4章广电宽带城域网交互信道骨干网技术小结.docx
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4章广电宽带城域网交互信道骨干网技术小结
第4章 广电宽带城域网交互信道骨干网技术小结
一、概述
1、交互信道骨干网的主流技术
从实际应用情况和可行性来看，主流技术是GE（GigabitEthernet）技术、IPoverATM（集成模型）技术、POS（PacketoverSDH）技术、MPLS（Multi-ProtocolLabelSwitch）技术、MSTP（Multi-ServiceTransportPlatform）技术和IPoverWDM技术。
2、城域交互信道骨干网建设要点
（1）以POS（PacketoverSDH）技术作为上下传输和互连接口。
（2）优先考虑采用千兆以太网GE技术。
也可采用IPoverATM（集成）、MSTP和IPoverWDM技术。
尽量不选DPT技术。
（3）MSTP和“一机双平面”是ATM和IP一体化的交换平台，在一定程度上可以减小技术选择的风险。
二、ATM技术
（一）ATM基本概念
1、ATM定义：
“以信元为信息传输、复接和交换的基本单位的转送方式”。
“异步”时分复用：
来自同一信源的信元之间没有固定时间关系（信元动态占据信道），识别信道依靠信元中信头的“标记”。
2、ATM信元组成：
信元长度：
53个字节。
信头（header）：
前面5个字节，传输通路信息、控制信息等。
分UNI和NNI两种。
信息域（informationfield）或净荷：
后面的48个字节，传输业务信息。
3、ATM分层参考模型
高层
高层功能
AAL层
会聚CS子层
会聚功能，将业务数据变换成CS数据单元
拆装SAR子层
分段与重组，以信元为单位对CS数据分段或重组
ATM层
通用流量控制，信头头的产生/提取，信元VP/VC变换，信元复用与解复用
物理层
传输会聚TC子层
信元速率解耦，HEC信头序列产生/检验，信元定界，传输帧适配，传输帧产生/恢复
物理媒体PM子层
比特定时，物理媒体
4、ATM业务类别
（1）A类：
恒定比特率（CBR）业务。
（2）B类：
可变比特率（VBR）业务。
（3）C类：
可用比特率（ABR）业务。
（4）D类：
未定比特率（UBR）业务。
业务划分的三个参数：
（1）源和目的之间的定时要求，
（2）比特率要求，（3）连接方式。
5、ATM三个重要概念
（1）ATM层传输通道：
由各种不同的虚通道VP组成的整个传输通道。
（2）虚通道VP：
ATM网络中一捆有相同端点的虚通路连接VCC所组成的传输通道（一组相同端点VC之集合）。
虚通道识别符VPI用于标识属于同一VP的不同VC。
（3）虚通路VC：
ATM网络中的基本交换单位，是在两个端用户之间通过网络建立起来的全双工的通信连接（逻辑链路）。
虚通路识别符VCI用于标识属于同一VC的信元群。
6、ATM路由信息：
由虚通道标识VPI和虚通路标识VCI两者的组合VPI/VCI标识。
7、ATM两级交换：
ATM信元的交换既可以在VP级进行，也可以在VC级进行。
VP级交换将所有的VC转送到另一条VP，VPI改变，而VCI不变；VC级交换必须和VP交换同时进行，VPI和VCI都要改变。
（二）ATM交换机
1、组成（三大模块）：
（1）接口模块，
（2）交换模块，（3）控制模块。
2、功能（三大功能）：
（1）路由选择（空分交换），
（2）信头翻译（时分交换），（3）排队（缓冲处理）。
3、两种交换结构：
（1）空分交换，
（2）时分交换。
（三）ATM交换机中的三个工作步骤
1、根据已知的VPI/VCI接收信元；
2、根据链接表中规定的值确定本次连接的输出端口（一个或多个），并更新下一次连接的VPI/VCI值；
3、以正确的链接标识符将信元重新发送到输出链路上。
（四）ATM的主要特点
1、面向连接的通信方式（QOS保证，ATM传送）
2、长度固定的分组交换方式（信元长度固定）
3、可实现VP/VC两级交换（传输通道>VP>VC）
4、采用统计时分复用方法（异步传送，VPI/VCI标识信道）
5、可综合多种业务（统一的信元格式，与业务无关，与设备无关，与比特率无关）
（五）IPOverATM两种模型
1、IP与ATM的技术差别
序号
比较项目
IP
ATM
（1）
连接方式
面向非连接
面向连接
（2）
选路依据
IP地址
VPI/VCI
（3）
信息结构
IP包不定长
固定长度信元
（4）
服务质量
没有QOS
提供QOS
（5）
通信支持
支持广播与组播
支持点对多点的单向通信
2、两种模型的基本差别在于地址解析过程和ATM虚连接的建立过程。
两种模型以不同的角度看待ATM协议层和IP的关系。
3、两种模型的比较
模型
过程
特点
重叠模型
在ATM端点同时使用ATM和IP两种地址的映射功能，分成地址解析和建立连接两个过程。
采用两套地址，分别进行处理。
集成模型
直接将目的IP地址映射到所需的虚通路/虚电路标识值。
直接映射，进行综合处理。
三、千兆以太网技术
（一）以太网技术
1、以太网（Ethernet）：
遵循IEEE802.3标准的计算机网络。
2、以太网发展沿革
以太网名称
速率
标准
传统以太网
10Mbps
IEEE802.3
快速以太网FE
100Mbps
IEEE802.3u
千兆以太网GE
1Gbps
IEEE802.3z
IEEE802.3ab
万兆以太网10GE
10Gbps
IEEE802.3ae
3、传统以太网（CSMA/CD）机制：
“先听后发，边发边听，冲突停止，随机延迟后重新发送”。
MultipleAccess）
“载波侦听CS”（CarrierSense）：
发前先听；
“多址访问MA”（MultipleAccess）：
多站点共享总线；
“冲突检测CD”（CollisionDetection）：
对碰撞进行检测。
（二）千兆以太网基础
1、帧格式：
PA（7B）、SFD（1B）、DA（6B）、SA（6B）、T/L（2B）、MAC客户数据（46～1500B）、FCS（4B）。
2、介质访问控制层
（1）两个功能：
①MAC帧的封装（成/卸帧，编/寻址，差错检测）；②媒体访问控制（信道分配，竞争解决）。
（2）两种模式：
①半双工（相同的信道只能接收和发送，采用CSMA/CD）；②全双工（每个联接有两条信道，无需CSMA/CD）。
3、物理层（四种传输介质）
（1）802.3z标准三种类型的传输介质：
①单模光纤1000Base-LX（5000米，建筑内部/建筑之间主干网；园区主干网；城域网）。
②多模光纤1300nm的1000BaseLX和850nm的1000BaseSX（550米，建筑内部主干网；高性能工作站，服务器连接）。
③均衡屏蔽的150欧姆铜缆1000BaseCX（25米，机架内互联）。
（2）802.3ab标一种类型的传输介质：
4对Category5非屏蔽绞合线缆1000Base-T（100米，桌面计算机，服务器连接）。
（三）千兆以太网交换机
1、千兆以太网交换机（三层路由交换机）：
交换机中用来处理第二层数据包的芯片功能增强到能够进行第三层数据包的处理，具有路由功能的交换机。
2、三种交换体系结构
（1）总线结构
（2）共享存储器结构
（3）交换矩阵结构
（四）虚拟局域网VLAN
1、虚拟局域网VLAN：
将一组物理上彼此分开的用户和服务器按性质及需要划分成与物理位置无关的“逻辑工作组”，也即一个跨接在不同物理局域网网段内节点所形成的逻辑局域网段。
2、VLAN的实现方法
（1）根据协议：
根据网络层的协议类型（IP、IPX）或网络层地址（特定的IP子网）划分VLAN。
（2）根据MAC地址：
直接把一组站点的MAC地址填入交换机的MAC分发表，从而交换机就会按照MAC分发表中的地址，发送信息到分发表中已有的站点，凡分发表上没有的其他站点就不会被发送。
（3）根据端口：
通过软件，将一组交换机的端口配置成一个广播域的VLAN。
交换机对属于同一组的端口转发数据，不是同一组的端口交换集线器加以限制，组与组间通过路由器连接。
四、SDH技术
（一）SDH相关概念
1、SDH（同步数字体系）：
由若干SDH的网元组成在光纤或微波上进行同步信息传输、复用、分插和交插连接的网络。
同步：
支路时钟同源；数字：
传输数字信号；体系：
支路复接、线路传输、信号交换融为一体。
2、准同步
（1）准同步：
支路时钟有容限偏差约束的异步复接。
（2）PDH的主要缺陷：
①标准不统一；②没有统一的光接口标准；③复用结构复杂；④缺乏强大的网络管理功能。
3、SDH的核心特点
（1）同步复用：
上下电路业务十分容易。
（2）标准光接口：
对NNI（NetworkNodeInterface）统一规范，容易实现多厂家SDH设备的互连。
（3）强大的网络管理能力：
帧结构中安排了丰富的用于OAM功能的开销字节，使网络的自动化程度大大加强。
4、SDH在广电宽带城域网中的应用场合
（1）广电网络的上下互连：
全国、省级和地市级广播传输网基本均采用SDH。
（2）广电城域交互信道骨干网。
（二）SDH的复用
1、SDH标准传输速率等级
同步传输模块STM
标准传输速率（kbps）
传输速率约称
STM-1
155,520
155Mbps
STM-4
622,080
622Mbps
STM-16
2,488,320
2.5Gbps
STM-64
9,953,280
10Gbps
STM-256
39,813,120
40Gbps
2、STM-1的帧结构。
9×270字节的块状帧，1帧＝2430字节＝19440比特，
帧周期＝125μs，帧率＝8000帧/s。
（1）净荷（含POH）：
9×261字节
（2）RSOH：
9×3字节，监控整个STM－N。
（3）AU－PTR：
9×1字节，指示净荷在AU中位置。
（4）MSOH：
9×5字节，监控某个STM－1。
开销：
用于网络运行、维护、管理的OAM字节。
指针：
用来指示低速信号在高速信号中位置的一组二进制数。
N个STM－1以字节为单位同步交错复接后构成STM－N信号。
3、SDH的复用三个步骤
（1）映射：
在SDH网络边界处支路信号经速率调整，并增加通道开销（POH），适配进虚容器的过程。
（2）复用：
使多个低阶通道层的信号适配进入高阶通道层或多个高阶通道层信号适配进复用段层的过程。
提供VC－1、VC－3为低阶通道层，提供VC－4为高阶通道层。
（3）定位：
使用指针，指示帧偏移信息，即VC在TU或AU净荷的位置。
4、SDH六种复用单元
名称
种类
功能
容器C-n
5
装载各种速率的业务信号的信息结构（字节排列方式），完成适配，即码速调整。
（n=11，12，2，3，4）
虚容器VC-n
5
支持SDH的通道层连接的信息结构，完成同步复用和交叉连接，VCn=Cn＋VCnPOH（n=11，12，2，3，4）
支路单元TU-n
4
提供低阶通道层和高阶通道层之间适配的信息结构，TUn=VCn+TUnPTR，TU-nPTR指示低价VC-n净负荷起点相对高阶VC帧起点间的偏移值。
（n=11，12，2，4）
支路单元组TUG-n
2
高阶VC净负荷中的一个或多个TU的集合。
（n=2，3）
管理单元AU-n
2
提供高阶通道层和复用段层之间适配的信息结构。
AUn=VCn+AUnPTR（n=3，4）
管理单元组AUG
1
在STM-n净负荷中的一个或多个AU的集合。
（三）SDH的四种网元
（1）终端复用器（TM）：
在通道两端把多路低速信号复用成一路高速信号，或反过来把一路高速信号分接成多路低速信号设备。
（2）分插复用器（ADM）：
在高速信号传输链路中途分接或插入部分低速信号的设备。
（3）数字交叉连接设备（DXC）：
在高速信号传输链路中具有一个或多个信号端口，可以对任意端口之间的信号进行可控连接（包括再生连接）的设备。
（4）再生中继器（REG）：
在传输链路中途接收STM-N信号并经过适当的处理使信号按照规定的幅度、波形和定时特性继续向前传送的设备。
（四）SDH网络结构
（1）再生段：
再生器REG与其它设备之间的连接；
（2）复用段：
复用器之间（可能经过一个或者多个中继器）的连接；
（3）通道：
源TM和宿TM之间的连接。
自愈网：
指在网络发生故障时，在极短的时间内，无需人为干预，就能自动发现和选择替代传输路由，重新配置业务，恢复通信能力的网络。
（五）SDH网的同步方式
同步方式
使用场合
特点
伪同步
一个国家与另外一个国家的数字网之间
网内各局的时钟虽频率和相位不完全相同，但误差很小，接近同步。
主从同步
一个国家、地区内部
只有一个主局时钟，其他网元均以此主局时钟为网元基准来进行本网元的定时。
（六）POS技术
1、POS分层模型
Video
Voice
Data
高层
IP
网络层
PPP
数据链路层
HDLC
SDH
物理层
Optical
2、POS的数据链路层
（1）PPP：
提供多协议封装、差错控制和链路初始化控制等功能；
（2）HDLC：
负责同步传输链路上PPP封装的IP数据帧的定界。
五、MSTP技术
1、MSTP：
基于SDH平台，同时实现TDM、ATM、以太网等多种业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点。
2、MSTP的目的：
通过一个平台，提供对电路、ATM、IP和以太网的业务支持。
目前已经成为城域传送网上的主流技术。
3、MSTP与SDH的关系
（1）继承：
①核心处理：
基于SDHVC通道；②网管系统：
与原来SDH系统能统一到一个管理平台。
（2）发展：
①MSTP是一种新型SDH；②形成新的接入功能。
4、MSTP主要功能：
（1）SDH功能，
（2）以太网业务透传功能，（3）以太网二层交换功能，（4）以太环网功能，（5）ATM层处理与承载功能
5、MSTP设备的特点：
（1）功能上的集成性；
（2）管理上的统一性。
6、MSTP关键技术
（1）虚级联和LCAS功能：
①虚级联技术：
把多个小的容器级联起来并组装成为一个比较大的容器来传输数据业务。
目的是实现带宽动态调整，给数据业务提供合适大小的通道，以提高传送效率。
②链路自动容量调整协议（LCAS）：
在不中断数据流的情况下动态的调整虚级联的个数的协议。
目的是可根据业务流量对所分配的虚容器带宽动态调整，且不影响数据传送性能，确保了工作在虚级联状态下的SDH通路。
（2）基于二层交换方式的以太网：
实现业务优先级和一定的带宽控制功能。
（3）弹性分组环RPR技术：
为实现分组优化的城域网的要求而设计，适用于多业务分组传送的一种新型的网络结构和技术。
MSTP重要发展方向是采用RPR来实现以太环网。
①“弹性”：
高可靠性，具有“环回”和“绕开”两种保护切换方式，可以在50ms内恢复IP业务，不需要路由表的重新收敛。
②“分组”：
面向“分组”的L2交换，不是面向电路。
③“环”：
组网拓扑采取双向反向环、单纤环等。
（4）RPR四大特性：
①双环结构。
②统计空间复用技术。
③带宽动态分配。
④自动拓扑识别。
六、MPLS技术
1、多协议标签交换MPLS：
一种将二层交换和三层路由技术相结合的多层交换技术，使用标记作为聚集转发信息的方式，采用标准分组处理方式对第三层分组进行转发，采用标签交换对第二层分组进行交换。
（1）设想：
使用包含转发信息的标记，查验标记速度比查找路由选择表中的目的地址快。
对于IP流的传送区分核心和边缘功能，符合“核心简单、边缘复杂”，减少网络复杂性。
（2）目的：
在Internet上充分采用MPLS，能充分支持实时音视频所需的服务质量（QoS）和保证服务的带宽。
（3）价值：
在无连接的IP网络中引入连接模式的特性。
已经成为宽带骨干网中的一个根本性的重要技术。
（4）实质：
分类转发。
（5）基础：
等价转发类FEC
（6）MPLS体系结构：
出现在OSI2.5层的连接机制。
2、MPLS的三个基本概念：
（1）交换S（Switching）：
2层硬件快速交换，一次路由多次交换；
（2）标记L（Label）：
分组用标记加以标识；
（3）多协议MP（Multi-Protocol）：
对上、对下支持多种协议。
3、MPLS网络组成（两种设备，体现核心简单，边缘复杂）
名称
性质
功能
标记边缘路由器（LER）
位于网的边缘，作为MPLS的入口／出口路由器。
执行全部的第三层功能和由运行LDP而产生的基于LIB的标签绑定功能。
标记交换路由器（LSR）
位于网的中间，执行基于LIB的标签交换，具有第三层转发分组和第二层交换分组的功能路由器。
执行基于LIB的标签交换，具有第三层转发分组和第二层交换分组的功能。
同时也能运行传统IP选路协议和执行一个特殊控制协议与相邻LSR协调FEC／标签的绑定信息。
4、MPLS网络中的转发机制
（1）建立标记路径：
使用现有的选路协议，建立到终点网络的连接，LDP完成标记到终点网络的映射；
（2）入口加上标记：
输入端标记边缘路由器接收到分组，完成第三层功能，将其映射到一个等价转发类FEC（ForwardingEquivalencyClasses）中，并给分组贴上标记；
（3）网内标记交换：
标记交换机对带有标记的分组进行交换，根据标记转发表以一个新的标记替换旧的标记的转发；
（4）出口去掉标记：
在输出端的MPLS边缘路由器中去掉标记，并按照传统的路由策略转发到最终目的地。
5、标记分发和交换
（1）标记分发：
分发FEC／标记绑定信息的过程，目的是为了形成一个标记交换路径（LSP）。
标记分发协议LDP（LabelDistributionProtocol）作为MPLS的信令协议，提供标准的MPLS信令机制分配和分发标记。
转发等价类（FEC）：
在MPLS网络中一系列相同路径、相同转发处理的数据流集合，以相同方法转发的一组网络层数据分组。
（2）标记交换（LabelSwap）：
指基本的MPLS转发操作，它由一系列的过程组成。
标记交换步骤：
①在分组上添加表示分组归属的FEC关联标记；②使用标记值转发分组；③检索一个包含出口和新标记的连接表，并用新标记替换旧标记。
转发信息库（FIB）：
包含各个标记所对应的各种转发信息的数据库。
6、MPLS关键技术
（1）边缘标记路由器（LER）：
一种位于MPLS网络边界处的全功能的路由器，用来进行初始数据包处理、分类，并加上标记。
（2）标记交换路由器（LSR）：
具有标记交换能力的路由器，用于交换加上标记的数据包。
（3）标记分发协议（LDP：
提供标准的MPLS信令机制，分配和分发标记的协议，在设备之间提供通信与路由选择协议，建立标记交换通道。
（4）标记交换通道（LSP）：
由两个端点之间分配的所有标记定义的动态或静态通道。
属于特定FEC的分组所经过的处于同一层次的多个LSR所形成的路径。
（5）标记（Label）：
一个包含在每个分组中20比特固定长度本地意义的标识符。
标记封装在IP分组和链路层的中间。
用于LSP用于转发数据包的报头。
7、流量工程
（1）流量工程TE（TrafficEngineering）：
指由数据流量选路的一种选择过程。
用于按规则均衡网络中各种链路、路由器和交换机上的流量负荷。
（2）流量工程的基本组成：
①拓扑信息分发，②路径选择，③沿着计算好的路径转发分组，④流量管理。
七、IPOVERWDM技术
1、波分复用WDM：
使用不同的波长在同一光纤上承载数十个以至上百个通路的信号的复用技术。
数据网络发展的扁平化趋势：
多层协议结构网络两层协议结构网络
2、WDM的含义：
根据光波频率（或波长）不同将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器（合波器）将不同波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。
在接收端，再由波分复用器（分波器）将这些承载不同信号的光载波分开的复用方式。
划分光波信道，发送端合波，接收端分波。
3、WDM的本质：
光域上的频分复用（FDM）技术，每个波长通路通过频域的分割实现。
4、光波分复用分类
（1）稀疏波分复用CWDM：
Δλ在10～100nm；
（2）密集波分复用DWDM：
Δλ在1～10nm；
（3）光频分复用OFDM：
Δλ＜1nm。
5、WDM的特点
（1）充分利用光纤的巨大带宽资源，节约大量光纤。
（2）波分复用通道对数据格式透明，在同一光纤中传输的信号波长彼此独立，可以传输特性完全不同的信号。
（3）波分复用技术是未来光网络的基石。
6、WDM的工作方式
（1）双纤单向传输系统
（2）单纤双向传输系统。
7、IPoverDWDM：
将IP包经过某种简单的接口协议直接加到光路上传送的方式。
8、IPoverDWDM两种模式：
（1）层叠（overlay）模式
（2）对等（peer）模式。
9、IPOverDWDM的协议模型
10、IPOverDWDW关键技术：
（1）层间适配与组帧技术，
（2）物理接口规范，（3）网络的QoS，（4）链路管理，（5）网络的自愈能力。
八、IP地址规划与路由设计
1、TCP/IP不同层次使用的不同地址
层次
使用地址
地址别称
物理层
数据链路层
48bits硬件地址
物理地址、MAC地址
网络层
IPv4的32bitsIP地址
网络层地址、虚拟地址、逻辑地址
传输层
协议标识
协议号
应用层
端口号和用户名
2、IPv4的5类地址
3、划分IP地址技术的发展阶段
4、特殊类型的IP地址
特殊类型的IP地址
地址特征
多点广播地址（D类）
IP地址中的第一个字节以“lll0”开始的地址（大于223小于240）
当前主机地址
IP地址中的每一个字节都为0的地址“0.0.0.0”
当前子网的广播地址
IP地址中的每一个字节都为1的IP地址“255.255.255.255”
特殊用途使用地址（E类）
IP地址中第一个字节凡是以“llll0”开始的的地址
回路测试地址
127.1.1.1用于回路测试
本地网络地址
网络ID的第一个6位组全“0”的地址
5、私有地址（不被任何路由器转发，用于私网中的地址）
类别
IP地址范围
网络数
地址数量
A
10.0.0.0---10.255.255.255
1
16777216
B
172.16.0.0---172.31.255.255
16
1048576
C
192.168.0.0---192.168.255.255
255
65536
6、地址规划原则
（1）统一性：
统一规划、统一协调、统一分配、统一管理。
（2）层次性：
降低管理复杂性，提高管理效率。
（3）连续性：
实现地址的最优使用。
（4）唯一性：
保证地址的唯一使用。
7、路由协议
名称
场合
常见协议
内部网关路由协议（IGP）
自治系统内路由器间交换路由可达信息的协议
RIP、OSPF、EIGRP、IS-IS协议
外部网关路由协议
升级会员 