电信网架构及通信知识

1、电信网架构及技术发展趋势北京花园路13号, 100088Tel: +86 10 6204 3020Fax: +86 10 6235 94347/14/20221一、概要1.1 网络业务划分电信业务划分为两个层次：网络业务和应用业务物理网络应用网络(或系统)由物理网络直接提供的业务简称网络业务，又称为承载业务或者基础业务，如DDN业务、FR业务、ATM业务和IP业务等。网络业务只在用户之间透明地传递信息。由应用系统提供的业务称为应用业务，应用业务是在网络业务的基础上，增加执行信息产生、接收、存储和处理 功能的特定服务器和用户终端设备构成。通常以特定的应用命名，如视频会议系统，银行的POS/ATM

2、系统。许多部门对其应用系统进行了标准化，如、等。7/14/20222一、概要1.2 网络组成和分类 (1) 网络组成 点：包括端点或称用户设备；中间点或称交换机/路由器，各种中间设备 又称网络设备。线：包括连接端点和中间点的用户线，连接不同中间点的 中继线线又称为链路。支援系统：网管系统、计费系统、同步系统等。 (2) 网络分类 从中间点转发信息涉及到的协议层次分一、二和/或三层网；从网络主要用 途分：电话网、数据网；从网络覆盖范围分LAN、MAN和WAN。用户 1用户 1用户线中继线中继线用户线用户线SDUSDU网络管理维护界面 常用术语：IP网络中间系统，路由器；电信网络网络设备，交换机；

3、按网络中的位置术语：骨干节点、边缘节点和接入节点；许多用户的接入点节点又称POP； 用户线超过标准的数据接口线的距离时，通常使用用户数据单元如Modem、光猫等用户接口设备。7/14/20223一、概要1.3 链路标准:PDH/SDH PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy) 主要针对传输64K PCM的系统标准： SDH(Synchronous Digital Hierarchy) 针对光钎传输系统的标准：Japan1.5446.31232.7281.60GbpsNorthAmerica1.5446.31244.736NX45Europe2.0488.448

4、34.368139.269OC Level STS Level Line Rate(Mbps) OC-1 STS-1 51.840 OC-3 STS-2 155.520 OC-9 STS-9 466.560 OC-12 STS-12 622.080 OC-18 STS-18 933.120 OC-24 STS-24 1244.160 OC-36 STS-36 1866.230 OC-48 STS-48 2488.320 OC-96 STS-96 4875.640 OC-192 STS-192 9953.280OC: Optical Carrier;SONET: Synchronous Opti

5、cal Network;STS: Synchronous Transport Signal;STM: 7/14/20224一、概要 SDH配置和帧格式PathTerminatingequipmentLineTerminatingequipmentLineTerminatingequipmentPathTerminatingequipmentRegeneratorsTerminalMultipexerTerminalMultipexerADM/DCSADM/DCSSectionLinePath (end-to-end)123SectionoverheadLineoverhead456789Pat

6、hoverheadPayload3XN1XN87XN90XNOctets125SenvelopeSTS-N envelopeADM: Add-Drop Multipexer; DCS: Digital Cross Connect7/14/202251.4 链路标准： Ethernet MAC帧，千兆后向兼容和效率措施Gigabit Carrier Extension:MinFrameSizeSlotTimeLateCollisionThrehold(SlotTime)CarrierDurationPreSFDDASAFCSExtensionLength/Type Data PadBurstLi

7、mitCarrierDurationA gigabit frame burst Sequence:ParamentersValues for10Mbps MACValues for100Mbps MACValues for1000Mbps MACSlot Time512 bit Times512 bit Times4096 bit TimesinterFrameGap9.6S9.6S0.096SAttemptLimit161616backOffLimit101010JamSize32 bits32 bits32 bitsmaxUntaggedFrameSize1,518 octets1,518

8、 octets1,518 octetsminFrameSize64 octets64 octets64 octetsBurstLimitn/an/a8,192 octetsSpeed-Related Paramenters:MAC frame w/ extensionInterFrameMAC FrameInterFrameMAC Frame7/14/20226一、概要1.5 电路和分组交换电路交换分组交换X.25FRATMLANMPLSIP协议层123网络基本信息单元比特/字节X.25分组FR帧信元MAC帧MPLS分组IP分组用户间连接有连接双向无连接单向有连接单向基本信息单元长度/可变长度

9、MTU固定可变长度MTU路由配置路由表路由协议学习和过滤配置路由表/PNNIQoS机制连接期间独占只差错率有限较完整802.1Q3比特优先级Tag含义逐跳行为流量工程(TE)规划控制/困难好控制电路交换网特点：适应恒定比特流业务;带宽独占保证QoS；分组交换特点：适应 可变比特流业务，提供利用率；速率、协议适配，不同速率和协议的 用户之间可以互通。传统IP网：特点 无连接，部分网络故障自动恢复；可变长度，适应长短信息运 送高； 问题 QoS保证机制，逐跳行为运算量大；逐跳转发使得网络 TE执行困难；可维护性，例如故障定位措施也是问题。37/14/20227一、概要1.6 网络故障保护：3维保护

10、机制的高可用性系统级保护故障兼容和冗余端到端网络级用户连通性保护物理级保护接入链路和中继链路ADM7/14/20228一、概要1.7 网络TE主要目标：网络负荷平衡SDTRAFFIC FOR DSHORTEST PATH ROUTED9 UNDER ULTILIZED 4 OVERUTILIZED CONGESTIONMASSIVECONGESTIONLINKS7/14/20229二、分组交换网2.1 共同特征 分组构成：分组头、净荷和任选的尾HeaderPayloadTrailerL2/L3分组构成，一般L2分组有尾但信元无尾，L3分组无尾但不能独立传输 存储/转发(Store/Forwar

11、ding)过程的交换123123132 实现动态或统计时分复用 实现不同速率的链路之间的交换分组头(和尾)的主要作用： 提供寻路信息，网络据此完成源到目的地(或端到端)网络路径； 信息块标示信息，网络据此存储/转发实现统计复用； 管理控制功能，包括差错校验、阻塞指示、维护等。7/14/202210二、分组交换网2.2 从X.25到FR 用户数据用户数据L3 HeaderQD01Group #Channel #P(R)MP(S)0用户数据L3 HeaderL2 HeaderL2 Trailer3字节数据分组头： 组和通道号组成逻辑通道号LCN； M: 待续；D:认可方式；Q: 分组类型； P(R

12、)/(S): 接收/发送顺序号AddressControl0N(S)P/FN(R)1字节数据帧控制域： N(R)/(S): 接收/发送顺序号； P/F:轮询/最后比特用户数据L2 HeaderL2 TrailerAddressC/REA0DEEA1FECNBECNDLCIDLCI2字节地址域：EA；Address field Extension bit；C/R: Command/Response bit；FECN: Forward Explicit Congestion Notification；BECN: Backward Explicit Congestion Notification；D

13、LCI: Data Link Connection Indicator；DE: Discard EligibilityX.25针对模拟网络环境，具有较强的差错控制能力，如CRC、顺序号、认可、超时等机制：FR针对数字网络环境，去掉差错纠正大大简化网络处理：7/14/202211二、分组交换网2.2 从X.25到FR：FR还引入：显式阻塞控制，以及流量控制参数。第一帧DE=0第二帧DE=0第三帧DE=1第四帧丢弃发送的比特数时间TDE=0区DE=1区丢弃区BcBc+Be链路速率CIR CIR(Committed Information Rate)：限定的信息速率是网络对FR连接同意支持的速 率，

14、任何超过CIR发送的数据，在网络阻塞时容易被丢弃，所有CIR之和不应超过对 应物理链路的速率或容量； Bc(Committed Burst Size)：限定的突发尺寸是网络同意在正常情况下、在度量间隔 T期间传送的最大数据量，T=Bc/CIR，这些数据可以是连续的一帧，或者是不连续 的多个帧； Be(Excess Burst Size)：超过的突发尺寸是网络在正常情况下、在度量间隔T期间尽量 传送超过Bc的最大数据量，网络对待Be这部分数据要比Bc的优先级低。7/14/202212二、分组交换网2.3 IPv4/v6：分组格式 IPv4 HeaderHigher-layer Protocol

15、Data Unit(PDU)Version(4bits)IHL(4bits)Type of Service(8bits)Total Length(16bits)Identifier(16bits)Flags(3bits)Fragment Offset(13bits)Time of Live(8bits)Protocol(8bits)Header Checksum(16bits)Source Address(32bits)Destination Address(32bits)Options+Padding(variable)0 or more40 octetsIPv6 HeaderHigher-

16、layer Protocol Data Unit(PDU)Extension HeaderExtension Header.Flow Label(24bits)Priority(4bits)Version(4bits)Payload Length(16bits)Next Header(8bits)Hop Limit(8bits)Source Address(128bits)Destination Address(128bits) IPv6简化了IPv4头：网络不支持分段和重装，丢弃相关的域；由下一个头指示紧跟 的扩展头类型，不用头长度指示(IHL)；去掉头校验，TCP/UDP和ICMPv6都有

17、校验； 增强QoS支持能力：定义有优先级域和流标签域； 增加安全机制：通过扩展的认证头(AH)和/或封装安全净荷(ESP)头提供身份认证、 数据完整性和保密性； IPv6邻居发现协议(RFC 2461: Neighbor Discovery for IP)对IPv4 ARP在性能和安全 方面有了改善。7/14/202213二、分组交换网2.3 IPv4/v6：无连接方式 网络设备网络设备网络设备网络设备网络设备网络设备用户设备A用户设备B网络设备网络设备网络设备网络设备网络设备网络设备用户设备A用户设备B无连接方式：网络设备对每个接收到的分组执行独立地路径决策，相对 于有连接方式只有数据传送阶

18、段。有连接方式：网络设备要把两段物理的或虚拟的电路相关联，一次通信 过程分连接建立、数据传送和连接释放三个阶段。7/14/202214二、分组交换网2.4 ATM：TMv4.0 CAC(Connection Admission Control)：网络在连接建立期间确 定是否接纳连接请求的行动； Traffic Contract and Conformance Definition，包括： * Service Categories：CBR、rt-VBR、nrt-VBR、UBR和ABR； * Traffic Paramenters：PCR、SCR、MBS、以及CDVT； UPC(Usage Par

19、amenter COntrol)：根据合同和网络可用 资源监控用户输入到网络的流量，预防有意或无意的用户 过量数据踊入网络影响其他守法的用户服务质量； 按帧丢弃：合理利用网络资源、不降低分组传送成功率； 流量整形(shaping)：降低突发、减少阻塞概率； 阻塞通知：将网络阻塞情况通知到用户，用户暂停发送以 缓解阻塞加重。7/14/202215二、分组交换网2.4 ATM：GCRA(Generic Cell Rate Algorithm)1TT-T-TT2344T-T-T3215T-6T漏桶容量 = T+3 漏桶装满程度虚拟时间刻度算法(Virtual Scheduling Algorithm

20、)连续状态漏桶算法(Continuous-State Leaky Bucket Algorithm) T+3 T不一致的信元 GCRA基于两个变量：增量T和限量(图中为3)。T是理论到达间隔，与流量 参数PCR/SCR有关； 是信元延时变化容限(CDVT)，与MBS和信元所经过的 网络路径有关； 图中实际信元到达速率是(1/T-)，比合同到达速率(1/T)快。7/14/202216二、分组交换网2.5 Ethernet：从10M、100M到1000M再到10000M461500字节PreSFDDASAFCSLength/Type Data Pad802.1Q: Tag TypeTag cont

21、rol Information81 003比特：用户优先级编码；12比特：VLAN标示(VLAN ID)；1比特：指示净荷中是否出现路由信息域。2字节2字节802.1Q/P VLAN标记帧格式FibersEthernet PHYSONETEthernet MACMPLSLAPS(X.86:EOS)PPP/HDLCMPLSEthernet(+VLAN) MACIPOpticalEthernetOpticalEthernet w/ MPLSEthernetover SONETMPLSL2 VPNMetro OnlyMAN/WAN中的EthernetLayer 1/2 Protocol Option

22、s7/14/202217二、分组交换网2.5 Ethernet：解决方案摘要Leveraging Existing InfrastructureHigh Transport EfficiencyHigh Port SpeedFine Rate GranularityQoS Support with Low LatencyScalable Network ArchitectureLess Feature Support on CPEOpticalEthernet(VLAN)OpticalEthernet(Martini MPLS)X.86(EOS)Martini MPLSoverSONETAva

23、ilability/Reliability7/14/202218Based on:Classful Addr. Prefix?Classless Addr. Prefix?Multicast Addr.?Port No.?ToS Field?LDPCR-LDP, RSVP-TERoutingForwardingOSPF, IS-IS, BGP, RIPForwarding TableBased on: Exact Match on Fixed Length LabelBy separating Routing from forwarding MPLS introduces more flexi

24、bility to develop new routing solutions without impacting the data plane hardware of label switch routersSingle forwarding paradigm multiple routing paradigmsThe edge LSR is able to use a wide variety of input in determining the FEC, and not just the destination IP addressFlexibility in forming FECs

25、二、分组交换网2.6 MPLS：转发平面和路由/信令控制平面分开； 灵活的路由和转发决策；7/14/202219LabelTTLExp.S4 OctetsLabel: 20-bit value, (0-16 reserved)Exp.:3-bits Experimental ( ToS)S:1-bit Bottom of stackTTL:8-bits Time To LiveLayer 2 HeaderIP Packet.MPLS shim headersMPLS encapsulations are also defined for ATM and Frame relay.Header o

26、perationsSwap (label)Push (a new header)Pop (a header from stack)Label SwitchingLook up inbound label + port (+Exp)to determine outbound label + port + treatment二、分组交换网2.6 MPLS：标签(Label)7/14/202220二、分组交换网2.6 MPLS：Generalized MPLS (GMPLS) GMPLS支持更多类型的交换，包括TDM、波长和光钎(端口)交换： PSC(Packet-Switch Capable)接口

27、：能对分组/信元定界，并能 根据分组/信元头转发的接口； TDM(Time-Division Multiplex Capable)接口：例如SONET交 叉连接、基于周期性数据时隙的接口； LSC(Lambda-Switch Capable)接口：例如能运行在分开的波 长上的光交叉连接、基于接收到数据的波长接口； FSC(Fiber-Switch Capable)接口：例如能运行在单根(或多根)分开的光钎上的光交叉连接、基于接收到数据的物理光钎接口。7/14/202221 * 更好的扩展性：MPLS使用层次化标签栈，支持实际上无限制地扩展性； * 相同的隐私/安全性：MPLS通过事先建立的LS

28、P在骨干上转发业务，具 有与ATM/FR PVC相同的隐私/安全性； * 相同的QoS支持：通过MPLS头中的EXP域指示CoS，以及每跳每个流排 队(PFQ)的LSR先进的队列机制，MPLS具有全范围地支持QoS能力； * 相同的可靠性：MPLS提供被用LSP指配(或自动地再路由)保护故障状态 时的主用LSP，另外，快速再路由机制可以提供50mS内的切换时间； * 汇聚的骨干：在边缘MPLS已经可以汇聚来自不同2层的所有业务，透明 地跨过骨干运送； * 更低的运行费用：统一的MPLS骨干，简化了运行和维护，减少了网络 故障查找时间； * 更低的TDM运送费用：MPLS可以动态带宽安排地复用T

29、DM。容纳比 SDH环更多的TDM电路； * 新的业务和回报：MPLS可以为网络营运者创建新的业务，比其他任何 类型的网络产生更多的回报。二、分组交换网2.6 MPLS：优势7/14/202222IP/MPLS 骨干被仿真的业务(TDM, ATM,Ethernet, FRetc.)被仿真的业务(TDM, ATM,Ethernet, FRetc.)净荷包装PSN 隧道PhysicalPhysical被仿真的业务(TDM, ATM,Ethernet, FRetc.)被仿真的业务(TDM, ATM,Ethernet, FRetc.)净荷包装PSN 隧道PhysicalPhysicalCECECECE

30、PPP头Label 1Label 2控制字(CEM头)净荷PPP尾 边缘到边缘仿真线：PWE3(Pseudo-Wire Emulation Edge-to-Edge)； 用户边缘(设备)：CE(Customer Edge )； 控制字：对L2业务为任选的控制字； 对TDM为CEM(Circuit Emulation over MPLS)头MPLS分组格式：网络隧道仿真线(或VC)二、分组交换网2.7 PWE3(Pseudo Wire Emulation Edge-to-Edge)7/14/202223控制字CEM 头FRAAL5CellATMVLAN/EthernetHDLCPPPTDM要求任

31、选不要求不要求要求互通参数BECN, FECN, DE, C/R运送类型, EFCI, CLP, C/RDBA Mode, AIS-P, STS SPE Unequipped, +/- Pointer Adjustement 运送ATM AAL5时，由控制字中特定比特指示的运送类型可以是ATM信元或者 AAL5 CPCS-SDU；在FR/ATM业务互通时，AAL5 CPCS-PDU中的CPSC-UU低 位比特包含有FR的C/R比特； 运送TDM时有一般方式(Normal Mode)和动态带宽安排方式(DBA Mode)，在DBA 方式下，无用的SPE不发送到分组网络。二、分组交换网2.7 PW

32、E3：TDM/L2业务7/14/202224IP/MPLS 骨干用户 A1 B1用户 A2用户 B2用户 A3用户 A4三、网络VPN(Virtual Private Network)业务3.1 VPN和Intranet/Extranet VPN A和B； 相同VPN中的用户访问同一用户限定不同路径7/14/202225 网络边缘(PE: Provider Edge)：有一个或多个VPN连接点的网络装置称为 PE路由器；没有连接VPN的网络装置称为网络(P)路由器； PE内有虚拟转发部件，靠L2/L3头信息转发，分别称为L2/L3 VPN； PR之间靠隧道连接形成VPN，有L2/L3隧道、隧道

33、可以复用VPN-1VPN-2VPN-2VPN-1PPPPPE1PE2PE3PE4三、网络VPN(Virtual Private Network)业务3.2 PE实现VPN7/14/202226IP/MPLS 骨干VPN AVR AVR BVR 1VPN BPEVPN AVR AVR BVR 2VPN BPE隧道 用户边缘(CE: Customer Edge)：可以是单个主机，或者是单个子网，也 是交换机；通常期望的CE装置是一个路由器，称为CE路由器； CE路由器的路由对等：CE路由器的路由对等实体是所连接的PE路由器； 同一VPN中的CE路由器间，彼此完全不需要知道，即VPN没有连接点之 间

34、的路由器问题，还言之：VPN不是重叠在公用网之上的网络； 图中引入了层次VPN拓扑。三、网络VPN(Virtual Private Network)业务3.3 BGP/MPLS L3 VPN7/14/202227三、网络VPN(Virtual Private Network)业务3.4 VPN举例基层用户：上级用户12N10/100Base-T/FATM UNI上级用户12N100M/GBEA1B1B2A2A3B3 多条VPWS情况； 由上级用户设备处理 到对应基层用户隧道 的映射； 星形VPN网络拓扑； 由连接上级用户设备 的PE处理 到对应基 层用户隧道的映射； 可靠L2/L3头信息映 射，分别是L2/L3 VPN 两个VPN A和B； 层次VPN拓扑情况； 由上级用户设备连接 的PE和B2用户连接 的PE必须有中继能力7/14/202228IP access, VPNs, Internet connectivityTransparent LANsNative ATMDSLPrivate LineLocal VoiceHigh speed Intranet VPNs低速接入高速接入