硕士论文-南京IP城域网网络优化及其应用研究.pdf

y 、骑0 3 8 t 学科门类王堂 分类号! 望塑 单位代码! 塑j 密级 舟菇啷孪幺学 工程硕士研究生学位论文 论文题目：壹室! 里塑垫堕塑鳌垡垡壁基 应用研究 研究生 指导 学科 李磊 教师整垦堡型堡塞墨一! 堂墨壹三 去d b计算机技术 专业笪墨型! 蔓查 研究方向! ! 垫堡堕墨塑鲞垫查 申请学位级别 硕士 二oo 六年四月 南京邮电大学 工程硕士学位论文摘要 学科、专业：工学计算机技术 研究方向： i p 城域网及相关技术 作 者：j 塑堕级研究生 李磊 指导教师蜚登堡吐登亟 题目：南京i p 城域网网络优化及其应用研究 英文题目：t h eo p t i m i z a t i o na n da p p l i c a t i o nr e s e a r c ho fn a n j i n g m e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k 主题词：城域网核心骨干网业务接入控制层 i p 网络优化t c p i p q o s 组播 i p v 6 k e y w o r d s ：m a n b a c k b o n en e t w o r kb r a s i pn e t w o r ko p t i m i z a t i o n t c p i p q o s i pm u l t i e a s t i p v 6 南京邮电大学工程硕十研究生学位论文 摘要 摘要 i p 城域网( m a n ，m e t r o p o l i t a na r e a n e t w o r k ) 的概念是由计算 机网深化而来，指介于广域网和局域网之间，在城市及郊区范围内实 现信息传输与交换，为全市各类用户提供宽带( 通常是指2 m b i t s 以 上) 接入的数字通信网络。对一个城市而言，i p 城域网的建设是其 信息化基础设施的重要组成部分；从技术和运营模式来看，i p 城域 网是计算机网络和传统电信网络的融合；从技术发展的趋势来看，i p 城域网是传统电信体系发展的必然趋势。 当前的网络是以千兆以太网为基础构筑的，考虑i n t e r n e t 上的 数据流量带有明显的逐层向上汇聚特征，采用分层汇接式的组织结 构，网络采拓扑结构以星型为主，进一步分为核心层、汇聚层、小区 层和楼宇层四个层次。 i p 城域网的建设使城市的通信业务( 包括传统电信所能提供的电 话、有线电视提供的电视节目传送、以及通过计算机网络所实现的上 网业务、租用业务、虚拟专用网业务 、窄带拨号接入、视频业 务、语音业务等等) 有机地整合在同一个i p 宽带网络平台上。上述 目标并非可以一蹴而就，i p 城域网的建设必须以现实技术为基础， 以客户的需求为导向，采取循序渐进的策略逐步实施，并且要不断的 优化i p 城域网以满足新业务对网络的要求。 主题词：城域网、核心骨干网、业务接入控制层、i p 网络优化、 t c p i p 、q 0 $ 、组播、i p v 6 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文a b s t r a c 丁 a b s t r a c t t h ec o n c e p t i o no fi pm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k ( m a n ) i st h e d e e p e n i n go fc o m p u t e rn e t w o r k i tr e f e r st ot h ed i g i t a lc o m m u n i c a t i o n n e t w o r kb e t w e e nb r o a da r e an e t w o r ka n dl o c a la r e an e t w o r k w h i c h a c c o m p l i s h e st h ei n f o r m a t i o nt r a n s f e r r i n ga n de x c h a n g i n ga sw e l la s p r o v i d i n gb r o a db a n d ( c o m m o n l ya b o v e2 b i f f s ) s w i m ho ns e r v i c e t oa m e t r o p o l i s ，t h ec o n s t r u c t i o no fi pm a ni sa ni m p o r t a n ti n g r e d i e n to fi t s n o r m a l i z a t i o ni n f r a s t r u c t u r e c o n s t r u c t i o n ；f r o mt h e s t a n d p o i n t o f t e c h n o l o g ya n do p e r a t i o nm o d e ，i pm a ni st h ea m a l g a m a t i o no f c o m p u t e rn e t w o r ka n dt r a d i t i o n a lc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ；f r o mt h e s t a n d p o i n to ft e c h n o l o g yd e v e l o p m e n tv e n d ，i pm a ni st h ei n e v i t a b l e t r e n do f t r a d i t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m d e v e l o p m e n t t h ep r e s e n tn e t w o r ki sc o n s t r u c t e db a s e do nt h et h o u s a n dm b i te t h e m e t c o n c e r n i n gt h ed a t ao u t f l o wo fi n t e r n e t ，t h i sn e t w o r kh a so b v i o u s c h a r a c t e ro f a s s e m b l i n gu p w a r dl a y e ro fl a y e ra n d a d o p t s t h e o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r eo fd e l a m i n a t i o n t a n d e m t h es t r u c t u r eo f n e t w o r ki sf u r t h e rd i v i d e st of o u rl a y e r s ：c o r el a y e g a s s e m b l i n gl a y e r , b u i l d i n ga r e al a y e ra n db u i l d i n gl a y e r t h ec o n s t r u c t i o no fi pm a nm a k e st h ec o m m u n i c a t i o nb u s i n e s s e s o fa m e t r o p o l i s ( i n c l u d i n g t h e t e l e p h o n ep r o v i d e db yt r a d i t i o n a l t e l e c o m m u n i c a t i o n ；t h et vp r o g r a mt r a n s f e r r i n gp r o v i d e db yc a b l et v ； t h ei n t e m e tb u s i n e s s ，r e n t i n gb u s i n e s s ，v p n ，n a r r o w b a n dd i a l i n gb u s i n e s s v i d e of r e q u e n c yb u s i n e s s ，a u d i ob u s i n e s sa c c o m p l i s h e d t h r o u g hc o m p u t e r n e t w o r ke t c - - i n t e g r a t e do nt h es a r n ei pb r o a d b a n dn e t w o r kp l a t f o r m t h e t a r g e t m e n t i o n e da b o v ec a n n o tb e a c c o m p l i s h e da to n em o v e ；t h e c o n s t r n c t i o no f i pm a nm u s tb eb a s e do np r e s e n t t e c h n o l o g ya n dg u i d e d b yt h ec l i e n t sr e q u e s t ，a d o p t i n gt h es t e p b y - s t e ps t r a t e g ya n dc o n t i n u a l l v o p t i m i z et h ei pm a nt os a t i s f yt h en e t w o r kr e q u e s t so f n e wb u s i n e s s e s 南京邮电大学t 程硕j 研究生学位论文 a b s t r a c t k e w o r d s ：m a n 、b a c k b o n en e t w o r k 、b r a s ，i pn e t w o r ko p t i m i z a t i o n 、 t c p i p 、q o s 、i pm u l t i c a s t 、i p v 6 南京邮电大学学位论文独创性声明 y s 5 0 s s t 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 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 含为获得南京邮电大学或其它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 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名 日期：型：生 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 一他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 p 研究生签名：瓤导师签名：琏沮期：丛：竺多 南京邮电大学工程硕l 研究生学位论文 第一章概述 随着国民经济的持续高速发展以及计算机的日益普及特别是数据通信的爆 炸性增长，社会各行各业对通信的需求越来越高。同时，通信技术的发展又为用 户提供了丰富的业务，其中数据业务的发展对整个社会的影响尤为突出。电子商 务、视频点播、远程医疗，远程教育等新业务的诞生促进了宽带网络的发展。因 此，新一代的宽带网络不仅具有多样化的接入方式，而且是快速转发数据的核心， 并能够提供丰富的增值业务。 南京电信宽带i p 城域网从2 0 0 0 年开始建设，几年来宽带用户发展迅速，截 至2 0 0 4 年1 0 月2 0 号，宽带网a d s l + l a n 已有用户2 3 万左右，其中a d s l 用户 大约1 8 5 万，l a n 用户近4 5 万。预计到2 0 0 5 年年底宽带用户总数将发展到4 0 万，其中a d s l 用户数和l a n 用户数预计为4 ：1 的比例，即a d s l 用户3 2 万，l a n 用户为8 万，同时到了2 0 0 5 年年底将有6 0 a d s l 高端用户的下行带宽从1 m 提 升至2 m 。 为了保证在宽带用户数迅速扩大以及增值业务、v p n 等多种业务迅速发展的 情况下，南京i p 城域网有足够的承载能力和转发性能为用户提供服务，我们在 对现有i p 城域网的运行情况进行了全面的分析得到的客观数据的基础上提出了 南京i p 城域网优化方案并加以了实施。本文将研究南京i p 城域网的优化方案。 首先，先介绍一下i p 城域网的相关概念及业务特点。 1 1 城域网的基本概念 1 、城域网的定义 城域网( m e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k ，m a n ) 是在一个城市范围内所建立的计 算机通信网，简称m a n 。这是9 0 年代初，在局域网( l a n ) 的发展基础上提 出的，在技术上与l a n 有许多相似之处，而与广域网( w a n ) k n 较大。 m a n 的传输媒介主要采用光缆，传输速率在1 0 0 0 兆比特秒以上。所有联 网设备均通过专用连接装置与媒介相联，只是媒质访问控制在实现方法上与 南京邮电人学：_ _ 【= 程硕士研究生学位论文塑整 l a n 小吲。 m a n 的一个重要用途是用作骨干网，通过它将位于同一城市内不同地点的 主机、数据库，以及l a n 等互相联接起来，这与w a n 的作用有相似之处，但 两者在实现方法与性能上有很大差别。m a n 不仅用于计算机通信，同时可用于 传输话音、图像等信息，成为一种综合利用的通信网，但属于计算机通信网的范 畴，不同于综合业务通信网( i s d n ) 。 2 城域网的基本结构 城域网一般分为骨干层、汇接层和接入层( 如图1 - 1 ) 。 璃鬻毓 曩 如图1 - 1 城域网基本结构 骨干层的主要功能是给业务汇接点提供高容量的业务承载与交换通道，实现 各叠加网的互联互通；汇接层主要是给业务接入点提供业务的汇聚、管理和分发 处理；接入层则是利用光纤、同轴电缆、无线接入技术等传输介质，实现与用户 连接，并进行业务和带宽的分配。 3 宽带i p 城域网的特点 i p 城域网是可以用来承载各种不同的业务，比如数据业务、语音业务、视 直室唑皇盔堂三堡墅：! 盟塞生堂笪堡皇 频业务等，但是除了用途更广泛、带宽更高以外 ( 1 ) 宽带( b a n d w i d t h ) 概述 宽带i p 城域网还有许多特色。 宽带i p 城域网拥有比过去传统网络更高的带宽，比如过去网络接入速率上 大多使用 6 4 k 1 2 8 k 2 5 6 k b p s ， 而现在宽带接入则多使用 l m 1 0 m 1 0 0 m 1 0 0 0 m b p s ； 过去在骨干网上大多使用百兆或数个百兆网，而现 在则多使用千兆或数个千兆网，甚至1 0 千兆网。带宽增加会激发新型业务的出 现，而新型业务的推动也会带动带宽的需求，带宽与业务因此会有良性的互动与 增长。因此，城域网的建设必须兼顾现有的带宽处理能力( p e r f o r m a n c e ) 与未来的 扩充能力( s c a l a b i l i t y ) ，才能在不断成长的需求中体现业务平滑升级与设备投资 保障的好处。此外在城域网中提供无阻碍( n o n b l o c k i n g ) 的传输及处理能力也是服 务提供商的竞争优势之一。 ( 2 ) 带宽管理( b a n d w i d t hm a n a g e m e n 0 带宽的扩充并不是惟一的途径，有效地使用或管理带宽也是一个重要的课 题，比如o s p f 或b g p 4 协议中的负载分流、m p l s 协议中的流量工程( t e ) 、接 入网中的指定速率( r a t el i m i t i n g ) 。根据用户的不同等级分别给予不同的带宽， 根据使用者的付费分配带宽，都是带宽管理的例子。 ( 3 ) 服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 服务质量( q o s ) 是指i p 网络的一种能力，是为特定的业务提供其所需要的 服务。在有限的i p 城域网资源下，按使用的原则付费，也可以对用户划分不同 的服务等级，享有不同的资源；即使在同一用户中，也可以依据业务不同而有不 同的服务等级，如多媒体业务( v o i c e 、v i d e o ) 优于数据( d a t a ) 业务，e m a i l 服务高 于w e bb r o w s e r 服务等。 ( 4 ) 冗余备份( r e d u n d a n c y ) i p 城域网逐渐成为各种不同业务的传输平台，人们对它的可靠性也就要求 更高，因此城域网必须有电信级的冗余配置，包括设备、部件( 电源、风扇、模 块、软件) 的冗余；线路的冗余，如p o s 的自动保护转换( a p s ) 、百兆千兆以太 网的捆绑技术( t r a c k i n g ) ；第二层的扩展树( s t p ) 或快速扩展树( r a p i ds t p ) 、第 二层的热备份协议( v r r p 、v r r p e ) 、或路由备份( o s p f 及b g p 4 ) 。在城域网的 各个地方配置相应的冗余备份可大大提高网络的可靠度。 ( 5 ) 安全与控f b l j ( s e c u r i t y c o n t r 0 1 ) 南京邮电大学t ：程硕士研究生学位论文 概述 整个城域网是一个大型的开放平台，网络设备必须提供多种安全功能以保护 自己及用户不受黑客攻击，多种等级的登录( l o g i n ) 、s e c u r es h e l l ( s s h ) 、s e c u r e c o p y ( s c p ) 及h t t p s 是设备自我保护诸多功能中较为人所熟悉的，而防止阻绝 服务( d o s ) 攻击、防止p i n gt od e a t h 攻击、防止地址欺骗( s m u r f l 攻击则是较常见 的用户保护功能。除此之外，如果网络设备能够提供线速访问控制功能，也可以 对网络的安全或控制起到相当大的作用，同时也可以在网络环境中制定不同的策 略( p o l i c y ) ，进行所谓策略路由的功能。 ( 6 ) i p 统计与计费功能( i ps t a t i s t i c s & i pb i l l i n g ) i p 的统计及计费功能可以分为不同的层次，最简单的可以利用s n m p 中的 m i b 来实现，其次可以利用基于取样技术的扩展r m o n ( e x t e n d e d r m o n ：x r m o n ) 来实现，或者更进一步用n e t f l o w 的技术基于数据流( t r a f f i cf l o w ) 的方式来采集统计资料与计费，i p 城域网中有了统计与计费功能后，不但可以 对用户进行细微的计费，同时也可以收集网络的流量资料，作为网络优化与升级 的参考。 ( 7 ) 多种业务的传输平台( m u l t i s e r v i c e s ) i p 城域网的建设可以提供传统的d d n 数据服务( 低速专线、帧中继) ，窄 带接入( r a s ) 、宽带接入( b r o o db a n dr a s ) 、住宅小区、局域网到局域网，企业 虚拟专线服务( v p n ) 、i p 电话、视讯组播( m u l t i c a s ti p ) 、视频点播( v i d e oo n d e m a n d ) 等各种不同的业务。 4 、宽带i p 城域网提供的业务 ( 1 ) 宽带上网 随着各种宽带技术的成熟和普及，可以向用户提供x d s l 、l a n 、w i r e l e s s 等多种方式的接入选择，高带宽的接入使用户享受高质量的网络访问，促进数据 业务的不断进步。用户快速便捷地通过网络获得更多更丰富的信息，w w w 不再 是”w j r l dw i d ew a i t i n g ”。 ( 2 ) 企业v o i p ( f o i p ) 业务提供 ( 3 ) v o d 、m p 3 音乐、交互游戏、i p t v 塑塞坚生盔堂工堡堡婴塞圭兰焦堡塞 壁妻! 一 网络带宽和服务质量的提高，使v o d 、m p 3 音乐、交互游戏等对带宽、服 务质量、延时要求较高的业务得以大量增长，这也是宽带网所能带给人们的最接 近生活的享受之一。 ( 4 ) 远程教育、远程医疗 多媒体远程教育系统以v i d e o a u d i o 工业的最复杂的压缩和传送技术为基 础，采用标准r t p 协议并且把高品质的视频音频和h t m l 页面紧密结合，实现 视频、音频、图像和文字教学材料在1 ) 【j 9 上的实时同步传输。远程医疗是使用远程 通信技术和计算机多媒体技术提供医学信息和服务。 ( 5 ) 会议电视、可视电话 会议电视就是通过传输信道在多个地点进行实时性视频交互通讯的一种联 系手段。宽带城域网的建设为电视会议提供了可靠的网络平台，基于i p 、基于 a t m 的电视会议在企业中的应用越来越多。可视电话使人们的远距沟通更加生 动和亲切。 ( 6 ) v p n v p n 的需求一直是各类企业，尤其是跨地区的企业所急需的，城域网的宽 带化为大量开展v p n 业务提供了网络保证。 ( 7 ) 端口出租、主机托管、虚拟i s p 对于网络运营商来说，对各类i s p 和i c p 提供多样化的服务和灵活的网络资 源组合，是取得效益增长的一个有效途径。 1 2 本文的内容及安排 从目前网络技术的发展趋势看，通信网络向i p 的融合是不可逆转的大趋势， i p 将成为各种通信应用统一的网络平台。英国老牌运营商b t 正在打造其新一代 统一网络平台( 2 1 世纪网络) ，中国电信也在建设其新一代的i p 骨干网c n 2 ，意 图作为下一代多业务承载平台，统一承载n g n 、3 g 、i p t v 、企业互联及互联网等 各种业务。城域网作为i p 网络最贴近用户和业务的部分，其多业务承载能力， 对于通信网络的i p 融合至关重要。以多业务承载能力的提升为目标的城域网改 直塞塑鱼盔堂三堡堡主婴窒生堂焦堡塞 丝垄 造优化，将是国内外电信运营商关注的重点。 相对于国家骨干网，城域网规模庞大、技术复杂，其优化改造工作涉及大量 的投资，本论文将对南京i p 城域网优化改造中的一些技术热点问题进行探讨和 分析。 本论文具体内容安排如下： 第一章为绪论，阐述了城域网的概念，并对i p 城域网的网络结构、网络特 点及所承载的业务做了简单介绍。 第二章介绍了南京i p 城域网的现状，分析了i p 核心骨干层、业务汇聚层及 边缘接入层的问题，并通过网络流量分析模型对现网的m s r 、l s r 及增值业务网 络设备进行了流量分析，得出了南京宽带城域网优化改造的必要性。 第三章介绍了南京i p 城域网网络优化的原则、思路，提出了南京i p 网优化 改造的网络模型。随后，对南京i p 城域网核心骨干层、业务接入控制层、用户 边缘接入层分别提出了优化改造方案，并对其中的主要设备进行了介绍。 第四章介绍了当前o o s 和组播的技术，并根据南京i p 城域网的特点制定了 o o s 及组播部署方案。通过o o s 及组播部署，我们要把南京城域网建设为一个能 提供全面业务支撑能力、能满足不同客户要求、具备优良扩展性和稳定性的综合 业务支撑平台。 第五章介绍了南京i p 城域网q o s 和组播的部署结果及还存在的问题，最后 介绍了南京q o s 和组播的相关组网方式及应用。 最后总结了南京电信i p 城域网优化改造的系统化的解决思路，并展望了下 一代i p 网络协议一i p v 6 技术的特点及优点，采用i p v 6 技术来组建i p 电信网势 在必行。 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 南京i p 城域网现状及分析 第二章南京i p 城域网现状及分析 2 1 南京i p 城域网的现状 南京电信i p 城域网是由中国电信建设的国内最早的宽带i p 城域网之一。它 采用主流的i p 技术进行组网：4 台c i s c oc a t a l y s t7 6 0 9 通过双g e 两两互连构 成骨干层( m s r ) ；2 7 台千兆以太网交换机c i s c oc a t a l y s t6 5 0 9 构成汇聚层 ( l s r ) ；功能丰富的路由器和三层交换机构成用户接入层( z a n ) 。i p 城域网可 以向用户提供高速的因特网接入、小区宽带上网、商业用户局域网高速互连、 v o d 、基于m p l s ( 多协议标签交换) 的安全和低成本的v p n ( 虚拟专用网) 等服务。 b i p 网络目前网络结构如图( 2 - 1 ) 所示： 投巾” 献慷 希一一 麓啦 摭最一 膏期 耳擎由 城村 i 七一 o讧赫舶 熏木 鼻捧生鞲 蓐窘 ， 图( 2 1 ) 目前网络结构图 1 、骨干层核心节点m s r 共设置骨干层核心节点m s r4 个，均采用c i s c oc a t a l y s t7 6 0 9 。分别为 新庄、云南路、长乐路、大行宫，形成市区核心汇接层面。 肇n 甲鱼i 占，t 一 凳优i 1 童 戈扦皇 尊 南京邮电人学工程硕士硼f 究生学位论文鱼室! 批撼型丛及分堑 新庄、云南路、长乐路、大行宫的m s r 作为城域网的总出口，每节点通过 1 条2 5 gp o s 与宽带网出口路由器r 4 或r 5 相连。由r 4 r 5 通过1 0 gp o s 连到 省网路由器a 1 a 2 ( c i s c 0 1 2 8 1 6 ) ，实现与省内其它地市及出省用户的互通。此外， 2 台f o u d r y 8 0 0 0 与r 4 ，r 5 通过双g e 互连，提供1 6 3 窄带拨号用户的接入。 2 、会聚层节点l s r 共设置l s r2 7 个，均采用c i s c oc a t a l y s t6 5 0 9 。分别为： 东区局大行宫、金鹰、光华门、后宰门、苜蓿园 西区局龙江、南湖、汉中门 南区局长乐路、红花村、能仁里 北区局新庄、中央门、吉祥庵、尧化门 中区局鼓楼、云南路、马鞍山、兴中门 江北区局泰山新村、大厂、浦口 五县局江宁、溧水、高淳、六合、江浦 2 7 台l s r 设备，形成区域汇聚层，分别负担全市东、西、南、中、北、江 北及五县的接入。l s r 通过g e 接入相应的m s r 设备( 双归属) ，其中一对g e 接 入云南路或新庄的出网千兆核心节点上，另一对g e 接入长乐路或大行宫的千兆 核心节点上。 由于传输资源原因，高淳l s r 挂在溧水l s r 下；浦e 1 、江浦、六合l s r 挂 在大厂l s r 下。 3 、接入层节点z a n 前期的宽带建设工程在所有的模块局、分纤点及小区中心安装z a n 设备， 使用的华为公司的m a 5 2 0 0 ，总共安装z a n 交换机2 0 0 多个，形成市区和郊县 的全面覆盖。各模块z a n 节点通过一条光路干兆上连到l s r 上。 4 、边缘接入层 z a n ( m a 5 2 0 0 ) 下连的是多个楼道交换机和a d s l 设备，它们都是百兆上 连到接入层节点z a n 上的。 堕室业皇盔堂三堡堡主型壅垒堂笪堡塞望蔓坐型型塑幽世望兰至上丰旦 图( 2 2 ) 南京电信i p 城域网网络拓扑现状 南京市i p 城域网建成以后，覆盖了整个南京市的东、西、南、中、北、江 北区局及五县，已经成为南京市的高速i p 通讯基础平台，满足了大量用户的宽 带上网、v p n 、局域网互连等业务需求。 但是现有的城域网自2 0 0 1 年宽带工程竣工以来一直没有改变，而南京宽带 用户的数量和需求都在不断变化，整个i p 网络的结构及性能都己暴露出了一些 需要改进的地方。 2 2 南京i p 城域网结构分析 1 、核心扩展性问题 核心7 6 0 9 空槽位不够，不利于b i p 网络扩展。现有4 台7 6 0 9 均只剩余一个 空槽位，可扩展性有限。 2 、m p l sv p n 网络结构问题 核心7 6 0 9 不支持m p l sv p n ，导致现有v p n 网络没有核心层，无法扩展。 直室! ! ! 竖鱼盔堂三堡堡：婴壅生堂焦适塞 塑星! 型堡旦婴鲨墨坌堑 现有的m p l sv p n 网络是在长乐路，鼓楼，大行宫和新庄的6 5 0 9 上增加一块 o s m - - 4 g e 模块，做为p e 接入v p n 用户。由于o s m 共只有4 个端口，加匕没 有核心p 设备对p e 进行汇聚，v p n 网络的规模和可扩展性都比较差。对v p n 用户来说，从接入点到p e 要进过2 3 个6 5 0 9 的v l a n 透传转接，不仅浪费局 问光路中继，而且在网络繁忙的情况下服务质量很难保证；对运营商来说，为了 接入n 个用户，就要在核心网中透传n 个2 层v l a n ，用户自家的2 层网络可 能会和运营商的2 层网络的生成树连在一起，容易引起网络振荡，而关闭生成树 协议，又不能自动检测2 层网络可能产生的环路，容易引发广播风暴，不仅影响 v p n 用户，也影响普通的宽带用户。 3 、策略路由( p b r ) 的问题 目前网上保留地址还有几百个用户，导致p i x 和7 6 0 9 的策略路由不能去掉， 大量的a c e ( a c c e s sl i s te n t r y ) 占用了7 6 0 9 的t c a m 资源。7 6 0 9 使用t c a m 硬件处理访问列表，处理性能和普通包转发性能相同，即在硬件处理的情况下 7 6 0 9 对访问列表的处理可以达到线速3 0 m p p s 。而在用户流量比较大的云南路节 点，p b r 使用的a c e 对t c a m 的占用率已经超过了9 0 ，一旦a c e 超出t c a m 的容量，访问列表的处理将从硬件处理转为s u p 2 引擎上的c p u 纯软件处理， 会造成节点崩溃，网络阻断。 4 、6 5 0 9 上联带宽的问题 6 5 0 9 上联到7 6 0 9 的总带宽为4 g ，分别连到2 台7 6 0 9 。但是为了保证使用 保留地址的用户可以进过p i x 上网，必须保证一个用户流出网和入网在同一台 p i x 上完成( 在同一一台7 6 0 9 上) ，这样只能把一台7 6 0 9 做为主用，另外一台做 为备用，带宽闲置5 0 。 5 、m a 5 2 0 0 性能不足 城域网在用的分布式b r a s 和部分集中式b r a s 不能满足新业务( 如n g n 、 i p t v 、v p n ) 承载的需求。现有m a 5 2 0 0 容量偏小，由于m a 5 2 0 0 m a 5 2 0 0 f 支 持的并发p p p o e 数6 0 0 0 - 2 0 0 0 ，以致b r a s 网元设备数量多；老m a 5 2 0 0 的上 行处理能力为3 5 0 m p p s ，不能满足宽带用户的发展。 6 、边缘接入层的性能不足 查室业堕盔兰工堡墅：! 二塑塑圭芏焦堡塞 直塞! ! 垫塾盟理坚堕坌盟 现网的边缘接入层都是采用百兆上连m a 5 2 0 0 的，边缘接入层的设备性能 足，不能承载i p t v 业务，不支持q o s 和组播。 2 3 网络业务需求分析 目前南京宽带i p 骨干网支持多种宽带业务，其中已经开放的业务包括： a d s l ，l a n 方式接入的宽带上网业务 2 1 以3 层v p n 为主的v p n 业务 3 ) v o d 、i p t v 、网络游戏等增值业务 其中宽带上网业务用户最多，增长最快，增值业务流量不太确定，v p n 正 在发展中。在前几次讨论的基础上，我们将根据不同的业务分类，对宽带骨干网 ( 汇聚层+ 核心层) 的带宽需求进行分类分析。 2 4 网络数据分析模型 由于目前i p 网络的分析模型还处于起步阶段，一般以工程经验模型为网络 分析的依据。具体的说，就是： 1 、带宽扩容可以链路峰值利用率做为参考，峰值利用率大于7 0 8 0 就 必须扩容带宽； 2 、转发性能分析可以峰值转发性能和转发总性能的百分比做为参考，若峰 值转发性能大于总性能的7 0 8 0 o ，必须对系统进行升级。 3 、设备c p u 占用率：因为c i s c o6 5 0 9 采用c e f ( c i s c oe x p r e s s f o r d w a r d i n g ) 技术和d c e f ( d i s t r i b u t e dc e f ) 分布式c e f 技术，包转发由接口 上的专用a s i c 完成，s u p 2 引擎和d f c 上的c p u 不参与具体的数据包转发， 而只从事配置更新，计算路由，s n m p 管理，i p a c c o u n t i n g 等管理工作，所以单 看6 5 0 9 的c p u 占用率和用户流量没有什么实际对应关系，一般而言，6 5 0 9 只 运行静态路由，考虑到运行了s n m p ，n d e 数据采集等功能，c p u 占用率应该 在1 5 以下，而7 6 0 9 运行了动态路由协议，c p u 占用率应该在3 0 以下。 4 、设备内存占用率：s u p 2 和d f c 上的内存用于放置路由表、转发信息表 和部分端口缓冲。 5 、t c a m 占用率：t c a m 是用于处理访问列表的硬件，只要t c a m 的占 堕室些皇盔兰三塞塑土塑壅皇兰垡堡塞立堕卫型生堕堕蛰选丛兰甄 用率不超过1 0 0 ，7 6 0 9 访问列表的处理就是硬件方式，线速处理。 6 、网络平均时延，一般来说从宽带网网管p i n g 到宽带网中任意一台设备， 平均时延应该小于1 0 m s ，如果平均时延超出1 0 m s 太多( 如大于1 5 0 m s ) 就因该 仔细检查该设备的工作情况，是负载过大还是受到恶意攻击。 2 5 现有网络核心设备的标称性能 目前南京b 1 p 城域网中的c i s c o6 5 0 9 7 6 0 9 都配置了s u p 2 引擎和s f m 交 换模块。系统背板交换容量均为2 5 6 g b p s ，系统转发能力根据d f c 分布式转发 卡的配置不同而稍有差别，s u p 2 引擎有3 0 m p p s 的转发性能，每块d f c 可以给 系统增加1 5 m p p s 的转发性能( 以包大小6 4 字节为测试标准) 。 此外，o s m 模块不占用系统的转发性能，每一块o s m 模块具有6 m p p s 的 转发性能。概括如下： 7 6 0 9 ：s u p 2 引擎+ 3 块d f c + l 块o s m ，总的转发性能为3 0 + 3 x 1 5 + 6 = 8 l m p p s 普通的6 5 0 9 ：s u p 2 引擎+ 2 块d f c ，总的转发性能为3 0 + 2 1 5 = 6 0 m p p s 做p e 的6 5 0 9 ：s u p 2 引擎+ 2 块d f c + 1 块o s m ，总的转发性能为3 0 + 2 1 5 + 6 = 6 6 m p p s 。 2 6 现有网络设备流量数据采集分析 2 6 1 流量采集说明及分析模型 我们从2 0 0 4 年2 月l 号开始，对南京宽带城域网中的4 台m s r ，2 7 台l s r ， 1 0 1 台m a 5 2 0 0 ( z a n ) 的用户流量数据进行了采集、分析，在此基础上对现有宽 带网能承载多少用户，以及为了满足到2 0 0 5 年年底用户的需求，网络需要做什 么凋整进行了分析讨论。 截至2 0 0 4 年1 月底，南京宽带网已有a d s l + l a n 用户1 1 万左右，其中a d s l 用户数大约占8 0 。预计到2 0 0 4 年年底，用户总数将增加1 2 万，达到2 3 万左 右，2 0 0 5 年底预计达到4 0 万左右。如果假设a d s l 用户数占总用户的8 0 ，同 时可能有6 0 的a d s l 用户下行带宽从1 m 提升到2 m ，那么用户流量计算公式为： 2 0 0 4 年用户流量= a d s l 流量+ 非a d s l 流量 堕塞业皇盔兰工型型：i 二垡塞圭堂垡堡塞 塑室! 里地婪塑塑鉴丝兰堕 = 目前流量a d s l 流量百分l l ( 2 3 1 1 ) o 6 2 十目前流量a d s l 流量百 分比( 2 3 1 1 ) o 4 x l + 目前流量x l a n 流量百分l l ( 2 3 1 1 ) 2 0 0 5 年用户流量= a d s l 流量+ 非a d s l 流量 = 目前流量a d s l 流量百分比( 4 0 1 1 1 ) o 6 x 2 + 目前流量x a d s l 流量百 分l l ( 4 0 1 1 1 ) 0 4 x l + 目前流量x l a n 流量百分比( 4 0 1 1 ) 带宽= 用户流量带宽占用率 = 用户流量o 7 ( 假设带宽占用率到了7 0 就应该考虑扩容) 因为各个分局业务发展不平均，有的地方l a n 用户多，有的地方a d s l 用户多， 有的地方个人用户多，有的地方网吧用户多，所以每个l s r 上a d s l 流量的比例 都不相同，而且很难预测发展趋势，但是我们可以目前的数据为基准，根据用 户流量模型，分析各个l s r 、m s r 到了2 0 0 4 年和2 0 0 5 年的用户流量和带宽需求， 从而判断网络否需要扩容。 2 6 2l s r 流量分析结果 目前各个l s r 上联带宽为4 g ，分别接到2 个m s r 上，由于有p i x 的限制 实际只用了2 g ，待p i x 退网完成以后，可以充分使用4 g 的上联带宽。 根据最新的数据分析，2 7 台l s r 在2 0 0 4 年和2 0 0 5 的上联带宽需求为 预测2 0 0 4 用户总流量( 考虑 预测2 0 0 5 用户总流量( 考 l s r a d s l 提速) 带宽需求( g b p s ) ( 按 虑a d s l 提速) 带宽需求 【g b p s ) ( 按峰值流量占带宽7 c 峰值流量占带宽7 0 计算) 计算、 鼓楼l s r 23 云南路l s r 46 马鞍山l s r22 兴中门l s r 23 汉中门l s r 23 龙江l s r 22 南湖l s r 22 南京邮电大学工程硕。l 研究生学位论文 南京l p 城域网现状及分析 k 乐路l s r2 3 能f 里l s r2 2 红花村l s r22 江宁l s r 2 2 漂水l s r2 2 高淳l s r 2 2 新庄l s r22 中央门l s r 2 2 尧化川l s r 2 2 吉祥庵l s r22 大厂l s r 22 江浦l s r22 浦口l s r22 六合l s r22 泰山新村l s r22 大行宫l s r23 金鹰l s r22 光华l s r23 后宰门l s r23 苜蓿园l s r22 可以看出，目前4 g 上联可以满足各个l s r 到2 0 0 4 年底的用户需要，到了 2 0 0 5 年只有云南路l s r 可能需要增加2 个g e 上联。 2 6 3m s r 流量分析结果 1 、带宽需求分析 对于核心层m s r 来说，从l s r 接入的用户流量不一定全部是访问i n t e m e t 的，也有一部分分流在m s r 之间互联的链路上，其中很大一部分是访问南京城 域网内部的服务。对于访问城域网内部服务的流量，我们考虑到除了电信局提供 的v o d 等，还有用户托管主机以及各种私人服务器，所以不好预测2 0 0 4 年和 2 0 0 5 年访问城域网内部服务的流量模型，只能按照访问i n t e r a c t 的用户流量模型 蜜塞堕皇盔兰工堡墅：生堡塑生堂笪堡皇 堕皇! ! 塑型塑塑鉴丝坌堑 进行估计。m s r 上访问i n t e r n e t 的用户流量模型和l s r 的相同。 ( 1 ) m s r 上访问i n t e m e t 的用户流量对带宽的需求如下： 应有物理带宽g b p s ( 2 0 0 4应有物理带宽g b p s ( 2 0 0 5 核心层设备 年) 按照带宽占用率7 0年) 按照带宽占用率7 0 计 计算 算 云南路7 6 0 9 47 长乐路7 6 0 99 新庄7 6 0 934 大行宫7 6 0 958 可见，为了满足用户流量需求，最终需要采用1 0 g 端口，全网出口共4 0 g 。 同时，我们从流量模型公式可以反过来推出现有1 0 g 的网络出口可以容纳 用户数( 假设a d s l 不提速) 约为2 1 万户。 f 2 ) m s r 之间互联流量对带宽的需求： 预计2 0 1 1 4 年城域髓核心互联应有带宽( g b p s ) ： 预计2 0 0 5 年城域网核心互联应有带宽( g b p s ) ： 6 个g e 口用户核心互联。 2 、m s r 转发性能分析 到了2 0 0 5 年底各个m s r 的模块转发性能都将超过7 0 m ，必须对现有m s r 进行系统升级，提高转发性能。 南京邮电大学工程硕上研究生学位论文 南京i p 城域嘲现状厦分析 2 7 增值业务带宽需求分析 为了减少增值业务流量对m s r 之问互联带宽需求的影响，以及提高v o o 接入 系统的性能，我们利旧一台7 6 0 9 给增值业务部。 v o d 接入 o s p f 图( 2 - 3 ) 增值业务网络图 考虑增值业务流量，4 台核心设备每台需要再增加2 个g e 端口。 2 8 总结 为了接应企业战略转型要求，积极稳妥推进网络平滑演进，将南京i p 城域 网打造成“用户可识别、业务可区分、质量可控制、网络可管理”的电信级网络， 我们必须对南京城域网进行优化改造，