毕业设计论文IP城域网的网络规划与应用设计.doc

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1、IP城域网的网络规划与应用设计摘 要宽带 IP 城 域 网是采用TCP/IP协议互联起来的，以电信网的可管理性、可扩充性为基础，在城市的范围内汇聚宽、窄带用户的接入，面向满足集团用户(政府、企业等)个人用户对各种宽带多媒体业务(互联网访问、虚拟专网等)需求的综合宽带网。本文的主要研究目的是对平谷宽带IP城域网进行规划和设计，使其成为一个性能优良的、可运营可管理的、可盈利可扩展的安全的可持续发展的宽带IP城域网。本文论述了宽带IP城域网的基本理论知识，包括宽带IP城域网的基本概念，宽带IP城域网的体系结构，宽带IP城域网组网的主要技术的基本原理以及技术本身的优缺点，宽带IP城域网组网的主要接入技

2、术及其适用的范围等，宽带IP城域网的总体要求，宽带IP城域网网络规划设计的原则和技术要求。本文简要研究了宽带网的层次性结构：骨干层、汇聚层、接入层。平谷宽带IP城域数据网建设涉及的主要技术包括：用户接入技术、IP传输技术、IP路由技术及IP地址分配与管理等。关键词：IP城域网网络规划 设计方案AbstractBroad band IP MAN is a nintegrated broad band network,which is connectedby TCP/IPprotocols, based on the manageability, the expansibility of the

3、telecommunication network,gathering together the access of broadband and narrowband users, meeting various needs ofbroadband multi-media services (Internet visit, VPN, etc) of group users (government,enterprises and so on)and personalusers.The main research purpose of the thesis is to reasonably pla

4、n and design The Broadband IP MAN of Pinggu Network, making it to be an excellent performance, administrationable, manageable, profitable, extensible, safe and developable continuously broadband IP MAN.The thesis discusses the Basic theory of the Broadband IP MAN,including the Basic concept of Boadb

5、and IP MAN,the system structure of Broadband IP MAN,the Basic principle,merits and demerits of main technologies to organize Broadband IP MAN,the main access technologies and the adaptive scope to organize Broadband IP MAN and so on, the overall requirement of Broadband IP MAN,the principle and the

6、requirements of technologies to plan and design Broadband IP MAN.This thesis briefly introduces the hierachical structure of the broadband network : the core layer, the distribution layer, and the access layer. In the execution of Data MAN Project,some key technical shall be the essential element: T

7、he terminal access technical,IP transmission technical,IP route and IP address technical etc.Key words: IP MAN, network programming，design project.目 录第1章 引 言51.1 课题背景51.2 研究内容6第2章 城域网技术72.1 基本概念72.2 基本业务72.2.1 业务类型72.2.2 典型业务描述82.2.3 其它增值业务92.4 网络传输技术102.4.1 IP over ATM102.4.2 IP over SDH112.4.3 IP

8、Over Gigabit Ethernet122.4.4 IP over DWDM122.5 主要接入技术122.5.1 ADSL132.5.2 FTTx+LAN142.5.3 HomePNA152.5.4 HFC16第3章 平谷区城域数据网设计方案183.1 设计基本原则183.2网络的物理环境193.3 网络的结构193.3.1 网络平台的定位193.3.2网络设计的技术要求203.4 网络组网结构233.4.1 各种宽带技术233.4.2 动态IP光纤传输技术(DPT)243.4.3 DPT与其他宽带技术的比较253.4.4 网络主干拓扑结构263.4.5 网络接入结构273.5 网络管

9、理273.6 网络中心机房283.7 基本业务的实现29第4章 研究展望314.1 IPV6 的融合314.2 核心网络向全光网络发展32结束语33参考文献34致谢35第1章 引 言1.1 课题背景随着通信业务的发展，internet业务以远高于摩尔定律的速度飞速发展，相应的internet接入技术和internet组网技术也迅速的更新换代，几个典型的技术代表在1999年到2005年之间相继出现并迭代交叉，如ISDN，XDSL等。伴随着业务需求发展和通信4+1竞争格局的形成，移动、联通、网通和电信等几大国内主流运营商纷纷加大城域数据网的建设力度，抢占数据用户这块蛋糕。尤其是老字号通信旗帜南电信

10、、北网通在2000年到2004年期间，一方面改造原有的窄带接入网络，整合 FR，DDN 和 163/169 拨号接入网络；另一方面基于ATM骨干网整合建设新的数据网，并延伸了城域网的概念，在IP 领域引入大城域网概念，扩大 IP 管理和接入域。在这个前提下，承前启后的城域数据网的规划工程以本地网为单位先后启动。经过近5年的建设，国内各个本地网已经形成了以DSL为基础，整合了Lan技术的Dslam宽带接入为主体的城域数据网络结构，网络建设进入平稳发展的成熟期。继中国通信大发展之后，亚非拉其他第三世界国家也进入了类似与中国 20 世纪末、21 世纪初的高速发展期，而且凸现在移动和数据领域的超高速发

11、展，其发展规律和建设方式也和中国有着惊人的类似之处。在此，依据前期国内的工程经验，总结了本地网级别的城域数据网的建设特点和规律。以此为城域数据网的建设提供参考和建议1。一般来说，城域网规模比局域网要大，但是他们使用的技术相近。 它可能覆盖一组邻近的公司办公室或者整个城市，这样的网络可能是私有的或公共的。城域网可以同时支持数据和声音的传输，甚至可以和当地有线电视连连通起来。城域网的设计，可以拓展到整个城市的各个角落。 它可以以单个网络形式存在，譬如以有线电视网的形式存在或者以多个局域网的形式存，各局域网资源共享，形成了一个更大的端到端的网络。例如，一个公司可以通过一个城域网将整个城市中各地的局域

12、网办公室给连接起来。宽带 IP 城 域 网是采用TCP/IP协议互联起来的，以电信网的可管理性、可扩充性为基础，在城市的范围内汇聚宽、窄带用户的接入，面向满足集团用户(政府、企业等)个人用户对各种宽带多媒体业务(互联网访问、虚拟专网等)需求的综合宽带网。随着 数 据 通信业务的日益增长，数据业务成为电信运营商的新的利润增长点。因此，为了企业自身的发展，尽快抢占新的市场，适应市场的需求，建设一个可运营的、可管理的、可盈利的、可扩一展的安全的可持续发展的宽带IP城域网是十分必要的。因此，规划和设计一个合理的电信级的可平滑发展的宽带IP城域网显得极其重要。网络建设和规划方案的执行是个长期的工程， M

13、PLS的业务实现和网络的配置、IP网络向IPV6的网络演进、网络技术的融合发展以及光交换的发展方向等等，都是我们需要在城域数据网工程建设中需要加强和考虑的内容，也是未来城域数据网建设、完善的重点。数据通信网、多媒体通信网发展迅速，相继建成了覆盖各地州市的ATM宽带网，并开展了IP宽带网城域网的建设。1.2 研究内容本文针对城域数据网为主体，结合数据接入部分进行研究。主要涉及如下方面：1、 基础业务及数据调研。本人基于平谷区的数据用户市场调研，对用户需求进行了预测，包括基础业务、VPN业务和其他增值业务等。2、 技术分析。本文中对现阶段的数据网主要技术进行了分析和对比，主要针对工程中涉及到的接入

14、技术、传输技术、IP 路由策略、IP 地址分配等，从实用性、技术优势和特点进行了分析。3、 工程方案。在上述的业务分析和技术分析的基础上，提出平谷城域数据网工程的建设方案，体现为网络结构、设备配置、IP路由配置、网管和计费支撑系统的方案等。4、 网络发展展望。对于 IP 地址规划、网络技术融合等方面，进行了展望，并给出了建议。第2章 城域网技术2.1 基本概念城域网是指覆盖城市及其郊区范围、为城域多种业务和通信协议提供综合传送平台的网络，特别是应用于大中型的城市地区。城域网应以多业务光传送网络为基础，实现话音、数据、图像、多媒体、IP等的接入。其中在传输的基础上，以宽带数据设备叠置组建的城域数

15、据网是基于宽带技术，以电信网络的可管理性、可扩充性为基础，在城市范围内汇聚宽带、窄带用户的接入，面向满足集团用户（政府、企业等）、个人用户对各种宽带多媒体业务（互联网访问、需拟专用网等）需求的综合宽带网络，是电信网络的重要组成部分，向上与骨干网络相连2。2.2 基本业务2.2.1 业务类型根据业务对实时性要求的不同及提供方式的不同，将业务分为如下几类：（1） 实时业务：该类业务包括双向、双方和多方业务。在进行通信时要求具有实时响应，要求提供业务的网络能够保证严格的延时和抖动。（2） 非实时业务：该类业务通常为信息传输业务，对网络没有严格的延时和抖动要求。如传统的IP业务（e-mail、FTP、

16、Web等）。（3） VPN业务：在公用网络平台上构筑不受地域限制而受企业统一策略控制和管理的企业网络。（4） 带宽和波长出租业务：在IP网络上为用户提供类似于电路专线的专线业务。下表为各类业务的典型业务：表 2.1：典型业务业务具体应用非实时业务（传统IP业务）e-mail、FTP、Web、电子商务等实时业务（传统电信业务）电话/传真多媒体会议（+非实时业务）远程教学（+非实时业务）远程医疗（+非实时业务）2.2.2 典型业务描述如窄带拨号业务、ISDN接入、宽带小区接入、VPDN和VISP等。1、e-mail 业务：利用电子邮件技术，应用于接受信件、发送信件、文件转发等。2、FTP 业务：利

17、用异地主机的FTP文件交换或用Telnet仿真终端接入，完成远程异地科学计算及信息处理。3、WEB 业务：基于WEB技术，为了增强多媒体检索功能，采用JAVA、公共网关接口（CGI）等技术，以适合各种场合的需要。4、VPN 业务：虚拟专用网（VPN）是指在公用网络平台上构筑不受地域限制而受企业统一策略控制和管理的企业网络。主要应用于内联网互连、外联网互连、远程用户接入等。5、电子商务业务：电子商务是利用INTERNET进行贸易。可应用于房租、水、暖、电收费等业务，电信收费业务，市政收费业务，各种罚款收费业务，电子银行，电子税务，电子购物，电子商品交易市场。6、IP 电话/传真业务:IP 电话/

18、传真是利用语音压缩技术，主要应用为电话到电话、电话到PC、PC到电话和PC到PC方式的电话业务等。7、多媒体会议业务:基于TCP/IP的会议业务，可应用于：虚拟专网中的多媒体会议业务、公众多点多媒体会议业务等。8、远程教学业务:多媒体远程教学是一项综合性的多媒体应用，从一般的多媒体信息检索供远程教学用，到远程面对面教学。9、远程医疗业务:多媒体远程医疗可应用于：远程医疗手术示范，远程专家会诊，高清晰医疗图象传送，医生与病人远程问诊、协和处理、处方讨论、医案讨论，远程医疗信息的采集和处理，医疗视象图象片段的播放等。10、带宽出租:城域数据网的出租业务除了主要面向有大需求的网络运营商外，另外也可直

19、接面向大型企业提供企业互连业务，即带宽和电路批发业务，以及大颗粒的管道出租，及光纤和波长出租业务3。带宽和波长出租业务主要包括：（1） 专线传输：提供Nx64K、第2章 城域网技术简介2M 不等速率通道；（2） IP 传送业务：提供二层 VPN 服务，如以台透传、ATMPVC等。2.2.3 其它增值业务城域数据网可以支持其它增值业务，例如防火墙服务、安全性服务、数据存储服务、网络管理服务、强制门户、内容过滤等。2.3 基本网络结构一般地，城域数据网络从层次上应该划分为核心层、汇聚层和接入层等三个层次。也有核心层与汇聚层合设方案，即网络存在两个层面。核心层与汇聚层合设的基本原则为：宽带用户数小于

20、10000户、窄带用户数小于30000户和城域网覆盖半径小于60公里；反之核心层与汇聚层分设4。各层次的网络分别实现相应的功能：（1）核心层为城域网提供路由功能，它必须为整个网络提供一个高速、宽带的中心连接，并能提供所有城域网出去Internet 所需要的路由服务。高性能、无阻塞、可靠以及容易扩展是对核心交换设备的主要要求。（2）汇接层完成各个接入层到核心层的连接，将同时保持第二层交换和第三层路由功能。（3）接入层是直接面对用户的一个层面。它为广大的用户提供10/100M的高速接入。2.4 网络传输技术新一代宽带IP网络要建立在现有的网络技术基础上，建立在当前最先进的网络传输技术基础上。自二十

21、世纪九十年代以来，陆续出现并大量应用的宽带网络技术主要有IPoverATM（也称为IP+ATM）、IP over SONET/SDH、IP over DWDM、IP Over Gigabit Ethernet 等，下面分别介绍这几种技术的特点，并进行比较。2.4.1 IP over ATMIP over ATM 的基本原理和工作方式为：将 IP 数据包在 ATM层全部封装为ATM信元，以ATM信元形式在信道中传输。当网络中的交换机接收到一个 IP 数据包时，它首先根据IP 数据包的IP 地址通过某种机制进行路由地址处理，按路由转发。随后，按已计算的路由在ATM网上建立虚电路（VC）。以后的IP

22、数据包将在此虚电路VC上以直通（Cut一Through）方式传输，直到下一个路由器，从而有效地解决了IP网络中路由器的瓶颈问题，并将IP包的转发速度提高到交换速度5。实现IPoverATM， 把相应的解决方案分为两种模型：重叠模型和集成模型。IP Over ATM 具有以下特点：优点：（1）由于ATM技术本身能提供QoS保证，因此可利用此特点提高IP业务的服务质量。（2）具有良好的流量控制均衡能力以及故障恢复能力，网络可靠性高。（3）适应于多业务。（4）对其它几种网络协议如IPX等能提供支持。缺点（1）对IP路由的支持一般，IP数据包分割加入大量头信息，造成很大的带宽浪费（一般为2030）。（

23、2）在复制多路广播方面缺乏高效率。（3）由于ATM本身技术复杂，导致管理复杂，在扩展性方面最问题还是对于两个分立的网络进行管理的复杂性。IP和ATM基于完全不用的协议体系（无连接和基于连接），它们都有其各自的地址模型、路由协议、信令协议和资源分配方案。在一个基于分组的网络环境中实现IPOverATM是很困难、很复杂的。（4）PVC的N2问题严重限制的网络的可扩展性。（5）由于闭合网的结构（完全网状连接）造成对内部网关 IGP的较大压力。（6）由于ATM SAR限制了接口的带宽，目前ATM接口最大带。2.4.2 IP over SDHIP Over SDH 以 SDH 网络作为 IP 数据网络的

24、物理传输网络。它使用链路及PPP协议对IP数据包进行封装，然后再由SDH通道层的业务适配器把封装后的IP数据包映射到SDH的同步净荷中，在光纤中传输。IP over SDH，也称 Packet over SDH（PoS），它保留了 IP 面向无连接的特征。支持IPoverSDH技术的协议、标准和草案主要有： PPP 协议 简化的数据链路协议（SDL）IP over SDH 具有以下特点：优点：（1）对IP路由的支持能力强，具有很高的IP传输效率。（2）符合Internet业务的特点，如有利于实施多路广播方式。（3）能利用SDH技术本身的环路，故可利用自愈合（Self-healingRing）能

25、力达到链路纠错；同时又利用 OSPF 协议防止链路故障造成的网络停顿，提高网络的稳定性。（4）省略了不必要的ATM层，简化了网络结构，降低了运行费用。缺点：（1）仅对IP业务提供好的支持，不适于多业务平台。（2）不能像 IP over ATM 技术那样提供较好的服务质量保障（QoS）。2.4.3 IP Over Gigabit Ethernet千兆以太网的第3层交换骨干技术日趋成熟，正逐步在企业大楼网、园区网、城域网和局域网骨干上取代了传统的ATM，城域网和局域网成为目前千兆以太网骨干和 ATM 骨干的分水岭，今后，ATM技术的出路在于电信级广域网。此外，IP QoS 技术日趋成熟以及IP语音

26、和视频应用技术的不断发展，逐步取代了传统的基于ATMQoS实现的语音和视频应用6。基于第 3/4 层交换的城域网和局域网解决方案的设计前提是基于策略的联网，它对于有效管理一体化网络至关重要，而且交换机性能在使用、实施或跟踪策略时不能降低。在多业务网络中，以整体性能的下降为代价来为电话分配高优先级不是理想的解决方案。此外，随着千兆以太网标准的不断发展和应用，特别是10G以太网标准的不断成熟，IPOverGigabitEthernet 或 IPOver10GEnthernet 将成为 LAN/MAN 的主流。2.4.4 IP over DWDMIP over WDM，也称光因特网。DWDM（密集波

27、分复用）一般峰值波长在 110nm 量级的WDM 系统称为 DWDM。在此系统中，每一种波长的光信号称为一个传输通道（channel）。每个通道都可以是一路 155Mb/s、622Mb/s、2.5G/b 甚至 10Gbs 的 ATM 或 SDH 或是千兆以太网信号等。DWDM 提供了接口的协议和速率的无关性，在一条光纤上，可以同时支持 ATM、SDH 和千兆以太网，保护了已有投资，并提供了极大灵活性。目前，在局域网中主要采用千兆以太网帧结构，此种格式下报头包含的网络状态信息不多，但由于没有使用一些造价昂贵的再生设备，因而成本相对较低。由于使用的是“异步”协议，对抖动和时延不那么敏感。同时由于与

28、主机的帧结构相同，因而在路由器接口上需对帧进行拆装分割（SAR）操作和为了使数据帧和传输帧同步的比特塞入操作7。2.5 主要接入技术随着用户宽带接入互联网的需求，各运营商都在利用现有的网络，采用各种不同宽带接入手段建设宽带接入网。目前利用光纤或者无线的方式，通过ATM或者纯IP的技术已经解决了宽带接入到用户所在的社区，包括一些用户相对集中的地方，例如酒店、办公写字楼等。而进一步接入到家庭和用户侧的方式又有不同。这主要是用户现有的条件造成的，有的地方已经铺设了5类线，而有的地方只有模拟电话的双绞线。目前宽带接入的模式如图所示：图2.1：宽带接入模式图2.5.1 ADSLXDSL 是以铜质电话线为

29、传输介质的传输技术组合，它包括HDSL、SDSL、VDSL、ADSL 等。ADSL 在一对铜线上支持行速率640Kbps，下行速率可达6-8Mbps，有效传输距离为3-5公里。无分离器的 ADSL G.Lite 上行速率可达 512Kb/s，下行速率为1.5Mb/s,有效传输距离为 3-5 公里。VDSL 的接入方式，下行速率为 13Mb/s、26Mbs、52Mb/s、155Mb/s，上行速率可达 2Mb/s 以上，传输距离为100米1公里。业界许多专家都坚信，以ADSL为主的xDSL技术终将成为铜双绞线上的赢家，目前采用普通拨号Modem及N-ISDN技术接入的用户将逐步过渡到ADSL等宽带

30、接入方式，并最终实现光纤接入8。2.5.2 FTTx+LANFTTX+LAN 是一种利用光纤+5 类线方式实现“千兆到小区、百兆到大楼、十兆到家庭”的宽带接入方案，小区内的交换机和局端交换机以光纤相连，小区内采用综合布线，用户上网速率可达10M/100Mbps，网络可扩展性强，投资规模小。LAN(LocalArea Network,局域网)技术主要采用以太网技术，以信息化小区的形式为用户服务。在中心节点使用高速交换机，为用户提供 FTTZ（光纤到小区）+LAN(网线到户)的宽带接入。用户只需一台电脑和一块网卡，就可享受网上冲浪、VOD（视频点播）、远程教育、远程医疗和虚拟社区等服务。 对于房产

31、开发商整体开发的在建或待建的居民住宅小区，电信局采取与房产商合作的形式，共同建设信息化小区。电信局在小区建设期间，提前布放光缆及五类线，等到居民入住以后，即可使用宽带业务。另外，对于用户已入住的小区，对电脑拥有率较高、有使用宽带业务意向的居民较多、用户比较集中的优先发展建设成为信息化小区。电信局同样可以提供光纤到企业、光纤到大楼的服务，用于满足集团用户的宽带业务需求9。FTTX+LAN接入方式的特点：1、传输带宽（提供 100 兆到大楼、10 兆到桌面的高速接入）；2、提供各种多媒体服务；3、24 小时随意上网,不受时间限制；4、全新的网络结构,无需使用电话线；5、结构简单，维护方便；6、可靠

32、性和安全性高、扩展性强；FTTX+LAN接入方式可以提供的服务：1、拥有高带宽 INTERNET 接口，为用户提供高速上网；2、电子商务；3、提供远程多点电视会议、远程教学、远程医疗等业务；4、视频点播（VOD），充足的片源、足够的带宽、满意的效果；5、小区物业自动化管理（三表抄送、门禁管理.）；6、组建大用户 VPN，提供带宽出租，组建宽带虚拟局域网。2.5.3 HomePNAHomePNA 系统是用户线接入多路复用器(Phoneline NetworkAlliance)。该系统在现有的铜线和光纤网络上提供每个用户1Mbps 至 10Mbps 的高速数据传输。HomePNA 在网络中位于宽带

33、接入服务器到终端用户之间。HomePNA 主要面向高速 Internet 接入，LAN 互连等应用Phone line Networking （电话线组网）是目前组网的一种方式。在中国，目前接入家庭的可能传输数的线缆主要有三种：电话线缆、有线电视线缆和电力电缆。如何在不需重新布线的情况下，利用现有的这三种线缆以相对小的代价来宽带接入互联网，将面临许多商用网中未曾遇到过的设计和技术难题，也就是我们最头痛的瓶颈部分之一-“最后100米”接入技术。HomePNA是利用现有电话线高速接入互联网的技术10。HomePNA 特点：l 速度快HomePNA的接入速率上下行1Mbps(HomePNA1.0)

34、/ 10Mbps（HomePNA2.0)。这是拨号上网56Kbps所根本无法比拟的。l 收费低用户使用网络服务不必支付额外的电话费，采用包月制或计时制灵活的收费方式，十分经济合算。l 免拨号随时在线，免除断线重拨的烦恼，即使完全不懂网络知识的人也可轻松上网。l 共享上网有的家庭有多台 PC 机或便携式，使用我们的 HomePNA 控制卡可以实现，公司，家庭内部共享和Internet共享。l 施工简单无需重新布线，只需在原有的电话线路两端加装简单的端设备，不破坏装修，不影响电话的使用。l HomePNA的实现原理HomePNA 技术能够分离通过一条电话线传送的声音和数据业务。声音传送的波段在 2

35、0Hz 和 3.4kHz 之间，而 XDSL 利用25kHz1.1MH 这一波段，HomeNet 设备则利用 5.5MHz9.5Mhz波段，因此当用户利用同一条电话线访问因特网同时可以使用电话或发传真，也根本不会相互影响。HomePNA 国际标准技术是HomeNet 的解决方案之一。HOMEPNA 的系统结构如图 2.2 所示：图2.2： HomePNA系统结构2.5.4 HFCHFC 网络是光纤/同轴电缆混合网，其结构如图 2.3 所示。光发射机光节点射频放大器用户 光纤 同轴电缆分配网络 图2.3 HFC网络结构前端或局端信号经由光纤网络传输至光节点，光电转换将光信号转换成电信号，再经由总

36、线结构的同轴电缆分配网络至各个用户端的网络结构。HFC 是在有线电视网（CATV）的基础上发展起来的一种宽带接入技术，其网络结构为树型或总线型，从前端至小区光节点采用光纤传输，从光节点到用户终端采用同轴电缆，整个光节点内部网可提供的带宽，由光节点内的所有用户共享。利用现有的有线电视线缆基础，对有线电视网进行双向和扩频改造，将家庭用户的计算机通过有线电视网接入Internet。由局端至光节点上可以采用各种组网形式，如星形、环状自愈型等11。第3章 平谷区城域数据网设计方案3.1 设计基本原则平谷城域数据网是 ChinaNet 骨干网在平谷城域范围内的延伸，他具有承载各种多媒体业务的功能，汇聚了宽

37、、窄带用户的接入，以电信网络的可靠性、可扩充性为基础，来满足政府部门、企业和个人等用户，对各种宽带的基于IP的多媒体业务（互联网访问、虚拟专用网等）的需求。前期用户接入主要提供两种方式：ADSL方式和以太网方式。用户首要定位在各种大客户，主要有政府机关、企事业单位、医疗部门、教育部门等行业和部门。大力发展ISP服务，并为其他ISP、ICP提供优质的接入手段。开放的主要业务有：用户高速上网、远程教育、远程医疗、视频点播、会议电视、网上娱乐业务等。平谷城域数据网将是一个分层次的，支持多业务接入的，以IP 交换为核心的网络。网络根据功能划分为三层：骨干核心层、业务汇聚层和业务接入层。网络骨干核心层主

38、要完成全网的核心路由转发或终结处理，负责与其他网络的互联互通。骨干层原则上不直接进行业务接入；汇接层主要完成高带宽和大数据量的交换，负责区域业务的汇聚和疏导，具有多业务接入的能力；网络接入层主要完成各种业务的接入，具有 ADSL、Ethernet、FR、DDN 等业务接入接口，主要为大集团用户和重点用户、智能大厦、智能小区等用户提供快速灵活的接入服务。充分考虑全程全网和网络维护操作的简便性。技术透明度较高、有很好的信誉、技术解决方案较完善、网管和网络设备便于维护充分考虑网络技术的先进性和成熟性。只有利用先进成熟的网络技术才能建设成完善先进的网络，才能为用户提供满意优质的服务。在此基础上，还要对

39、网络新技术的跟踪，以便为以后的核心网络交换技术的发展留有升级的空间，避免使网络工程建设成为产品厂家的试验品。充分利用现有接入网局址的优势，结合平谷电信接入网建设思想，发展宽带接入，并尽量发掘现有接入网络的潜力。以市场调查和市场需求为网络建设的导向。在建设了平谷宽带骨干网络的前提下，哪里有需求就在哪里建设接入设备。3.2网络的物理环境网络的建设可以分为两期工程：一期工程完成骨干网络的建设和五个骨干节点机房的建设，包括广电中心、区医院、区政府、区教委和个私营。管理范围主要覆盖主城区的政府机关、医院、学校等单位。虽然一期工程的节点数少，但必需考虑二期工程中众多分节点的接入，而且还要留下充足的余量为以

40、后增加分节点数量。二期工程完成区级的分节点的接入，据统计五个骨干核心节点的交换接入如下：1. 广电中心(17个分节点)2. 区医院(11个分节点)3. 区政府(15个分节点)4. 区教委(5个分节点)5. 个私营(21个分节点)铺设的单模光纤，无中继传输距离可以达到15公里，可以满足核心主干与分节点之间的光纤直联。可以由分节点的交换机通过光纤直接联到核心节点的局域网交换机上实现接入。3.3 网络的结构3.3.1 网络平台的定位根据平谷IP数据网的要求，该网络定位为营运级的宽带IP网络。首先，该网络是一个IP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IP业务的直接支持。其次，该网络

41、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，该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QoS、业务类别方面有较高保障，从而对用户提供丰富、易用、可靠的服务，并对二级服务网络提供可靠连接。因此，平谷IP数据网应该是一个以TCP/IP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IP网络。3.3.2网络设计的技术要求根据上述总体要求，在技术上必须提供相应的支持和保证。整个网络在技术上定位为IP优化的光学网络，以光纤为主要传输介质，以IP为主要通信协议。IP优化至

42、少包括如下几个要素：1. 络结构的IP优化。网络体系结构以IP为设计基础，体现在网络层的层次化体系结构，可以减少对传统传输体系的依赖；2. IP路由协议的优化；3. IP包转发的优化。适合大型、高速宽带网络和下一代因特网的特征，提供高速路由查找和包转发机制；4. 带宽优化。在合理的QoS控制下，最大限度的利用光纤的带宽；5. 稳定性优化。最大限度的利用光传输在故障恢复方面快速切换的能力，快速恢复网络连接，避免路由表颤动引起的整网震荡，提供符合高速宽带网络要求的可靠性和稳定性。下面从主干层、接入层、可靠性、QoS、扩展性、网络互联、通信协议、网管与安全等方面论述宽带IP网络的技术要求。1、主干层

43、网络承载能力主干网络中路由器/交换机设备相互连接的带宽为622Mbps,并具备升级至10Gbps的连接能力。上述连接要求全部为光纤连接。主干网设备的无阻塞交换容量为2Gbps，具备足够的能力满足高速端口之间的无丢包线速交换。2、 可靠性和自愈能力包括链路冗余、模块冗余、设备冗余、路由冗余等要求。（1） 链路冗余。在主干连接(主干设备之间及其与汇接设备之间的连接)具备可靠的线路冗余方式。建议采用负载均衡的冗余方式，即通常情况下两条连接均提供数据传输，并互为备份。主线路切换到备份线路的时间应小于50ms,以充分体现采用光纤技术的优越性。这种高速的网络自愈特性应可以保证不会引起IP路由的重新计算，不

44、会引起业务的瞬间质量恶化，更不会引起业务的中断。（2） 模块冗余。主要设备的所有模块和环境部件应具备1+1或1：N热备份的功能，切换时间小于3秒。所有模块具备热插拔的功能。系统具备99.999%以上的可用性。（3） 设备冗余。提供由两台或两台以上设备组成一个虚拟设备的能力。当其中一个设备因故障停止工作时，另一台设备自动接替其工作，并且不引起其他节点的路由表重新计算，从而提高网络的稳定性。切换时间小于3秒，以保证大部分IP应用不会出现超时错误。（4） 路由冗余。网络的结构设计应提供足够的路由冗余功能，在上述冗余特性仍不能解决问题时，数据流应能寻找其他路径到达目的地址。在一个足够复杂的网络环境中，

45、网络连接发生变化时，路由表的收敛时间应小于30秒11。3、 拥塞控制与服务质量保障拥塞控制和服务质量保障(QoS)是公众服务网的重要品质。由于接入方式、接入速率、应用方式、数据性质的丰富多样，网络的数据流量突发是不可避免的，因此，网络对拥塞的控制和对不同性质数据流的不同处理是十分重要的。（1） 业务分类。网络设备应支持68种业务分类(COS)。当用户终端不提供业务分类信息时，网络设备应根据用户所在网段、应用类型、流量大小等自动对业务进行分类。（2） 接入速率控制。接入本网络的业务应遵守其接入速率承诺。超过承诺速率的数据将被丢弃或标以最低的优先级。（3） 队列机制。具有先进的队列机制进行拥塞控制

46、，对不同等级的业务进行不同的处理，包括时延的不同和丢包率的不同。（4） 先期拥塞控制。当网络出现真正的拥塞时，瞬间大量的丢包会引起大量TCP数据同时重发，加剧网络拥塞的程度并引起网络的不稳定。网络设备应具备先进的技术，在网路出现拥塞前就自动采取适当的措施，进行先期拥塞控制，避免瞬间大量的丢包现象。（5） 资源预留。对非常重要的特殊应用，应可以采用保留带宽资源的方式保证其QoS。4、 网络的扩展能力网络的扩展能力包括设备交换容量的扩展能力、端口密度的扩展能力、主干带宽的扩展，以及网络规模的扩展能力。（1） 交换容量扩展。交换容量应具备继续扩充48倍容量的能力，以适应IP类业务急速膨胀的现实。（2

47、） 端口密度扩展。设备的端口密度应能满足网络扩容时设备间互联的需要。（3） 主干带宽扩展。主干带宽应具备48倍甚至更高的带宽扩展能力，以适应IP类业务急速膨胀的现实。5、 信协议的支持（1）以支持TCP/IP协议为主，兼支持IPX、DECNET、APPLE-TALK等协议。设备商应提供服务营运级别的网络通信软件和网际操作系统。（2）支持RIP、RIPv2、OSPF、IGRP、IS-IS等多种国际标准的路由协议。根据网络规模的需求，必须支持OSPF和IS-IS 路由协议。然而，由于OSPF协议非常耗费CPU和内存，而网络十分庞大复杂，必须采取合理的区域划分和路由规划(例如网址汇总等)来保证网络的

48、稳定性；应提供适当的路由规划的后备方案。（3）支持BGP4、IDRP等标准的域间路由协议,保证与其他IP网络的可靠互联。6、 网络管理与安全体系（1）支持整个网络系统各种网络设备的统一网络管理。（2）支持故障管理、记帐管理、配置管理、性能管理和安全管理五大功能。（3）支持系统级的管理，包括系统分析、系统规划等；支持基于策略的管理，对策略的修改能够立即反应到所有相关设备中。（4）网络设备支持多级管理权限，支持RADIUS、TACACS+等认证机制。（5）支持安全监控和控制机制，当发现存在安全漏洞和遭到攻击时，应及时通知网络管理人员，并应自动采取适当的措施予以保护。3.4 网络组网结构3.4.1

49、各种宽带技术选择合理的网络主干技术对于一个IP数据网来说十分重要，因为它关系到网络的服务品质和可持续发展的特性。网络主干包括主干网设备之间及其与汇聚点核心设备之间的连接，宽带IP网络的主干必须选用相应的宽带主干技术。目前，可供选择的宽带技术包括以下几种：（1） 千兆以太网技术(GE)。最高传输速率为1Gbps，与以太网技术、快速以太网技术向下兼容。（2） 异步转移模式(ATM技术)。采用信元传输和交换技术，减少处理时延，保障服务质量，使其端口可以支持从E1(2Mbps)到 STM-1(155Mbps)、STM-4(622Mbps)、STM-16(2.4Gbps)的传输速率。（3） SDH技术(

50、或IP over SDH技术)。采用高速光纤传输，以点对点方式提供从STM1到STM64甚至更高的传输速率。其中IP over SDH技术也简称为POS技术，也就是将IP包直接封装到SDH帧中，提高了传输的效率。（4） 动态IP光纤传输技术(DPT)。定义了一种全新的传输方法-IP优化的光学传输技术。这种技术提供了带宽使用的高效率、服务类别的丰富性以及网络的高级自愈功能，从而在现有的一些解决方案基础上，为网络营运商提供了性能价格比极好和功能极其丰富的更先进的解决方案。DPT技术吸取了POS技术的精华，而克服了它的缺点。其关键在于提供了一种对带宽的空间复用(SRP)机制，使带宽可以进行动态分配1

51、3。因此在平谷宽带IP网的核心主干网采用DPT环结构。3.4.2 动态IP光纤传输技术(DPT)动态IP光纤传输技术(DPT)，即 Dynamic Packet Transport， 采用了一种全新的机制，在光纤上直接传输IP包，而其MAC层地址采用空间复用MAC地址。空间复用协议(SRP)，即Spatial Reuse Protocol，是一种与媒体无关的MAC层协议，可以用于各种物理层技术之上。典型的用法是由两根反向光纤组成SRP环，其中每一根光纤都可以用来传输数据和传输反方向的控制信号。其空间复用流程如图所示。图3.1空间复用流程为了区分两个环，不妨将一个叫作内环，另一个叫作外环。SRP

52、运行时，在一个方向发送数据(下行流)，而在反方向的另一根光纤上传输控制信号(上行流)。两根光纤互为控制，因此共有两个上行流和两个下行流。这样，SRP便能最大限度地利用光纤的传输带宽。同时，由于控制信号不受数据流干扰(例如排队、突发拥塞等)，能够快速传输，从而为带宽的进一步优化和网络的高速自愈提供了保障14。由于SRP的媒体无关特性，DPT技术可以透明地运行在现有的各种重要光纤基础设施上：l 裸光纤l 波分复用(WDM)l SDH点对点或环媒体的无关特性还能使DPT运行在上述介质的混合环境中，从而提供了一种向纯IP优化光纤网络平滑过渡的解决方案。动态IP光纤传输技术DPT具有如下特点：l 空间复

53、用：一根光纤环可以分段传输数据，所以至少可以提供两倍的带宽提升因子。l 双环结构：两根光纤同时传输数据，使带宽得到两倍的提高。l 公平机制：所有节点对带宽具有同等的控制权，从而为带宽的统计复用提供了最佳的保障。l 统计复用：网络带宽分段使用，且任意节点间富余的带宽可以被其他节点所使用，以成倍提高可用带宽。3.4.3 DPT与其他宽带技术的比较DPT技术与POS技术相比，其优点主要在于可以动态使用带宽，使带宽的利用率得到大大的提高，并避免了点对点连接的限制，减少了端口数的需要。千兆以太网技术与上述几种技术相比，则在可靠性、扩展性等方面不能满足大型服务性营运商网络的需求，原因在于，其技术路线的核心

54、为简单地提高传输带宽和交换容量，而在其他方面较少突破。千兆以太网技术的主干可靠性一般由所谓的TRUNK技术(在Cisco 即GEC技术)来提供，不仅耗费更多的端口，而且在切换时间、网络自愈等方面远远不能用足光纤网络的潜力，不能满足大型营运级IP网络的要求。换而言之，千兆以太网技术以其低价、简单的技术路线，更适合于园区网主干，或者小型服务商的中小型城域网主干。下面的表格简单地描述了这些技术的特点。值得指出的是，在一个小型、简单的网络中，采用GE技术组网的性能价格比确实较高，但在一个大型、复杂的网络中，采用DPT技术组网的性价比则最高，原因在于SRP环形结构对端口数的需求很少。表1 技术特点比较D

55、PTPOSATMGE可靠性高高中低弹性和可扩展性高高高低带宽使用效率高中低中性价比小型网络低中低高大型网络高中低低3.4.4 网络主干拓扑结构DPT 622M x 2GSR12008GSR12008GSR12008GSR12008区 广电局 市广电厅 平谷区政 府 GSR120平谷区 UBR 7200Cable RouterBi-directionalFiber/Coax PlantHFC 网 以 太 网10M/100M 接 入 VLAN/VPN接 入 网 汇 接 点 Cable ModemCatalyst 550010M/100M 接 入 VLAN/VPN接 入 网 汇 接 点 ATM接入

56、根据网络的层次化结构设计，网络的主干采用Cisco动态IP光纤传输技术DPT。核心骨干节点设备采用OC-12光纤连接形成622MbpsDPT环，IP数据包将直接通过光纤，实现高效，高带宽的网络传输，DPT双环结构使得OC-12在实现负载均衡和备份，保证网络骨干连接在其中一条出现故障时，另外一条可以在很短的时间内接管数据负载。图3.2 平谷区综合信息网DPT IP骨干图配备有DPT卡的Cisco 12000系列互联网路由器被直接安装在光纤上。这可以简化网络，消除现有TDM基础设施的多个不必要的网络层、DACS和ADM。3.4.5 网络接入结构以骨干网络中的骨干设备为中心，外围接入信息汇聚点。接入

57、可采用光纤传输技术，保证它们之间高速连接和网络连接的冗余可靠性。在这里可以用100M的光纤接口连接各个接入汇聚点到网络核心骨干。核心骨干网络与各个接入汇聚点的连接达到100Mbps的带宽。接入汇聚点主要负责终结各种网络接入，通过Ethernet提供高速专线接入。平谷区32个区的接入，我们建议采用千兆以太网与平谷区中心局连接。在32个区采用100M快速以太网连接。IP地址的分配：平谷区宽带IP数据网是由广电中心、区医院、区政府、区教委和个私营五个骨干节点的DPT环与接入骨干节点的各区分节点组成。根据接入骨干节点的各区分节点的数量做出如下IP地址分配：使用私有IP地址，每个骨干节点的IP地址分配如

58、下：广电局中心骨干节点分配8个C类IP地址；个私营骨干节点 分配8个C类IP地址；区医院骨干节点 分配4个C类IP地址；区政府骨干节点 分配4个C类IP地址；区教委骨干节点 分配4个C类IP地址；各区分节点根据应用的不同，规划IP掩码分成不同的子网用于金融VPN、视频会议、远程教学、远程医疗等。3.5 网络管理网管软件选择SUN平台的CiscoWorks2000 for Solaris。CiscoWorks2000是一个基于Internet标准的管理Cisco企业级网络和设备的产品系列。它将最好的路由器和交换机管理功能与基于Web的最新技术结合在一起。这样，它不仅利用了现有工具和设备中内置的管

59、理数据资源，同时为大型、快速变化的企业网络提供新的网络管理工具15。CiscoWorks2000系列产品继承了CiscoWorks、Cisco资源管理器（Cisco Resource Manager）及CWSI（CiscoWorks for Switched Internetworks）的功能，并进行了扩展。CiscoWorks2000由以下几个部分组成：（1） Resource Manager Essentials：RME是一种适用于Cisco路由器、交换机及接入服务器的功能强大、基于Web的网络管理解决方案。它的浏览器接口可轻松接收到对网络正常运转时间至关重要的信息；而它的模块通过处理耗时

60、的管理工作简化了网络的管理，这些工作常干扰了小型至大型企业网的运行。（2） CWSI Campus：CWSI承袭了CiscoWorks for Switched Internetworks的功能。CWSI园区网是一种管理Cisco Catalyst和LightStream交换机的综合管理解决方案，它在单个设备和整个网络范围的基础上提供广泛的网络搜索和显示、配置、LAN/WAN业务及性能管理能力。（3） CiscoView：管理交换的网络需要接入工具以了解设备配置，并在必要时进行改变。不管是独立配置还是在园区网内，CiscoView均可用图象显示所选设备，包括已安装的模块、配置状况，同时提供设备

61、及端口状态的彩色编码图示。（4） 插入式模块：CiscoWorks2000系列产品提供的开放设计使Cisco可迅速增强产品功能以满足客户不断变化的需求。（5） 第三方集成：Cisco与约30家网络管理厂家都使用Cisco管理连接工具包为他们的应用程序建立经过认证的Cisco管理连接，包括Computer Assciates、Hewlett-Packard、Sun Microsystems及Tivoli。3.6 网络中心机房平谷区宽带IP数据网是由广电中心机房的联接。如图3.3。骨干路由器作为骨干网上的核心节点直接接入DPT环中。接入广电机房的分节点是通过局域网交换机以100M的以太网接入。骨干

62、节点的局域网交换机和路由器可以做VPN的划分作为金融机构的虚拟专用网。图3.3 机房拓扑图3.7 基本业务的实现平谷宽带IP网的基本业务主要分为：1、 平谷区政府上网；在网络建成以后平谷区的各个政府部门、机关、企事业和学校等可以通过以太网接入最近的骨干节点或是分节点，实现平谷区政府信息化进程，通过建立信息系统的基础结构，进而全面实现办公自动化、网络化、电子化，全面信息共享。2、 金融业务网络VPN；VPN在表面上是一种联网的方式，比起专线网络来，它具有许多优点。在VPN中，通过采用一种所谓隧道的技术，可以通过公共路由网络传送数据分组。这里，专有的隧道类似于点到点的连接。这种方式能够使得来自许多源的网络流量从同一个基础设施中通过分开的隧道。这种隧道技术使用点对点通信协议代替了交换连接，通过路由网络来连接数据地址。隧道技术允许授权移动用户或已授权的用户在任何时间任何地点访问企业网络。通过TUNNEL的建立，可实现以下功能： 将数据流量强制到特定的目的地 隐藏私有的网络地址 在IP网上传输非IP协