现代传输技术课程设计.docx

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现代传输技术课程设计

摘要

随着宽带用户的迅速增多，各种新业务如高清视频会议、移动网游、3D导航等的现实，都对现有的宽带网络提出了更高要求；另一方面，李克强总理在2015年5月13日主持召开国务院常务会议时鼓励电信企业尽快发布提速降费方案计划，使城市平均宽带接入速率提升40%以上；而城域网/接入网成为全网的带宽瓶颈，为了突破带宽瓶颈，迫切要求电信运营商在城域范围内建设城市IP骨干公用数据通信网。

本文通过阐述宽带IP城域网的概念，发展背景，对宽带IP城域网的传输技术、接入技术、IP规划，宽带IP城域网的特点、网络结构做了分析，在此基础上，给出了兰州市宽带IP城域网的建设方案。

关键词：

IP城域网传输接入网络结构

Abstract

Asbroadbandusersrapidlygrowing,allkindsofnewbusinesssuchasHDvideoconference,therealityofmobilegames,3dnavigationandsoon,alltheexistingbroadbandnetworkputforwardhigherrequirements;LiKeqiang,ontheotherhand,theprimeministerin2015,chairedastatecouncilexecutivemeetingonMay13,encouragetelecomenterprisesacceleratedtheplanofreducingthefeeforInternetandincreasingthespeedofdownloadassoonaspossible,maketheaverageurbanbroadbandaccessrateincreasebymorethan40%;Theman/accessnetworkbecomethebandwidthoftheentirenetworkbottleneck,inordertobreakthroughthebandwidthbottleneck,pressingfortelecomoperatorsinthemetropolitanareawithinthescopeofconstructioncitypublicIPbackbonedatanetwork.ThispaperexpatiatestheconceptofbroadbandIPmetropolitanareanetwork,thedevelopmentbackground,thebroadbandIPmetropolitanareanetworktransmissiontechnology,IPaccesstechnology,planning,thecharacteristicsofthebroadbandIPmetropolitanareanetwork,networkstructure,onthisbasis,theconstructionschemeofLanzhoubroadbandIPmetropolitanareanetworkisgiven.

Keyword:

B-IP-MANTransportAccessNetworkstructure

目录

目录

摘要1

Abstract2

目录3

1.课题背景4

1.1概述4

1.2宽带IP城域网的概念4

1.3宽带IP城域网的分层结构5

1.4建设宽带IP城域网的必要性6

2.宽带IP城域网的组网技术8

2.1宽带IP城域网的组网原则8

2.2网络分层结构8

2.3骨干传输技术10

2.4接入技术13

3.兰州市宽带IP城域网的规划17

3.1兰州市IP城域网业务需求17

3.2兰州市宽带IP城域网网络参考结构17

结束语19

参考文献20

1.课题背景

1.1概述

近几年来，随着骨干网容量和接入网容量的大幅度提升，网络的容量瓶颈已经逐渐转移到城域网，特别是电子商务、关键企业事业业务（如外联网、主机托管、存储域网、灾难恢复等）的外包、局域网互联、POP间或POP内的互联、高速数据传送、上网浏览、点播电视和会议电视等新旧业务和应用的发展进一步促进了城域网的发展。

总的来看，城域网是高度竞争和开放的网络环境，受用户和应用驱动，基本特征是业务类型多样化，业务流向流量的不确定性。

它不仅是传统广域网与局域网的桥接区或传统电信网与数据网的交叉融合地带乃至未来三网融合，因而各种不同背景的技术在此碰撞交融，往往会在复杂的融合过程中产生新的衍生体。

多样化将是城域网有别于长途网的重要特点，而丰富的应用是城域网能持续发展的原动力。

1.2宽带IP城域网的概念

城域网是介于广域网和局域网之间，在城市及郊区范围内实现信息传输与交换的一种网络。

从历史上看，城域网最初产生于局域互联和数据新业务发展的需要，以后随着形势的变化逐渐发展成为各类不同背景新兴运营公司的区域性多业务通信网，传统电信运营公司也开始在其相应的局间中继网范围大量建设类似的多业务区域性通信网。

近来城域网已经成为社会和业界关注的热点和竞争要点。

从基本特征看，城域网是一种主要面向企事业用户的、最大可覆盖城市及其郊区范围的、可提供丰富业务和支持多种通信协议的公用网，实际是一种带有某些广域网特点的本地应用型公用网络。

可以说城域网的关键特征是共用多业务网络，由此带来了一系列有别于其他网络的特点。

城域网既不同于局域网。

又不同于广域网。

IP城域网是电信运营商或互联网服务提供商在城域范围内建设的城市IP骨干共用数据通信网络。

它主要面向商企公众用户，可提供丰富业务，支持多种通信协议，基于IP数据网络设备，以高宽带互联。

国内IP宽带城域网一开始经常作为运营商IP骨干网在各个城市的延伸节点，作为互联网的一部分为用户提供基于IP的部分业务，如互联网接入等。

后来，因为业务发展、设备的扩容和网络的优化逐步形成具有多层次和单独AS域的完整IP宽带网络。

宽带IP城域网是面向各类用户提供宽带接入的数据通信网络。

宽带IP城域网是以款带IP交换技术和ATM、SDH、WDM等技术相组合的产物，为实现向普通用户提供宽带数据通信服务，陆续出现了IPoverATM、IPoverSDH、IPoverWDM、EPON、GPON等宽带技术。

宽带IP城域网利用MSTP技术将数据、语音、视频等业务进行融合向用户提供基于高宽带、多功能、多业务接入的城域多媒体通信网络。

IP城域网一般是“基础设施”、“应用系统”和“信息系统”三个方面内容的综合。

其中基础设施包括数据交换设备、城域传输设备、接入设备和多业务平台设备。

应用系统有基本服务和增值服务两部分组成。

信息系统包括环绕科技、金融、教育、财政和商业等数据的各种信息系统。

由此可见，IP城域网就是要打造一个全业务IP化的宽带数据通信平台。

1.3宽带IP城域网的分层结构

为了便于网络管理、维护和扩展，网络必须有合理的层次结构。

宽带IP城域网的网络结构通常分为三层：

核心层、汇聚层和接入层。

结构示意图如下图所示。

核心层：

核心层主要作用是负责进行数据的快速转发以及整个城域网络路由表的维护，同时实现与IP广域骨干网的互联，提供城市的高速IP数据出口。

核心层的设备一般采用高端路由器。

其网络结构为核心节点间原则上采用网状或半网状连接。

汇聚层：

汇聚层的功能主要是汇聚接入节点，解决接入节点到核心节点间光纤资源紧张的问题;实现接入用户的可管理性，当接入层节点设备不能保证用户流量控制时，需要由汇聚层设备提供用户流量控制及其他策略管理功能；除基本的数据转发业务外，汇聚层还必须能够提供必要的服务层面的功能，包括带宽控制、数据流QoS优先级的管理、安全性的控制、IP地址翻译NAT等功能。

主要设备有高中端路由器、3层交换机以及宽带接入服务器等。

网络结构：

核心层节点与汇聚层节点采用星状连接，在光纤数量可以保证的情况下每个汇聚节点最好能够与两个核心层节点相连。

接入层：

接入层的作用是负责提供各种类型用户的接入，在有需要时提供用户流量控制功能。

接入层节点可以根据实际环境中用户数量、距离、密度等的不同，设置一级或级联接入。

1.4建设宽带IP城域网的必要性

1.4.1业务需求

IP城域网络承载的业务的特性将是宽带化、综合化和个性化。

业务开展的形式将着重于解决大\中型集团用户高速\超高速继而因特网、组建VPN/VPDN的需要；满足部分大型住宅小区的大量分散用户共享百兆以太网或百兆以太网速率接入因特网的需求；满足大部分大型写字楼的各办公室集中共享百兆以太网或百兆以太网接入因特网的需求。

城域网具体需承载以下这些业务：

高速上网业务；全球眼业务；IPTV业务；VPN业务；增值业务。

1.4.2市场需求

根据宽带用户发展现状和趋势分析，未来几年宽带用户能够保持平稳的发展速度，宽带业务将会快速蓬勃发展。

根据业务发展和预期，宽带用户主要分为宽带拨号用户、互联网视听用户和专线用户。

1.4.3建设宽带IP城域网的必要性

由于宽带业务的迅猛发展，宽带用户数不断增长，同时不断呈现新业务，如互联网视听、NGN以及4G业务，城域网网络容量及可靠性达到一定水平才能满足市场需求。

随着4G网络的普及，用户对带宽的需求越来越高，从目前的网络能力需求来看，要想打造精品网络，给用户提供优质服务，建设城域网是必要的，也是各运营商制胜未来的重要武器。

2.宽带IP城域网的组网技术

2.1宽带IP城域网的组网原则

要组建一个宽带城域网和成功运营一个网络要遵循的基本原则是：

可运营性，可管理性，可扩展性和可营利性。

●可运营性：

组建的网络一定是可运营的，必须能够保证系统提供长时间的服务质量。

●可管理性：

必须要有网络管理能力。

表现在电信级的接入管理，业务管理，网络安全，计费能力，IP地址分配和QoS保证等方向。

●可扩展性：

即组网的灵活性，对新业务与网络规模以及用户规模的扩展的适应性。

这是由网络技术发展的不确定性和网络需求的变化决定的。

●可营利性：

可营利性要求组建宽带城域网必须定位在可以开展的业务上；要求能够区分高价值用户和普通用户，培育和构建合理的宽带价值链。

2.2网络分层结构

宽带IP城域网是在Internet业务迅速发展和市场竞争的条件，建立起的城市范围内的宽带多媒体通信网络，它是在宽带IP骨干网在城市范围内的延伸，并作为本地公共信息服务网络的重要组成部分，负责承载各种多媒体业务以满足用户的需求。

由此可见所建立的宽带IP城域网必须具备可管理和可扩展的电信运营的性质。

由于可管理和可扩展的电信运营网络均采用分层结构，因而宽带IP城域网也采用分层结构，共分三层，即核心层、会接层和接入层。

2.2.1核心层

核心层主要完成城域网内部信息的高速传送与交换，实现与其他网络的互联互通。

2.2.2汇接层

汇接层主要完成信息的汇聚和分发任务，实现用户网络管理。

2.2.3接入层

接入层主要为用户提供具体的接入手段。

可以采用无线接入方式，也可以采用有线接入方式，既可以采用双绞线接入，也可以采用同轴线接入，或局域网、专线接入方式，以此满足不同用户对各种业务的需求。

2.3骨干传输技术

宽带IP城域网的骨干传输技术指的是核心层和汇聚层的传输技术，主要有IPoverATM、IPoverSDH、IPoverDWDM和千兆以太网。

2.3.1IPoverATM

IPoverATM（POA）是IP技术与ATM技术的结合，它是在IP路由器之间（或路由器与交换机之间）采用ATM网进行传输，其网络分层结构示意图如下。

IPoverATM的基本原理和工作方式为：

将IP数据包在ATM层全部封装为ATM信元，以ATM信元形式在信道中传输。

当网络中的交换机接收到一个IP数据包时，它首先根据IP数据包的IP地址通过某种机制进行路由地址处理，按路由转发。

随后，按已计算的路由在ATM网上建立虚电路（VC）。

以后的IP数据包将在此虚电路VC上以直通（Cut－Through）方式传输而下再经过路由器，从而有效地解决了IP的路由器的瓶颈问题，并将IP包的转发速度提高到交换速度。

用ATM来支持IP业务有2个必须解决的问题：

其一是ATM的通信方式是面向连接的，而IP是不面向连接的，要在一个面向连接的网上承载一个不面向连接的业务，有很多问题需要解决，如呼叫建立时间、连接持续期等等；其二是ATM是以ATM地址寻址的，IP通信是以IP地址来寻址的，在IP网上端到端是以IP寻址的，而传送IP包的承载网（ATM网）是以ATM地址来寻址的，IP地址和ATM地址之间的映射是一个很大的难题。

2.3.2IPoverSDH

IPOverSDH以SDH网络作为IP数据网络的物理传输网络。

它使用链路及PPP协议对IP数据包进行封装，把IP分组根据RFC1662规范简单地插入到PPP帧中的信息段。

然后再由SDH通道层的业务适配器把封装后的IP数据包映射到SDH的同步净荷中，然后向下，经过SDH传输层和段层，加上相应的开销，把净荷装入一个SDH帧中，最后到达光层，在光纤中传输。

SDH是基于时分复用的，在网管的配置下完成半永久性连接的网，在IPoverSDH中，SDH只可能有一种工作方式，即SDH只可能以链路方式来支持IP网。

SDH作为链路来支持IP网，由于它不能参与IP网的寻址，它的作用只是将路由器以点到点的方式连接起来，提高点到点之间的传送速率，它不可能从总体上提高IP网的性能。

这种IP网其本质上仍是一个路由器网。

IP网整体性能的提高将取决于路由器技术是否有突破性进展。

千兆路由器在技术上是有突破的，但是技术的突破带来了设备复杂度大大的提高，由于这种突破性技术目前并不能广泛用于普通路由器中，除非全网全部路由器都采用千兆路由器（IPoverSDH），否则就不可能从整体上提高IP网的水平。

另外SDH是依靠网管来完成端到端的半永久性连接的配置的，一个大网完全依靠网管来配置是不可想象的。

所以千兆比路由器（IPoverSDH）只可能在干线上用，用以疏导高速率数据流。

IPoverSDH的分层结构

IPoverSDH的基本思路是将IP数据包通过点到点协议PPP直接映射到SDH帧结构中，从而省略了中间复杂的ATM层。

结构如下图所示：

具体做法是：

先将IP数据包封装进PPP帧，然后再利用高级数据链路控制规程（HDLC）按照RFC1662的规定组帧，最后按字节同步映射进SDH的虚容器中，再加上相应的开销置入STM-N帧中。

2.3.3IPoverDWDM

IPoverDWDM（POW）是IP与DWDM技术相结合的标志。

首先在发端对不同波长的光信号进行复用，然后将复用信号送入一根光纤中传输，在接收端再利用解复用器将各种不同波长的光信号分开，送入相应的终端，从而实现IP数据包在多波长光路上的传输。

构成IPoverDWDM网络的部件包括激光器、光纤、光放大器、DWDM光耦合器、光分插复用器（OADM）、光交叉连接器（OXC）和转发器等。

在IPoverDWDM网络中路由器通过OADM、OXC或者DWDM光耦合器直接连至DWDM光纤，由这些设备控制波长接入、交换、选择和保护。

结构图如下图所示：

2.3.4千兆以太网

在IP路由器之间（或路由器与交换机之间）可以采用千兆以太网（GE）技术进行传输。

千兆以太网是建立在标准的以太网基础上的一种宽带扩容解决方案。

它和传统以太网及快速以太网技术一样，都是用以太网所规定的技术规范，如CSMA/CD协议、以太网帧、全双工、流量控制等。

而且千兆以太网的QoS服务质量可以得到保证，同时支持VLAN。

2.4接入技术

2.4.1HFC

HFC即HybridFiber－Coaxial的缩写，是光纤和同轴电缆相结合的混合网络。

HFC通常由光纤干线、同轴电缆支线和用户配线网络三部分组成，从有线电视台出来的节目信号先变成光信号在干线上传输；到用户区域后把光信号转换成电信号，经分配器分配后通过同轴电缆送到用户。

HFC的传输链路主干线是光纤，接入部分是同轴电缆，是一种多传输介质、数字和模拟信号共存的复杂网络，说明对HFC网络的管理要比传统的计算机网络或电信网络的管理更为复杂。

由于HFC网络发展的历史原因和继承性，使得HFC网络管理存在许多弊病，已经不适应现代宽带接入网发展的要求，特别是HFC接入网处于多系统运营商（multiplesystemsoperator,MSO）的管理之下，其兼容性和互操作性是一个很大的问题，急需完善、可靠、经济的HFC网络管理系统，最终实现对HFC网络的全面管理，如失效管理、配置管理、安全管理、性能管理和计费管理等。

当前，对HFC网络的管理基本集中在网络维护的网元管理层，对更高层（网络层、业务层、企业级）的管理，尤其是对接入网的高层管理还是一个有待发展的课题。

在物理层，HFC网络管理功能包括差错检测、噪声系数、放大器增益、信号电平和电源电压；在数据层（数据链路层及以上），HFC网络管理功能包括对网络及其组件的配置管理、故障管理和性能管理。

本文进一步探讨了SNMP在HFC网络管理中的应用，提出一种经济的解决方案，实现对HFC网络中每一个设备的本地管理和远程管理，最终实现对HFC网络的全面管理。

HFC的主要特点是：

传输容量大，易实现双向传输，从理论上讲，一对光纤可同时传送150万路电话或2000套电视节目；频率特性好，在有线电视传输带宽内无需均衡；传输损耗小，可延长有线电视的传输距离，25公里内无需中继放大；光纤间不会有串音现象，不怕电磁干扰，能确保信号的传输质量。

同传统的CATV网络相比，其网络拓扑结构也有些不同：

第一，光纤干线采用星形或环状结构；第二，支线和配线网络的同轴电缆部分采用树状或总线式结构；第三，整个网络按照光结点划分成一个服务区；这种网络结构可满足为用户提供多种业务服务的要求。

随着数字通信技术的发展，特别是高速宽带通信时代的到来，HFC已成为现在和未来一段时期内宽带接入的最佳选择，因而HFC又被赋予新的含义，特指利用混合光纤同轴来进行双向宽带通信的CATV网络。

2.4.2FTTX+LAN

　FTTX+LAN技术是一种利用光纤加五类网络线方式实现宽带接入方案，实现千兆光纤到小区（大楼）中心交换机，中心交换机和楼道交换机以百兆光纤或五类网络线相连，楼道内采用综合布线，用户上网速率可达10Mbps，网络可扩展性强，投资规模小。

另有光纤到办公室、光纤到户、光纤到桌面等多种接入方式满足不同用户的需求。

FTTX+LAN方式采用星型网络拓扑，用户共享带宽。

适用于住宅小区、智能大厦、现代写字楼等地点。

光纤用户网是用户接入网技术的发展方向，是指局端与用户之间完全以光纤作为传输媒体的接入网。

用户网光纤化有很多方案，有光纤到路边（FTTC-FiberToTheCurb）、光纤到小区（FTTZ-FiberToTheZone）、光纤到大楼（FTTB-FiberToTheBuilding）、光纤到家庭（光纤到户）（FTTH-FiberToTheHome）、光纤到桌面（FTTD-FiberToTheDesktop）、光纤到所在地（FTTP-fibertothepremise）它包括FTTB（fibertothebuilding）、FTTC（fibertothecurb）以及狭义的FTTH。

特点：

1）、高速传输：

用户上网速率目前为10Mbps，以后可根据用户需要升级。

2）、网络可靠、稳定、楼道交换机和小区中心交换机、小区中心交换机和局端交换机之间通过光纤相连,网络稳定性高、可靠性强。

3）、用户投资少、价格便宜 用户只需要一台带有网络接口卡（NIC）的PC机即可上网。

4）、安装方便：

小区、大厦、写字楼内采用综合布线，用户端采用五类网络线方式接入，即插即用。

5）、应用广泛 ，通过FTTX+LAN方式可以实现高速上网、远程办公、VOD点播、VPN等多种业务。

网络结构：

FTTX+LAN的网络结构采用星状结构，如下图所示：

2.4.3XPON

PON（无源光网络）作为一种接入技术，定位在常说的“最后一公里”，也就是在服务提供商、电信局端和商业用户或家庭用户之间的解决方案。

结构图如下：

APON是ATMPON的简称。

ATM是一种基于信元的传输协议，近年来，被越来越广泛地应用于接入网上以提供视频广播、远程教学、以及数据通信等多种业务。

ATM技术能为接入网提供动态的带宽分配，从而更适合宽带数据业务的需要。

可以运行在多种物理层技术上，XDSL技术和PON技术均可为ATM的运行提供物理平台。

在PON中采用ATM信元的形式来传输信息的，称为ATM—PON或简称APON。

这种模式建立的是一个点到多点的系统，不仅可以利用光纤的巨大带宽提供宽带服务，还可以利用ATM进行高效的带宽业务管理。

EPON就是一种新兴的宽带接入技术，它通过一个单一的光纤接入系统，实现数据、语音及视频的综合业务接入，并具有良好的经济性。

EPON将成为一种主流宽带接入技术。

由于EPON网络结构的特点，宽带入户的特殊优越性，以及与计算机网络天然的有机结合，使得全世界的专家都一致认为，无源光网络是实现“三网合一”和解决信息高速公路“最后一公里”的最佳传输媒介。

GPON（Gigabit-CapablePON）技术是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽，高效率，大覆盖范围，用户接口丰富等众多优点，被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化，综合化改造的理想技术。

GPON下行最大速率为2.5Gbps，上行为1.25Gbps，分光比最大为1：

64。

2.4.4IP地址规划

接入互联网的用户必须使用公有IP地址。

由于IPv4地址大部分已被分配，而互联网的用户数目任在保持快速增长，IP地址资源紧缺问题是制约互联网发展的难题，所以为避免耗用宝贵的地址资源，城域网内不能全部采用公有IP地址，而是在网内同时使用公有地址和私有地址两类地址。

核心层为混合地址域，公有IP地址和私有IP地址混合使用。

核心层内部公有IP地址之间不需要进行地址转换，路由设备能够同时处理公有和私有IP地址路由。

对于小区内个人用户，默认分配私有IP地址，并可访问网内宽带业务；对于企业内部网和校园网用户，一般分配若干公有IP地址，至于其内部的私有IP地址由其自行分配。

但是如果使用私有IP地址的用户需要访问外部资源时，由于内部网络与公共网络的相对隔离性，则需要运用NAT技术进行地址转换。

3.兰州市宽带IP城域网的规划

现有三种网络正在运营：

电信交换网、计算机网和有线电视网。

将来的信息网络——下一代网络不可能以上述三种网络之一为基础平台来构建。

随着IP技术的发展，将三网融合到统一的IP网络已经成为发展趋势。

因此，宽带城域网的发展一定是基于IP网络，所开展的业务也是基于IP的业务。

3.1兰州市IP城域网业务需求

随着数据通信与多媒体业务需求的发展，适应移动数据、移动计算及移动多媒体运作第四代移动通信业务兴起。

2013年12月4日工信部正式向三大运营商发布4G牌照，中国移动、中国电信和中国联通均获得TD-LTE牌照2015