04城域IP网工程技术与设计

1、城域网工程技术与设计第二分公司 纪忠庆2009年7月 1主要内容 第一部分 城域网络简介 第二部分 城域网的以太网技术 第三部分 城域网的弹性分组环技术 2第一部分 城域网络简介3城域网络定义：IP 城域网：在城市或一定地理区域范围内组建的，用于实现个人和企业用户的语音、视频、数据等多种业务接入、汇聚和转发，可独立进行管理的IP 网络平台。 第一部分 城域网络简介4建设业务驱动型的移动IP承载网络 业务驱动快速提供新业务支持能力，拓展业务支撑范围,开展全业务运营 成本驱动网络优化，网络融合，降低建设运营成本,网络建设立足高起点 第一部分 城域网络简介5多业务发展及网络需求 第一部分 城域网络简

2、介6IP城域网网络组织原则在规划建设IP城域网时，为是网络层次清晰，优化网络结构，降低建设运维成本，该遵循如下原则。城域网核心层节点数量控制在24个之间，核心点通过点对点链路或环形链路与骨干网络汇接节点连接，核心节点原则上部署在各中心局，采用网状网或不完全网状网连接；城域网汇接层负责会及分散的业务接入点，进行数据交换。汇接层节点的数量和位置根据各本地网传输资源和业务发展情况选定。汇接层节点之间及汇接层和核心层可以采用环形拓扑。汇聚设备上下行宽带收敛比例在一定的区间内；城域网与骨干网的互联电路可跨越行政区域的界限，按照优先考虑流量流向的原则进行设置，接入骨干网为两个或两个以上节点。各城域网之间一

3、般不设立直达中继电路；城域网建设必须协调考虑数据网络与传输资源，目前数据业务传输容量承载，因此在进行数据网建设过程中，必须根据裸纤资源和传输资源情况，适当的引入一些汇聚接入技术，选择性价比最优的方式组网； 第一部分 城域网络简介7网络的层次结构 网络终期采用三层结构，即为主干层、汇聚层、接入层，建设采用分期方式，先期规划仅建设汇聚层、接入层二层结构。 第一部分 城域网络简介8骨干层主要面向业务范围内的各数据交换节点、关口局、长途局、一干及二干出口节点。其功能体现在网络稳定性和网络安全性，并应能提供大容量的业务调度能力和多业务传输能力，是城域网的核心部分。 第一部分 城域网络简介9汇聚层是介于骨

4、干层和接入层之间，对接入层上传的业务进行收容、整合，并向骨干层节点进行转接传送。是一个面向所有业务具有较强的业务汇聚能力，同时又能提供可靠、灵活、传送能力的统一传输平台，一般采用自愈环形的拓扑结构具有良好的可扩展性的层次。 第一部分 城域网络简介10接入层处于整个城域传送网网络结构的最底层。主要面向各类业务的接入和相关处理，它不仅是对汇聚层的很好扩展，而且在一些地域环境较为特别的地方可以进行复杂的网络拓扑，可根据业务接入的分布情况，形成多种网络拓扑，如环链混合的拓扑结构方式等。 第一部分 城域网络简介11第一部分 城域网络简介12核心层城域核心层相当于PSTN网的长途局，主要承担汇聚层设备的连

5、接和为汇聚层网络提供数据的高速转发，同时提供本地网的高速IP数据出口，实现与IP骨干网络的互联。因此要着重考虑它的处理能力、稳定性和面对未来需要的升级能力。考虑到城域网的安全，该市本地网选择了2个核心节点和IP骨干网实现连接。核心层设备包括核心路由器和具有三层功能的高端交换机等。设备要求具有很强的路由能力，支持ATM、POS、RPR等接口类型，但主要提供吉比特以上速率的IP接口，如POSGE等。利用传输设备的自愈功能提供网络的可靠性，而GE端口一般使用裸纤直连，少数传输设备可支持GE接口。应支持ISIS、OSPF和BGP协议，具备超过25kByte的BGP路由表处理能力，支持每秒1000条BG

6、P路由更新，支持200个节点和3000条链路网络的IGP路由处理，支持每秒1GP2次以上状态变化。支持多播PIM-SM和MBGP等相关协议，支持基于DIFFSERV架构的QOS技术，支持MPLS-VPN技术，支持基于SNMP V1/V2/V3及MIB的网络管理，能实现MPLS、VPN、IP、QOS等业务功能。 第一部分 城域网络简介13汇聚层BRAS是面向宽带网络应用的业务接入网关，相当于PSTN网的网关局，是宽带网络实现可运营、可管理、可增值的最重要部分。支持PPPOE和DHCP两种基本的地址管理和用户接入控制方式，支持标准的RADIUS认证、授权和计费协议。支持IGMP Proxy、PIM

7、-SM和IGMP Snooping功能，支持基于RADIUS协议和单个用户的Qos控制，支持VPDN技术，支持1483Route和1483Brige协议。综合考虑了用户数量、网络结构、承诺带宽带等因素，采用集中和分散相结合的方式设置BRAS。一方面，BRAS用户数量配置不会太小，避免BRAS设备的数量过多、太分散，增加维护管理的难度、增加投资；另一方面也不会太大，以避免增加单点故障的影响、增加设备的负担、增大二层网络的规模。 第一部分 城域网络简介14接入层根据技术成熟和业务开展情况来看，目前运营商能为用户提供的宽带接入业务主要有ADSL、VDSL、LAN和WLAN等。对于各种接入技术，我们正

8、确认识了各自优、缺点合适应用环境的基础上，做到多种接入技术合理定位、相互补充、综合应用、协调发展。近期坚持以介入位主要方式，LAN、WLAN、VDSL接入为辅，并建设综合接入的原则。 第一部分 城域网络简介15第一部分 城域网络简介16第一部分 城域网络简介17认证计费系统DHCP+Web方式不需要用户安装专门的客户端软件，在以太网接入中有一些应用，目前已在WLAN工程中采用。802.1x是一种基于端口的用户的访问机制，其成本低、良好的业务连续性和扩充性及较高的安全性和灵活性适合于校园网中应用。各种宽带接入方式都考虑支持基于MAC地址、基于IP地址、基于TCP/CDP端口号或基于VLAN的流过

9、滤功能，确保用户的管理、控制、计费信息的采集、安全。为了方便开展业务，我们使用的BRAS也能够支持多种接入方式，同时支持PPPOE和DHCP+Web接入方式，支持DHCP Relay和DHCP Proxy功能。同时，应积极推广支持多种认证方式且具备自动识别功能的客户端软件的应用，以增加用户使用的便利性，实现网络建设是不通过认证方式的灵活选择。 第一部分 城域网络简介18路由器路由器的GE、POS、EI、ATM等端口通常用于路由器和路由器之间互连，每条互联链路分配4个IP地址。其中第2个IP用于本路由器互联端口，第3个IP用于对对端路由器互联端口。路由器的FE端口通常用于下挂交换机，每个FE端口

10、分配1个IP地址。路由器的CONSOLE和AUX端口用于网络管理信息的输入输出，一般分配1个公有地址或1个私有地址。路由器的LOOPBACK端口是一个虚拟端口，主要用于动态路由协议的设置，每个端口分配1个IP。 第一部分 城域网络简介19交换机交换机的以太网端口本身不需要IP地址，分配给交换机以太网IP地址是给奇侠挂的网络设备使用的，每个VLAN的IP地址需求为该VLAN分配的IP地址段为2N。其中一个IP地址用于Default Gateway,其它IP地址用于各端口下挂的设备。交换机的CONSOLE端口通常用于网络管理信息的输入和输出。可根据实际情况分配或1个私有地址。CISCO交换机还有一

11、个专门的虚拟网络口SCO和SLO，可跟据管理需要分配1个IP地址。每个LOOKBACK端口分配一个IP。 第一部分 城域网络简介20用户IP地址分配应根据用户网络的子网数、主机数及网络发展情况进行分配。地址数量按用户IP地址的利用率初期至少达到50%，1年内达到80%一是那个原则确定；用户网络必须支持CIDR和VLSM，用户网络不能以网络不支持CIDR和VLSM技术为由要求更多的IP地址，对应于主机数少于127的一般采用子网地址方式进行分配，根据用户网络设计的主机数量确定子网掩码，子网划分方法严格按照RFC1878建议的要求，对用户网络要审核网络规模，首先要保证用户网络中主机如DNS Serv

12、er、Mail Server、Web Server能够使用合法地址，对于以上网浏览为主的终端设备，建议采用NAT转换技术，一般考虑地址与计算机终端数量1：10分配。 第一部分 城域网络简介21第一部分 城域网络简介22城域网建设经验和思路在具体城域网建设工程中，个营运商应根据自身的情况，选择合适的技术产品和建设规模，分阶段，分步骤地建设城域网络。下面以某个中型城市新进入的运营建设成语网络为例，从网络建设的各个方面来讨论城域网的建设。 第一部分 城域网络简介23从网络层次来看，一般来说，典型的城域网分为骨干层，汇聚层和接入层三个网络层面，层次分明，便于业务开展和扩张，但也带来投资大和设备多的问题

13、。往往可以简化层次，合并设备。初期可以考虑将骨干层和汇聚层合一，总之以业务为建设导向，并有一定发展余量。 第一部分 城域网络简介24在设备具体配置方面，可先根据有业务预测，并故语音和数据方面的需求，先上迫切需要的板卡。具体来说城市规模较小或没有交换节点时，考虑上主要通过以太网板卡发展数据业务，可通过透传至会骨干节点等方式来解决、同时在设备上留下扩展空间，随着业务的发展逐渐曾加网络建设投入。在网络节点设置，网络布局方面，应该充分考虑IP网，话音，乃至3G等业务分布情况，结合本地地理，人文环境，城市规划，其他运营商等，综合考虑，来确定网络节点拓扑结构，并不可拘束于环形网的形式，必要时可以先建设1+

14、1链路。 第一部分 城域网络简介25除了考虑组网之外，选择网络设备时还要注意设备的升级业务提供能力。带宽城域网的设备点多面广，网管和测试等辅助能力的需要严格，这就要求设备必须具有很好的后续支持能力。同时，带宽网的未来技术发展具有不确定性，难以准确预测哪种产品形态和建网思路符合和未来发展，因此在设备选择时。必须考察厂家的总和技术能力，服务能力和持续改进能力，从这一意义上说，选择主流技术和实力厂家也是建设可扩展，能持续发展的带宽城域网的重要环节。另外，在光缆管道等方面，各地运营商应结合投入资金，在本地其他运营商网络还有城市建设具体情况下自采自建，买，租结合的方式，以节省投资，完善网络。 第一部分

15、城域网络简介26城域网的发展在将来的城域网建设中，应该循序渐进，一线满足目前需要为主，着眼长远发展，组不完善现有网络结构，随着业务需求增加，完善各层架构。具体来说，在骨干层可采用大容量交叉系统和城域波分系统，超大城市核心层面，可以在骨干传输节点建立全网状光纤连接或虚拟波长连接，各主干环网之间的“网状网”，采用分布式恢复算法进行保护。也就是在各汇聚层面均为环网的高一级层面建立网状网恢复。将数据接入节点（IP路由器，核心节点交换机等）下放到次节点形成环路，汇聚层和接入层应采用环网结构，可以根据业务类型选择SDH或RPR技术，并根据业务发展调整网络结构和电路配置。 第一部分 城域网络简介27IP化演

16、进第一部分 城域网络简介28第二部分 城域网的以太网技术29前言 以太网是当今应用最广泛的局域网技术 第二部分 城域网的以太网技术30学习指南 理解以太网技术原理，可以遵循两个逻辑：以太网设备的发展和链路物理介质速率提升 第二部分 城域网的以太网技术31参考资料IEEE802.3IEEE802.3uIEEE802.3z IEEE802.3abIEEE802.3ae第二部分 城域网的以太网技术32目标学习完此课程，您将会：了解以太网相关标准掌握以太网技术原理和发展过程 第二部分 城域网的以太网技术33内容介绍第1章 以太网相关标准第2章 以太网技术原理第二部分 城域网的以太网技术34以太网的诞生

17、以太网最初是由Xerox公司开发的一种基带局域网技术，使用同轴电缆作为网络媒体，采用载波多路访问和碰撞检测（CSMA/CD）机制,数据传输速率达到10Mbps。 以太网被设计用来满足非持续性网络数据传输的需要，而IEEE 802.3规范则是基于最初的以太网技术于1980年制定。以太网版本2.0由Digital Equipment Corporation、Intel和Xerox三家公司联合开发，与IEEE 802.3规范相互兼容 第二部分 城域网的以太网技术35以太网与IEEE802.3（一）第二部分 城域网的以太网技术36以太网与IEEE802.3（二）第二部分 城域网的以太网技术37IEEE

18、802.3 线缆第二部分 城域网的以太网技术Name电缆最大区间长度10BASE-5粗同轴电缆500m10BASE-2细同轴电缆200m10BASE-T双绞线100m10BASE-F光纤2000m38IEEE802.3连接方式第二部分 城域网的以太网技术39快速（100M）以太网数据传输速率为100Mbps的快速以太网是一种高速局域网技术，能够为桌面用户以及服务器或者服务器集群等提供更高的网络带宽。 IEEE为快速以太网制订的标准为IEEE802.3u 第二部分 城域网的以太网技术40IEEE802.3u的线缆长度第二部分 城域网的以太网技术名称线缆最大段长优点100Base-T4双绞线100

19、m使用3类线100Base-Tx双绞线100m100Mbps 全双工100Base-Fx光纤2000m100Mbps 全双工41千兆以太网千兆以太网是对IEEE802.3以太网标准的扩展，在基于以太网协议的基础之上，将快速以太网的传输速率100Mbps提高了10倍，达到了1 Gbps。 标准为IEEE802.3z（光纤与铜缆）和IEEE802.3ab（双绞线） 第二部分 城域网的以太网技术42IEEE802.3z的线缆标准1000BaseLX是一种使用长波激光作信号源的网络介质技术，在收发器上配置波长为1270-1355nm（一般为1300nm）的激光传1270-1355nm（一般为1300n

20、m）的激光传输器，既可以驱动多模光纤，也可以驱动单模光纤。1000BaseSX是一种使用短波激光作为信号源的网络介质技术，收发器上所配置的波长为770-860nm（一般为800nm）的激光传输器不支持单模光纤，只能驱动多模光纤。 1000BaseT使用的一种特殊规格的高质量平衡双绞线对的屏蔽铜缆，最长有效距离为25米，使用9芯D型连接器连接电缆。 第二部分 城域网的以太网技术43万兆以太网已经开始部署，预计未来将有大规模的应用标准为IEEE802.3ae网络线缆只可以使用光纤只有全双工模式创造了一些新的概念，例如光物理媒体相关子层(PDM) 第二部分 城域网的以太网技术44内容介绍第1章 以太

21、网相关标准第2章 以太网技术原理第二部分 城域网的以太网技术45第2章 以太网技术原理第1节 以太网技术基本概念第2节 HUB和L2交换机的出现第3节 VLAN和L3交换机的出现第4节 GE/10GE以太网出现 第二部分 城域网的以太网技术46以太网原理-CSMA/CDCS：载波侦听。在发送数据之前进行监听，以确保线路空闲，减少冲突的机会。MA：多址访问。每个站点发送的数据，可以同时被多个站点接收。CD：冲突检测。边发送边检测，发现冲突就停止发送，然后延迟一个随机时间之后继续发送。冲突的检测： 由于两个站点同时发送信号，经过叠加后，会使线路上电压的摆动值超过正常值一倍。据此可判断冲突的产生 第

22、二部分 城域网的以太网技术47以太网的MAC地址00e0.fc39.80341. MAC地址有48位，但它通常被表示为12位的点分十六进制数。2. MAC地址全球唯一，由IEEE对这些地址进行管理和分配。每个地址由两部分组成，分别是供应商代码和序列号。其中前24位二进制代表该供应商代码。剩下的24位由厂商自己分配。3. 如果48位全是1，则表明该地址是广播地址。4. 如果第8位是1，则表示该地址是组播地址。 第二部分 城域网的以太网技术48以太网帧结构第二部分 城域网的以太网技术49第2章 以太网技术原理第1节 以太网技术基本概念第2节 HUB和L2交换机的出现第3节 VLAN和L3交换机的出

23、现第4节 GE/10GE以太网出现 第二部分 城域网的以太网技术50传统以太网连接设备HUB第二部分 城域网的以太网技术51所有的HUB都是半双工的第二部分 城域网的以太网技术52冲突域第二部分 城域网的以太网技术53由HUB组建以太网的实质实际上网络中由HUB组建以太网，仍然存在以下缺陷： 冲突严重； 广播泛滥；无任何安全性。由HUB组建以太网，依然是一种共享式以太网 第二部分 城域网的以太网技术54L2工作模型第二部分 城域网的以太网技术55基于源地址学习第二部分 城域网的以太网技术56基于目的地址转发第二部分 城域网的以太网技术57二层交换机原理1.接收网段上的所有数据帧；2.利用接收数

24、据帧中的源MAC地址来建立MAC地址表（源地址自学习），使用地址老化机制进行地址表维护；3.在MAC地址表中查找数据帧中的目的MAC地址，如果找到就将该数据帧发送到相应的端口（不包括源端口）；如果找不到，就向所有的端口发送（不包括源端口）；4.向所有端口转发广播帧和多播帧（不包括源端口）。第二部分 城域网的以太网技术58三种交换模式Cut-Through：交换机接收到目的地址即开始转发过程延迟小交换机不检测错误Store-and-Forward：交换机将全部内容接收才开始转发过程延迟大交换机检测错误，不会有错包 Frag-free：交换机接收完数据包的前64字节（一个最短帧长度），然后根据头信

25、息查表转发。结合了直通方式和存储转发方式的优点。 第二部分 城域网的以太网技术59全双工简述实现全双工的物质保证全双工对以太网技术的影响支持全双工的设备 第二部分 城域网的以太网技术60自动协商第二部分 城域网的以太网技术61协商原则 第二部分 城域网的以太网技术62广播域 第二部分 城域网的以太网技术L2对所接收到的数据帧根据MAC地址进行二层转发，冲突域被限制到了一个端口上。但是无法限制广播域的大小。 63全双工和L2交换机的缺点全双工和L2带来了以太网两次重大飞跃，彻底解决了困扰以太网的冲突问题，极大的改进了以太网的性能。并且以太网的安全性也有所提高。但以太网存在如下缺点：广播泛滥安全性

26、仍旧无法得到有效的保证 第二部分 城域网的以太网技术64第2章 以太网技术原理第1节 以太网技术基本概念第2节 HUB和L2交换机的出现第3节 VLAN和L3交换机的出现第4节 GE/10GE以太网出现 第二部分 城域网的以太网技术65VLAN的起源基于端口分组解决广播泛滥问题的主导思想：将没有互访需求的主机隔离开 第二部分 城域网的以太网技术66VLAN技术的优点和缺点VLAN技术成功的解决了广播问题，并且使以太网的安全性有了进一步的提高，此时的以太网技术趋于完美。但VLAN技术也有缺点：使用VLAN来划分网络后，网络的效率提高不少，可是本来不需要相互访问的两个部门，现在又要少量的访问需求，

27、该怎么办到呢？ 第二部分 城域网的以太网技术67解决办法（一）使用路由器连接不同的VLAN 第二部分 城域网的以太网技术68解决办法（二）-单臂路由使用支持VLAN属性的路由器连接不同的VLAN 第二部分 城域网的以太网技术69（L2+路由器）模式的缺陷1.需要多个设备，组网复杂；2.VLAN间通信通过路由器完成；3.路由器价格昂贵，速率较低。 第二部分 城域网的以太网技术70解决办法（三）将路由器和交换机合成一个设备三层交换机 第二部分 城域网的以太网技术71什么是三层交换机在逻辑上，三层交换和路由是等同的，三层交换的过程就是IP报文选路的过程。三层交换机与路由器在转发操作上的主要区别在于其

28、实现的方式：三层交换机通过硬件实现查找和转发；传统路由器通过微处理器上运行的软件实现查找和转发；三层交换机的转发路由表与路由器一样，需要软件通过路由协议来建立和维护。在局域网中引入三层交换：能够更加经济的替代传统路由器。 第二部分 城域网的以太网技术72三层交换机的应用三层交换机特别适合下面这样的组网几乎全以太网接口路由比较稳定，变化比较少 第二部分 城域网的以太网技术73低端的路由器和L3的区别 第二部分 城域网的以太网技术项目路由器三层交换机端口类型非常丰富，几乎可以支持所有通信端口比较单一，主要支持以太网转发实现途径主要以CPU加软件实现为主。由硬件ASIC实现转发路由算法最长匹配第一包

29、路由，以后做精确匹配包转发率低高（命中）或者更低（没命中）成本高低对路由变化的适应能力强弱二层交换不支持支持74L3交换机仍有不足之处L3交换机仍有不足之处：L3虽然几乎具备了路由器的所有功能，但在走向广域网的过程中却遇到了广域网接口带宽不足，路由性能低下的尴尬。 第二部分 城域网的以太网技术75第2章 以太网技术原理第1节 以太网技术基本概念第2节 HUB和L2交换机的出现第3节 VLAN和L3交换机的出现第4节 GE/10GE以太网出现 第二部分 城域网的以太网技术76GE对以太网技术的深远影响GE的特点:以低廉的价格提供巨大的带宽对以太网技术提供平滑的升级和良好的兼容GE的出现使以太网技

30、术从企业网走向城域网10GE的特点:10G是目前路由器技术中所能达到的最高单端口带宽，而10GE由于具有以太网技术的许多天然优势，已经远远走在10G POS之前，并很可能取而代之。10GE的出现将使以太网技术最终冲出城域网，走向骨干网。 第二部分 城域网的以太网技术77GE/10GE与L3早期的L3由于主要基于以太网技术，所以相对于路由器，主要的缺点是没有或者只要少量的低速广域网口，而GE/10GE的出现，恰好弥补了L3的不足。 第二部分 城域网的以太网技术78大型L3与GSR的融合趋势很多大型L3都具有POS等广域网口；而GE/10GE已经成为GSR的标准配置。大型L3的ASIC芯片功能日益

31、强大，路由规模超过10万，很多功能特性都可实现；GSR早已通过NP实现硬件转发。由于大型L3功能日益复杂，成本上升，已经接近GSR。在部分GSR中通过内置LSW板来实现二层转发。大型L3与GSR的区别和界线日益模糊，讨论某种设备属于GSR还是L3已经没有意义。 第二部分 城域网的以太网技术79第三部分 城域网的弹性分组环技术80引言 随着各运营商业务竞争的加剧和客户越来越高的业务体验需求，促使城域网技术不断向前发展，在核心层和汇聚层技术日臻完善的今天，城域网接入层面的各种可靠性技术也被提上日程， RPR就是面向城域接入网业务保护的可靠性技术之一。 第三部分 城域网的弹性分组环技术81参考资料I

32、EEE802.17 Resilient packet ring (RPR) access method and physical layer specifications 第三部分 城域网的弹性分组环技术82RPR技术是什么弹性分组环（RPR）属OSI模型介质访问控制层的一种协议，是为了优化在环形网络拓扑上传送数据而提出的一种基于分组交换的承载技术。RPR标准定义：基于RPR的Ethernet应用有两种工作模式：桥模式和路由模式，所谓桥模式，实际上是RPR环符合桥设备的工作原理，数据报文上环前和下环后的转发依据的是MAC表项；而路由模式情况下的数据报文在上环前和下环后的转发依据是路由表项。Eo

33、RPR（Ethernet over RPR）就是RPR应用于Ethernet时的桥模式，是在以太网迅速发展中提出的在弹性分组环路上承载以太网数据报文的一种新技术。 第三部分 城域网的弹性分组环技术83第1章 环网技术的介绍第2章 RPR技术的发展历程第3章 RPR技术原理第4章 RPR技术运用 第三部分 城域网的弹性分组环技术84环网技术的介绍Token Ring令牌环是最早引入数据通信领域里面的环网技术，是一个基于MAC层协议的单向环网。其特点：一种低速网络节点只有获得令牌时才能向环上发送数据数据包采用源节点剥离的方法不具备故障自愈的保护功能第三部分 城域网的弹性分组环技术85Token R

34、ing令牌环是最早引入数据通信领域里面的环网技术，一个基于MAC层协议的单向环网，用于局域网，不具备故障自愈的保护功能。令牌环网是一种低速网络，一般在5类线缆上面传送。令牌环网的节点只有在获得令牌的情况下才能向环上发送数据，令牌逐点传送，每个节点能轮流拥有一定的令牌时间，节点需要等待令牌以传送数据。已有令牌的节点，如果没有数据需要传送，可以将令牌传递给下一个节点。数据包采用源节点剥离的方法，即：数据包被送到环网上后，经过目的节点接收后，还会继续在环上转一圈，直到回到源节点才被剥离，显然，这种方式下，整个环上的某同一时刻，只能有一个节点可以传送数据。 第三部分 城域网的弹性分组环技术86FDDI

35、光纤分布式数据接口可以说是一种改进的Token Ring技术。其技术特点：双环结构采用光纤作为传输介质利用令牌来传递对环网的控制权数据包采用源节点剥离的方法不具备故障自愈的保护功能 第三部分 城域网的弹性分组环技术87FDDI光纤分布式数据接口可以说是一种改进的Token Ring技术，也是利用令牌的来传递对环网的控制权，所不同的是，他采用了双环的结构，采用光纤作为传输介质，在性能和效率上都较令牌环网有很大提高，和Token Ring一样，不具备故障自愈的保护功能。由于也是采用源地址剥离技术，带宽得不到有效利用。FDDI网络目前仍在广泛使用企业网和校园网中。 第三部分 城域网的弹性分组环技术8

36、8SDH数字同步系列是目前广泛应用在传输网络里面的一种环网技术 。其技术特点：单环、多环都支持采用点到点、电路交换采用时分复用主要为语音服务高可靠性 第三部分 城域网的弹性分组环技术89SDH数字同步系列是目前广泛应用在传输网络里面的一种环网技术，单环、多环都支持。具有高可靠性，能提供故障自动保护倒换APS的故障自愈机制。其采用点到点、电路交换的设计，环内带宽被静态分配为一条条静态固定带宽链路，使用时分复用，主要为语音服务。 由于其点到点、电路交换的设计，缺点诸多：逻辑全连接时带宽浪费严重，带宽在节点间点到点的链路中固定分配并保留，带宽不能根据网络中流量的实际情况而改变，不利于带宽的高效利用，

37、很难适应具有突发性特点的IP数据业务。广播和组播报文将分成多个单播完成，带宽浪费严重，而且对于APS特性，需要最高多达50%冗余带宽，未能提供灵活的选择机制。两种保护机制1+1、1:N。另外，网络中设备的多层次，管理复杂，业务开通速度慢，在网络维护和满足用户宽带需求的灵活性等方面，存在问题。第三部分 城域网的弹性分组环技术90POS环，严格来说，并不是一种环网技术，仅仅是近年来，网络上的一种组网应用。将网络上面的N个节点通过N条链路首尾相连起来，整个环其实是由N个相互独立的点到点POS/PPP连接构成的。其技术特点：业务在节点间逐点三层转发实现相互通信无带宽管理方法不具备故障自愈的保护功能，倒

38、换完全由路由协议控制。 第三部分 城域网的弹性分组环技术91POS环，严格来说，并不是一种环网技术，仅仅是近年来，网络上的一种比较流行的组网应用。将网络上面的N个节点通过N条链路首尾相连起来，整个环其实是由N个相互独立的点到点POS/PPP连接构成的，业务在节点间逐点三层转发实现相互通信，节点需要处理所有报文，严重影响环的吞吐量。 由于仅仅是一个组网性的应用，没有一个针对环级别的带宽管理，某段的拥塞无法通知其它节点，而且没有二层的故障自愈能力。 第三部分 城域网的弹性分组环技术92RPR 弹性分组环是一个闭合环路、点到点、基于MAC层的逻辑环状拓扑。对于物理层来说，RPR就是一组点到点的链路；

39、而对于数据链路层来说，RPR就像是一个类似于Ethernet的广播介质网络 。其技术特点：双环逆向拓朴结构完全分布式的访问控制方法、无令牌概念电信级故障故障自愈，业务切换时间小于50ms自动拓朴发现，能自动选择业务最优路径。环节点热插拔单播流的目的地址剥离 第三部分 城域网的弹性分组环技术93国际标准化IEEE 802.17 工作组和RPR联盟正致力于将上述几种技术的优点合而为一，研究并规范化一种环网拓扑上使用的MAC 层协议RPR弹性分组环，满足未来网络的要求。RPR的设计目标定义了一个闭合环路、点到点、基于MAC层的逻辑环状拓扑。对于物理层来说，RPR就是一组点到点的链路；而对于数据链路层

40、来说，RPR就像是一个类似于Ethernet的广播介质网络。其特性可以简单概括：双环逆向拓扑结构，外环和内环同时可传送数据和控制信息。完全分布式的访问控制方法，无Master Node，无令牌概念。电信级故障自动保护倒换IPS功能，业务倒换时间小于50ms，且无需类似SONET/SDH的APS冗余保护带宽支持。自动拓扑收集，能自动选择业务最优路径。应用简单，基本无需配置，结合拓扑自动发现和IPS特性，环支持节点动态加入和删除，业务不受影响，真正的节点热插拔。单播流的目的地址剥离，被目的点接收后，无需回到源地址，直接被剥离。 第三部分 城域网的弹性分组环技术94其技术特点：空间复用技术RPR-F

41、a公平算法保证QOS，支持带宽预留的业务传统Ethernet概念，支持所有Ethernet上层协议和业务。物理层无关带宽很容易平滑扩展，155M-10G，甚至40G支持环网级别的设备互通性具有完善的操作和维护平台，可运营可管理 第三部分 城域网的弹性分组环技术95空间复用技术，极大地提高了环带宽的利用度。RPR-Fa公平算法，网络带宽动态调整，无需静态配置节点间带宽，能实现带宽全局公平和局部最优利用。流量等级保证QOS，支持带宽预留的业务，如TDM。传统Ethernet概念，支持所有Ethernet上层协议和业务。物理层无关，能支持Ethernet、DWDM和SONET/SDH，带宽很容易平滑

42、扩展，155M-10G，甚至40G。支持环网级别的设备互通性。比如ATM、路由器、TDM设备用同一个RPR环网连接，共享环网物理链路和环网带宽。具有完善的操作和维护平台，可运营可管理。 第三部分 城域网的弹性分组环技术96第1章 环网技术的介绍第2章 RPR技术的发展历程第3章 RPR技术原理第4章 RPR技术运用 第三部分 城域网的弹性分组环技术97RPR技术的发展历程在RPR技术在正式标准化以前，Cisco、Luminous、Nortel 就分别推出了自己概念的RPR技术，分别是DPT、RPT、IPT，各自特点和应用领域不尽相同。在2003年一月份的会议上，两大阵营达成一致，通过了Darw

43、in协议，并做为RPR协议草案的基线版本，目前IEEE P802.17-2004 第三部分 城域网的弹性分组环技术98RPR（弹性分组环）是IEEE 802.17工作组正在标准化的一种新的MAC层技术，是一个工作在OSI协议栈第二层的介质访问控制（MAC）协议，具有和物理层的无关性，可运行于 SONET/SDH、Ethernet和DWDM之上。RPR技术吸收了千兆以太网的经济性，吸收了SDH的电信级特性与以太网的面向数据业务的高带宽分发、灵活性、可扩展能力和APS故障自愈的高可靠性等特性，RPR不仅支持IP业务，而且支持传统的TDM业务。RPR将用以取代SDH来组建以数据为中心的城域网络，为运

44、营商提供弹性、快速故障自愈能力、性能监视能力，是一种很好的组网方案。RPR基于环行拓扑提供数据优化的带宽管理、高性价比多业务传输解决方案，RPR是针对数据业务特征而提出的对现有城域网和核心网的技术演进方案。在RPR技术在正式标准化以前，Cisco、Luminous、Nortel 就分别推出了自己概念的RPR技术，分别是DPT、RPT、IPT，各自特点和应用领域不尽相同： 第三部分 城域网的弹性分组环技术99Cisco 的 DPT：1999年，思科提出了基于IP+光的DPT动态包传输概念，利用DPT技术，可以组建双纤环网，进行包传输。DPT综合了SDH的电信级50ms保护倒换特性和以太网的动态包

45、传输特性，同时还使用公平算法和空间重用协议来优化网络性能，相对SDH环网，DPT的光纤带宽的利用率的到了极大的提高，同时网络的扩容与维护工作，以及组网成本又得到了极大的节省，这项技术的推出，为业界宽带城域网技术带来了很大的革新。Cisco 的DPT 产品多以小卡的方式直接应用到其路由器产品和L3交换机上，涉及主要产品有12000 、10700、7600系列、7200、7500系列。DPT现有的传输速率有622Mbps和2.5Gbps两种。思科的DPT主要支持IP数据业务，如果需要同时支持TDM 业务，则需要同传输设备配合组网，或者外加RAD公司的IP-MUX设备。思科DPT 的实现与物理层无关

46、，能在SDH/SONET、DWDM和裸光纤上组网，目前也只能支持SDH。第三部分 城域网的弹性分组环技术100Luminous 的 RPTRPT是Luminous开发的一种弹性包传输协议，跟思科的DPT协议比较类似，但是增加了TDM业务仿真功能；Luminous的RPT产品策略比较简单，使用简单的L3平台，增加两块RPT接口板、一套时钟传送机制配合TDM仿真接口板，然后形成城域多业务传送产品。与传统的SDH、Metro等产品比，以低价、高效带宽利用率、新设备形态等吸引用户。较好从简化网络层次解决了数据、话音的综合接入问题获得业界的看好。 第三部分 城域网的弹性分组环技术101Nortel 的I

47、PT北电主要是利用其在光网络传输技术上的领先优势以及市场占有率，在基于SDH的METRO平台中实现其IPT产品形成OPTera Packet Edge系列。能够在统一的SDH平台上提供TDM业务和IPT数据业务。北电的“城域网中以太主宰一切”的策略，体现在以太业务可承载到SONET、DWDM、光纤上，其布署方案可以是：EoF、EoSDH(RPR)、EoWDM，因此光以太网的概念远大于传输的范围，更多的应该是可运营的网络模式，是新业务模式与城域传输的融合。RPR协议制定初期，IEEE 802.17 工作组中主要存在两大阵营：1、一个阵营以Cisco 为主，其草案称为“Gandalf”；2、另一个

48、阵营以Nortel的IPT和Luminous的RPT为主，其草案称为“Alladin”。在今年一月份的会议上，两大阵营达成一致，通过了Darwin协议，并做为RPR协议草案的基线版本。预计正式的RPR协议将会在2003年的3月份制定完成。 第三部分 城域网的弹性分组环技术102第1章 环网技术的介绍第2章 RPR技术的发展历程第3章 RPR技术原理第4章 RPR技术运用 第三部分 城域网的弹性分组环技术103第3章 RPR技术原理3.1 RPR概念3.2 节点数据操作3.3 RPR环特点3.4 故障自愈3.5 拓扑发现3.6 广播和多播3.7 公平算法第三部分 城域网的弹性分组环技术104RP

49、R（Resilient Packet Ring）为逆向双环拓扑结构，外环为Outer Ring、内环为Inner Ring，外环和内环都传送数据包和控制包，内环的控制包携带外环数据包的控制信息，反之亦然。 第三部分 城域网的弹性分组环技术弹性分组环RPR（Resilient Packet Ring）采用基于分组的光纤传输（packet-based optical transport）技术，提供多业务接入，并结合光纤网络带宽大、可快速自愈的能力，为运营商在现有的光纤网络上提供高性能价格比的服务。 RPR网采用具有相反旋转方向的双环拓扑结构，其中报文发送方向为逆时针的称为“内环”（inner ri

50、ng），报文发送方向为顺时针的称为“外环”（outer ring），两个环可同时发送数据报文和控制报文。数据报文的发送称为下行（downstream），控制报文的发送称为上行（upstream）。内环和外环的控制报文分别为对方的数据报文发送提供控制。 105RPR数据节点操作Insertion：数据包上环操作，将其它接口转发过来的报文插入RPR环第三部分 城域网的弹性分组环技术Forwarding：将途经本节点的报文简单转发到下一个节点Receiving：接收从环上来的数据报，送Host/L3处理Stripping：数据包下环操作，将报文从环上剥离单播报文接收：同时执行Receiving和St

51、ripping多播报文接收：同时执行Forwarding和ReceivingPass Though模式：对所有包执行Forwarding操作106RPR环作为一个共享的媒体介质，RPR 环上的每个结点对数据包的处理主要有四种操作：Insertion、Forwarding、Receiving和Stripping，简化了结点间的操作。Insertion：数据包上环操作。RPR端口发送的数据包是经过L3层从其他端口转发而来，这些报文的下一条节点均是环上节点。当然，一些路由协议报文会直接有业务层生成，进入环网。Receiving：接收从环上来的数据报，送Host/L3处理。Stripping：数据包下

52、环操作。对于目的Mac为本节点的数据包，节点将执行剥离操作，并将数据送往L3处理。在L3，依据报文IP地址执行转发，转发到其它端口，或有本节点的业务层接收，如路由协议报文。 第三部分 城域网的弹性分组环技术107Forwarding：只是经由本节点去往其它节点的数据包，本节点近在L2执行快速转发，L2转发完全有硬件完成。极大的提高了RPR节点的L3吞吐量。而对于其它环技术，所有的包，无论是否由本节点接收的，都需要送到L3处理，不适合大流量网络。对于多播业务，节点在执行L2转发的同时，会将数据包送往L3处理。RPR节点特有Passthough工作模式，对所有报文简单执行Forwarding操作。

53、Pass though 模式，在这种模式下，一个RPR节点相当于一环上的一个透明节点，对上下节点间的所有包进行完全转发，包括Usage Message包。在其它节点的拓扑信息里面没有该节点，但是原来的物理双环结构仍然保持。在Shut Down或者上层失效的情况下，节点会自动进行Pass though模式，以保证环的持续可用性，带宽不受影响。而IPS自动保护发生时，环带宽其实减少了一半，因为环已经从正常的双环结构变为了单环结构。 第三部分 城域网的弹性分组环技术108特点 RPR环结构可以实现高效带宽利用，特点：目的地址剥离空间复用机制带宽自动分配无冗余带宽支持广播和多播二层快速转发 第三部分

54、城域网的弹性分组环技术109目的地址剥离：单播数据流将被目的节点接收并从环上剥离。空间复用机制：使得整个环网的资源可以被不同的结点分段使用，可以使整个环网的累积带宽大于单个链路的带宽容量。带宽自动分配：无需类似SDH一样的复杂静态分配，支持突发业务，而且业务开通快。这部分请参考RPR-fa。无冗余带宽：和传统的SONET 技术不一样，RPR 可利用内外两个环同时传输数据和控制信息，内外环互为备份实现IPS故障自愈功能，而不需要刻意保留资源以实现链路的保护机制。广播和多播的支持：相应的数据包在环网上只有一份拷贝，目的结点将接收数据包并转发，而源结点则负责将广播包和多播包从环网上剥离。利用现有的M

55、AC 地址编码技术就可以有效地表示广播或者多播报文。二层快速转发：节点只对以自身为目的地的数据包进行复杂的处理，而对于其余的数据包只是简单地在环网上转发； 第三部分 城域网的弹性分组环技术110RPR有非重叠复用和重叠复用两种方式：在非重叠区域的并发数据传输，两者互不干扰；在重叠区域的并发数据传输，总带宽有公平算法自动协调。 第三部分 城域网的弹性分组环技术111故障自愈第三部分 城域网的弹性分组环技术112当结点失效或者链路发生故障的时候，RPR可以提供Wrapping或Steering的保护措施，继续保证环网的连通性，提供相当于SDH APS的低于50毫秒故障保护能力，而且自动保护倒换不需

56、要象SDH一样的50的冗余带宽开销。RPR可以对物理媒质的故障以及L2层的节点失效进行有效的保护。Wrapping：当环上的某个地方发生故障时，故障附近两个节点处将自动环回，即把内环和外环连在一起，形成一个闭合单环，整个环可利用带宽自然地由于双环到单环的变化而减少50%。环回后，经由故障节点/段的业务将在环回节点处环回，绕行相反方向，然后在另外一个环回节点处返回到原来方向，并继续传送到目的节点。Wrapping操作由IPS协议在相邻失效节点之间通过Short Path消息进行，并且通过Long Path消息知会其它节点。Wrapping操作非常快，几乎没有包损失，但是Wrapping后，由于业

57、务包在环上绕行，带宽有所浪费，特别是故障临近的段，对迸发业务影响较大，难免一定业务拥塞的现象。 第三部分 城域网的弹性分组环技术113第三部分 城域网的弹性分组环技术114Steering：在Steering 保护模式中，当环上的某个地方发生故障时，指名故障点和类型的Steering保护消息会瞬时发送到环上每个节点，拓扑也会相应更改。有了新的拓扑，源节点只需要直接按新的拓扑发送数据给目的节点即可，由于路径选择是根据新的拓扑做出的，数据可以经由一个方向直接到达目的节点，无需从发生故障的地方环回。Steering操作后，原来的双环结构变化为了两个开口的单环，非闭合的，可用带宽同样减少到50%，而且

58、由于Steering操作稍慢一点，在新拓扑获得以前，已经发出的小部分数据将在故障点被丢弃开环。和Wrapping所不同的是，数据没有绕行，不会由于绕行而浪费带宽。另外，对于节点上层软件故障，包括L3故障，RPR L2可以自动进行Pass though透传模式，仍然保证环的双环结构，导致最大联通性和可用带宽。华为公司同时支持绕回和抄近这两种方式，并且结合这两种方式各自的优点，取长补短，配合应用，采取先用绕回方式，后转用抄近方式的保护流程。当RPR链路故障出现时，立即启动绕回方式进行保护，不中断业务；当各节点的各种状态数据(拓扑信息等)重新收敛并稳定下来后，切换到抄近方式，以便节省带宽。这样可以到

59、达最佳的保护和利用效果。 第三部分 城域网的弹性分组环技术115当在环中出现多点故障的时候，如图：环上有两个地方断开了，那么环就被分割成两个部分，区域A和B之间的通信就被中断了 第三部分 城域网的弹性分组环技术116拓扑发现将A、C接口的光纤断开，环将在A、C两处环回B的两侧也将环回，业务不间断。将A、C之间光纤直接连接好，WTR之后，两处环回将消除，环恢复双环结构，环上节点的拓朴信息中不再有B节点。 第三部分 城域网的弹性分组环技术117首先：设置节点A和节点C，使之处于Wrap模式，即对节点A的B侧发起强制倒换请求，对节点C的A侧发起强制倒换请求 然后：拔掉节点A与节点C之间的光纤接着连接

60、AB光纤、BC光纤，将节点B添加到节点A与节点C之间最后：取消节点A和节点C的环回模式，即取消对节点A的B侧发起强制倒换请求，取消对节点C的A侧发起强制倒换请求 第三部分 城域网的弹性分组环技术118准备好需加入的节点B，正常启动，将A、C接口的光纤断开，环将在A、C两处环回，业务不间断。将AB光纤、BC光纤连接好，WTR之后，两处环回将消除，环恢复双环结构，环上节点的拓朴信息中有B节点增加，可以看到A到C的业务经由B转发。 第三部分 城域网的弹性分组环技术119首先：将节点A、节点B之间和节点B、节点C之间的光纤拔掉，在保护机制作用下，节点A和节点C处出现环回（WRAP），此时节点A、C，D