《现代通信网及其关键技术》第7章城域网

7.1宽带IP城域网,以Internet为代表的数据业务按指数增长，数据通信量占网络业务量的比例越来越高。为了适应这一发展趋势，宽带城域网已成为目前我国电信建设的一个重点。宽带城域网不同于电话本地网，也不同于数据城域网，早期的城域网采用ATM技术,现在的城域网大多数采用的是IP技术,通过充分利用现有网络资源，全面提供DDN、FR、IP业务，实现话音、数据、图像的有机融合。在IP城域网中，需要为个人用户和大客户提供包括宽带上网、专线接入、数据互联、VPN等在内的各种业务，为此需要组建一个高品质运营网络。宽带IP城域网是一个以IP和SDH、ATM等技术为基础，集数据、语音、视频服务为一体的高带宽、多功能、多业务接入的城域多媒体通信网络。,7.1.1宽带IP城域网结构的分层结构,为了便于网络的管理、维护和扩展，网络必须有合理的层次结构。一般将城域网的结构分为三层：核心层、汇聚层和接入层。,1核心层,核心层将多个边缘汇聚层连接起来，为汇聚层网络(各业务汇聚节点)提供数据的高速业务承载和交换通道，同时实现和国家骨干网互联，提供城市的高速IP数据出口。核心层网络结构重点考虑可靠性、可扩展性和开放性。核心层节点数量，大城市一般控制在36个之间，其他城市一般控制在24个之间。核心节点原则上采用网状连接。考虑到IP网络的安全，一般每个IP宽带城域网络应选择两个核心节点与CHINANET骨干网络路由器实现连接。,2)汇聚层,汇聚层的主要功能是给各业务接入节点提供业务的汇聚、管理和分发，将接入层的业务流汇聚到城域网骨干层。汇接节点设备完成诸如PVC的合并和交换，L2TP、Ipsec等各类隧道的终结和交换，流分类，对用户进行鉴权、认证、计费管理，多ISP选择等智能业务处理机制。在汇聚层的边缘需要部署BAS设备，由BAS对接入用户进行认证和业务权限控制，为Radius计费系统提供时间、流量等计费。汇聚层节点的数量和位置应根据光纤和业务开展状况选定。在光纤可以保证的情况下，应保证每个汇聚层节点与两个核心节点相连。,3)接入层,通过利用多种接入技术迅速覆盖用户，进行带宽和业务分配，实现用户的接入，接入节点设备完成多业务的复用和传输，并且利用光纤、双绞线和同轴电缆等连接用户。接入层提供WLAN、HFC、Lanswitch、xDSL等各种接入方式，接入PC、IPSTB、ePhone、IAD等多种终端设备，通过各种终端开展宽带接入、Internet互联、语音、视频等业务。,使用IP路由器和ATM交换机构成宽带数据通信网络存在两种方式。第一种方式是在20世纪90年代中期,这时IP路由器由于技术的限制,速率相对较低,不能满足高速宽带的要求,成为制约因特网发展的瓶颈,而ATM交换机的交换速率高,可以支持宽带综合业务,因此把ATM交换机作为骨干网的核心交换机,将IP路由器作为接入设备连接各个用户,路由器变成了配角.,7.1.2ATM技术与IP技术,宽带数据通信网组网方式1,第二种方式是进入90年代末期，Internet规模进一步扩大，流量每半年翻一番，ATM网又成为瓶颈，在21世纪初,随着技术的不断进步,能够支持T比特和G比特交换的路由器投入使用,这时的IP路由器的速度已经接近甚至超过ATM交换机的速度,而且价格相对较低,因此将IP路由器作为骨干网的核心设备,而由于ATM交换机支持多业务的性能比IP路由器要好,所以将ATM交换机作为接入交换机。,宽带数据通信网组网方式2,1.ATM技术和IP技术的比较1)ATM技术ATM采用面向连接的通信方式,其通信过程分为三步:首先建立连接,其次在连接上传输数据,在数据传输完毕后拆除连接。因此在同一呼叫中的信元经过同一路径,信元的长度较短(53字节),因此传输时延和时延变化较小。在传送过程中采用了流量控制技术,保证用户业务所需的带宽和服务质量(QoS)。ATM的缺点在于传输效率低(最高效率89%),构建ATM网络的成本较高,而且运营的成本也高。,2)IP技术IP采用无连接的通信方式,每个IP分组都带有目的端的IP地址。路由器为每一个IP分组根据目的端IP地址进行选路,不同的IP经过的路由不同。在接收端需要对接收的数据进行重新排序。由于不同IP的时延不同,因此对于实时性要求的业务支持不好,服务质量难以保证。IP采用变长结构的IP分组,传输效率较高(最高效率99%)。IP网络的构建成本较低,而且运营成本也较低。,宽带IP城域网的骨干传输技术指的是核心层和汇聚层的传输技术，主要有：IPoverATM、IPoverSDH、IPoverDWDM和千兆以太网等。,(1)IPoverATM。ATM网络的优点是速度快,支持多业务,服务质量高,而IP网络的特点是网络结构简单,扩容容易,连接灵活。IP技术和ATM技术的结合,实现了IP交换功能,可以为用户提供高速、灵活、保证质量的服务。其不足之处在于网络结构复杂,开销大,实现较困难。,IPoverATM的分层模型在ATM网络中支持IP有两种不同的模型,即重叠型和集成型。,IPoverATM将IP数据报首先封装为ATM信元，以ATM信元的形式在信道中传输；或者再将ATM信元映射进SDH帧结构中传输。,重叠模型与集成模型的比较,(2)IPoverSDH,SDH网络具有高速、灵活、可靠性高等特点,为IP的传输提供了性能优异的传输平台。IPoverSDH首先使用PPP(PointtoPointProtocol)协议将IP数据分组封装为PPP帧,在SDH通道层业务适配器将PPP帧映射到SDH的虚容器中,然后经过SDH传输层和段层,加上相应的开销,把净荷装入SDH帧中,最后数据交给光纤网进行传输。简化了网络结构,提高了传输效率,降低了成本。IPoverSDH适合于点对点的IP骨干通信网。,IPoverSDH的分层模型,(3)IPoverWDM。IPoverWDM也称为光因特网或光互联网,是直接在光纤上运行的因特网。进一步简化了网络结构,去掉了ATM层和SDH层,IP分组直接在光纤上传送,具有高速、成本低等特点,适合骨干网传输要求。它是由高性能WDM设备、高速路由器组成的数据通信网络.,DWDM的工作原理IPoverWDM中使用的WDM常用点对点的传输方式,DWDM传输示意图,表三种技术的简单比较,对于宽带IP网络通信来说,IPoverATM、IPoverSDH和IPoverWDM各有优势,但也存在一定的缺点。从发展角度看,IPoverWDM更具竞争力,会成为未来宽带IP网络的主要网络结构。,7.1.3多协议标签交换MPLS技术,1.MPLS基本原理MPLS将IP路由控制和第二层交换的简单性无缝地集成起来，是ATM与IP技术的有机结合。是在Cisco公司所提出来的TagSwitching技术基础上发展起来的，属于第三层交换技术，它引入了基于标签的机制，把选路和转发分开，由标签来规定一个分组通过网络的路径，数据传输通过标签交换路径（LSP）完成。,MPLS是利用标签进行数据转发的。当分组进入网络时，要为其分配固定长度的短的标签并将标签与分组封装在一起，在整个转发过程中，交换节点仅根据标签进行转发。MPLS将面向连接的网络服务引入到了IP骨干网中。MPLS具有“多协议”特性，对上兼容IPv4、IPv6等多种主流网络层协议，将各种传输技术统一在一个平台之上；对下支持ATM、FR、PPP等链路层多种协议，从而使得多种网络的互连互通成为可能。,MPLS体系结构,1.MPLS标签结构MPLS标签长度为32比特,结构如图所示。,MPLS标签结构示意图,(1)标签字段(LABEL),长度为20比特。该字段是分配给MPLS报文的标签值,其中值115作为特殊用途被保留。由于标签字段是定长的,所以可以使用硬件实现数据转发。采用这种方式比使用软件实现的路由最长匹配转发方式的速度要快得多。(2)实验用字段(EXP),长度3比特,保留。(3)S字段,长度1比特。一个MPLS报文可以携带多个标签,每个标签长度均为32比特,多个标签依次存放,构成标签堆栈。堆栈底部标签的S字段设置为1,表示是最后标签,而其它标签的S字段均设为0。一般情况下,LSR只对栈顶的标签进行处理。,(4)生存时间字段(TTL),长度8比特。它限制了MPLS报文在网络中的生存时间。其工作原理与IP分组头中的TTL一样,每经过一个LSR,TTL值减1。一旦TTL值为0,则将MPLS报文丢弃,产生错误报告信息,通知发送端。,LSP的建立过程,MPLS报文传输过程,7.1.4宽带IP城域网的业务应用,(1)宽带上网、LAN上网。结合各种宽带接入技术的成熟和普及，可以向用户提供以xDSL、Cable、HFC、无线(Wireless)等多种上网选择，也使跨越城域网的局域网(LAN)互联成为可能，用户接入的宽带化使网上各种宽带业务最终被用户接受。主要是10/100M以太网方式到桌面的方式。(2)视频点播(VOD)、MP3音乐、网上游戏。随着人们生活水平和质量的提高，生活节奏和竞争的加剧，对音乐和影音节目的需求日益增长，希望通过游戏来放松自己。如何做到足不出户就能尽收各种节目，这也是宽带网所能带给人们的最接近生活的享受之一。,(3)远程教育、远程医疗。多媒体远程教育系统以视频/音频工业的最复杂的压缩和传送技术为基础，采用标准RTP协议，并且以把高品质的视频/音频和HTML页面紧密结合。可实现视频、音频、图像和文字教学材料在网上的实时同步传输。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疗信息和服务。对于偏远地区和师资、医疗技术力量薄弱的地区，远程教育、远程医疗的展开无疑是十分有益的。(4)会议电视。会议电视就是利用电视技术和设备通过传输信道在两地或多个地点进行