4G承载网互通系统设计与仿真-以百山市与千湖市为例

4G承载网互通系统设计与仿真——以百山市与千湖市为例页引言承载网互通[1]效果的好坏直接影响了信息传输的效率，运营商间主要采用站点共享、RAN共享、GWCN共享和漫游共享等方式[2]来实现4G网络的共享互通。所以采取何种网络共享方案能够使互通效果达到尽可能最佳是各大运营商需要竭力解决的问题。本文将在对IP承载网原理及其规划和配置进行学习后，进行两地市承载网互通模型的搭建[3]，并且完成其容量规划、承载网设备配置与链接、承载网数据配置，最后借助IUV软件[4]验证百山市与千湖市的互通系统仿真，进而对影响互通的条件因素进行更加深入的探究。

第1章绪论1.1研究背景伴随着当今世界人类文明的进步以及科学技术的持续发展，人类社会的通信方式在不断演变，我国在该方面也在不断进行创新并取得了进步，其中较为突出的就是近些年来关于信息技术的创新发展和移动网络的进步以及数据承载网的建设[5]，这些技术的实现为人们的日常生活提供了诸多便利，也为国家的繁荣富强添砖加瓦。如今人们的生活都离不开信息的传播，伴随着用户数量的不断增长，业务量需求也随之增大，面临着如何做好承载网络建设，如何在开放的网络环境下高效的进行数据共享等诸多问题[6]，同时在国家“互联网+”战略背景的提倡下，我国移动互联网的网络建设及业务部署得到了迅猛发展。伴随着智能手机在日常生活中的普及以及各种聊天软件，手机网游，网络购物平台，网络小视频等各式各样的互联网应用APP的流行，高带宽、低时延等标准成为了建设网络不可忽略的关键因素，促使各大运营商不得不持续进行大规模的4G网络建设[7]。1.2国内外的研究现状及发展趋势根据工信部公布的2019年1－10月通信业经济运行情况[8]来看：移动、电信、联通三大运营商的客户量总数在十月底已达到15.99亿，较2018年同时期增长了2.9%，比2018年末净增了3291万户。其中用户规模最大的是4G用户，数量高达12.69亿户，占移动电话用户的79.4%，同2018年终数据相比较提高了5个百分点。另一方面，截止到2019年10月底，4.52亿用户成为了三大运营商的固定互联网宽带接入用户，相比于2018年的年终数据统计高出了4469万户。其中，光纤接入用户的数量占固定互联网宽带接入用户总数的92%，高达4.16亿户，相比于以往变化不大。截至2019年10月底，三大运营商手机上网用户数量达到了13.07亿户，占移动电话用户总量的81.8%。受4G牌照发放安排、公司现金流等因素影响，在4G网络建设规模及用户规模上国内三大运营商出现较大的差距，截止2019年底三大运营商共建设了大约480万个4G基站[9]，其中电信的基站数量大约有140万个，联通大约有100万个，移动的基站数量最多，大约有240万个。从中可以看出，电信和联通在基站建设上与移动还有一定的差距，他们的4G网络部署水平也相对落后移动，因此进行4G网络共享合作对电信和联通而言很有必要，既可以节约建设成本，也可以改善通信质量，快速完成4G业务在全国范围内的部署，提升自身的业务水平和移动用户的用户体验，也可以适当扭转他们与中国移动行业内竞争的劣势[10]。面对移动网络技术更新迅速、用户的ARPU（每用户平均收入）值下滑等情况，三大运营商都担负着巨大的运营压力、面临着承担高额的网络建设成本的风险，因此实现网络共享是运营商目前关注的焦点，对4G网络共享互通承载技术进行深入的分析和探讨也是科研人员需要完成的任务。移动通信处于一个4G向5G演进的重要阶段[11]，建设5G网络现已成为了全球网络的发展趋势，5G网络会有极大的网速提升，拥有极佳的业务服务水平，能给用户带来舒适的用户体验，实现万物互联，中国的5G建设以华为为第一阶梯厂商，华为拥有的5G专利技术是全世界最多的。相比与遭受到美国强烈抵制的华为，欧洲的通信巨头爱立信在美国市场上占据了相当大的优势，但同样也遭受到了美国相关部门的调查，各大通信巨头之间的竞争愈加残酷。罗俊在期刊《面向产业互联网业务承载网解决方案探讨》[12]中提到随着近几年国家实施信息化战略，工业互联网客户对业务水平有着较高的标准，随着工业互联网的不断创新，越来越多的业务形式被发掘出来，业务需求也变得更加多样。与此同时，带宽、安全性和开放时间也成为了用户在进行选择时着重考虑的关键因素，现有的承载网络水平已经跟不上工业互联网服务前进的步伐。运营商需要分析大众对互联网业务的需求来进行相关部署，开拓新技术方法，才能针对不同形式的新业务制定出合理的承载方案，从而满足当前或未来的业务需求。1.3主要内容及意义首先进行网络拓扑结构的设计，学习实现承载网互通的相关知识，找出影响承载网互通的关键因素，然后进行承载网互通模型的搭建，并且完成其容量规划、承载网设备配置与链接、承载网数据配置，最后借助仿真软件验证百山市与千湖市的互通系统仿真，进而对影响互通的条件因素进行验证。承载网的建设是一个漫长的过程，没有终点，伴随着用户越来越多，只有在不断反复的实践探索中进行经验总结，才能不断进步，特别是承载网互通这一块，仍然保留很大的操作空间等待人们去发掘，因此在用户数量和客户需求量逐渐增长的情况下，如何使网络资源利用率达到最大、信息传输效率效果最佳，是各个运营商需要持续进行深入探究的问题。发展4G网络共享不仅有利于运营商间的网络共享合作，还促进了虚拟运营商的发展部署。IP承载网未来的发展方向既致力于保障传统话音业务安全稳定，同时也要提供相应的渠道给5G等诸多新兴技术进行发展，努力让创新的速度能够追赶上用户的需求，让创新的质量能够满足用户对业务水平的要求。1.4论文框架第一章对论文的研究背景和主要内容进行阐述，提出论文所要解决的问题，同时对国内外相关研究的发展状况进行简单介绍；第二章介绍承载网原理，具体深入到建立承载网所需要的各个环节，如网络拓扑、网络分层、OTN波长规划[13]、如何计算IP地址等；第三章列出影响承载网互通的关键因素；第四章进行建立承载网的规划，详细说明建立承载网的各个环节，如数据配置，拓扑规划，容量计算等；第五章完成百山市和千湖市的承载网互通系统仿真[14]，就影响承载网互通的关键因素进行仿真验证，给出相关数据的记录；第六章为论文设计的总结与展望，致谢。

第2章IP承载网2.1网络概述2.1.1承载网IP承载网是各大运营商在基于IP技术所建立的一种网络，用来承载要求具备高传输质量的相关业务（如软交换、视频通话等），通常采用可靠性能较好的双平面，双星双归属技术来进行设计，同时还设计出了在各种复杂情况下仍然能正常工作的流量切换模型，采用了MPLSTE、FRR、BFD等技术，从而高质量的有效保障了其所承载的诸多业务。通俗而言，承载网可以理解为是传送上层业务的通道，该通道可以被各大运营商用来传送语音、数据、多媒体等业务，运营商根据不同的业务内容采用不同的类型的承载网。IP承载网中主要包含路由器、交换机、PTN等设备，用来实现IP分组的快速路由与交换等功能，主要通过OTN光传输进行远距离、大容量的数据传送。承载网结构如图2-1所示。图2-1承载网结构2.1.2网络拓扑与分层（1）星型拓扑：该类型的拓扑连线成放射状，结构简单，还具有安装简单，成本较低等优点，因为任何一个站点都只和中央节点相连接，所以介质访问控制简单，也方便与工作人员进行管理和监控；当设备出现故障时，由于连线简单，所以工作人员在进行维修时可以对每一根连线进行单独隔离然后逐一排查，不会影响到全网的工作。但是星型拓扑也存在一个十分明显的缺点，就是中央节点的负担会非常的重，成为了一个容易发生故障的隐患，一旦发生故障就会直接影响全网；为了解决这一问题，有的网络会采用双星型拓扑，在网络中设置两个中心节点。星型拓扑结构如图2-2所示。图2-2星型拓扑（2）环形拓扑：环形拓扑中信号沿环单向传输，时延固定，适用于实时性要求高的业务；环形拓扑所需要用到的光缆比较少，适用于长距离的传输，当采用双环结构时能有效保障业务不间断传输，可靠性较高；各节点的负载比较平均，不会造成某一节点负担过重的隐患。环形拓扑明显的缺陷就是当需要在环上增添或者修改节点时不得不中断或者延时正在运行的业务，导致其灵活度不高。环形拓扑结构如图2-3所示。图2-3环形拓扑（3）网状拓扑：网状拓扑相对于其他两种拓扑有着很好的可靠性，但是由于需要大量的冗余链路和设备，导致其网络建设成本很高，耗费会很大，而且其网络很复杂，维护起来难度也相对较高。网状拓扑结构如图2-4所示。图2-4网状拓扑网络分层：IP承载网的网络结构主要由接入层，汇聚层，核心层组成，每个分层都有着自己的特点和作用，如表2-1所示。表2-1IP承载网网络分层网络层次特点和作用核心层核心层是整网流量最终汇集的区域，由它来实现全网的互通，并承担连接外部网络的重任。核心层的设计要求充分考虑冗余保障可靠传输。汇聚层汇聚层是接入设备的汇聚点，为接入层提供数据的汇聚、传输、管理和分发处理。汇聚层设备在性能上要求高于接入层，能控制和限制接入层流量访问核心层，保障核心的安全。接入层接入层通常指网络中直接面向用户连接或访问的部分，目的是允许终端用户连接到网络。2.1.3典型组网典型LTE承载网：LTE承载网一般由核心层、汇聚层、接入层三个层次构成。核心层一般采用口字型组网，有的可能简化为星型组网，与汇聚设备相连接；汇聚层也为环型结构，每个汇聚设备连接一个或多个接入环，采用环型拓扑的好处是能够节省光纤资源，同时也可以形成比较好的链路保护；接入层直接连接LTE无线侧设备，一般为环型组网。典型LTE承载网如图2-5所示。图2-5典型LTE承载网2.2IP地址2.2.1IP地址概述IP地址，既互联网协议地址（InternetProtocolAddress），是由IP协议提供的一种统一的地址格式，它为不同的网络用户和不同的设备都分配了一个唯一的逻辑地址，从而让人们在使用网络时能够高效的在成千上万台计算机中被识别出来，IP地址由网络号和主机号两部分组成，网络号代表了一个大的区域，好比一个城市或者区，主机号则精确到了某一位用户。根据进制不同可将IP地址分为十进制和二进制两种，如图2-6所示。图2-6八位二进制与十进制数的对应关系根据不同类型可将IP地址分为不同的类型，如图2-7所示。图2-7IP地址分类2.2.2子网掩码子网掩码用来划分网络号和主机号，发明子网掩码的目的是为了解决简单分类导致的IP分类不合理（实际需要的IP地址数量远远小于该区域可用的IP地址数量），使IP地址资源尽可能的被高效利用。子网掩码通常用二进制或者十进制来表示，子网掩码的使用一定离不开对应的IP地址。针对日常生活中常用的A、B、C类IP地址其默认子网掩码的二进制与十进制对应关系如表2-2所示。表2-2子网掩码类别子网掩码的二进制数值子网掩码的十进制数值A11111111000000000000000000000000255.0.0.0B11111111111111110000000000000000255.255.0.0C11111111111111111111111100000000255.255.255.02.2.3IP地址计算子网掩码和IP地址是有着密不可分的联系的，例如给出一个IP地址，首先根据它属于哪一类地址，初步确定他的子网掩码，再让IP地址和子网掩码作与计算，就可以算出网络地址，然后IP地址的最后八位二进制数再和子网掩码的最后八位二进制数作异或运算，就能算出广播地址，从而得到了该网络的有效IP地址范围等信息。IP地址计算如图2-8所示。图2-8IP地址计算2.3路由基础2.3.1路由的基本概念路由是指从信源发送的信息通过相互连接的网络，经历一个或者多个节点到达目标地点的活动。一般来说，在路由过程中，信息至少会经过一个或多个中间节点。在IP网络中，这些信息封装成IP包的形式，主要通过路由器进行传送，如图2-9所示。图2-9路由传送路由器的主要功能：路由器的各接口需要配置IP地址，连接到不同IP网络上；其物理接口能处理不同类型的数据链路层协议，从而可以屏蔽二层协议的差异性，完成IP层面上的统一和互通；路由器还可以完成路由表的建立、维护和查找；路由器还具有转发功能，能够接收接口的数据帧解封装、接口之间的数据包交换、发送接口的数据帧封装。2.3.2路由表的形成及路由分类路由表中显示了诸多重要的内容，比如目的地址、子网掩码等，它是路由器决定如何转发IP数据包的依据，如图2-10所示。图2-10路由表路由表的组成：目的地址在一般情况下是一个网络地址，特殊时也可以是主机地址；子网掩码是对应的目的地址的子网掩码，决定了目的网络的范围；下一跳代表去往目的地址的下一设备与本设备对接接口的IP地址；出接口是本路由器去往目的网络的出接口；来源表明了路由的来源，即此条路由是通过哪种形式获取到的（通常为direct和address）；优先级与Owner中路由的类型相对应；度量值表示此条路由到达目的网络的代价，有的路由协议中叫开销。路由分类：直连路由、静态路由、动态路由。(1)直连路由：直连路由指与路由器直接相连的IP网络所形成的路由,直连路由形成的条件有两个:在路由器接口上配置了正确的IP地址和子网掩码；路由器接口状态必须为“up”。(2)静态路由：静态路由是手动配置在路由器上的路由，可以指向任意的目标网络，静态路由有着相对较好的安全性，具备一定防备网络攻击的能力，并且不占用网络系统资源。但是静态路由灵活性不强，其只能检测到出接口直连的链路故障，而当非直连网络故障发生后，静态路由并不能自动对网络状态变化做出相应的调整，需要相关工作人员进行人工修改。因此通常在网络拓扑结构稳定、简单，或者需要互通的网段数量不多时才会更多的使用静态路由。（3）动态路由：动态路由指的是路由器在配置了动态路由协议之后，通过路由信息的交换，经过计算，自动生成的路由。它具有灵活性高的特点，但是同时动态路由也需要占用较大的带宽资源和系统资源，其安全性存在隐患。2.3.3路由规划进行路由规划的目的是为了优化网络的路径选择，从而能够顺畅的实现网络互通，在IUV全网仿真软件中涉及静态路由规划和OSPF路由协议。静态路由需要在核心网设备和承载网设备之间建立连接时用到，而OSPF协议是所有的IP承载设备都需要用到的，只有启用了OSPF协议才能保障IP承载设备之间顺利实现互通，由此可见OSPF协议对承载网互通而言是必不可少的重要因素。第3章影响承载网互通的关键因素3.1光纤接口设备的速率匹配顾名思义，光纤接口是用来连接光纤线缆的物理接口，其原理是利用了光从光密介质进入到光疏介质会发生全反射。在设备连接时，若一端选取了特定传输速度的接口，要想使得连接互通，则其相对应的端口也必须选择相同的传输速度，在传输速率相匹配的基础上才能实现互通，否则会出现报错。在IUV仿真软件中，PTN设备的光纤接口速率有10GE、40GE两种选择，RT设备的光纤接口速率有10GE、40GE、100GE三种选择，如图3-1、3-2所示。图3-1PTN接口速率图3-2RT接口速率在选择了某个接口后，一定要注意对端设备也要连接相同速率的对应接口才能实现速率匹配，PTN、RT设备都会与OTN设备进行连接，在OTN设备中涉及接口速率匹配的器件是CQ2、CQ3单板，这两个单板的功能相同但是要特别注意它们对应的接口速率是不同的CQ2单板实现的是4路10GE信号的接入，CQ3单板则是40GE的信号，如图3-3所示。图3-3CQ2、CQ3单板3.2OSPF协议OSPF(OpenShortestPathFirst)开放型最短路径优先协议，是一个内部网关协议，同时也是一种典型的链路状态的路由协议，一般用于同一个路由域内，OSPF简单的说就是两个相邻的路由器通过发报文的形式成为邻居关系，邻居再相互发送链路状态信息形成邻接关系，之后各自根据最短路径算法算出路由，放在OSPF路由表。在仿真软件中，所有的IP承载设备如RT、PTN均涉及OSPF协议，如图3-4、3-5所示，正是因为此协议的存在才使得承载设备之间的互通得以实现。图3-4RT中的OSPF协议图3-5PTN中的OSPF协议第4章百山市与千湖市承载网互通的规划与设计4.1承载网拓扑规划与容量计算4.1.1IP承载网拓扑规划在规划大规模网络拓扑结构时，一般采用分层结构，分为核心层、汇聚层、接入层。网络层次化设计的好处是：（1）结构简单：将一个复杂的网络分割成了若干个小部分，使得结构更加简单清晰，当出现故障时，也更加便于检查维修，同时还能隔离广播风暴的传播、防止路由循环等潜在问题。（2）升级灵活：由于网络层次分明，当需要对网络进行升级改善时，可以在不影响整个网络环境的前提下对相应的网络层进行操作，降低了对整体的影响。（3）易于管理：清晰明了的网络层次结构，也使网络更容易进行管理。IP承载网拓扑如图4-1所示。图4-1承载网典型拓扑百山市与千湖市IP承载网网络拓扑规划如图4-2所示，接入层采用了星型拓扑结构，汇聚层和核心层采用了环型拓扑结构。图4-2网络拓扑规划4.1.2IP承载网容量计算IP承载网的容量计算会涉及到多个相关参数，如单站平均吞吐量、MIMO单站三扇区吞吐量、基站带宽预留比、链路工作带宽占比、单汇聚设备带基站数等。在计算容量时，会根据不同的需求用到不同的参数和公式，现将相关参数及其注释列于表4-1。表4-1容量计算相关参数参数名称注释单站平均吞吐量从无线侧获取，为一个基站带宽需求的平均值。MIMO单站三扇区吞吐量从无线侧获取，为一个基站带宽需求的峰值。基站带宽预留比基站平均吞吐量与实际预留给基站的带宽之间的比值。链路工作带宽占比LTE业务在整个链路带宽中占用的比例。带宽收敛比承载链路的实际带宽分配小于基站带宽需求，其比值称为带宽收敛比。单汇聚设备带基站数限定汇聚层设备汇聚基站的数量。环上设备数接入环、汇聚环中限定的设备数量。a.各个分层的容量计算公式：（1）接入层容量计算基站预留带宽（Mbps）=单站平均吞吐量/基站带宽预留比；接入层设备数量=基站数；接入设备上行链路带宽（Gbps）=MIMO单站三扇区吞吐量（Mbps）/链路工作带宽占比/1024；该层通常选用星型拓扑结构如图4-3所示。图4-3选用星型拓扑（2）汇聚层容量计算汇聚层设备数量=基站数/单汇聚设备带基站数；汇聚层的网络拓扑结构既可以选用星型拓扑，也可以选用环形拓扑，通常选用环形拓扑结构如图4-4所示。图4-4选用环形拓扑选用环形拓扑结构式对应的容量计算公式如下：汇聚环链路工作带宽（Gbps）=单汇聚设备带基站数*汇聚环上汇聚设备数*基站预留带宽*汇聚、接入层带宽收敛比/1024；汇聚环链路带宽（Gbps）=汇聚环链路工作带宽/链路工作带宽占比；汇聚环数量=汇聚层设备数量/汇聚环上汇聚设备数。（3）核心层容量计算核心层设备吞吐量（Gbps）=基站数*基站预留带宽*核心、接入层带宽收敛比/1024；设备吞吐量即设备整机单位时间内的数据传送量，体现设备的整体转发性能；核心层设备数量：单个核心层设备承载所有基站流量时，建议配置主备2台设备。b.百山市IP承载网容量规划。百山市接入层容量计算如图4-5、4-6所示。图4-5接入层容量计算图4-6接入层容量计算百山市汇聚层容量计算如图4-7、4-8所示。图4-7汇聚层容量计算图4-8汇聚层容量计算百山市核心层容量计算如图4-9所示。图4-9核心层容量计算百山市容量计算报告如图4-10所示。图4-10容量计算报告千湖市的容量计算与百山市如出一辙，此处不再赘述。4.2承载网设备配置规划4.2.1设备配置规划（1）硬件选型规划：每个机房具体布放的设备要根据实际的网络需求来进行配置。在配置接入层与汇聚层设备时主要关注的是接口带宽是否能满足链路带宽的需要，既接入设备所支持的传输速率必须大于等于相应的链路带宽，这样才能保证数据能够成功的进行传送。在选用PTN和路由器设备时，要考虑设备吞吐量的大小，当计算出的核心层设备吞吐量很大时，就要选用大型的PTN、路由器才能够保证业务的顺利进行。（2）接口命名原则：a.如图4-11所示为完整的接口命名。图4-11接口命名从该接口的命名：qh-AGG-1_PTN2_6_4×10GE_1，可以得知其表示千湖市承载1区汇聚机房PTN2的6槽位上4×10GE单板的1端口。b.机房设备的命名（用简写表示）:如千湖市承载中心机房：qh-CEN（qh为“百山”的缩写，CEN表示中心机房）；百山市承载汇聚1区机房：qh-AGG-1（AGG表示汇聚机房，1表示1区）；千湖市A站点机房：qh-ACC-A（ACC表示站点机房，A表示站点机房对应的编号）；百山市的机房设备命名也以此类推。c.设备命名的格式:当设备放置到机架中后，系统会自动添加设备名称。路由器、PTN以设备类型+编号来识别，如PTN1，表示某机房的第1台PTN,RT1既表示该机房的第一台路由器。OTN则没有编号，直接命名为OTN，如图4-12所示。图4-12设备指示图设备配置和前面的拓扑规划和容量计算其实是独立开来的，每个对应的站点中，都有相关的设备配置，根据需求选择对应的合适的设备即可，以千湖市承载中心机房的设备配置为例。千湖市承载中心机房设备配置如图4-13、4-14所示。图4-13机房设备配置图4-14机房设备配置中心机房要处理来自周边多个站点的数据，所以选择了大型RT，OTN选用中型就能够满足需求。4.2.2OTN波长规划OTN设备在线缆连接之前，首先要规划好使用的波长资源，按照波长规划来设计光合波单板（OMU）分波单板（ODU）的连线。本文采用的每一个OTN设备都选用了192.1THz这一个频段，在进行频率配置时，注意单板和槽位的位置一定要与仿真连线对应起来，避免填错，如图4-15所示。图4-15OTN波长规划4.2.3线缆链接配置设备之间的线缆连接规划：线缆连接规划也就是对IP承载网设备间的连线进行规划。在连线之前，要熟悉线缆的连线规则，哪些设备之间是可以互连的，避免连错。针对不同的网络分层，承载设备需要通过OTN上的ODF机架才能去连接对应分层的承载网设备，在汇聚层和接入层之间则是通过ODF机架进行连接。中心机房通过OTN上的ODF机架连接汇聚层的设备。依照线缆连接所需要遵循的原则和注意事项，进行各个站点设备的线缆连接，按照接口线缆连接的规则对线缆进行配置，由于站点较多，此处仅列出千湖市承载中心机房的线缆连接。千湖市承载中心机房的线缆连接如图4-16、4-17所示。图4-16中心机房的线缆连接图4-17中心机房的线缆连接4.3承载网数据规划与配置4.3.1IP地址规划（1）管理地址：使用loopback地址，使用时要注意：应使用32位掩码，每一台设备都需要规划一个loopback地址，和LDP的router-id以及OSPF共用，并且这个地址要是全网唯一的。（2）接口互联地址：既IP地址，使用时要注意它的几个特点：扩展性，唯一性以及连续性，倘若是PTN就需要规划VLAN，一条链路对应一个VLAN，如若是RT则不需要规划VLAN。（3）业务地址：也就是分配给BBU和核心网设备使用的地址，使用时要注意：地址数量要满足需求，同时要为将来可能增添的终端做出预留，减少地址浪费。IP地址规划如表4-2所示：

表4-2IP地址规划机房设备loopback地址IP地址子网掩码VLAN对端机房设备千湖市A站点PTN24.1.1.1132.1.1.5255.255.255.2529千湖市汇聚1区PTN1132.1.1.9255.255.255.25210千湖市汇聚1区PTN2千湖市汇聚1区PTN124.2.1.1132.1.1.6255.255.255.2529千湖市A站点PTN132.1.2.5255.255.255.25211千湖市汇聚1区PTN2132.1.2.9255.255.255.25212千湖市中心机房RT1千湖市汇聚1区PTN224.2.1.2132.1.1.10255.255.255.25210千湖市A站点PTN132.1.2.6255.255.255.25211千湖市汇聚1区PTN1132.1.2.13255.255.255.25213千湖市汇聚2区PTN千湖市汇聚2区PTN24.2.1.3132.1.2.14255.255.255.25213千湖市汇聚1区PTN2132.1.2.17255.255.255.25214千湖市中心机房RT2千湖市中心机房RT124.3.1.1132.1.2.10255.255.255.252千湖市汇聚1区PTN1132.1.4.13255.255.255.252千湖市中心机房RT2132.1.3.6255.255.255.252百山市中心机房RT1255.255.255.252千湖市中心机房RT224.3.1.2132.1.2.18255.255.255.252千湖市汇聚2区PTN132.1.3.10255.255.255.252百山市中心机房RT2132.1.4.14255.255.255.252千湖市中心机房RT1255.255.255.252255.255.255.252百山市A站点PTN24.4.1.1132.1.11.5255.255.255.25215百山市汇聚1区PTN1132.1.11.9255.255.255.25216百山市汇聚1区PTN2百山市汇聚1区PTN124.5.1.1132.1.11.6255.255.255.25215百山市A站点PTN132.1.12.5255.255.255.25217百山市汇聚1区PTN2132.1.12.9255.255.255.25218百山市中心机房RT1百山市汇聚1区PTN224.5.1.2132.1.11.10255.255.255.25216百山市A站点PTN132.1.12.6255.255.255.25217百山市汇聚1区PTN1132.1.12.13255.255.255.25219百山市中心机房RT2百山市中心机房RT124.6.1.1132.1.12.10255.255.255.252百山市汇聚1区PTN1132.1.13.13255.255.255.252百山市中心机房RT2132.1.3.5255.255.255.252千湖市中心机房RT1百山市中心机房RT224.6.1.2132.1.12.14255.255.255.252百山市汇聚1区PTN2132.1.13.14255.255.255.252百山市中心机房RT1132.1.3.9255.255.255.252千湖市中心机房RT2采用B类IP地址，子网掩码统一使用255.255.255.252，loopback地址和IP地址均符合全网唯一的要求。千湖市承载中心机房IP地址规划如图4-18所示。图4-18IP地址规划千湖市承载中心机房loopback地址规划如图4-19所示。图4-19loopback地址规划4.3.2路由规划进行路由规划的目的是为了优化网络的路径选择，从而能够顺畅的实现网络互通。静态路由需要在核心网设备和承载网设备之间建立连接时用到，而OSPF协议是所有的IP承载设备都需要用到的，只有启用了OSPF协议才能保障IP承载设备之间顺利实现互通，由此可见OSPF协议对承载网互通而言是必不可少的重要因素。千湖市承载中心机房OSPF路由配置如图4-20、4-21所示。图4-20OSPF全局配置图4-21OSPF接口配置4.3.3电交叉规划电交叉配置以时隙电路交换为核心作用于OTN设备中，通过电路交叉配置功能，能够实现波长和子波长级别的灵活调度，从而能够完成各类用户业务的接入和承载，使用电交叉配置还能够进一步的节约光纤资源。当同一个长度的波长受到多个业务的利用时，就可以使用电交叉将多个业务都赋予不同的时隙并且封装到不同的OracleDatabaseUnloader(集光纤配线单元)中。进行电交叉规划时要注意其使用原则，客户侧接口的速率与线路侧时隙的ODU单元速率一致，并且两端的OTN通过电交叉传送同一业务时，业务对应的客户侧接口的速率必须一致，线路侧单板类型和时隙必须一致。此处列举出千湖市承载中心机房的电交叉配置，如图4-22所示。图4-22电交叉规划4.3.4PTN/路由器数据配置配置界面如图4-23、4-24所示。图4-23PTN数据配置图图4-24RT数据配置图由于涉及的设备较多，此处仅列举出千湖市相关机房的设备配置。千湖市承载中心机房路由器RT1物理接口配置如图4-25所示：图4-25RT1物理接口配置如图4-25所示路由器的物理接口配置界面中有接口ID、接口状态、光/电、IP地址、子网掩码和接口描述。接口ID表明了接口所在的位置，比如40GE_6/1，“40GE”是单板名称，“6/1”前面的6代表槽位号，后面的1代表第1个接口。接口状态表明该接口是否与其他设备进行了连线，如果有连线显示为up，没有连线则显示为down。光/电表明接口是光接口还是电接口。IP地址和子网掩码在配置好之后准确输入即可，不过要注意IP地址要是全网唯一的。接口描述可以进行标注，表明接口对端的信息。路由器RT1逻辑接口配置如图4-26所示。loopback接口的数据需要自己手动添加。添加后接口ID、IP地址、子网掩码、接口描述等参数可以被配置。图4-26路由器RT1逻辑接口配置如图4-26所示在loopback数据配置中有接口ID、接口状态、IP地址、子网掩码、接口描述和操作这些参数命令。其中接口ID也就是loopback接口最多可以配置4个，在loopback后面的输入框中输入1~4当中的一个数字即可。接口状态始终都为up状态，IP地址和子网掩码也是在事先配置好之后准确输入即可。倘若需要不止一个loopback地址的话，就点击操作选项新增即可。路由器RT1的OSPF全局配置如图4-27所示图4-27OSPF全局配置通常OSPF的全局状态一开始默认为未启用状态，为了使承载网能够实现互通，需要通过OSPF全局配置来配置一些OSPF的全局参数，从而将OSPF未启用状态转变为启用状态，使得路由器能够支持OSPF协议。配置过程中需要注意必须填写进程号，有效值为1到10之间的数，还需要指定一个全网唯一的IP地址作为Router-id的地址。路由器RT1的OSPF接口配置如图4-28所示。图4-28OSPF接口配置要想顺利的进入OSPF接口配置，OSPF状态要为“启用”状态。软件会自动将设备对应状态为“up”的IP接口列出，没有IP地址的接口不可以启用OSPF协议。在IP接口上开启OSPF，有两层含义：（1）接口支持OSPF协议，成为OSPF接口，收发协议报文；（2）接口所在链路信息（IP网段）可以被OSPF所描述，用于OSPF拓扑计算。千湖市承载1区汇聚机房PTN1的物理接口配置如图4-29所示。图4-29PTN物理接口配置在PTN物理接口配置界面中有VLAN模式、关联VLAN和接口描述等相关参数。千湖市承载1区汇聚机房PTN1的逻辑接口配置如图4-30、4-31所示。图4-30PTN1逻辑接口配置图4-31PTN1逻辑接口配置VLAN三层接口配置中需要手动添加IP地址和子网掩码，接口ID即VLANID，接口状态会自动同步此VLAN关联的物理接口状态，若VLAN关联的物理接口中任意一个状态为“up”，则此VLAN三层接口状态为“up”。

第5章仿真与验证结果5.1光纤接口设备的速率匹配a.当设备两端速率不匹配时,如图5-1所示。图5-1接口速率不匹配千湖市A站点机房端口1对应接口的传输速率为40G，而千湖市1区汇聚机房端口3采用传输速率为10G的接口，所以他们的速率并不匹配，从而通过业务调试可以发现他们ping不通，数据包会丢失，同时也会出现告警，理应接通的接口为“down”。调试结果如图5-2、5-3所示。图5-2调试结果图5-3调试结果b.当设备两端速率匹配时，如图5-4所示。图5-4接口速率匹配千湖市1区汇聚机房的端口3和千湖市A站点机房端口1均是采用的传输速率为10G的接口，在其余各项因素都准确无误的前提下，通过业务验证可以发现两设备之间即可实现互通，如图5-5所示。图5-5业务验证结果通过上述实践仿真，可以验证光纤接口设备的速率匹配对承载网的互通起着至关重要的作用，因此要实现互通，必须实现光纤接口设备的速率匹配。5.2OSPF协议如图5-6所示，在RT（路由器）和PTN（分组传输）中都会有路由表和OSPF邻居。图5-6OSPF邻居路由表是由OSPF协议采用最短路径法计算而得到的，其中表明了该设备能到达的所有目的地址，如图5-7所示。图5-7路由表OSPF邻居表中表明了互为邻居的设备IP地址，如图5-8所示。图5-8OSPF邻居表每一个PTN,RT的配置节点都会有OSPF路由配置，在物理接口配置，逻辑接口配置完成后，OSPF全局配置和接口配置都要变为启用状态，才能实现仿真。OSPF路由配置界面如图5-9所示。图5-9OSPF路由配置仿真结果如图5-10所示。图5-10仿真结果综上所述，OSPF协议对承载网互通起到了至关重要的作用，OSPF协议计算出的最短路径使得互通过程最简化，保障了互通效率5.3互通业务调试与故障分析5.3.1业务调试业务调试的目的是对承载网各个方面的配置进行调试和检查，倘若发生故障能够帮助操作人员清晰地找出问题所在，从而进行故障排查，保障承载网互通。业务调试界面如图5-11所示。图5-11业务调试业务调试界面中有五个调试选项：告警、Ping、Trace、光路检测、状态查询，他们各自有着不同的调试功能。（1）告警：从告警界面可以初步估计各个设备之间的连接是否正确，是否存在没有连通的问题，但是告警并不能完全准确的反映出全部故障，一些数据上的误差无法在告警上面得到显示，还需通过其他的调试功能才能检测出来。（2）Ping：Ping是检测两个IP地址间能否互相通信的重要工具,通过此调试功能，可以逐步检查承载网各个设备之间的互通状况。（3）Trace：Trace用于跟踪从源IP到目的IP地址的转发路径，是判断路径中故障点的重要工具。（4）光路检测：根据发光和收光的原理，通过进行光路检测可以探测出两个OTN设备接口之间的光路是否连通。倘若其间的连接或配置出现错误，在调试平台界面会提示出相关的错误信息。（5）状态查询：状态查询提供对路由器、PTN、OTN的数据配置（物理接口、IP地址、路由表、OSPF邻居）进行查询，并显示处查询的结果。5.3.2故障排查和案例分析（1）故障排查方法a.观察故障现象：根据仿真的业务调试结果，仔细阅读故障的相关信息，进行系统的分析过后才能确定可能产生这些现象的故障根源。b.故障信息采集：信息包括在调试工具的“状态查询”中所能观察到的信息，还有Ping、Trace、光路检测等工具的测试结果。c.进行自我分析和判断：利用仿真结果中提及的信息，根据平时操作时遇到的故障和解决故障的解决故障的经历，来初步估计排错范围，确定了一定的范围之后，对相关的部分网络设备、传输介质或终端进行检测。d.整理可能原因的列表：如果故障比较复杂，整理一张表格，列出各种可能原因，并针对每一种可能的原因制定出详细的操作排查步骤。e.对可能原因进行排错验证：当实施操作计划时，应该注意，每次只能做一个修改。如果修改成功，那么修改的结果应该进行分析并记录。如果修改没有成功，应该立即撤消这个修改。f.循坏进行故障排查：当一个故障排查方案没有解决故障时，进入到循环故障排查阶段。在进行下一个循环之前，必须将网络恢复到实施上一个方案前的状态。（2）故障案例分析a.观察出现的故障现象如图5-12所示。图5-12故障现象发现千湖市汇聚2区PTN1的loopback地址24.2.1.3无法Ping通百山市汇聚1区PTN1的loopback地址24.5.1.1。b.故障信息采集首先，查看汇聚2区PTN1路由表如图5-13所示。图5-13汇聚2区PTN1路由表从中可以发现源地址24.3.1.3的下一跳保持不变，既为环回地址，意味着发出的信息没有对方接收。再查看千湖市汇聚2区PTN1和百山市汇聚1区PTN1的OSPF邻居表如图5-14、5-15所示。图5-14千湖市汇聚2区PTN1OSPF邻居表图5-15百山市汇聚1区PTN1OSPF邻居表发现千湖市汇聚2区PTN1是没有建立起邻居连接，而百山市汇聚1区PTN1的OSPF邻居表中有对应的接口，所以错误一定发生千湖市汇聚2区PTN1。c.进行自我分析和判断通常来说，导致两个设备之间无法ping通的原因可能有很多，但是此处发现在其他设备都能Ping通的情况下，就可以把问题的根源缩小到这两个设备上，又因为PTN1的邻居表示空白的，说明一定是PTN1出现了问题，此刻再检查PTN1的路由表，它的目的地址和下一跳IP地址都是配了的，所以有可能是VLAN出现了问题，然后再去检查VLAN，进行相关的调测。d.整理可能的原因1.汇聚2区PTN1的关联VLAN配置错误。2.其他网络节点路由配置错误。e.对可能原因进行排错验证发现对应的关联VLAN是填了的，如图5-16所示，接口状态也为“up”，所以考虑是否VLAN的位置没有匹配，将14和13互换一下，如图所示，再进行调试。图5-16排错验证f.重新进行调试调试结果如图5-17所示。图5-17调试结果由调试结果知可以Ping通，故障得到了排除，所以对设备进行正确的调试也是保障承载网实现互通的关键因素。第6章总结与展望在学习了IP承载网的相关原理之后，总结出了对承载网互通有着重要影响的关键因素，然后对千湖市和百山市进行了承载网互通模型的搭建，完了成他们的网络拓扑规划、承载网设备配置与链接、承载网数据配置，然后借助仿真软件成功验证了百山市与千湖市的互通系