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宽带城域网总体方案建议书宽带城域网总体方案建议书 总体方案建议总体方案建议 二一八二一八年十二月二十二日 第 2 页 共 117 页 目目 录录 1.城域网建设的背景与建设原则城域网建设的背景与建设原则-6 1.1.ip 数据业务特征数据业务特征-6 1.2.宽带网络技术选择宽带网络技术选择-7 1.2.1.ip over atm-7 1.2.2.ip over sdh -9 1.2.3.ip over gigabit ethernet -10 1.2.4.ip over dwdm-14 1.3.城域网的建设背景城域网的建设背景 -16 1.4.城域网的建设原则城域网的建设原则 -17 2.城域网网络结构城域网网络结构-18 2.1.城域网总体结构城域网总体结构 -18 2.1.1.城域网三层设计结构 -19 2.1.2.城域网二层设计结构 -21 2.2.宽带城域网详细网络结构描述宽带城域网详细网络结构描述 -22 2.2.1.核心层 -22 2.2.2.骨干层 -24 2.2.3.汇接层 -25 情况 1：小区-25 情况 2：智能大厦(intelligent building)-28 2.3.网络设备选型网络设备选型 -30 2.3.1.foundry 骨干路由交换机 -30 2.3.2.redback 的用户管理系统-32 2.4.网络设计特点网络设计特点 -33 2.5.路由协议与策略路由协议与策略 -34 2.5.1.城域网核心网路由 -34 2.6.网络流量分析网络流量分析 -35 3.城域网业务实现模式城域网业务实现模式-37 3.1.应用业务应用业务 -37 3.2.用户业务分类用户业务分类 -38 3.2.1.专线接入的服务 -39 宽带城域网总体方案建议书 第 3 页 共 117 页 3.2.2.城域网本地服务 -39 3.2.3.局域网互连 -40 4.城域网的安全特性城域网的安全特性-41 4.1.用户的隔离与广播的抑制用户的隔离与广播的抑制 -41 4.1.1.uplink 隔离 -41 4.1.2.mac 地址过滤-41 4.1.3.广播包的抑制 -42 4.2.网络安全网络安全 -43 4.2.1.foundry 交换机的安全特性 -43 5.城域网地址分配城域网地址分配-45 5.1.获取获取 internet 服务的地址方案服务的地址方案 -45 5.2.获取城域网服务的地址方案获取城域网服务的地址方案 -45 6.vpn 增值服务增值服务-46 6.1.简介简介 -46 6.2.方案方案 1：私有：私有 vlan 上的上的 vpn-46 6.3.方案方案 2：通过：通过 ipsec 建立建立 vpn-47 相应 vpn 产品介绍-49 6.4.方案方案 3： 通过通过 pppoe 建立建立 vpn -54 7.城域网服务质量保证城域网服务质量保证-56 7.1.高性能高性能 -56 7.2.带宽管理带宽管理 -56 7.2.1.固定的流速限制 -56 7.2.2.自适应速率限制 -57 8.用户管理和计费系统用户管理和计费系统-58 8.1.mind 计费系统介绍计费系统介绍 -58 8.1.1.概述 -58 8.1.2.计费系统的总体结构 -58 8.1.3.业务管理 -60 8.1.4.用户管理 -60 8.1.5.用户认证 -62 宽带城域网总体方案建议书 第 4 页 共 117 页 用户接入层认证 -62 8.1.6.计费管理 -62 接入层计费 -63 增强的资费引擎 -64 8.1.7.结算 -64 网内结算 -64 网间结算 -64 8.1.8.出帐 -65 8.1.9.其他功能 -65 系统管理 -65 远程营业系统 -66 用户自助系统 -67 统计分析 -67 8.2.城域网用户业务类型城域网用户业务类型 -68 8.2.1.对 internet 接入用户基于 radius 计费-68 8.2.2.固定租用费率 -68 8.2.3.基于 snmp 的 ip 计费 -69 8.3.计费系统软硬件需求计费系统软硬件需求 -69 8.3.1.系统介绍 -69 8.3.2.总体要求 -70 8.3.3.rts-70 8.3.4.可选计费客户端 -71 8.3.5.web 客户端 -71 8.3.6.数据库服务器 -72 8.4.本期工程详细系统配置本期工程详细系统配置 -75 9.网络管理系统网络管理系统-76 9.1.简介简介 -76 9.2.配置配置 ip-78 9.3.分配系统级别参数分配系统级别参数 -79 9.4.监视系统信息监视系统信息 -79 9.5.配置配置 fsrp(bigiron)-80 9.6.配置配置 multicast -80 9.7.配置配置 ospf-82 10.安全管理系统安全管理系统-84 宽带城域网总体方案建议书 第 5 页 共 117 页 11.城域网应用系统城域网应用系统-89 11.1.web cache 缓存系统缓存系统-89 11.1.1.前言 -89 11.1.2.系统方案描述 -90 transparent cache 技术-90 cache load balance 技术-92 cache fail over-92 分层的 web cache 结构-93 cdn 应用 -93 系统配置 -95 11.2.www 服务系统服务系统-95 11.3.email 服务系统服务系统-96 11.3.1.总体需求分析 -96 建设原则 -96 需求分析 -97 邮件系统建设方案 -97 11.4.vod 和流式媒体服务系统和流式媒体服务系统-99 11.4.1.前言 -99 11.4.2.netcache server accelerator 技术简介-100 11.4.3.视频点播系统增强解决方案-105 流媒体系统的简介-105 视频点播系统增强解决方案-106 网络的安全性-111 网络的易管理性与易维护性-112 易维护性-114 log 信息和计费 -115 内容管理-116 宽带城域网总体方案建议书 第 6 页 共 117 页 1. 城域网建设的背景与建设原则城域网建设的背景与建设原则 1.1.ip 数据业务特征数据业务特征 在通信技术、计算机技术和网络技术飞速发展的今天，尤其是以 internet 的发展为主导的信息时代，世界各国都在积极发展本国的信息高速公路。技术 上的推陈出新，又使人们在众多的选择面前显得有点无所适从。目前 internet 网上的业务仍以非实时的 ip 数据业务为主，要想有效地支持 ip 业务，必须了 解其业务的特征。与传统的话音业务相比，ip 数据业务有三个明显的特点： 第一，ip 数据业务流量呈现自相似性。即不管在一个给定的物理链路上同 时存在多少业务，其流量都具有同样的特性，相比之下，话音业务用户越多， 其业务流越平滑。而 ip 数据业务负荷峰值远远高于传统的话音电路。于是，对 于高平均峰值与平均负荷比的 ip 业务，ip 网络必须具有高疏导能力，以减少 ip 业务拥塞，不丢失 ip 数据包。为此，一种可能的解决方案是提供网络缓存或 增加缓存器的容量，以消除波峰和波谷。然而，大容量的缓存器有可能造成业 务传送的延时。而对于含有实时流的多媒体业务，这显然不是一种很好的做法。 因此更宽的带宽便是另一种合理的解决方案。对于需要较好服务质量要求的业 务，采用独享带宽的方式也是最直接有效的。 第二，在多数 ip 网链路上收方、发方通道间存在着传送数据的严重不对称 性。数据流呈现非对称性的原因在于各地区之间信息化发展的不平衡。比如现 在信息源大部分在美国，势必造成数据传送的严重不对称性。结果是，在 internet 网络中，相当数量的带宽，有时能达到 50，都是闲置的，而在其它 部分业务却是异常繁忙，带宽告罄。对于这种情况，我们可以采用在出口配置 大容量缓存的方式，缓解收发不平衡的现象。 第三，ip 网上的业务流不仅受限于网络本身，还受限于服务器拥塞。美国 贝尔实验室的分析表明，超过 50的浏览器拥塞是由服务器引起的。服务器拥 塞问题最终依赖于带宽的增加和 cpu 处能力的改进，如果 wdm 的引入导致传 输链路带宽增长的速度快于 cpu 性能增长的速度，那么，在未来的网络上，由 宽带城域网总体方案建议书 第 7 页 共 117 页 于信息的处理速度慢而导致的拥塞将成为主要制约因素。 从 ip 数据业务的特征可以看出，未来 ip 网络的发展应着重从承载设备处 理速度，流量控制，网络带宽等几方面来考虑。 1.2.宽带网络技术选择宽带网络技术选择 新一代宽带 1p 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 ip over atm（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。 ip 0ver atm，融合了 ip 和 atm 技术特点，发挥 atm 支持多业务、提供 qos（服务质量保证）的技术优势。ip over sdh，直接在 sdh 上传送 ip 业务， 对 ip 业务提供了完善支持，提高了效率。而 ip over dwdm，采用高速路由交 换机设备和 dwdm（密集波分复用）技术，极大地提高了网络带宽，对不同码 率、数据帧格式的业务提供全面支持。ip over gigabit ethernet，采用直接基于 光纤的 gigabit ethernet 或 10g ethernet 网络，直接在光纤上传送以太网信息， 提供 ip 业务的支持。 1.2.1. ip over atm ip 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 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。 实现 ip over atm， 把相应的解决方案分为两种模型：重叠模型和集成模 型。 重叠模型 宽带城域网总体方案建议书 第 8 页 共 117 页 重叠模型的实现方式主要有：ietf 推荐的 ipoa、cipoa（c1assic ip over atm） 、 atm forum 推荐的 lan 仿真（lane： lan emulation）和多协议 mpoa 等（mpoa： muti-protocol over atm） 。重叠技术的主要思想是：ip 的 路由功能仍由 ip 路由器来实现，需要地址解析协议 arp 实现 mac 地址与 atm 地址或 ip 地址与 atm 地址的映射。而其中的主机不需要传统的路由器， 任何具有 mpoa 功能的主机或边缘设备都可以和另一设备通过 atm 交换直接 连接，并由边缘设备完成包的交换即第三层交换。 重叠模型的信令标准完善成熟，采用 atm forumitu-t 的信令标准，与 标准的 atm 网络及业务兼容。但该技术对组播业务的支持仅限于逻辑子网内 部，子网间的组播需通过传统路由器，因而对广播和多发业务效率较低。 集成模型 集成模型的实现技术主要有：ipsilon 公司提出 ip 交换（ip switch 技术） 、 cisco 公司提出的标记交换（tag switch）技术、ibm 公司设计的 aggregate route-based ip switching(aris)、lucent/cascade/ascend 公司推出的 ip navigator、日本东芝公司开发的 cell switching router(csr)和 ietf 推荐的 mpls 技术。集成模型的主要思想是：将 atm 层看成 ip 层的对等层，将 ip 层 的路由功能和 atm 层的交换功能结合起来，使 ip 网络获得 atm 的选路功能。 atm 端点只需使用 ip 地址标识，从而不需要地址解析协议。该技术传输 ip 数 据包效率较高，且不需地址解析协议。但目前标准还未完成，与标准的 atm 技术结合不是很好。 从以上分析可以看出，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 宽带城域网总体方案建议书 第 9 页 共 117 页 带宽浪费（一般为 2030） 。 （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，在扩展性方面最大的问题 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 ip over atm 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 接口最大带宽为 622mbps，并且由于 atm sar 的局限性很难提高接口速率。 1.2.2. ip over sdh ip over sdh 以 sdh 网络作为 ip 数据网络的物理传输网络。它使用链路及 ppp 协议对 ip 数据包进行封装，把 ip 分组根据 rfc1662 规范简单地插入到 ppp 帧中的信息段。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，然后向下经过 sdh 传输层和段层，加上相应的开 销，把净荷装入一个 sdh 帧中，最后到达光层，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 ip over sdh 技术的协议、标准和草案主要有： ppp 协议 ppp 协议（即 ietf frc1661：the point-to-point protocol 和 rfc2153：ppp vendor extension 是一个简单的 osi 第二层网络协议。其标头只有两个字节，没 有地址信息，只是按点到点顺序，面向无连接。ppp 协议可将 ip 数据包切成 ppp 帧（符合 rfc1662：ppp in hdlc-link faming）以满足映射到 sdhsonet 帧结构（符合 rfc1619：ppp over sdh）上的要求。 简化的数据链路协议（sdl） 宽带城域网总体方案建议书 第 10 页 共 117 页 在 ipppphdlcsdh 中，使用的基于 hdlc 的帧定界协议存在一些 问题，主要表现在：用户使用 hdlc 帧时，网管需要对每一个输入、输出字节 都进行监视。当用户数据字节的编码与标志字节相同时，网管需要进行填充、 去填充操作。 为此，lucent 提出了简化数据链路协议 sdl。sdl 用户对同步或异步传送 的可变长的 ip 数据包进行高速定界，可适用于 oc-48stm-16 以上速率的 ip over sdh。 sdl 协议主要应用于点到点的 ip 传送，可以用于任何类型的数据包（如 ipv4、ipv6 等） 。与 hdlc 相比，sdl 更容易应用于高速链路，并且可能提供 链路层的 qos。 从以上分析可以看出，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-healing ring） 能力达到链路纠错；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） 。 1.2.3. ip over gigabit ethernet 自 1998 年以来，千兆以太网的第 3 层交换骨干技术日趋成熟。而且，由于 解决了长距离传输问题，千兆以太网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 语音和视频应用技术的不断发展，逐步取代了传统 的基于 atm qos 实现的语音和视频应用。 宽带城域网总体方案建议书 第 11 页 共 117 页 当前，lan/man 交换技术的发展正推动着 ip 语音和视频应用在企业中的 部署，包括硅元件设计的进步、qos 的开发和标准化以及策略管理的出现。 asic 的革命的革命 -硅集成电路技术的进步及其在 ip 联网领域的应用，推动了真正的线速 第 3 层路由交换机和第 2 层边缘交换机的发展，这些交换机可以以第 3 层智能 过滤业务流，并为之分类或分配优先级。交换机现在可以区分不同业务类型， 如 web 业务、企业资源规划(erp)数据和电话业务，并根据预先分配的优先级 进行处理。基于第 3/4 层交换的城域网和局域网解决方案可以以线速路由数据 包。同时可以按策略对先前标记的数据包进行相应处理，核对接入表以实现安 全性，或跟踪具体应用和协议的性能。此外，基于硬件的 ip 路由交换机本身就 比传统的基于软件的多协议路由器更为简单和可靠。 ip qos 机制的标准化和演进机制的标准化和演进 -业界将就 qos 和业务优先级分配，提供多厂商互操作性所使用的标准 达成共识。在第 2 层，ieee 定义的 802.1q vlan 标记和 802.1p 用户优先级设 置可用于创建以相同方式进行处理的 vlan 分段，或者对数据包进行标记，以 进行优先级排队。在第 3 层，ietf 定义的级别服务(diffserv)被用于标记和处理 快速转发(高速度)，或保证转发(有保证)等业务的数据包，ietf 资源预留协议 (rsvp)不仅作为一种 qos 机制，而且作为一种使终端站可以向网络单元和策略 服务器发送信号、以请求带宽分配或优先级处理的通用信令协议。桌面应用将 普遍支持这些新兴的 qos 机制(如 windows2000)。 ip qos 可以根据以下可度量的参数来描述： 业务可用性用户业务在网络传输的可靠性。 延迟亦称为时延（latency） ，指两个参照点之间发送和接收数 据包的时间间隔。 可变延迟亦称为抖动（jitter） ，指在同一条路由上发送的一组 数据流中数据包之间的时间差异。 宽带城域网总体方案建议书 第 12 页 共 117 页 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。 丢包率在网络中传输数据包时丢弃数据包的最高比率；数据包 丢失一般是由网络拥塞引起的。 第第 3/4 层交换层交换 -基于第 3/4 层交换的城域网和局域网解决方案的核心是在网络中提供安 全性和应用优先级分配的能力。安全性和应用优先级分配是基于策略的解决方 案的两大重要属性。第 3/4 层路由交换机使用基于特殊的高性能 asic，它使基 于第 3/4 层交换的路由交换机可以进行线速过滤、业务分类、实施策略、记账、 交换和路由分配功能。 -asic 可以根据几种不同参数过滤业务，并为之分类：在 osi 第 1、2、3 以及第 4 层，包括物理端口、源或目的地 mac 或 ip 地址、udp 或 tcp 端口号、vlan 标记及 diffserv 码(dscp)。这些分类功能在传输多种不同 信息类型(关键和普通、实时和对时间不敏感的信息、开放和安全信息)的一体 化网络环境中尤其重要。 -数据包在到达基于第 3/4 层交换的路由交换机端口时，asic 立即对其 进行核对，看它是否符合定义的某种策略，以便进行处理。asic 可以根据以下 匹配标准中的任何一种或多种识别数据包，并为之划分级别，如：源/目的地 ip 地址/掩码；协议类型：icmp、tcp 或 udp 端口号；diffserv 规则。 -实际上，通过使用适用于匹配字段的操作符, 可实现更先进的功能，这 些操作符包括：设置 802.ip 或 dscp 字段；使用策略服务器进行验证；对已分 类的帧实施策略和转发匹配完成后，asic 便决定如何处理该数据包。这些处理 选择包括：转发、服务质量(使用哪个队列，以及是否修改相关的 qos 参数)、 安全性(是否丢弃和/或拷贝该数据包)、业务整形(该数据包是否符合为之定义的 策略)和记账(共有多少次策略匹配情况发生)。 -将来，这些策略还可以通过集中的网管策略服务器中的公用开放策略业 务(cops)进行设置，它可以提供更大的使用简便性、一致性和灵活性，以满足 宽带城域网总体方案建议书 第 13 页 共 117 页 不断变化的业务要求。 面向电子商务的第面向电子商务的第 7 层交换技术层交换技术 -ip 电话、电子商务、关键任务 intranet 和 extranet 的面世与迅速普及,为 网络和 it 管理人员带来了更多挑战。其中之一是控制全球各地多个用户都接入 的各个 web 服务器的负载。网络管理人员如何才能确保对所有用户都作出同样 迅速的响应？ -服务器交换机可以为关键任务的电子商务和 interent 应用提供最快的应 用响应时间和服务器负载平衡功能。服务器交换机可以部署在任何城域网和局 域网环境中，经过最少的重新配置(只需配置一个交换机端口)，便可以提高服 务器的性能。 -第 7 层交换技术不仅仅能够测量预测响应时间，还可以依照业务级别 (cos)完成这一工作。我们可以为各个协议定义多种业务级别。例如，一个站点 上安全的电子商务区域的响应时间可以根据预定的指导原则进行测量和维护。 而且，这一目标的实现无需使用基于服务器的代理，因为它会增加复杂性，给 关键任务应用带来潜在的稳定性问题。 -此外，不同业务级别可得到不同优先级和不同的目标响应时间。服务器 交换机可以提供一种方法，使不同业务级别有不同响应时间，而不是在一组服 务器内进行负载分担。这样，在请求达到一定数量时，某些服务器可以暂时专 门用于回答此类电子商务请求，而另外一些则只用于支持 web 浏览或文件传输 请求。此外，服务器交换机还使国际请求可以发往本地服务器，以当地语言为 用户提供内容，并从地理上优化响应时间。 -业务级别分组可以根据应用或协议类型定义，即： http、https、ftp、dns、任何 tcp 或 udp。 - interent 用户要求保护安全套接层(ssl)站点授权，并对它们的交易进行 数据加密。然而 ssl 进行的密集加密计算和授权计算会削弱哪怕是最强大的 web 服务器的处理功能，从而大大降低交易速度。这样，当网络中业务负载很 大时，就会导致越来越长的等待，有些交易甚至会彻底失败。 宽带城域网总体方案建议书 第 14 页 共 117 页 -基于第 7 层交换的 ssl 可以在 ssl 交易期间消除服务器性能瓶颈。这 种交换机的设计旨在通过提供硬件辅助的 ssl 设置和加密来加快 web 上的电 子商务交易速度。 基于策略的网络规划基于策略的网络规划 -虽然为不同业务流保证 qos 很重要，但在大型网络中，手工配置和管 理交换、路由单元可能很棘手。基于策略的联网的面世，简化了过去难度极大 而且易于出错的工作，并使它可以自动完成。在使用策略的网络中，策略服务 器以简单、用户友好的语句(如“为话音分配比数据更高的优先级”)获得有关 适当的用户和网络策略的输入信息。然后，这些策略被转换为具体的过滤和排 队指令，通过 cops 协议发往所有网络单元。 -网络策略业务管理应用是当今市场上最先进的基于策略的管理系统。该 应用主要包括两部分：策略管理器和策略服务器。策略管理器提供一个直观的 web 界面，用于为用户和应用规定优先级，这些应用包括话音、视频、web 浏 览、电子商务、企业资源规划以及批量文件传输。策略服务器在一个基于标准 的、与 ldap 兼容的目录存储策略，并通过 cops 协议将它们发往基于第 3/4 层交换的路由交换机，以便在整个网络中确保一致的端到端 qos。 -较短而且一致的时延不仅在电话应用中非常重要，而且在数据应用（如 电子商务和供应链管理）中也是如此。例如，一个向电子商务网站发出询问的 客