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1、第第7章章 宽带宽带IP城域网城域网7.1 IP城域网的技术模式城域网的技术模式7.2 IP/OPTICAL城域网技术城域网技术7.3 IP/SDH城域网技术城域网技术7.4 IP/D城域网技术城域网技术7.5 IP城域网城域网QOS7.6 思科思科METRO IP解决方案解决方案7.7 学习参考网址（略）学习参考网址（略）随着因特网用户数量的剧增、多媒体业务的不断普及随着因特网用户数量的剧增、多媒体业务的不断普及和网络信息流量的持续高速增长，建设宽带和网络信息流量的持续高速增长，建设宽带IP城域网城域网已成为必然的发展趋势。现在许多城市都在建设已成为必然的发展趋势。现在许多城市都在建设“数数
2、字城市字城市 ，“城市数码港城市数码港”，一般都是大规模铺设光，一般都是大规模铺设光纤，或者租用光纤建设宽带纤，或者租用光纤建设宽带IP网络，其建设目标是网络，其建设目标是“Everything over IP”，在宽带在宽带IP网络提供传统的音网络提供传统的音频频视频业务，同时提供视频业务，同时提供IP数据业务。本章重点介绍数据业务。本章重点介绍几种流行的宽带几种流行的宽带IP城域网技术。城域网技术。 图图7-1 城域网应用图城域网应用图7.1 IP城域网的技术模式城域网的技术模式表表7.1 带宽需求表带宽需求表建设宽带建设宽带IP城域网，采用的技术一般有下面四种模式，城域网，采用的技术一般
3、有下面四种模式，如图如图7-2所示。按协议的简化过程依次是所示。按协议的简化过程依次是:(1) IP/ATM；(2) IP/SDH； (3) IP/DWDM；(4) IP/Optical。图图7-2 宽带宽带IP城域网技术模式城域网技术模式IP/ATM是指在传统的是指在传统的ATM交换网络上提供交换网络上提供IP业务，业务，显然显然ATM层使得层使得IP传输复杂化，而传输复杂化，而IP/SDH/WDM则则简化了传输协议，同样可以高效可靠的提供简化了传输协议，同样可以高效可靠的提供IP业务。业务。传统的电信公司拥有大量的传统的电信公司拥有大量的ATM设备，使用设备，使用IP/ATM技术是其首选。
4、一些新的网络电信公司，则愿意选择技术是其首选。一些新的网络电信公司，则愿意选择后面的三种技术。显然，新技术的出现，使越来越多后面的三种技术。显然，新技术的出现，使越来越多的公司以较低的成本进入宽带的公司以较低的成本进入宽带IP城域网建设。上述三城域网建设。上述三种宽带种宽带IP网络技术既可用于广域网络，也可用于城域网络技术既可用于广域网络，也可用于城域网络。下面分别介绍几种流行的宽带网络。下面分别介绍几种流行的宽带IP城域网技术。城域网技术。图图7-3 IP/Optical城域网拓扑结构城域网拓扑结构7.2 IP/Optical城域网技术城域网技术 7.2.1 IP/Optical城域网方案城
5、域网方案1.骨干层骨干层骨干层由千兆骨干层由千兆IP线速路由交换机互连组成，速率可达线速路由交换机互连组成，速率可达6至至10G，并连接并连接INTERNET出口，向上同国家和国出口，向上同国家和国际干线互连，向下与各信息汇聚点以际干线互连，向下与各信息汇聚点以1Gbps带宽相连。带宽相连。 骨干层由千兆骨干层由千兆IP线速路由交换机要求线速路由交换机要求: * 背板速率背板速率: 40到到80Gbps * 吉位接口吉位接口: 足够多，有冗余备份足够多，有冗余备份 * 典型产品典型产品: cisco catalyst85002. 信息汇聚层信息汇聚层信息汇聚层是以太千兆信息汇聚层是以太千兆IP
6、线速路由交换机为骨干互连线速路由交换机为骨干互连设备，带宽一般为为设备，带宽一般为为1G。IP线速路由交换机向上与线速路由交换机向上与主干部份的高速线速路由交换机相连，向下和接入级主干部份的高速线速路由交换机相连，向下和接入级千兆线速路由交换机相连。接入各局域网和社区网。千兆线速路由交换机相连。接入各局域网和社区网。信息汇聚点的千兆信息汇聚点的千兆IP线速路由交换机要求线速路由交换机要求: * 背板速率背板速率: 40Gbps * 吉位接口吉位接口: 8个个 * 100Mbps接口接口:50个，可扩充到个，可扩充到100个，支持单模个，支持单模 * 典型产品典型产品: cisco cataly
7、st65003. 接入层接入层典型的典型的IP/Optical城域网接入层全部采用以太技术城域网接入层全部采用以太技术10M/100M/1000M，当然也可以综合使用其他宽带接当然也可以综合使用其他宽带接入技术。入技术。(1) IP/Optical技术的优点技术的优点* 结构简单，用户很容易利用原有网络基础来实现；结构简单，用户很容易利用原有网络基础来实现；* 速率高，速率高， 利用新的聚合技术，提供高速网络；利用新的聚合技术，提供高速网络；* 以太网无缝连接，可提供以太网无缝连接，可提供10M/100M/1000M速率接入；速率接入；* 与与10GE兼容，如有需要，很容易升级为兼容，如有需要
8、，很容易升级为10GE城域以太网。城域以太网。(2) IP/Optical技术存在问题技术存在问题* 不能提供严格不能提供严格Qos保证，分配带宽；保证，分配带宽；* 不能提供基于不能提供基于TDM的传统业务；的传统业务；* 不能很好地进行用户管理，优先业务等；不能很好地进行用户管理，优先业务等；* 环路保护和自愈恢复。环路保护和自愈恢复。线速路由交换机具有集线速路由交换机具有集L2/L3/L4交换一体化的功能。交换一体化的功能。数据包进入路由交换机后，首先提取数据包进入路由交换机后，首先提取L2(地址、帧类地址、帧类型、型、VLAN优先级优先级) ，L3(地址、协议、地址、协议、TOS等等)
9、 ，L4(Qos、安全等安全等)信息，然后进行各层交换。信息，然后进行各层交换。(1) 属于属于l2的按照的按照L2地址进行交换；地址进行交换；(2) 属于属于L3的按照的按照L3地址进包转发；地址进包转发；(3) 属于属于L4的按照的按照L4信息决定实施何种信息决定实施何种QOS和安全和安全授权策略。授权策略。7.2.2 线速路由交换机线速路由交换机线速路由交换机的典型产品线速路由交换机的典型产品CISCO Catalyst 6000系系列。列。图图7-4 Catalyst 6000 系列交换机系列交换机表表7-2 Catalyst 6000系列的端口密度和容量系列的端口密度和容量 1. P
10、OS技术简介技术简介POS全称为全称为Packet Over SONET/SDH，分层模型如分层模型如图图7-5所示。所示。 POS是指在是指在SDH网络上直接运行网络上直接运行IP业务，业务，由于因特网业务的数据迅猛增长，要求骨干网的速率由于因特网业务的数据迅猛增长，要求骨干网的速率越来越高，越来越高，POS技术将是宽带技术将是宽带IP城域网的首选技术之城域网的首选技术之一。国内有很多城市一。国内有很多城市IP网都采用这种技术。网都采用这种技术。7.3 IP/SDH城域网技术城域网技术 7.3.1 POS技术技术 图图7-5 IP/SDH分层模型分层模型POS以以SDH作为作为IP数据网络的
11、物理传输网络，它使用数据网络的物理传输网络，它使用链路层链路层PPP协议对协议对IP数据包进行封装，把数据包进行封装，把IP分组根据分组根据RFC1662规范简单地插入到规范简单地插入到PPP帧的信息段，然后再帧的信息段，然后再由由SDH层的业务适配器把封装后的层的业务适配器把封装后的IP数据包映射到数据包映射到SDH的同步净荷中，然后向下经过的同步净荷中，然后向下经过SDH传输层和段传输层和段层，加上相应的开销，把净荷装入一个层，加上相应的开销，把净荷装入一个SDH帧中，最帧中，最后到达光层后到达光层,在光纤中传输。在光纤中传输。POS技术的优点如下。技术的优点如下。* 对对IP路由支持能力
12、强，路由支持能力强，IP传输速率高；传输速率高；* 利用利用SDH环路技术，提高网络稳定性；环路技术，提高网络稳定性；* 符合互联网业务特点；符合互联网业务特点；* 简化结构，降低成本。简化结构，降低成本。2. PPP协议协议PPP是英文是英文Piont-to-point protocol的缩写，中文译为的缩写，中文译为点到点协议。点到点协议。PPP是作为在点到点链路上进行是作为在点到点链路上进行IP通信通信的封装协议，的封装协议，PPP提供在串行点到点链路上传输提供在串行点到点链路上传输IP数数据包的方法。据包的方法。PPP主要组成协议有主要组成协议有:(1) 采用采用HDLC在串行链路上封
13、装数据报；在串行链路上封装数据报；(2) 采用扩展的链路控制协议采用扩展的链路控制协议(LCP)来建立配置和测来建立配置和测试数椐链路；试数椐链路；(3) 采用网络控制协议采用网络控制协议(NCP)来建立和配置网络层协来建立和配置网络层协议。议。为了建立点到点链路的通信连接，为了建立点到点链路的通信连接，PPP的工作过程如的工作过程如下下:(1) 发送端发送端PPP发送发送LCP帧，配置选择帧，配置选择PPP参数，测参数，测试数据链路；试数据链路；(2) 建立数据链路协调配置；建立数据链路协调配置；(3) 发送端发送端PPP发送发送NCP帧，配置选择一个或多个网帧，配置选择一个或多个网络层协议
14、；络层协议；(4) 配置好的链路一直保持通信状态；配置好的链路一直保持通信状态；(5) 收到收到LCP或或NCP指示关闭链路。指示关闭链路。3. HDLC协议协议帧格式负责同步传输链路上的帧格式负责同步传输链路上的PPP封装的封装的IP数据包的数据包的定界，特点如下定界，特点如下:(1) 统一的标志符统一的标志符F(01111110)作为帧分界符；作为帧分界符；(2) 传输透明；传输透明；(3) CRC校验，可靠性高；校验，可靠性高；(4) 传输效率高。传输效率高。4. SDH技术技术SDH传送网的概念最初于传送网的概念最初于1985年由美国贝尔通信研究年由美国贝尔通信研究所提出，称之为同步光
15、网络所提出，称之为同步光网络(Synchronous Optical NETwork .SONET)。它是由一整套分等级的标准传它是由一整套分等级的标准传送结构组成的，适用于各种经适配处理的净负荷送结构组成的，适用于各种经适配处理的净负荷(即即网络节点接口比特流中可用于电信业务的部分网络节点接口比特流中可用于电信业务的部分)在物在物理媒质，如光纤、微波、卫星等上进行传送。该标准理媒质，如光纤、微波、卫星等上进行传送。该标准于于1986年成为美国数字体系的新标准。国际电信联盟年成为美国数字体系的新标准。国际电信联盟标准部标准部(ITU-T)的前身国际电报电话咨询委员会的前身国际电报电话咨询委员会
16、(CCITT)于于1988年接受年接受SONET概念并与美国标准化协概念并与美国标准化协会会(ANSI)的的TI委员会达成协议，将委员会达成协议，将SONET修订后重修订后重新命名为同步数字系列新命名为同步数字系列(Synchronous Digital Hierarchy，SDH)，使之成为同时适用于光纤、微波、使之成为同时适用于光纤、微波、卫星传送的通用技术体制。卫星传送的通用技术体制。STM-1信号是信号是SDH的第一级，称基本同步传送模块信的第一级，称基本同步传送模块信号，比特率为号，比特率为155520kbps。STM-N信号是信号是SDH的较的较高等级的同步传送模块信号，比特率是高
17、等级的同步传送模块信号，比特率是STM-1 的整的整数倍，等级为第数倍，等级为第N级。从级。从STM-1起，起，SONET与与SDH在比特率上完全兼容。在比特率上完全兼容。帧结构如图帧结构如图7-6所示。其中所示。其中SOH称为段开销，是在称为段开销，是在STM-N帧结构中安排的一些辅助信息，以保证信息帧结构中安排的一些辅助信息，以保证信息的灵活有效传输，主要用于网络运行的操作维护和管的灵活有效传输，主要用于网络运行的操作维护和管理，包括再生段开销（理，包括再生段开销（RSOH）和复用段开销和复用段开销（MSOH）。）。RSOH终结于再生器和复用器，可以由终结于再生器和复用器，可以由再生器接入
18、，也可以由终端设备接入。再生器接入，也可以由终端设备接入。MSOH透明地透明地经过再生器，终结于终端设备，其只能由终端设备接经过再生器，终结于终端设备，其只能由终端设备接入。入。AU-PTR(Administration Unit Point) :称为管理单元称为管理单元指针，其作用是指示净负荷在帧内第一个字节的位置。指针，其作用是指示净负荷在帧内第一个字节的位置。图图7-6 SDH帧结构帧结构SDH的帧传输时，按由左向右，由小到大的顺序排成的帧传输时，按由左向右，由小到大的顺序排成串型码流依次进行。每帧传输时间为串型码流依次进行。每帧传输时间为125S，每秒传每秒传输输1/125106 =8
19、000帧。对帧。对STM-1而言，每帧能传输而言，每帧能传输的比特数为的比特数为8(27091)=19940b，则则STM-1的传输速的传输速率为率为194408000=155.52Mb/s，而而STM-4为为622.080Mb/s、STM-16为为2488.320Mb/s。图图7-7 IP/SDH城域网拓扑结构城域网拓扑结构7.3.2 IP/SDH城域网方案城域网方案1. 骨干层骨干层IP骨干层采用骨干层采用POS和千兆交换路由技术，构成宽带的和千兆交换路由技术，构成宽带的骨干交换平台。物理传输采用骨干交换平台。物理传输采用SDH和和DWDM技术。技术。信息汇聚点的信息汇聚点的GSR要求要求
20、: * 背板速率背板速率: 40Gbps 以上以上* POS 2.5G接口接口: 足够多，有一定数量备份端口足够多，有一定数量备份端口典型产品是典型产品是CISCO公司的公司的Cisco 12000系列。系列。2. 信息会聚层信息会聚层信息汇聚层是以太千兆信息汇聚层是以太千兆IP线速路由交换机为骨干互连线速路由交换机为骨干互连设备。设备。信息汇聚点的千兆信息汇聚点的千兆IP线速路由交换机要求线速路由交换机要求: * 背板速率背板速率: 40Gbps * 吉位接口吉位接口: 8个个 * 100Mbps接口接口:50个，可扩充到个，可扩充到100个，支持单模个，支持单模 典型产品是典型产品是CIS
21、CO公司的公司的cisco catalyst6500。3. 接入层接入层根据用户需求采用如下宽带接入根据用户需求采用如下宽带接入:(1) 以太网接入；以太网接入；(2) 基于有线电视基于有线电视HFC的的CABLE MODEM接入；接入；(3) ADSL技术接入；技术接入；(4) 无线宽带接入；无线宽带接入；(5) 其它宽带接入。其它宽带接入。Internet正迅速成为商务、娱乐、通信和信息检索的正迅速成为商务、娱乐、通信和信息检索的电子媒介。而基于网络的新型电子媒介。而基于网络的新型Intranet应用和强大的应用和强大的桌面电脑则推动着网络业务的指数级增长。服务供应桌面电脑则推动着网络业务
22、的指数级增长。服务供应商和企业正加紧部署分组交换基础设施，以处理迅猛商和企业正加紧部署分组交换基础设施，以处理迅猛增长的数据业务。增长的数据业务。 Cisco 12000系列千兆比特交换路由器系列千兆比特交换路由器(GSR)是是Cisco为为支持服务供应商和企业支持服务供应商和企业IP骨干网核心而设计和开发的骨干网核心而设计和开发的重要的路由选择产品。重要的路由选择产品。Cisco 12000系列有三种型号：系列有三种型号：Cisco 12008、12012和和12016 (5Tbps GSR太比特系统太比特系统) ，外形如图，外形如图7-8所示。所示。7.3.3 Cisco 12000系列路
23、由器技术系列路由器技术 图图7-8 Cisco 12000系列千兆比特交换路由器系列千兆比特交换路由器Cisco 12008配有配有8个插槽，最多可以支持个插槽，最多可以支持84个个DS3、28个个OC-3c/STM-1c和和28个个OC-12c/STM-4c或或7个个OC-48c/STM-16c接口。接口。 Cisco12012配有配有12个插槽，最多可以支持个插槽，最多可以支持132个个DS3、44个个OC-3c/STM-1c和和44个个OC-12c/STM-4c或或11个个OC-48c/STM-16c接口。接口。 Cisco 12016(最新推出的最新推出的5-Tbps GSR太比特系统
24、太比特系统)有有16个插槽，最多可以支持个插槽，最多可以支持180个个DS3、60个个OC-3c/STM-1c和和60个个OC-12c/STM-4c或或15个个OC-48c/STM-16c接口，将来还能支持接口，将来还能支持15个个OC-192c/STM-64c接口。接口。 Cisco 12000系系GSR产品的结构设计旨在满足当今产品的结构设计旨在满足当今IP核心骨干网的高带宽、高性能、多业务和多可靠性要核心骨干网的高带宽、高性能、多业务和多可靠性要求。求。Cisco 12000系列千兆交换路由器是系列千兆交换路由器是CISCO公司公司的的IP OVER SDH 解决方案解决方案,适用以下场
25、合适用以下场合: (1) ISP骨干网；骨干网；(2) 电信电信ISP数据骨干网；数据骨干网；(3) 下一代因特网；下一代因特网；(4) 有线电视运营商；有线电视运营商；(5) 建立高速数据网；建立高速数据网；(6) 宽带广域骨干网；宽带广域骨干网；(7) 宽带城域骨干网。宽带城域骨干网。图图7-9 Cisco 12000 GSR体系结构体系结构Cisco 12000 GRS适合用于提供路由选择和分组转发适合用于提供路由选择和分组转发功能，以便在整个网络中传输功能，以便在整个网络中传输IP数据报。数据报。GSR的主要的主要部件是交换机结构、部件是交换机结构、GRP和和LC。Cisco 1200
26、0 GSR的核心是多吉比特纵横交换机结构，的核心是多吉比特纵横交换机结构，优化用于提供千兆比特速率的大容量交换。交换机结优化用于提供千兆比特速率的大容量交换。交换机结构包括两种插卡：交换机结构插卡构包括两种插卡：交换机结构插卡(SFC)及时钟和调及时钟和调度程序插件度程序插件(CSC)。每个每个GSR机柜必须至少配置一个机柜必须至少配置一个CSC。CSC处理发自处理发自LC的请求，分配结构接入权限的请求，分配结构接入权限并为系统中所有插卡提供参照时钟，以保证整个纵横并为系统中所有插卡提供参照时钟，以保证整个纵横结构中数据传输的同步。结构中数据传输的同步。SFC从从CSC卡接收调度信息卡接收调度
27、信息和定时参考，并实施切换功能。和定时参考，并实施切换功能。 千兆比特处理器千兆比特处理器(GRP)提供路由选择功能，该处理器提供路由选择功能，该处理器负责在网络拓扑中运行路由选择协议和生成路由选择负责在网络拓扑中运行路由选择协议和生成路由选择表。该信息然后用于构建该处理器并分配给表。该信息然后用于构建该处理器并分配给LC的转的转发表。此外，发表。此外，GPR还负责提供系统控制和管理功能。还负责提供系统控制和管理功能。 分组转发功能由每个分组转发功能由每个LC执行。一份执行。一份GRP计算的转发计算的转发表复印件分配给系统中的每个表复印件分配给系统中的每个LC。每个每个LC能够独立能够独立查找
28、转发表本地复印件上收发到的每个数据报的目的查找转发表本地复印件上收发到的每个数据报的目的地址，然后整个纵横交换结构会将数据报交换到目的地址，然后整个纵横交换结构会将数据报交换到目的地地LC。随着人们对通信容量需求的不断增加，特别是随着人们对通信容量需求的不断增加，特别是Internet业务的爆炸性增长，网络拥挤日趋严重，城业务的爆炸性增长，网络拥挤日趋严重，城域网中已逐步采用了域网中已逐步采用了IP/DWDM技术。传统的城域网技术。传统的城域网络中采用络中采用TDM技术，它最适于技术，它最适于64Kbps语音业务，不语音业务，不适于统计复用数据业务。城域网中采用适于统计复用数据业务。城域网中采
29、用IP/DWDM技技术，省去了术，省去了ATM、SDH层，高性能的路由器通过光层，高性能的路由器通过光ADM和和WDM耦合器直接连至耦合器直接连至DWDM上，增加了带上，增加了带宽利用率，降低了成本。宽利用率，降低了成本。7.4 IP/DWDM城域网技术城域网技术 7.4.1 IP/DWDM技术简介技术简介密集波分复用密集波分复用DWDM是指用光复用器和解复用器将是指用光复用器和解复用器将多路不同波长的光波复合成一路在光纤上传输，中间多路不同波长的光波复合成一路在光纤上传输，中间用光放大器，接收端在用解复用器将多路不同波长分用光放大器，接收端在用解复用器将多路不同波长分离。早期的波分复用使用离
30、。早期的波分复用使用1310nm和和1550nm两个窗口，两个窗口，两个相邻波长之间的距离在两个相邻波长之间的距离在400GHz以上，在以上，在1550nm窗口内只传输窗口内只传输2路和路和4路信号，这种系统称为路信号，这种系统称为WDM系系统。目前大量使用统。目前大量使用DWDM密集型波分复用系统，密集型波分复用系统，DWDM技术指在当前技术指在当前1550nm 波段密集放置更多信道，波段密集放置更多信道，如图如图7-10所示。所示。图图7-10 光波分复用光波分复用在发送端采用光复用器（合波器）将不同规定波长的在发送端采用光复用器（合波器）将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行
31、传播。在接收信号光载波合并起来送入一根光纤进行传播。在接收端，再由一个光解复用器（分波器）将这些不同波长端，再由一个光解复用器（分波器）将这些不同波长承载不同信号的光载波分开，从而在一根光纤中可以承载不同信号的光载波分开，从而在一根光纤中可以实现多路光信号的复用传输。实现多路光信号的复用传输。DWDM系统主要由光系统主要由光源、光放大器、光复用器和光解复用器组成。源、光放大器、光复用器和光解复用器组成。在在ITU-T建议标准中，规定信道间隔为建议标准中，规定信道间隔为100GHz的整的整数倍。现在，人们已在试验采用数倍。现在，人们已在试验采用50GHz和和33.3GHz的的信道间隔，甚至更窄，
32、力求更充分地利用光纤的可用信道间隔，甚至更窄，力求更充分地利用光纤的可用带宽。带宽。对于城域网对于城域网, 城域网由于传输距离短（一般城域网由于传输距离短（一般100公里公里以内），系统对单模光纤的传输衰减要求不高，也不以内），系统对单模光纤的传输衰减要求不高，也不需要使用光纤放大器。这样这可以使用需要使用光纤放大器。这样这可以使用1200-1700nm的宽窗口的宽窗口,将相邻波长间隔放宽到将相邻波长间隔放宽到10或或20nm同样可以同样可以构成数十路的波分复用系统，这就是粗波分复用构成数十路的波分复用系统，这就是粗波分复用（CWDM）系统。系统。CWDM系统虽然成本较低，但也能和系统虽然成本
33、较低，但也能和DWDM一样支一样支持多业务接口，例如可提供持多业务接口，例如可提供SDH接口实现接口实现IP/EthernetoverSDH，可为路由器和可为路由器和ATM交换机提交换机提供光纤直连接口实现供光纤直连接口实现IP/Ethernet over Optical等等。等等。CWDM和和DWDM区别如下。区别如下。(1) CWDM光波通道间距较宽，同一根纤上复用光光波通道间距较宽，同一根纤上复用光波长数比波长数比DWDM少，少，粗粗与与密集密集称谓的来由就在称谓的来由就在于此。于此。(2) CWDM光调制采用非冷却激光，用电子调谐；光调制采用非冷却激光，用电子调谐；而而DWDM采用的是
34、冷却激光，用温度调谐。由于在采用的是冷却激光，用温度调谐。由于在一个很宽的光波长区段内温度分布很不均匀，因此温一个很宽的光波长区段内温度分布很不均匀，因此温度调谐实现起来难度很大，成本也很高。度调谐实现起来难度很大，成本也很高。CWDM避避开了这一难点，因而大幅降低了成本，目前开了这一难点，因而大幅降低了成本，目前CWDM系统成本一般只有系统成本一般只有DWDM的的30。CWDM系统的功系统的功耗和物理尺寸均比耗和物理尺寸均比DWDM系统的小得多。系统的小得多。1. 第一代第一代IP over Point-to-Point DWDM第一代第一代IP/DWDM与与10G以太网在以太网在WAN技术
35、相似，把技术相似，把IP包转换成包转换成SONET格式的帧，使格式的帧，使IP能在能在SONET网络网络上运行，应用方式如图上运行，应用方式如图7-11示。示。图图7-11 IP over Point-to-Point DWDM7.4.2 IP/DWDM城域网方案城域网方案主要特性主要特性:* 静态路由静态路由 * 网络拓扑要求是固定的网络拓扑要求是固定的 * 管理是典型的集中式管理是典型的集中式 * 使使IP和和WDM层之间的交换减少到最少层之间的交换减少到最少 主要产品是主要产品是Cisco早期开发的早期开发的GSR12000等。它们还可等。它们还可以通过集群并行工作构成以通过集群并行工作
36、构成太位路由器。太位路由器。2. 第二代第二代IP over Re-configurable DWDM第二代第二代IP/DWDM应用应用DWDM Cross-connects(OXC)技术，使更多的带宽使用效率和技术，使更多的带宽使用效率和IP路由界面利用，有路由界面利用，有新的设备运行保护和直接还原到光学层，所以不用新的设备运行保护和直接还原到光学层，所以不用SONET层为中介，应用方式如图层为中介，应用方式如图7-12所示。所示。图图7-12 IP over Re-configurable DWDM主要特性主要特性:IP路由与路由与DWDM Cross-conects端口相连接，有端口相连
37、接，有3种模种模型：型：Overlay model、Integrated model (MPLS) 、Peering model。第一种第一种是静态路由，后两种是动态路由，由硬件和软件来支是静态路由，后两种是动态路由，由硬件和软件来支持。持。主要产品是主要产品是Lucent公司的公司的NX64000波长路由器其交换波长路由器其交换机构容量达机构容量达6.4Tb/s。采用专利的双路径数据处理和采用专利的双路径数据处理和包管理共享存储器构成集中的交换机构。包管理共享存储器构成集中的交换机构。Nortel AVICI 太位交换路由器采用分布流水线式交换机构，太位交换路由器采用分布流水线式交换机构，其
38、容量可以从其容量可以从2.5Gb/s 扩展至扩展至5.6Tb/s。Cisco的的ONS15900波长路由器以及波长路由器以及CORVIS的的CoreWave光路光路由器。由器。 3. 第三代第三代IP over Switched DWDM第三代第三代IP/DWDM中操作的是每个包的交换，不是简中操作的是每个包的交换，不是简单的入口和出口光路。主要有单的入口和出口光路。主要有Optical Bust Switching(OBS) 、Optical Label Switching(OLS) 这这两种技术。和以前技术相同的是，这些技术都要依靠两种技术。和以前技术相同的是，这些技术都要依靠电处理包头来
39、控制交换动作。电处理包头来控制交换动作。目前城域目前城域DWDM技术存在的主要问题如下。技术存在的主要问题如下。(1) 成本问题，城域网中使用了大量的分插复用器成本问题，城域网中使用了大量的分插复用器（OADM），），每个分插复用器引入了一定的损耗，每个分插复用器引入了一定的损耗，所以在城域网中往往必须使用光放大器，使费用大大所以在城域网中往往必须使用光放大器，使费用大大增加。增加。(2) 技术问题，技术问题，DWDM城域网中需使用大量的城域网中需使用大量的OADM，为对网络进行灵活的控制，为对网络进行灵活的控制，OADM应是可应是可编程的，可以用软件进行控制。编程的，可以用软件进行控制。(3
40、) 兼容性问题，目前兼容性问题，目前DWDM网络的标准还没有完网络的标准还没有完全制定，多个厂家设备之间的互连还存在问题。全制定，多个厂家设备之间的互连还存在问题。MPLS来源于来源于Ipsilon公司的公司的IP交换、交换、Cisco公司的标记公司的标记交换、交换、IBM公司的公司的ARIS和其他一些建议，将某种在和其他一些建议，将某种在面向连接的面向连接的ATM和帧中继网络中出现的传输流工程和帧中继网络中出现的传输流工程带到无连接的带到无连接的IP网络。其理念是将网络。其理念是将IP传输流分配到多传输流分配到多条路由上，代替由边界网关协议这类内部网关协议找条路由上，代替由边界网关协议这类内
41、部网关协议找到的单一路由，从而实现避免拥塞、故障或者特殊类到的单一路由，从而实现避免拥塞、故障或者特殊类型的服务，并保证服务质量型的服务，并保证服务质量(QoS)。MPLS通过每一个节点的标签交换来实现包的转发。通过每一个节点的标签交换来实现包的转发。MPLS可以不改变现有的路由协议，可以在多种第二可以不改变现有的路由协议，可以在多种第二层的物理媒质上实施，目前有层的物理媒质上实施，目前有ATM、FR(帧中继帧中继)、Ethernet以及以及PPP。7.5 IP城域网城域网QOS通过通过MPLS，第三层的路由可以得到第二层技术的很第三层的路由可以得到第二层技术的很好补充。充分发挥第二层良好的流
42、量设计管理以及第好补充。充分发挥第二层良好的流量设计管理以及第三层三层Hop-By-Hop路由的灵活性，实现端到端的路由的灵活性，实现端到端的QoS保证。保证。1. MPLS网络的工作原理网络的工作原理MPLS网络包含一些基本的元素。在网络边缘的节点网络包含一些基本的元素。在网络边缘的节点被称作标签边缘路由器被称作标签边缘路由器(ELSR) ，而网络的核心节点而网络的核心节点就称为标签交换路由器就称为标签交换路由器(LSR)，如图如图7-13示。示。ELSR节点在节点在MPLS网络中完成的是网络中完成的是IP包的进入和退包的进入和退出过程，出过程，LSR节点在网络中提供高速交换功能。在节点在网
43、络中提供高速交换功能。在MPLS节点之间的路径就是标签交换路径节点之间的路径就是标签交换路径(LSP)。一一条条LSP可以看作是一条贯穿网络的单向隧道。可以看作是一条贯穿网络的单向隧道。图图7-13 MPLS网络结构网络结构MPLS的工作流程可以分为几个阶段，即网络的边缘、的工作流程可以分为几个阶段，即网络的边缘、网络的中心以及单跳路由网络的中心以及单跳路由(Hop-by-Hop)或者显式路由或者显式路由三个阶段。三个阶段。(1) 网络的边缘网络的边缘 当当IP数据包到达一个数据包到达一个ELSR，MPLS第一次应用标签。第一次应用标签。首先首先, ELSR要分析要分析IP包头的信息，并且按照
44、它的目包头的信息，并且按照它的目的地址和业务等级加以区分。的地址和业务等级加以区分。在在ELSR，MPLS使用了转发对等级别使用了转发对等级别(FEC)这一概念这一概念来将输入的数据流映射到一来将输入的数据流映射到一条条LSP上。简单地说，上。简单地说，FEC就是定义了一组沿着同一条路径有相同处理过程就是定义了一组沿着同一条路径有相同处理过程的数据包。这就意味着所有的数据包。这就意味着所有FEC相同的包都可以映射相同的包都可以映射到同一个标签中。到同一个标签中。 对于每一个对于每一个FEC， ELSR都建立一条独立的都建立一条独立的LSP穿过穿过网络网络,到达目的地。数据包分配了一个到达目的地
45、。数据包分配了一个FEC后，后，LER就可以根据标签信息库就可以根据标签信息库(LIB)为其生成一个标签。标为其生成一个标签。标签信息库将每一个签信息库将每一个FEC都映射到都映射到LSP下一跳的标签上，下一跳的标签上，如果下一跳的链路是如果下一跳的链路是ATM，则则MPLS将使用将使用ATM VCC里的里的VCI作为标签。作为标签。转发数据包时，转发数据包时， ELSR检查标签信息库中的检查标签信息库中的FEC，然然后将数据包用后将数据包用LSP的标签封装的标签封装,从标签信息库所规定从标签信息库所规定的下一个接口发送出去。的下一个接口发送出去。(2)在网络的核心在网络的核心 当一个带有标签
46、的包到达当一个带有标签的包到达LSR时，时，LSR提取入局标签，提取入局标签，同时以它作为索引在标签信息库中查找。当同时以它作为索引在标签信息库中查找。当LSR找到找到相关信息后，取出出局的标签，并由出局标签替代入相关信息后，取出出局的标签，并由出局标签替代入局标签，从标签信息库中所描述的下一跳接口送出数局标签，从标签信息库中所描述的下一跳接口送出数据包。据包。(3) 网络的边缘网络的边缘 数据包到达了数据包到达了MPLS域的另外一端。在这一点，域的另外一端。在这一点，LER剥去封装的标签剥去封装的标签,仍然按照仍然按照IP包的路由方式将数据包包的路由方式将数据包继续传送到目的地。继续传送到目
47、的地。2. IP网络网络 QoSIP网络上多媒体业务的出现对网络上多媒体业务的出现对IP环境中的服务质量环境中的服务质量(QoS)提出了更高的要求。提出了更高的要求。Internet上的分组话音和传真业务极大地降低了成本，上的分组话音和传真业务极大地降低了成本，使通信产业发生了彻底的变化。所有这些实时多媒体使通信产业发生了彻底的变化。所有这些实时多媒体应用所需要的应用所需要的QoS远比目前远比目前Internet可以提供的尽力可以提供的尽力而为的服务等级保证要高。而为的服务等级保证要高。目前，目前，Internet 远远不能提供企业所需要的且已经在远远不能提供企业所需要的且已经在其专用网络中习
48、惯的可靠性和性能。商业客户在安全其专用网络中习惯的可靠性和性能。商业客户在安全性、可预测性、可测量性等方面得到保证之前性、可预测性、可测量性等方面得到保证之前,还不还不大可能把关键业务的数据、话音和多媒体应用放到公大可能把关键业务的数据、话音和多媒体应用放到公用用IP网络上。网络上。IP QoS就是在这种环境下应运而生的。就是在这种环境下应运而生的。IP QoS是指是指IP的服务质量，是指的服务质量，是指IP数据流通过网络数据流通过网络时的性能。它的目的就是向用户的业务提供端到端的时的性能。它的目的就是向用户的业务提供端到端的服务质量保证。它有一套度量指标服务质量保证。它有一套度量指标,包括业
49、务可用性、包括业务可用性、延迟、可变延迟、吞吐量和丢包率。延迟、可变延迟、吞吐量和丢包率。IP QoS在可预在可预测、可测量性方面比传统测、可测量性方面比传统IP有了很大提高，基本解决有了很大提高，基本解决了商业用户的需求，因而势必可以吸引更多的商业用了商业用户的需求，因而势必可以吸引更多的商业用户，形成一个新的利润增长点户，形成一个新的利润增长点,带来可增值的业务种带来可增值的业务种类。另外，类。另外，IP QoS还带来了更高效的带宽使用率等。还带来了更高效的带宽使用率等。因此可以说因此可以说IP QoS将是今后一段时间促进将是今后一段时间促进IP网络增网络增长的关键技术。长的关键技术。 Q
50、oS可以用一系列可度量的参数来描述。可以用一系列可度量的参数来描述。(1) 业务可用性业务可用性: 用户到用户到Internet业务之间连接的可靠业务之间连接的可靠性；性；(2) 延迟延迟: 也称为时延也称为时延(Latency) ，指两个参照点之指两个参照点之间发送和接收数据包的时间；间发送和接收数据包的时间；(3) 可变延迟可变延迟: 也称为抖动也称为抖动(Jitter) ，指在同一条路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；由上发送的一组数据流中数据包之间的时间差异；(4) 吞吐量吞吐量: 网络中发送数据包的速率，可用平均速网络中发送数据包的速率，可用平均速率或峰值速率表
51、示；率或峰值速率表示；(5) 丢包率丢包率: 在网络中传输数据包时丢弃数据包的最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。高比率。数据包丢失一般是由网络拥塞引起的。IP QoS主要内容如下。主要内容如下。(1) IP QoS的综合业务结构的综合业务结构Int-Serv；(2) IP QoS的业务区分结构的业务区分结构Diff-Serv；(3) IP QoS的流量管理；的流量管理；(4) IP QoS的实现。的实现。1. ISP系统系统- ISP Systems 思科思科Metro IP解决方案正在帮助解决方案正在帮助Internet服务供应商服务供应商突破传统
52、突破传统SONET/SDH 基础架构的限制利用基础架构的限制利用IP的强的强大功能，满足新一代节点内大功能，满足新一代节点内 （Intra-POP）、）、交换点交换点（Exchange Point）和服务器库和服务器库/存储应用不断增长存储应用不断增长的带宽和业务需求，如图的带宽和业务需求，如图7-14示。示。目前，思科目前，思科7200/7500和思科和思科12000系列以及思科系列以及思科ONS 15194 IP传输集中器均可提供传输集中器均可提供ISP解决方案，适用于解决方案，适用于622Mbps/2.5Gbps 环境。这些解决方案可随时扩展到环境。这些解决方案可随时扩展到10Gbps甚
53、至更高。甚至更高。7.6 思科思科Metro IP解决方案解决方案图图7-14 Cisco城域城域 ISP系统系统2. 地区城域系统地区城域系统Regional Metro Systems 利用利用OC-48/STM-16和和OC-12/STM-4速度的思科速度的思科12000互联网路由器及动态分组传输互联网路由器及动态分组传输(DPT) 技术，思技术，思科可提供旨在将互联网和科可提供旨在将互联网和IP的强大功能应用到城域中的强大功能应用到城域中的地区城域系统，如图的地区城域系统，如图7-15示。地区城域解决方案可示。地区城域解决方案可用于支持用于支持IP传输传输(通过裸光纤、通过裸光纤、WD
54、M及及SONET/SDH)、有线有线MSO及企业及企业/园区园区MAN 网络系网络系统。统。图图7-15 Cisco地区城域地区城域IP系统系统3. 城域接入系统城域接入系统-Metro Access Systems 思科公司通过思科思科公司通过思科10722系列产品提供独特的系列产品提供独特的Metro IP接入解决方案，帮助服务供应商利用互联网边缘的接入解决方案，帮助服务供应商利用互联网边缘的强大功能、通过直接以太网连接为多住户用户提供城强大功能、通过直接以太网连接为多住户用户提供城域接入网域接入网IP业务，同时为他们提供边缘可编程性，如业务，同时为他们提供边缘可编程性，如图图7-16示。示。图图7-16 Cisco城域接入网系统城域接入网系统1. 从技术上讲，宽带从技术上讲，宽带IP城域网有哪几种模式城域网有哪几种模式?2. 什么是什么是IP/optical技术，该技术有什么优点技术，该技术有什么优点?3. 什么是什么是POS技术技术?4. 试画出试画出IP/SDH宽带宽带IP城域网的拓扑图。城域网的拓扑图。5. 简述简述IP/DWDM技术的发展过程。技术的发展过程。6. IP/DWDM和和IP/CWDM技术有何不同技术有何不同?7. Qos是什么是什么?8. 宽带宽带IP城域网中如何提供城域网中如何提供Qos?思考题思考题
