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1、第3章 宽带IP网络,3.1 宽带IP网络的体系结构 3.2 接入网 3.3 宽带IP网络接入技术 3.4 宽带多媒体网络的管理和性能评价 3.5 IPv6与下一代网络,3.1 宽带IP网络的体系结构 3.1.1 宽带与宽带IP网络 1.宽带概念的内涵 按ITUT建议书I.121的定义,宽带是传送信道所支持的速率达到或超过一次群接入速率的一种业务或系统。我们平时所说的宽带,一般是指宽带互联网,即为使用户实现传输速率超过1Mb/s、24小时连接的非拨号接入而存在的网络基础设施及服务。,宽带概念的内涵随时间的推移而发生着变化。早期宽带的概念一般是以目前拨号上网速率的上限56kb/s为分界的,将56
2、kb/s及其以下的接入方式称为“窄带”,之上的接入方式则归类于“宽带”。随着网络多媒体技术的发展,现在一般都以能够实现视频点播的传输速率为分界,将512kb/s及其以下的接入方式称为“窄带”,之上的接入方式则归类于“宽带”。 目前,主要有四种较为流行的宽带接入技术,它们分别是DSL、光缆、卫星和陆基无线技术。这四种技术各有优劣,在DSL技术中,又以ADSL(非对称DSL)方式的应用最为广泛。,2.宽带IP网络 通常人们把骨干网传输速率在2.5Gb/s以上、接入网能够达到1Mb/s的IP网络定义为宽带IP网。 宽带IP网是新一代Internet网络技术的核心,近年来发展迅速。G比特以太网技术日趋
3、成熟,它在单模光纤上的传送距离已经达到100km。G比特路由交换机的交换速度已高达60Gb/s。由高速路由交换机与密集波分复用(DWDM)技术结合而产生的IP优化光学网络,在单模光纤上的传送速度可达160Gb/s。未来宽带IP网将形成以IP优化光学网络为骨干网、10/100/1000Mb/s以太网为外围网络的格局,并能提供QoS保证的多种IP业务服务。,中国宽带IP网建设及Internet2技术研究与应用也取得了较大进展。特别是2003年中国宽带市场爆发出了空前的活力,促成了2004年互联网产业“决战宽带市场”的局面。中国电信、中国网通和中国联通三大运营商在宽带市场已成三足鼎立之势。另外,不少
4、城市也开始进行宽带城域IP网的建设和改造。,根据著名的摩根士丹利(MorganStanley)咨询公司的最新分析,中国宽带市场将呈现高速增长的态势,估计年增长率将超过160%。同时CNNIC报告显示,中国国际出口带宽从1997年的25Mb/s增长到2003年的18599Mb/s。全国从骨干网到接入网都基本实现了宽带化,宽带接入用户也迅速增长,端到端的宽带应用环境正在形成。,宽带市场的发展在经历了“接入为主”和“内容为主”之后,目前已进入“应用为主”的时代。从目前来看,宽带的应用还远未发展起来。现在宽带的各项服务功能,除在线游戏外,其它如收发邮件、下载资料、内容浏览、聊天交友等使用频率较高的功能
5、,窄带都可以很好地实现。而宽带的特色应用如远程教育、智能社区服务、网上会诊、网上购物等功能还没有发展起来。宽带产业不只是一个技术性行业,而且是一个横跨电信、计算机、媒体、娱乐等领域的综合性行业。宽带产业的发展也不仅仅是运营商一家的事,它实际上是一个产业链一条上至运营商、软件提供商、互联网内容服务商,下至计算机生产商、设备制造商的完整宽带产业链。,3.1.2 宽带IP网络的组成 在网络层,采用IP协议已是大势所趋。IP协议已成为将各种网络、各种业务综合起来的“共同语言”,即所谓的EverythingoverIP。由于采用TCP/IP可屏蔽不同网络的下层细节,在上层达到统一,故我们可以将数据、语音
6、、图像、视频均归结到IP包中。通过分组交换技术和路由技术,采用全球性寻址,可实现各种网络的无缝连接,并有效地降低业务成本。,在物理层,采用光纤作为传输介质已成为共识。目前IP网业务构架的争论集中在数据链路层。为了使IP包可靠、高效地在光纤上传输,人们提出了许多种技术方案,目前已实现的主要有三种:IPoverATM、IPoverSDH和IPoverDWDM。 宽带IP网是以光纤为传输介质,以大容量的密集波分复用(DWDM)为传输通道,以ATM或SDH/SONET或千兆以太网为组网模式,以第三层/第四层路由交换机为交换平台,综合提供基于IP的各种多媒体业务的数字通信网。,宽带IP网由骨干网和接入网
7、组成,也有人认为宽带IP网由骨干网、城域网和接入网组成。骨干网相当于城域网间的高速公路,城域网可看做某一区域内的主干环路,接入网可看做该区域内的大街小巷。 宽带IP网依据业务可分为三层:骨干层、接入层和应用层。典型的宽带IP网络如图31所示。,图31 宽带IP网络结构,骨干层采用高速交换路由器组成速率为2.5Gb/s的高速骨干层。节点之间的冗余、备份的链路以及网络连接和配置都充分考虑到高可靠性运行的要求。 接入层采用高速接入路由器和多层交换机,提供速率为10/100/1000Mb/s的以太网用户接口。 应用层提供VPN、高速上网、宽带数据中心等业务,充分满足各类用户的需要。与Internet的
8、连接出口带宽可达3.5Gb/s。网络管理采用集中式网管,可有效管理全网的设备和服务质量。,宽带IP网的业务架构是一个汇聚IPoverATM、IPoverSDH甚至IPoverOptical等多种技术的混合结构。在宽带IP网的核心层,应采用IPoverDWDM或POS技术建立骨干网,提供充足的主干带宽,提供全网的关键业务和运营管理。而在其边缘汇聚层,可采用POA技术来汇集各种业务。在网络的接入层,应采用GE技术提供与局域网的平滑过渡,例如提供1000/100/10Mb/s的以太网接口。,根据网络宽带化、光学化的发展趋势,随着DWDM技术的不断进步,不少专家指出,未来的宽带综合业务网(尤其是大型骨
9、干网)应是架构在DWDM系统上的IP网络(IPoverDWDM)。基于DWDM的IP网主要通过适当的数据链路层格式,将IP包直接映射到密集波分复用光层中,省去了中间的ATM层和SDH层,消除了功能重复。该技术方案可充分利用DWDM通道巨大的传输带宽和G比特路由交换机强大的交换能力,在IP层和光学层之间合理配置流量工程、保护恢复、网管、QoS等功能。,3.1.3 宽带IP网络的技术特点 1.支持IPv6协议 IPv6将有足够的地址空间(128位),区分单级地址和多级地址,采用DHCP(动态地址分配)自动配置。宽带IP网应支持IPv6协议,同时要考虑从IPv4向IPv6过渡过程中存在的问题。,2.
10、足够的交换速度和网络承载能力 宽带IP网应具备每秒几百万包以上的处理性能,以提供平均每用户每秒数百包或上千包的无拥塞处理能力。这是由G比特交换路由器(GigabitSwitchRouter,GSR)来实现的。这些路由器的光接口速度可达OC12(622Mb/s)、OC48(2.5Gb/s)、OC192(10Gb/s)甚至更高,这样的速度远超过了ATM交换机的速度。,IP路由器速度的急剧提高来源于以下四个方面。 (1)路由器硬件体系结构的改进,如高速交叉开关技术,特别是针对IP多播以及服务质量的先进的调度策略和算法。,(2)ASIC技术。“可编程ASIC”技术的出现,在一定程度上解决了网络结构和协
11、议的变化带来的问题。目前,有两种类型的所谓“可编程ASIC”。一种以3COM公司的FIRE(FlexibleIntelligentRoutingEngine)芯片为代表,该芯片中内嵌了一个CPU,因此具有一定的灵活性;另一种以VertexNetworks的HISC专用芯片为代表,该芯片是专为通信协议处理而设计的CPU,其体系结构的设计专门适应协议处理,通过改写微代码,可使专用芯片具有处理不同协议的能力,以适应类似从IPv4到IPv6的迁移。,(3)三层交换。这是协议处理过程的一次革命性突破,也是现在GSR和TSR名称的来源。自从Ipsilon公司在1994年推出“一次路由,然后交换”的IPSw
12、itch技术之后,各大公司纷纷推出自己专有的三层交换技术,如Cisco的TagSwitch、3Com的LabelSwitch等。综合这些专有技术的优点,IETF在1998年推出了性能优越的多协议标记交换(MPLS)标准。,(4)IPoverSDH、IPoverDWDM。随着光纤通信技术的发展,IP的核心地位逐渐被认同。IPoverATM、ATMoverSDH被IPoverSDH所取代。SDH采用时分复用的方式承载多路数据。因此,在核心网中需大量采用复用交叉连接器,而DWDM(密集波分复用)技术使得一根光纤上可用不同的波长传送多路信号。,3.分类服务(CoS)和QoS保证 宽带IP网是一个综合业
13、务平台,当网络出现拥塞时必须保证实时业务的服务质量。所以,对不同类型的业务在占用网络资源时给予不同的优先级(CoS),对实时性很强的业务设置高优先级,保证网络拥塞时不进行减少流量的控制,保证QoS。,4.综合业务能力 宽带IP网建设是以提供多媒体应用业务为目的的,有别于传统的提供单一业务的网络,它所提供的必然是一种综合业务。例如,宽带IP网提供多点广播技术,同时可向多个接收点发送数据以节省带宽;提供网络安全支持,保证数据完整性和保密性,支持IPSec标准;提供计费、管理、低成本VPN服务等功能。,5.网络的安全机制 采用隧道加密技术,通过虚拟专网(VPN)对不同要求的用户实施不同层次、不同级别
14、的安全管理措施。利用第三层(L3)或第四层(L4)路由交换机,可组成具有容错功能的宽带IP骨干自愈环,有效地保证全网的可靠性。,3.1.4 宽带IP骨干网 1.骨干网 骨干网又被称为核心网络,它由所有用户共享,负责骨干数据流的传输和交换。骨干网通常是基于光纤传输介质的,能实现大范围(在城市之间和国家之间)的数据流传送。这些网络通常采用高速传输网络(如SONET/SDH)传输数据,高速包交换设备(如ATM和基于IP的交换)提供网络路由。对宽带骨干网的传输速率约定俗成的定义是至少应达到2Gb/s。骨干网建设和管理通常是由国家或基础电信运营商来完成的。,传统的公用骨干网有X.25、帧中继、ATM(异
15、步传输模式)、ISDN(综合业务数字网)、BISDN(宽带综合服务数字网)、SONET(同步光纤网络)、PSTN(公共电话交换网)、DDN(数字数据网)、GSM、CDMA、IP交换(IPSwitch)等。 宽带IP骨干网是在继承传统公用骨干网的技术和网络资源的基础上发展起来的以高速IP路由交换为核心,以光传输为基础,以G比特甚至T比特传输速率为特征,以多媒体业务为应用目标的数据传输和交换网络。,2.骨干网分类 骨干网按距离和覆盖范围分为小区骨干网、城域骨干网、国内骨干网和国际骨干网;按用途分为行业专用骨干网和公用骨干网;按网络结构分为网状网、星状网、树状网、环状网等(如图32所示)。,图32
16、网络的拓扑分类图,3.骨干网性能的基本要求 对骨干网的性能有以下基本要求： (1)应有效利用光纤技术,最大限度地利用端口带宽。其单端口带宽应在几千兆比特以上(如STM16或STM64),骨干设备的端口应具备每秒几百万个包的处理性能,以提供无拥塞的处理能力。 (2)应具备足够的冗余与容错性能,如交换模块、电源、链路、设备的冗余,动态路由选择,网络故障的重新路由以及在线热插拔等性能。,(3)应具备充足的接入能力和可扩展性,如多种接入方式的扩展、处理能力的扩展、带宽的扩展与速率的平滑升级。 (4)应具有服务质量保障和带宽管理能力,能有效处理包的延时、抖动、丢失和吞吐量等问题。 (5)应具备对宽带接入网络的设备管理、运营管理和计费管理等网络管理功能。,3.1.5 宽带IP骨干网传输方式 1.IPOverATM IPOverATM即基于ATM的IP,其核心是利用ATM的QoS特性来保证多媒体业务的服务质量。IPOverATM技术主要面向三个问
