運(yùn)用寬帶IP技術(shù)建設(shè)鄭州市CATV網(wǎng)

1、運(yùn)用寬帶IP技術(shù)建設(shè)鄭州市CATV網(wǎng) 吳明天 一、需求分析與設(shè)計(jì)原則 隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)尤其是TCP/IP技術(shù)的進(jìn)步，電信網(wǎng)絡(luò)的所有傳統(tǒng)業(yè)務(wù)和新型業(yè)務(wù)都將在以IP技術(shù)為主的數(shù)據(jù)網(wǎng)中傳輸，使投資和營運(yùn)成本大為下降，并進(jìn)一步推動(dòng)各種寬帶多媒體業(yè)務(wù)進(jìn)入社會(huì)和普通家庭。這些變化使人們的工作、生活、學(xué)習(xí)和娛樂方式將發(fā)生重大變革。鄭州IP CATV寬帶IP網(wǎng)系統(tǒng)的目標(biāo)是面向全市的公共信息服務(wù)平臺(tái)。本項(xiàng)目完成建設(shè)的是一個(gè)以TCP/IP協(xié)議為基礎(chǔ)、具有大容量高速傳輸能力的、可靠穩(wěn)定保證服務(wù)質(zhì)量的營運(yùn)級(jí)寬帶IP網(wǎng)絡(luò)。 1. 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的總體要求 (1)先進(jìn)性。IP寬帶IP網(wǎng)計(jì)劃采用世界先進(jìn)的千兆IP線速路由器/交

2、換機(jī)，能與ATM/SDH寬帶傳輸交換平臺(tái)充分互聯(lián)，能夠承載和交換各種信息并將其接入公眾用戶。 (2)普遍性。IP寬帶IP網(wǎng)必須考慮到鄭州公眾用戶的實(shí)際情況，以相應(yīng)的可接受的價(jià)格向用戶提供不同接入服務(wù)的方法。 (3)統(tǒng)一性。IP寬帶IP網(wǎng)必須遵循鄭州信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方案及規(guī)劃，科學(xué)地統(tǒng)一建設(shè)。 (4)可擴(kuò)充性。IP寬帶IP網(wǎng)必須隨著需求的變化，充分留有擴(kuò)充余地。 (5)安全性及可管理性。IP寬帶IP網(wǎng)是鄭州公眾寬帶網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)注意保證整個(gè)系統(tǒng)的可管理性和整個(gè)系統(tǒng)的安全性、可靠性。 2. 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求 (1)可靠性和自愈能力 a)鏈路冗余。在主干連接(主干設(shè)備之間及其與匯接設(shè)備之間的連接)具備可

3、靠的線路冗余方式。建議采用負(fù)載均衡的冗余方式，即通常情況下兩條連接均提供數(shù)據(jù)傳輸，并互為備份。主線路切換到備份線路的時(shí)間應(yīng)小于50ms,以充分體現(xiàn)采用光纖技術(shù)的優(yōu)越性。這種高速的網(wǎng)絡(luò)自愈特性應(yīng)可以保證不會(huì)引起IP路由的重新計(jì)算，不會(huì)引起業(yè)務(wù)的瞬間質(zhì)量惡化，更不會(huì)引起業(yè)務(wù)的中斷。 b)模塊冗余。主要設(shè)備(主干設(shè)備和業(yè)務(wù)匯聚點(diǎn)的核心設(shè)備)的所有模塊和環(huán)境部件應(yīng)具備1+1或1：N熱備份的功能，切換時(shí)間小于3秒。所有模塊具備熱插拔的功能。系統(tǒng)具備99.999%以上的可用性。 c)設(shè)備冗余。提供由兩臺(tái)或兩臺(tái)以上設(shè)備組成一個(gè)虛擬設(shè)備的能力。當(dāng)其中一個(gè)設(shè)備因故障停止工作時(shí)，另一臺(tái)設(shè)備自動(dòng)接替其工作，并且不引

4、起其他節(jié)點(diǎn)的路由表重新計(jì)算，從而提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。切換時(shí)間小于3秒，以保證大部分IP應(yīng)用不會(huì)出現(xiàn)超時(shí)錯(cuò)誤。 d)路由冗余。網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)提供足夠的路由冗余功能，在上述冗余特性仍不能解決問題時(shí)，數(shù)據(jù)流應(yīng)能尋找其他路徑到達(dá)目的地址。在一個(gè)足夠復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)連接發(fā)生變化時(shí)，路由表的收斂時(shí)間應(yīng)小于30秒。 (2)擁塞控制與服務(wù)質(zhì)量保障 擁塞控制和服務(wù)質(zhì)量保障(QoS)是公眾服務(wù)網(wǎng)的重要品質(zhì)。由于接入方式、接入速率、應(yīng)用方式、數(shù)據(jù)性質(zhì)的豐富多樣，網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量突發(fā)是不可避免的，因此，網(wǎng)絡(luò)對(duì)擁塞的控制和對(duì)不同性質(zhì)數(shù)據(jù)流的不同處理是十分重要的。 a)業(yè)務(wù)分類。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)支持68種業(yè)務(wù)分類(COS)

5、。當(dāng)用戶終端不提供業(yè)務(wù)分類信息時(shí)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)根據(jù)用戶所在網(wǎng)段、應(yīng)用類型、流量大小等自動(dòng)對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行分類。 b)接入速率控制。接入該網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)應(yīng)遵守其接入速率承諾。超過承諾速率的數(shù)據(jù)將被丟棄或標(biāo)以最低的優(yōu)先級(jí)。 c)隊(duì)列機(jī)制。具有先進(jìn)的隊(duì)列機(jī)制進(jìn)行擁塞控制，對(duì)不同等級(jí)的業(yè)務(wù)進(jìn)行不同的處理，包括時(shí)延的不同和丟包率的不同。 d)先期擁塞控制。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)真正的擁塞時(shí)，瞬間大量的丟包會(huì)引起大量TCP數(shù)據(jù)同時(shí)重發(fā)，加劇網(wǎng)絡(luò)擁塞的程度并引起網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)具備先進(jìn)的技術(shù)，在網(wǎng)路出現(xiàn)擁塞前就自動(dòng)采取適當(dāng)?shù)拇胧M(jìn)行先期擁塞控制，避免瞬間大量的丟包現(xiàn)象。 e)資源預(yù)留。對(duì)非常重要的特殊應(yīng)用，應(yīng)可以采用保留

6、帶寬資源的方式保證其QoS。 3. 網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展能力 (1)交換容量擴(kuò)展。交換容量應(yīng)具備在現(xiàn)有基礎(chǔ)上繼續(xù)擴(kuò)充48倍容量的能力，以適應(yīng)IP類業(yè)務(wù)急速膨脹的現(xiàn)實(shí)。 (2)端口密度擴(kuò)展。設(shè)備的端口密度應(yīng)能滿足網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容時(shí)設(shè)備間互聯(lián)的需要。 (3)主干帶寬擴(kuò)展。主干帶寬應(yīng)具備48倍甚至更高的帶寬擴(kuò)展能力，以適應(yīng)IP類業(yè)務(wù)急速膨脹的現(xiàn)實(shí)。 (4)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)展。網(wǎng)絡(luò)體系、路由協(xié)議的規(guī)劃和設(shè)備的CPU路由處理能力，應(yīng)能滿足該網(wǎng)絡(luò)超過200個(gè)節(jié)點(diǎn)規(guī)模的要求。 4. 與其他網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián) 保證與INTERNET國內(nèi)國際出口的無縫連接；保證與現(xiàn)有ATM/SDH網(wǎng)絡(luò)的無縫互聯(lián)；保證與鄭州各ISP網(wǎng)絡(luò)和大型企業(yè)網(wǎng)的無縫互聯(lián)。

7、 5. 通信協(xié)議的支持 (1)以支持TCP/IP協(xié)議為主，兼支持IPX、DECNET、APPLE-TALK等協(xié)議。設(shè)備商應(yīng)提供服務(wù)營運(yùn)級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)通信軟件和網(wǎng)際操作系統(tǒng)。 (2)支持RIP、RIPv2、OSPF、IGRP、IS-IS等多種國際標(biāo)準(zhǔn)的路由協(xié)議。根據(jù)本網(wǎng)規(guī)模的需求，必須支持OSPF和IS-IS路由協(xié)議。然而，由于OSPF協(xié)議非常耗費(fèi)CPU和內(nèi)存，而該網(wǎng)絡(luò)十分龐大復(fù)雜(200個(gè)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，每節(jié)點(diǎn)包含10個(gè)甚至更多的三層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備)，必須采取合理的區(qū)域劃分和路由規(guī)劃(例如網(wǎng)址匯總等)來保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性；應(yīng)提供適當(dāng)?shù)穆酚梢?guī)劃的后備方案。 (3)支持BGP-4、IDRP等標(biāo)準(zhǔn)的域間路由協(xié)議,保證

8、與其他IP網(wǎng)絡(luò)的可靠互聯(lián)。 (4)支持MPLS標(biāo)準(zhǔn)，提供與ATM網(wǎng)絡(luò)的無縫互聯(lián)。 6. 網(wǎng)絡(luò)管理與安全體系 (1)支持整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理。 (2)支持故障管理、記帳管理、配置管理、性能管理和安全管理五大功能。 (3)支持系統(tǒng)級(jí)的管理，包括系統(tǒng)分析、系統(tǒng)規(guī)劃等；支持基于策略的管理，對(duì)策略的修改能夠立即反應(yīng)到所有相關(guān)設(shè)備中。 (4)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持多級(jí)管理權(quán)限，支持RADIUS、TACACS+等認(rèn)證機(jī)制。 (5)支持安全監(jiān)控和控制機(jī)制，當(dāng)發(fā)現(xiàn)存在安全漏洞和遭到攻擊時(shí)，應(yīng)及時(shí)通知網(wǎng)絡(luò)管理人員，并應(yīng)自動(dòng)采取適當(dāng)?shù)拇胧┯枰员Ｗo(hù)。 二、鄭州CATV寬帶IP網(wǎng)解決方案 1. 設(shè)計(jì)思想 動(dòng)態(tài)I

9、P光纖傳輸技術(shù)DPT是滿足這些要求的最好的技術(shù)。這些要求實(shí)際上主要反映了鄭州寬帶IP網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行階段的需要，因此網(wǎng)絡(luò)中采用DPT光纖環(huán)的結(jié)構(gòu)來構(gòu)架寬帶IP網(wǎng)。 在設(shè)備選型上，選用業(yè)界最先進(jìn)的GSR12000千兆交換式路由器。GSR采用的三層交換技術(shù)為特快包轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)(CEF)，這種路由處理方式特別適合于包含上百個(gè)節(jié)點(diǎn)的大型網(wǎng)絡(luò)；它不會(huì)象其他三層交換技術(shù)那樣，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大而處理性能迅速下降。 2. 鄭州CATV寬帶IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) (1)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 鄭州CATV寬帶IP網(wǎng)絡(luò)如圖1所示，鄭州寬帶IP網(wǎng)絡(luò)的四臺(tái)骨干設(shè)備采用Cisco新一代千兆位交換路由器GSR12000(Gigabit Switc

10、h Router 12000), 其中三個(gè)GSR之間采用Cisco的動(dòng)態(tài)IP光纖傳輸技術(shù)DPT,采用兩個(gè)STM-4光纖環(huán)連接，利用SRP技術(shù)，使得STM-4在兩個(gè)環(huán)上實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，這樣，主干網(wǎng)絡(luò)連接可以實(shí)現(xiàn)自我冗余保護(hù)，保證網(wǎng)絡(luò)主干連接在其中一條出現(xiàn)故障時(shí)，另外一條可以在很短的時(shí)間內(nèi)(50ms)接管數(shù)據(jù)負(fù)載。另一個(gè)GSR與DPT環(huán)之間采用STM-4的POS接口相連接。 主干網(wǎng)絡(luò)與各個(gè)網(wǎng)絡(luò)二級(jí)節(jié)點(diǎn)的連接采用STM-1(155Mbps)POS (Packet Over SDH)接口，直接通過裸光纖相連接。 各二級(jí)節(jié)點(diǎn)之間也采用STM-1(155Mbps)POS (Packet Over SDH)接

11、口，直接通過裸光纖相連接。 3. 網(wǎng)絡(luò)主干 在這個(gè)寬帶IP網(wǎng)絡(luò)中，主干上三臺(tái)Cisco的GSR12008千兆位交換路由器通過STM-4光纖接口利用DPT技術(shù)直接連接。在DPT技術(shù)中，是利用SRP技術(shù)，將主干設(shè)備連接成兩個(gè)環(huán)結(jié)構(gòu)，每一個(gè)SRP的邏輯接口都包括兩個(gè)物理的SC光纖接口，這樣，三臺(tái)核心主干GSR12008連接成SRP環(huán)，這包括兩個(gè)物理IP光纖傳輸環(huán)，每一個(gè)IP光纖環(huán)都是622Mbps的傳輸帶寬，這兩個(gè)IP光纖傳輸環(huán)同時(shí)可以做數(shù)據(jù)傳輸負(fù)載均衡和冗余背份，所以，其中一個(gè)IP光纖傳輸環(huán)斷掉后，另一個(gè)傳輸環(huán)接管數(shù)據(jù)傳輸，起到背份作用。 在本方案中采用的CiscoGSR12008千兆位交換路由器

12、是Cisco新一代的高端交換路由器。交換處理能力為10Gbps-40Gbps，可擴(kuò)展到240Gbps的背板處理能力，共有8個(gè)物理插槽，GSR12008是網(wǎng)絡(luò)核心主干設(shè)備，能提供下列網(wǎng)絡(luò)接口形式：基于DPT技術(shù)的IP光纖傳輸接口SRP,現(xiàn)階段能提供622Mbps、2.4Gbps的高速接口；POS(PacketOverSonet/SDH)接口，現(xiàn)階段能提供OC3、OC12、OC48、OC192的網(wǎng)絡(luò)接口類型；ATM接口，現(xiàn)能提供OC3、OC12、OC48、OC192的網(wǎng)絡(luò)接口類型；千兆以太網(wǎng)絡(luò)接口。 GSR12008是電信營運(yùn)級(jí)的高端交換路由器，在這里主干之間用DPT的622Mbps的IP光纖傳輸

13、接口相互兩兩連接成SRP雙環(huán)。 主干網(wǎng)絡(luò)與各個(gè)網(wǎng)絡(luò)二級(jí)節(jié)點(diǎn)的連接采用STM-1(155Mbps)POS (Packet Over SDH)接口，直接通過裸光纖相連接。 3. 網(wǎng)絡(luò)二級(jí)節(jié)點(diǎn) 在鄭州寬帶IP網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，各個(gè)二級(jí)節(jié)點(diǎn)是解決鄭州CATV寬帶IP網(wǎng)絡(luò)接入的。一方面，網(wǎng)絡(luò)二級(jí)點(diǎn)通過和主干網(wǎng)絡(luò)的連接，將全市所有信息網(wǎng)點(diǎn)連接起來，另一方面，各種形式的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)都終結(jié)在網(wǎng)絡(luò)信息匯聚點(diǎn)內(nèi)，包括各小區(qū)的局域網(wǎng)接入，xDSL接入，Cable Modem接入等等。 各二級(jí)節(jié)點(diǎn)之間也采用STM-1(155Mbps)POS (Packet Over SDH)接口，直接通過裸光纖相連接。 4. 用戶接入方式

14、 (1)以太網(wǎng)接入 對(duì)那些大量的小區(qū)局域網(wǎng)接入，通過網(wǎng)絡(luò)的二級(jí)接入，用以太網(wǎng)交換設(shè)備連接，而大量快速以太網(wǎng)絡(luò)接入則分別接到匯聚點(diǎn)內(nèi)的交換機(jī)上，利用第三層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)間的通訊和分布式處理。 (2)Cable Modem 用戶接入 Cable Modem 目前的國際標(biāo)準(zhǔn)MCNS制定了詳細(xì)的通過HFC網(wǎng)絡(luò)傳輸IP數(shù)據(jù)的規(guī)范,下行時(shí),64/256-QAM調(diào)制每信道可提供27-40Mbps的有效帶寬 ，上行時(shí) ，QPSK/16-QAM調(diào)制每信道可提供2.5-5.0Mbps 的有效帶寬 。Cisco提供的Cable Modem 頭端(uBR 7223/7246)所有的卡都同時(shí)支持雙向和電話返回調(diào)制方式 ，這使得服務(wù)供應(yīng)商能夠在同一區(qū)域開展雙向和電話返回業(yè)務(wù)。在才用電話回傳方式時(shí)只需在網(wǎng)絡(luò)與電信局接口處配置接口網(wǎng)關(guān)，。而Cable Modem網(wǎng)(即HFC數(shù)據(jù)網(wǎng))與IP骨干網(wǎng)的連接則可以通過POS或者是ATM與骨干網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行連接。 三、網(wǎng)絡(luò)增值業(yè)務(wù) 降低成本增加收入的最好辦法就是合理地進(jìn)行網(wǎng)上投資，而做到這一點(diǎn)的最好方式就是使增值服務(wù)有差別。網(wǎng)絡(luò)的許多增值服務(wù)，通過網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和適當(dāng)?shù)募夹g(shù)增強(qiáng)，往往可以以占整個(gè)網(wǎng)絡(luò)10%的投資，獲得網(wǎng)絡(luò)服務(wù)90%的利潤。 這里，主要討論VPN技術(shù)，因?yàn)閷?duì)于