的最高等级。减到最小，因而能提供总服务质量的最高等级。 （2）保证转发）保证转发 (Assured Forwarding，AF)（3）尽力而为）尽力而为 （Best Effort，BE）&5.3.3 区分业务的调节算法区分业务的调节算法 业务调节主要有两个手段，一个是预防拥塞业务调节主要有两个手段，一个是预防拥塞的排队和调节机制，另一个就是遇到拥塞时的丢的排队和调节机制，另一个就是遇到拥塞时的丢弃机制。弃机制。 区分业务路由器使用与区分业务路由器使用与ATM交换机组类似交换机组类似的输入管理器与输出排队调度的原理，来实现的输入管理器与输出排队调度的原理，来实现PHB功能。功能。

18、 区分业务模型中可以使用两种丢弃算法，分区分业务模型中可以使用两种丢弃算法，分别为随机早期检测（别为随机早期检测（RED）与加权随机早期检测与加权随机早期检测（WRED）算法。算法。 通常的丢弃方法是尾部丢弃：只有分配的缓通常的丢弃方法是尾部丢弃：只有分配的缓 冲器空间被全部占用时才丢弃到达的数据包。冲器空间被全部占用时才丢弃到达的数据包。 RED主要思想是：路由器计算平均排队长度，主要思想是：路由器计算平均排队长度，当平均排队长度超过某一门限时，路由器按照某当平均排队长度超过某一门限时，路由器按照某一丢弃概率丢弃到达的分组，而这个丢弃概率是一丢弃概率丢弃到达的分组，而这个丢弃概率是与平均排队

19、长度成正比的函数。与平均排队长度成正比的函数。&5.3.4 区分业务模型的优缺点区分业务模型的优缺点71区分业务模型的优点区分业务模型的优点: 可伸缩性较好。可伸缩性较好。: 便于实现。便于实现。72区分业务模型的缺点区分业务模型的缺点 区分业务为区分业务为IP QoS奠定了宝贵的基础，奠定了宝贵的基础，但还是没有办法完全依靠它自己来提供端到端的但还是没有办法完全依靠它自己来提供端到端的QoS结构。结构。 区分业务中分组流的粒度较粗。区分业务中分组流的粒度较粗。&5.3.5 区分业务模型与综合业区分业务模型与综合业务模型的互通务模型的互通&5.4.1 IP技术与技术与A

20、TM 技术的异同技术的异同 由传统的路由器组成的互联网存在两个问题：由传统的路由器组成的互联网存在两个问题：第一，每一个包都逐个路由器进行路由选择（逐第一，每一个包都逐个路由器进行路由选择（逐跳寻址），端到端的时延很大且时延抖动大。第跳寻址），端到端的时延很大且时延抖动大。第二，路由器逐个包地进行地址分析、寻址和过滤二，路由器逐个包地进行地址分析、寻址和过滤引入了额外时延。引入了额外时延。71有连接与无连接（虚电路与有连接与无连接（虚电路与数据报）数据报） 有连接（或面向连接）就是在用户进行数据有连接（或面向连接）就是在用户进行数据通信前，要先为用户建立连接，称虚电路。通信前，要先为用户建立连

21、接，称虚电路。 对于大多数非实时数据通信来说，无连接技对于大多数非实时数据通信来说，无连接技术更适合。术更适合。72信令与路由信令与路由 信令是电信网中用户终端与交换机间、交换信令是电信网中用户终端与交换机间、交换机与交换机间传送的控制信息，以保证协调动作机与交换机间传送的控制信息，以保证协调动作完成虚电路（呼叫）的处理、建立、控制与维护完成虚电路（呼叫）的处理、建立、控制与维护等功能。等功能。 路由技术就是相关的主机、路由器间交换有路由技术就是相关的主机、路由器间交换有关的网络结构信息或节点间的可达信息，并利用关的网络结构信息或节点间的可达信息，并利用得到的信息根据某种算法产生本地路由表（目

22、的得到的信息根据某种算法产生本地路由表（目的地址与输出端口关系）。地址与输出端口关系）。73服务质量（服务质量（QoS） 与尽力传送（与尽力传送（Best of Effort） 计算机界的思想是不要相信网络，要相信自计算机界的思想是不要相信网络，要相信自己。己。 ATM的的QoS是天生具有的，而是天生具有的，而IP QoS是后天是后天加入的。加入的。 ATM（包括包括ATM设备和网络）设备和网络）QoS有严格有严格定义（如最大发送时延、时延抖动、信元丢失率定义（如最大发送时延、时延抖动、信元丢失率等）和具体测试方法和指标，而等）和具体测试方法和指标，而IP QoS的定义还的定义还没有这样细致。

23、没有这样细致。&5.4.2 IP/ATM互连基本方案互连基本方案 一般地，应用程序和高层协议使用一般地，应用程序和高层协议使用ATM网网络进行通信有两种方式：一种称为重叠模型或覆络进行通信有两种方式：一种称为重叠模型或覆盖模型，将盖模型，将ATM网络作为传统网络作为传统TCP/IP网络体系网络体系中的传输子网；第二种方式称为集成模型或综合中的传输子网；第二种方式称为集成模型或综合模型，即把第模型，即把第3层路由选择和第层路由选择和第2层交换功能集成层交换功能集成在一起。在一起。 重叠模式采用标准的重叠模式采用标准的ATM信令（信令（ITU-T或或ATM论坛推出的信令），论坛推出的信令）

24、，IP和和ATM各各自定义自己的地址和路由协议，自定义自己的地址和路由协议，ATM端系端系统需分配统需分配IP地址和地址和ATM地址，需地址解析地址，需地址解析协议（协议（ARP）进行地址转换。进行地址转换。IP/ATM重叠重叠模型如图模型如图5-3所示。所示。图5-3 IP/ATM重叠模型 图图5-4 给出了各种模型之间的关系。给出了各种模型之间的关系。 图5-4 各种IP/ATM互连模型关71局域网仿真（局域网仿真（LANE） ATM论坛制定了（论坛制定了（Local Area Network Emulation，LANE）标准。通过标准。通过LANE可以提供可以提供VLAN（虚拟局域网）

25、。虚拟局域网）。 LAN仿真服务组成：一个仿真服务组成：一个LAN仿真服务器仿真服务器（LAN Emulation Server，LES），），一个处理广一个处理广播和未知地址的消息的服务器（播和未知地址的消息的服务器（Broadcast Unknown Server，BUS），），一个与用户设备接口一个与用户设备接口的的LAN仿真客户（仿真客户（LEC），），一个用于管理的一个用于管理的LAN仿真配置服务器（仿真配置服务器（LECS）。）。图图5-5为局域网为局域网仿真逻辑结构图。仿真逻辑结构图。图5-5 局域网仿真逻辑结构72ATM上的经典上的经典IP（IP OVER ATM，IPOA）

26、把把ATM当一个子网来传当一个子网来传IP，用用 IP ARP服务服务器解决器解决IP地址到地址到 ATM地址转换。地址转换。73ATM上的多协议（上的多协议（MPOA） ATM上多协议（上多协议（Multiple Protocols Over ATM，MPOA）将）将LANE和和NHRP结合起来，利结合起来，利用用NHRP为不同为不同VLAN间建立直接连接，解决不间建立直接连接，解决不同同VLAN通信时的瓶颈问题；通过长短流的区分通信时的瓶颈问题；通过长短流的区分来缓解来缓解SVC建立问题。建立问题。&5.5.1 基本概念基本概念 ATM、帧中继、帧中继、X.25等网络本来就具等网络

27、本来就具有标签功能（有标签功能（ATM有有VPI/VCI，帧中继有帧中继有数据链路连接标识数据链路连接标识DLCI，X.25有虚电路有虚电路号）。号）。 MPLS中的关键概念是将路由控制和分组转中的关键概念是将路由控制和分组转发分离。发分离。 用标签来识别和标记用标签来识别和标记IP分组，并把标签封分组，并把标签封装后的报文转发到已升级改善过的交换机或路由装后的报文转发到已升级改善过的交换机或路由器，由它们在第器，由它们在第2层进行标签交换，转发分组。层进行标签交换，转发分组。 IP报文标签的产生和分配所需的网络拓扑报文标签的产生和分配所需的网络拓扑和路由信息则是通过现有的和路由信息则是通过现

28、有的IP路由协议获得的，路由协议获得的，不用进行不用进行2层地址和层地址和3层地址之间的转换就可以实层地址之间的转换就可以实现现IP地址和标签之间的映射。地址和标签之间的映射。&5.5.2 MPLS信令的实现信令的实现 目前目前MPLS实现信令的方式可分为两类，一实现信令的方式可分为两类，一类是标签分配协议类是标签分配协议/约束路由约束路由标签分配协议标签分配协议（LDP/CRLDP），），它支持它支持IP QoS，还考虑了还考虑了与与ATM服务类型相互融合的问题。另外一类是服务类型相互融合的问题。另外一类是RSVP，它基于在传统的它基于在传统的IP网引入信令。网引入信令。&5

29、.5.3 MPLS的网络构成的网络构成 如图如图5-6所示，所示，MPLS网络由边缘标签路由网络由边缘标签路由器（器（Label Edge Router，LER）和标签交换路由和标签交换路由器（器（Label Switch Router，LSR）组成。组成。图5-6 MPLS网络原理图&5.5.4 MPLS的工作原理的工作原理 FEC的一个重要特征是它的转发粒度。比如的一个重要特征是它的转发粒度。比如在一种情况下，一个在一种情况下，一个FEC可以包括网络层目的地可以包括网络层目的地址与一特定地址前缀相匹配的所有分组，即通向址与一特定地址前缀相匹配的所有分组，即通向相应子网的所有分组。相

30、应子网的所有分组。&5.5.5 MPLS优缺点优缺点71MPLS的优点的优点 简单转发简单转发 采用等价转发类（采用等价转发类（FEC）增强可扩展性增强可扩展性 基于基于QoS的路由的路由 流量管理流量管理 分布处理功能分布处理功能 与与ATM或帧中继核心网结合，提高了路或帧中继核心网结合，提高了路由扩展性，边缘标签路由器不再关心中间传输层，由扩展性，边缘标签路由器不再关心中间传输层，简化了路由表简化了路由表 标签合并技术标签合并技术72MPLS的缺点的缺点 对短的流，信令开销比例大。对短的流，信令开销比例大。 在具体的数据承载网络（如在具体的数据承载网络（如ATM）中进中进行行LSP

31、聚合操作复杂。聚合操作复杂。 在具体的数据承载网络中标签交换机还在具体的数据承载网络中标签交换机还要具有传统要具有传统IP分组转发功能，以便传送信令以及分组转发功能，以便传送信令以及在标签失效等意外情况下传送在标签失效等意外情况下传送IP分组。分组。 同同IP网络综合业务模型一样，网络综合业务模型一样，MPLS中中IP分组流的自动识别、并确定其对应的分组流的自动识别、并确定其对应的FEC方面的方面的技术尚不成熟。技术尚不成熟。&5.6.1 基本概念基本概念 同步数字体系（同步数字体系（Synchronous Digital Hierachy，SDH）、）、波分复用（波分复用（Wavel

32、ength Division Multiplexing，WDM）、）、密集波分复用密集波分复用（Densive Wavelength Division Multiplexing，DWDM）是具体的物理传输技术。是具体的物理传输技术。&5.6.2 SDH/SONET概要概要 同步数字体系（同步数字体系（SDH）为物理层技术，用来为物理层技术，用来传输和复用数据，传输速率可高达传输和复用数据，传输速率可高达10Gbit/s，是是国际电联（国际电联（ITU）标准。标准。71SDH网络元素网络元素 SDH的网络元素主要有同步光纤线路系统、的网络元素主要有同步光纤线路系统、终端复用器（终端复用器

33、（Terminl Multiplexing，TM）、）、分分插复用器（插复用器（Add Drop Multiplexing，ADM）和和同步数字交叉连接设备（同步数字交叉连接设备（DXC）。）。72SDH帧结构帧结构 SDH每秒传送每秒传送8K SDH帧（帧（STM-N），），STM-N帧是以帧是以STM-1为基础的帧结构。为基础的帧结构。&5.6.3 IP/SDH原理原理 IP/SDH技术将技术将IP分组通过点到点协议分组通过点到点协议直接映射到直接映射到SDH帧，省掉了中间的帧，省掉了中间的ATM层，层，从而保留了从而保留了Internet的无连接特征，简化了的无连接特征，简化了网

34、络体系结构，提高了传输效率，降低了网络体系结构，提高了传输效率，降低了成本，易于兼容不同技术体系和实现网间成本，易于兼容不同技术体系和实现网间互连。互连。&5.6.4 IP/DWDM71概述概述 IP/DWDM(IP over DWDM/Optical)，取消取消了中间的了中间的ATM与与SDH层，层，IP直接在光路上跑。直接在光路上跑。 IP/DWDM简化了层次，减少了网络设备，简化了层次，减少了网络设备，从而减少了功能重叠，减轻了网管特别是网络配从而减少了功能重叠，减轻了网管特别是网络配置的复杂性。置的复杂性。72IP/DWDM的基本组成的基本组成 IP/DWDM的组成器件包括：光

35、纤、激光器、的组成器件包括：光纤、激光器、掺饵光纤放大器（掺饵光纤放大器（EDFA）、）、光耦合器、电再生光耦合器、电再生中继器、光转发器、光分插复用器、光交叉连接中继器、光转发器、光分插复用器、光交叉连接器与光交换机。器与光交换机。73IP/DWDM的协议规范和帧结构的协议规范和帧结构 （1）IP/DWDM的协议规范的协议规范 IP/DWDM的分层模型如图的分层模型如图5-7所示。它包括所示。它包括IP业务层、光网络层以及适配层。业务层、光网络层以及适配层。图5-7 IP Over DWDM参考模型 IP/DWDM的协议模型如图的协议模型如图5-8所所示，包括示，包括IP协议、协议、IP适配

36、协议、光网适配协议、光网络适配协议以及络适配协议以及DWDM光复用子层和光复用子层和DWDM光传输子层等。光传输子层等。图5-8 IP Over DWDM协议层次模型（2）IP/DWDM的帧结构的帧结构 在光纤上直接传输在光纤上直接传输IP数据包需要选择一种帧数据包需要选择一种帧格式，即选择一种分帧方法。格式，即选择一种分帧方法。: SDH帧格式帧格式 目前，主要网络再生、中继设备大多采用目前，主要网络再生、中继设备大多采用SDH帧格式。帧格式。: 千兆以太网帧格式千兆以太网帧格式 目前，在局域网中主要采用千兆以太网帧结目前，在局域网中主要采用千兆以太网帧结构，适合承载突发的构，适合承载突发的

37、IP数据；千兆以太网的帧长数据；千兆以太网的帧长是变化的，可以比较灵活地承载是变化的，可以比较灵活地承载IP业务。业务。74IP/DWDM的主要特点的主要特点 从以上原理分析可以看出，从以上原理分析可以看出，IP/DWDM具有具有以下特点。以下特点。（1）优点）优点 充分利用光纤的带宽资源，极大地提高充分利用光纤的带宽资源，极大地提高了带宽和相对的传输速率。了带宽和相对的传输速率。 对传输码率、数据格式及调制方式对传输码率、数据格式及调制方式透明。可以传送不同码率的透明。可以传送不同码率的ATM、SDH和和千兆以太网格式的业务。千兆以太网格式的业务。 不仅可以与现有通信网络兼容，还不仅可以与现

38、有通信网络兼容，还可以支持未来的宽带业务网及网络升级，可以支持未来的宽带业务网及网络升级，并具有可推广性、高度生存性等特点。并具有可推广性、高度生存性等特点。7（2）缺点）缺点 价格昂贵。价格昂贵。DWDM光网络设备（如掺铒光网络设备（如掺铒放大器、光插分复用器）都很贵。放大器、光插分复用器）都很贵。 目前，还没有实现波长标准化。一般取目前，还没有实现波长标准化。一般取193.1THz为参考频率，频率间隔取为参考频率，频率间隔取100GHz。 DWDM系统的网络管理应与其承载的上系统的网络管理应与其承载的上层网络的网管分离。但在光域上加上开销和光信层网络的网管分离。但在光域上加上开销和光信号的

39、处理技术还不完善，从而导致号的处理技术还不完善，从而导致DWDM系统系统的网络管理还不成熟。的网络管理还不成熟。&5.6.5 传统光网络向自动交换传统光网络向自动交换光网络光网络ASON的演进的演进71重叠模型重叠模型 重叠模型（又称域业务模型）的主要思想是重叠模型（又称域业务模型）的主要思想是将光传送层特定的智能化控制功能完全放在光网将光传送层特定的智能化控制功能完全放在光网络层独立实施，无须客户层干预，客户层和光传络层独立实施，无须客户层干预，客户层和光传送层相互独立。送层相互独立。 其主要优点是：可以实现统一、透明的光网其主要优点是：可以实现统一、透明的光网络层平台，支持多客户层

40、信号，可以支持络层平台，支持多客户层信号，可以支持SDH，ATM，IP路由器等多种客户；允许以类似智能路由器等多种客户；允许以类似智能网和网和7号信令技术的方式实施光通路的带内和带号信令技术的方式实施光通路的带内和带外控制；通过用户外控制；通过用户用户接口（用户接口（UUI）向用户屏向用户屏蔽光网络层的网络拓扑细节，在一定程度上有利蔽光网络层的网络拓扑细节，在一定程度上有利于光网络的安全和管理；允许光网络层技术和于光网络的安全和管理；允许光网络层技术和IP层技术各自演进；利用成熟的、标准化的用户层技术各自演进；利用成熟的、标准化的用户网络接口（网络接口（UNI）和网络和网络网络接口（网络接口（

41、NNI），），近期比较容易实现多厂家光网络的互操作性；这近期比较容易实现多厂家光网络的互操作性；这种模型在网络运营商和客户层信号间有一个清晰种模型在网络运营商和客户层信号间有一个清晰的分界点，允许网络运营商按需控制等。的分界点，允许网络运营商按需控制等。72集成模型集成模型 集成模型（又称统一业务模型）的基集成模型（又称统一业务模型）的基本思想是将光网络层的智能化控制功能转本思想是将光网络层的智能化控制功能转移到移到IP层，由层，由IP层来实施端到端的控制，层来实施端到端的控制，此时此时IP网络和光网络被看作是一个集成的网络和光网络被看作是一个集成的网络，使用统一的管理和流量控制策略。网络，使

42、用统一的管理和流量控制策略。&5.7.1 基本概念基本概念 提出了分层结构的概念，将未来的网提出了分层结构的概念，将未来的网络功能分成络功能分成4层，即业务层、控制层、传送层，即业务层、控制层、传送层和接入层，其中，控制层的核心功能实层和接入层，其中，控制层的核心功能实体就是软交换。体就是软交换。 这种分层结构具有开放性和标准接口，使得这种分层结构具有开放性和标准接口，使得呼叫控制与媒体层、业务层分离，具有以下优点。呼叫控制与媒体层、业务层分离，具有以下优点。 通过在控制层与业务层间采用统一公开通过在控制层与业务层间采用统一公开的接口来实现业务提供和网络控制的分离，便于的接口来实现业务

43、提供和网络控制的分离，便于新业务的快速提供。新业务的快速提供。 通过呼叫控制与承载连接的分离，便于通过呼叫控制与承载连接的分离，便于在承载层采用新的网络传送技术。在承载层采用新的网络传送技术。 通过承载与接入的分离，便于各种通过承载与接入的分离，便于各种现有网络技术的接入。现有网络技术的接入。 允许网络运营商从不同的制造商那允许网络运营商从不同的制造商那里购买最合适的网络部件构建自己的网络，里购买最合适的网络部件构建自己的网络，而不必受制于一家公司的解决方案。而不必受制于一家公司的解决方案。&5.7.2 模型构成模型构成 软交换是为下一代网络中具有实时性软交换是为下一代网络中具有实时性

44、要求的业务提供呼叫控制和连接控制功能要求的业务提供呼叫控制和连接控制功能的实体，是下一代网络呼叫控制的核心，的实体，是下一代网络呼叫控制的核心，也是目前电路交换网向分组交换网演进的也是目前电路交换网向分组交换网演进的主要设备之一，其体系结构如图主要设备之一，其体系结构如图5-9所示。所示。图5-9 基于软交换的网络体系结构模型71边缘接入层边缘接入层 边缘接入层负责将各种不同的网络和终端设边缘接入层负责将各种不同的网络和终端设备接入软交换体系结构，将各种业务量进行集中，备接入软交换体系结构，将各种业务量进行集中，并利用公共的传送平台传送到目的地。并利用公共的传送平台传送到目的地。（1）媒体网关

45、）媒体网关 媒体网关媒体网关(MG)负责将各种终端和接入网络负责将各种终端和接入网络接入核心分组网络，主要用于将一种网络中的媒接入核心分组网络，主要用于将一种网络中的媒体格式转换成另一种网络所要求的媒体格式。体格式转换成另一种网络所要求的媒体格式。7（2）信令网关）信令网关 信令网关信令网关(SG)提供提供7号信令网和分组网之间号信令网和分组网之间信令的转换，其中包括综合业务用户部分信令的转换，其中包括综合业务用户部分(ISDN User Part，ISUP)、事物处理应用部分事物处理应用部分(Transaction Capabilities Application Part，TCAP)等协议

46、的转换。等协议的转换。72核心传送层核心传送层 核心传送层对各种不同的业务和媒体流提供核心传送层对各种不同的业务和媒体流提供公共的传送平台。公共的传送平台。73网络控制层网络控制层 网络控制层完成呼叫控制、路由、认证、资网络控制层完成呼叫控制、路由、认证、资源管理等功能。源管理等功能。74业务层业务层 业务层业务层/应用层在呼叫控制的基础上向最终应用层在呼叫控制的基础上向最终用户提供各种增值业务，同时提供业务和网络的用户提供各种增值业务，同时提供业务和网络的管理功能。管理功能。&5.7.3 软交换的主要功能软交换的主要功能71媒体接入功能媒体接入功能 软交换可以通过软交换可以通过H.2

47、48协议将各种媒体网关协议将各种媒体网关接入软交换系统，如中继媒体网关、接入软交换系统，如中继媒体网关、ATM媒体媒体网关、综合接入媒体网关、无线媒体网关和数据网关、综合接入媒体网关、无线媒体网关和数据媒体网关等。媒体网关等。72呼叫控制功能呼叫控制功能 呼叫控制功能是软交换的重要功能之一。呼叫控制功能是软交换的重要功能之一。73业务提供功能业务提供功能 由于软交换系统既要兼顾与现有网络业务的由于软交换系统既要兼顾与现有网络业务的互通，又要兼顾下一代网络业务的发展，因此，互通，又要兼顾下一代网络业务的发展，因此，软交换应能够实现现有软交换应能够实现现有PSTN/ISDN交换机提供的交换机提供的

48、全部业务。全部业务。74互连互通功能互连互通功能 目前，在目前，在IP网上提供实时多媒体业务可以基网上提供实时多媒体业务可以基于于H.323协议和会话启动协议协议和会话启动协议SIP两种体系结构。两种体系结构。75资源管理功能资源管理功能 软交换可以对带宽等网络资源进行分配和软交换可以对带宽等网络资源进行分配和管理。管理。76认证和计费认证和计费 软交换可以对接入软交换系统的软交换可以对接入软交换系统的设备进行认证、授权和地址解析，同设备进行认证、授权和地址解析，同时还可以向计费服务器提供呼叫详细时还可以向计费服务器提供呼叫详细话单。话单。&5.7.4 媒体网关控制协议媒体网关控制协议

49、H.248 H.248是是IETF和和ITU-T制定的媒体网关制定的媒体网关控制协议，用于媒体网关控制器和媒体网控制协议，用于媒体网关控制器和媒体网关 之 间 的 通 信 ；关 之 间 的 通 信 ； H . 2 4 8 协 议 又 称 为协 议 又 称 为H.248/Megaco。71基本概念基本概念（1）终端（）终端（Termination） 终端是终端是H.248/Megaco协议的两个主要抽象概协议的两个主要抽象概念之一。它是媒体网关逻辑实体，能够发送和念之一。它是媒体网关逻辑实体，能够发送和/或接收一种或多种媒体，如模拟用户接入网关中或接收一种或多种媒体，如模拟用户接入网关中的电话线

50、、中继网关中的中继电路的电话线、中继网关中的中继电路。（2）上下文（）上下文（Context） 上下文也是上下文也是H.248/Megaco协议的两个主要抽协议的两个主要抽象概念之一。象概念之一。（3）协议简介）协议简介 H.248/Megaco协议的一条消息包含着一个或协议的一条消息包含着一个或多个事务处理，每个事务处理包含一个或多个上多个事务处理，每个事务处理包含一个或多个上下文，每个上下文包含一个或多个命令，每个命下文，每个上下文包含一个或多个命令，每个命令包含一个或多个描述符。令包含一个或多个描述符。72典型呼叫过程典型呼叫过程 主叫摘机，媒体网关主叫摘机，媒体网关MG检测到后，通过检

51、测到后，通过Notify命令将摘机事件报告给媒体网关控制器命令将摘机事件报告给媒体网关控制器MGC。 MGC通过通过Add命令让命令让MG将主叫端口加将主叫端口加入一个上下文入一个上下文Context，并向主叫送拨号音。并向主叫送拨号音。 用户拨号，用户拨号，MG将收到的号码通过将收到的号码通过Notify命令报告给命令报告给MGC。 MGC分析被叫号码，找出被叫分析被叫号码，找出被叫MG，命命令被叫方令被叫方MG将被叫端口加入一个将被叫端口加入一个Context。 MGC命令主叫命令主叫MG向主叫送回铃音，被向主叫送回铃音，被叫叫MG向被叫送振铃音。向被叫送振铃音。 被叫摘机，被叫摘机，MG

52、C命令两个命令两个MG连接主被连接主被叫。叫。 主主/被叫挂机，被叫挂机，MGC命令各命令各MG释放主被释放主被叫连接，将主叫连接，将主/被叫端口被叫端口Context清空。清空。&5.7.5 H.323协议协议 H.323和会话启动协议和会话启动协议(Session Initiation Protocol,SIP)是相互竞争的两个协议。是相互竞争的两个协议。 H.323包括包括4种会议系统部件是：终端种会议系统部件是：终端（Terminal）、）、网关（网关（Gateway）、）、网守网守（Gatekeeper）和多点控制单元（和多点控制单元（MCU）。）。&5.7.6 SI

53、P协议协议71SIP基本思想基本思想 采用采用Client/Server和和HTTP协议模型，由协议模型，由呼叫服务器、代理服务器等提供业务，用户终端呼叫服务器、代理服务器等提供业务，用户终端每一个请求触发服务器的某种操作。每一个请求触发服务器的某种操作。 请求和响应构成一个事务，事务之间相请求和响应构成一个事务，事务之间相互独立，一个完整的呼叫包含多个事务。互独立，一个完整的呼叫包含多个事务。 独立于底层独立于底层UDP/TCP等传输协议，消息等传输协议，消息中可携带任意类型的消息体。中可携带任意类型的消息体。72SIP基本功能基本功能 SIP终端用户定位：终端用户定位：SIP-URL+DN

54、S。 会话属性协商：会话属性协商：SDP Message Body。 发起会话：发起会话：INVITE。 改变会话：改变会话：re-INVITE。 结束会话：结束会话：BYE + CANCEL。73SIP协议特点协议特点（1）简单）简单（2）扩展性和伸缩性）扩展性和伸缩性（3）安全性和可靠性）安全性和可靠性（4）互通性）互通性74SIP和和H.323比较比较 SIP特别适合于提供即时消息和报特别适合于提供即时消息和报到（到（Presence）功能，而采用功能，而采用H.323很难提很难提供这类功能。供这类功能。 采用采用SIP协议可以提供兼有传统电协议可以提供兼有传统电信智能网和基于信智能网和

55、基于Web的新业务的优点的综的新业务的优点的综合服务合服务。 采用采用H.323的的VoIP服务对终端设备的要求服务对终端设备的要求较高。而较高。而SIP则简单易行并且很容易与其他服务则简单易行并且很容易与其他服务集成，优势明显。集成，优势明显。 H.323协议栈作为协议栈作为VoIP的基本通信协议，的基本通信协议，经过长期、大量测试检验。这是经过长期、大量测试检验。这是SIP目前所不具目前所不具备的。备的。 随着时间的推移，随着时间的推移，SIP+H.248/Megaco将逐将逐渐发展成为主流协议。渐发展成为主流协议。&5.7.7 IP网络中的信令承载协议网络中的信令承载协议71BI

56、CC协议协议 BICC协议解决了呼叫控制和承载控制分离协议解决了呼叫控制和承载控制分离的问题，使呼叫控制信令可在各种网络上承载，的问题，使呼叫控制信令可在各种网络上承载，包括包括SS7 MTP（7号信令消息传送部分）网络、号信令消息传送部分）网络、ATM网络、网络、IP网络。网络。72SIGTRAN协议协议 信令传输（信令传输（Signaling Transport，SIGTRAN）是是IETF的一个工作组，其任务是建立一套在的一个工作组，其任务是建立一套在IP网络上传送网络上传送PSTN信令的协议。信令的协议。 SCTP：流控制传送协议，是一个传输层流控制传送协议，是一个传输层协议，支持多条

57、路径并发传输，可替代协议，支持多条路径并发传输，可替代TCP，UDP协议，用于在协议，用于在IP网络上可靠地传输网络上可靠地传输PSTN信信令。令。 M2UA：MTP2用户适配，支持用户适配，支持MTP3互互通和链路状态维护，提供与通和链路状态维护，提供与MTP2同样的功能。同样的功能。 M3UA： MTP3用户适配，支持用户适配，支持MTP3用用户部分互通，提供信令点编码和户部分互通，提供信令点编码和IP地址的转换。地址的转换。 SUA：SCCP-User Adaptation，SCCP用用户适配，支持户适配，支持SCCP用户互通，相当于用户互通，相当于TCAP over IP。 M2PA：

58、MTP2用户对等适配，支持用户对等适配，支持MTP3互通，支持本地互通，支持本地MTP3功能，支持功能，支持M2PA SG（信令网关），可以作为信令转接点信令网关），可以作为信令转接点STP。73信令承载协议体系信令承载协议体系 在在IP网络中，信令可以通过网络中，信令可以通过TCP，UDP，SCTP等传输层协议进行传输。等传输层协议进行传输。 各种信令传输使用的承载协议如图各种信令传输使用的承载协议如图5-10所示。所示。图5-10 信令承载协议结构&5.7.8 软交换优点和缺点软交换优点和缺点71优点优点 呼叫控制与呼叫传输分离后：呼叫控制与呼叫传输分离后： 智能化的软交换设备能方

59、便地实现不同信令智能化的软交换设备能方便地实现不同信令的转换，并具有开放接口和的转换，并具有开放接口和API，方便新业务的方便新业务的产生；产生； 呼叫传输由简单的设备完成，如媒体网关，呼叫传输由简单的设备完成，如媒体网关，或由或由IP终端设备直接完成端到端传输。终端设备直接完成端到端传输。从运营方面讲，软交换的组网方案对新老运营公从运营方面讲，软交换的组网方案对新老运营公司都有利：司都有利： 传统运营公司用它实现传统运营公司用它实现PSTN与分组网与分组网的融合，保护传统投资，又具有创新能力；的融合，保护传统投资，又具有创新能力； 而新公司利用它可以比较容易地进入而新公司利用它可以比较容易地

60、进入竞争激烈的通信业务市场，不需对传统设竞争激烈的通信业务市场，不需对传统设备进行巨大投资，没有资金压力。备进行巨大投资，没有资金压力。72缺点缺点 缺乏大规模现场应用的经验。缺乏大规模现场应用的经验。 协议体系众多，而且这些协议分别来自不同协议体系众多，而且这些协议分别来自不同的标准化组织，有些相互补充，有些则相互竞争。的标准化组织，有些相互补充，有些则相互竞争。 不同协议之间和不同厂家设备之间的互操作不同协议之间和不同厂家设备之间的互操作存在问题。存在问题。 实时业务的实时业务的QoS保障问题、网络的有效集中保障问题、网络的有效集中管理问题尚需解决。管理问题尚需解决。 业务生成和业务应用收入能力等问题都有待业务生成和业务应用收入能力等问题都有待妥善解决。妥善解决。5.8 基于全基于全IP的宽带移动网络的宽带移动网络&5.8.1 第第1/2/3代移动网络及其代移动网络及其演变演变 第第1代移动通信系统是模拟蜂窝电话网，如代移动通信