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1需求分析及应用背景
自从网络革命以来,WAN、LAN得到了广泛的重视,从而有了飞速的发展,WAN骨干网已达到40G,80G,甚至160G,LAN也发展到千兆比特,但MAN(城域网)却未被引起足够的重视,早期的MAN一直基于中等容量的SONET环,最大提供只有OC-3(155Mbs)。
直到近几年来,人们才逐渐发现越来越多的应用流量局限于城域网内,远大于WAN上的流量,而MAN的扩容步伐远未跟上DWDM长途网以及LAN的扩容速度,促使众多的运营商蜂拥争夺宽带MAN的打造。
由于历史原因,现有的网络类型多种多样,诸如IP、ATM、Ethernet、帧中继等等,MAN解决方案必须能与现有的各种网络互通。
随着MAN带宽的增大,新的业务提供商,诸如应用服务提供商(ASP),内容服务提供商(CSP),电子商务供应商将在城域网上的数据中心建立他们的站点。
另外,多租户单元(MTU)供应商和大楼本地交换运营商(BLEC)也将从光纤到路边(Fibertothecurb)获取丰厚的利润。
根据宁夏广电公司提出的需求,可将银川宽带IP城域网的主要目标归结为,为本市各部门、内容提供商、各类网络应用服务商提供局域网互连和数据传输的网络平台,并通过该平台,提供多种服务,赢取经济效益。
宁夏广电建设网络所面对的用户类型广泛,多媒体业务需要更高的带宽,市场竞争激烈,因而对该平台的要求是提供高速率的数据传输,承载用户的多媒体业务;
丰富的网络接口,适应不同用户的个性化需要;
高效多层次的管理,以实现网络的高效能运行及运营商切身的利益。
我们认为,只提供带宽吸引不了用户,只有提供服务才能真正赢得顾客,从而获得巨大收益。
从销售带宽到卖服务,需要运营商和服务供应商能够根据用户需求切割带宽,并可以动态分配带宽,他们应该能监控用户带宽的使用情况以确保用户是按照合约而非超额使用,并实时予以计费。
没有带宽控制和计费,城域网服务开展是不可能的。
瑞斯康达公司专门为服务供应商、内容供应商以及应用服务供应商提供所需的网络设备,帮助他们快速实施高速的,服务全面的网络基础架构。
通过丰富的连接技术,灵活的IP服务,良好的扩展能力以及方便的使用和管理手段,北京瑞斯康达公司提出的宽带城域网解决方案基于RS系列交换式路由器,所采用的路由器完全是为城域网度身定制的,能够满足用户的快速增长,防止用户流失,并为网络提供者带来更大的经济效益。
2网络结构及相关技术
2.1城域网的设计原则
根据要求,网络系统设计必须既适应当前应用考虑,又面向未来信息化发展需求。
为保证最短的时间内收回投资,减少技术和投资风险,在设计网络技术方案时,遵循以下设计原则:
组网技术的先进性和实用性。
银川市广电城域网的网络建设应适应城域网自身的发展特点及网络通信技术的更新换代,在网络结构设计、网络配置、网络管理方式等方面应具有一定的先进性,采用国际上先进同时又是成熟、实用的技术,尽量减少技术风险和投资风险,在保证应用与发展的前提下,不必将有限的资金投入到昂贵的新技术中。
使整个系统在一段时期内保持技术的先进,并具有良好的发展潜力,以适应未来业务的发展和技术升级的需要。
高度的网络可靠性。
为保证将来的业务应用,网络必须具有高可靠性。
网络设计应能有效的避免单点失败,在设备的选择和关键设备的互联时,应提供充分的冗余备份,一方面最大限度地减少故障的可能性,另一方面要保证网络能在最短时间内修复。
为此我们在网络设计上考虑以下的技术:
Ø
选择的网络设备必需具有良好的可靠性保证,可热插拔的模块,快速的恢复机制等。
冗余及负载均衡的电源系统。
据研究,电源故障在实际系统中导致的系统故障比率高达60%之多。
其它关键设备的冗余,如控制模块的冗余。
冗余及负载均衡的网络链路。
确保不因为单条线路的故障而导致整个网络系统的失效,而且,确保在某条线路故障时对系统性能的影响也能最小。
良好的管理性
对设备端到端的全程管理非常重要。
由于系统本身具有一定复杂性,随着业务的不断发展,网络管理的任务必定会日益繁重。
所以在网络的设计中,必须建立一个全面的网络管理解决方案。
网络设备必须采用智能化,可管理的设备,同时采用先进的网络管理软件,实现先进的分布式管理。
最终能够实现监控、监测整个网络的运行状况、数据流量、性能,合理分配网络资源、动态配置网络负载,可以迅速确定网络故障等。
好的扩展能力。
网络系统是一个不断发展的系统,所以它必须具有良好的扩展性。
能够根据将来信息化的不断深入发展的需要,方便的扩展网络覆盖范围、扩大网络容量和提高网络各层次节点的功能。
具备支持多种通信媒体、多种物理接口的能力,提供技术升级、设备更新的灵活性。
网络的扩展包括:
网络规模的扩展,包括网络的地理分布,用户数。
应用内容的扩展,IP主干网络将不仅仅担负数据传输的任务,包括VOD等其它视频和语音服务也会不断加入到IP网络中去。
这就要求主干网络设备必须具有多种业务支持的能力。
网络容量的扩展,随着规模和应用的扩展网络的传输容量也必须能相应的增加。
在网络设备选择上,模块化的系统在可伸缩性上亦有着固定式系统无法比拟的优越性。
整个系统的性能将能随着模块数量的增加而得到相应的增加,因此也就更能适应不同规模网络对设备的要求。
模块化的网络设备在多种技术的适应能力上也具有相当大的灵活性。
网络系统具有统一的系统平台,具有平滑升级的能力,使系统能满足各种用户对应用处理不同程度的需求,以及逐步升级的发展规划,以节约投资避免系统性能的闲置和浪费。
高度的网络安全性
提供完备的安全防护策略,能防止网络的非法访问,保护网络建设者的合法利益。
---安全机制包括:
完善的网络管理,基于政策式的控制。
网络设备支持多级别管理权限,支持RADIUS、TACACS+等认证机制,配置改变的管理记录。
支持VPN标准协议:
L2TP、IPSec、IPDes等功能。
2.2城域网技术的选择
很明显,银川市城域网的网络设计要求建造一个高速的交换主干,建立一个高速的数据网络,选择何种交换技术作为骨干交换技术是成功建立骨干信息网的关键。
瑞斯康达公司提供的RS系列交换路由器能提供IPover千兆网,IPoverSDH,IPoverDWDM,IPoverATM
等各种骨干网技术。
能满足各种联网需要。
以下简要分析各技术的优缺点:
IPoverATM优点是能提供好的Qos技术,基于PVC的配置能充分实施流量工程技术。
但同时有很多局限性如。
1.ATMPVC的全闭合导致N2问题。
2.ATM信元税问题,一条OC-48链路将浪费OC-12的带宽。
3.基于PVC的备份模式在故障状态下不是十分可靠。
尤其当网络变得更大的时候。
4.需要维护两套网络,即ATM基础结构逻辑IP覆盖。
有两个配置用于设计,运行及检测。
使得基于ATM核心的网络运行成本变的很高。
同时扩展性受到严重影响。
IPover千兆以太网技术,IPoverSDH技术的优势:
随着第三层,第四层技术的诞生,高速单宽的可用,长距离传输的可用(千兆网可达70km以上),SDH距离可随环的延伸而延伸。
以太网的固有的简单特性,使得该技术迅速在骨干传输网上成为一种主导技术。
同时基于IP的Qos/Cos技术使得其能满足运行商的需要。
随着MPLS技术的出现并成为今后的方向,IPover千兆网/SDH配合MPLS技术使的他能提供同ATM一样的Qos/Cos保证。
并能同原有的ATM网很好的融合。
总而言之,对于IP业务而言,千兆以太网具有如下优势:
带宽高
千兆以太网提供千兆位的转发速度,并且通过链路聚集技术(如Riverstone的Smarttrunk)可将带宽提高到几千兆甚至更高。
并可平滑过渡到10G以太网。
转发效率高
IP业务的用户端基本都是以太网环境,所产生的数据包在第二层都是以太网的帧格式,千兆以太网无需对这一层的数据格式进行转换,因此转发效率高于POS及ATM。
能够保证关键业务顺利传送的QOS
千兆以太网的交换设备(L2/L3交换,如Riverstone的RS系列交换式路由器)不仅提供高性能的转发,还可提供越来越全面的QOS处理手段,如优先级队列,带宽限制,WRED等,可以保证视频、话音业务的顺利传送。
基于路由协议的链路收敛
运行在路由方式时,路由协议(如OSPF)提供对冗余链路的支持及快速收敛。
技术简单,成熟,易于实施
以太网技术是成熟的局域网技术,已有很长的应用历史,其简单易用的特点具有很强的生命力。
千兆以太网属于以太网的范畴,技术上的易实施性是其作为城域网主干技术的一大优势。
具有顽强的生命力,随着MPLS技术的成熟。
IP千兆光纤连网能具有同ATM一样的Qos/Cos保证及流量工程能力。
具有最高的性价比
千兆以太网的在具备以上技术优势的同时,价格上的优势使其具有更高的性能/价格比。
瑞斯康达公司根据宁夏广电的业务需求和对技术的把握,认为采用千兆以太网技术组建银川城域网是一种性能价格比高的方案。
并结合RS系列产品完全支持MPLS技术的特性,可以和省骨干SDH和ATM网无缝连接,同时RS系列产品对于VPN业务的实现也有其独到之处,如硬件级别的速率限制功能。
因此,以IP协议为信息承载协议,以光纤为传输介质,以千兆路由器为骨干,千兆交换机、百兆交换机为主体,我们可以构造一个宽带高效、业务丰富,可创造显著效益的城域网。
2.3网络结构
2.3.1智能业务层、支撑层
当前,各大网络服务提供商大力拓展宽带网络接入服务,快速的将网络延伸到每一个角落。
这些网络服务提供商拥有自己独立的IP城域网、丰富的线路资源和客户资源。
为了提供最能让客户满意的服务,最大限度的实现网络的可运营、可管理、可增值、可扩充的要求,一套能够提供计费、认证、业务管理的运营支撑系统成为最关键的部分和竞争因素。
这样,接入网络的网络管理和网络控制,成为一个核心课题。
BAMS宽带业务接入管理系统是由瑞斯康达基于IP核心技术开发并拥有自主知识产权的一套能够提供计费、认证、业务管理的运营支撑系统。
解决了目前宽带IP网络运营所面临的:
用户身份认证、宽带与服务质量控制、内容与服务的管理、网络的监控与分析、流量/时间/内容计费、收费结算与清算、价格策略实施、营业管理、ICP分账等亟待解决的问题。
我们建议在IP宽带城域网的核心层选用SERVER组群,包括wwwserver,radiusserver,accoutingserver。
在一个城市内做到集中管理计费,分布式控制。
宽带局域网上网要解决的第一个问题是用户身份的认证。
BAMS采用WEB+SSL+RADIUS的方式实现安全的用户认证。
BAMS能通过设定灵活的规则来限制局域网内主机和Internet之间的相互访问。
这些规则包括:
限制某些协议的使用
限制访问某些IP
限制访问某些子网
限制访问某些端口
以上规则可以组合设置形成复合条件。
例如,设定A-D共四类用户,A类用户只能访问Email服务(TCP25/110/143端口);
B类用户增加了浏览国内站点的服务(国内IP的TCP80端口);
C类用户可以浏览整个Internet(只限端口不限IP);
D类用户则开放面向Internet的所有服务(开放TCP/UDP/ICMP及所有端口)。
类似地,可以设定更多的服务模式以便提供不同的收费策略。
BAMS的另一重要特征是它内置的流量控制功能。
为了有效的控制用户行为,避免导致资源的浪费和滥用,BAMS内置了对用户流量的控制功能,这无论对于开发商还是其他用户均有重要意义。
BAMS针对不同的内容服务设计出灵活的业务管理功能。
服务商可以灵活配制他们提供给用户的不同的业务服务,设置不同业务的计费方式和计费标准,BAMS提供与业务和控制的无缝集成。
针对宽带应用的特点,BAMS核心是按业务使用来实施计费及管理。
对服务商提供的每项服务,均有如下的计费方式可供选择:
包时制(包月、包周等)
根据流量计费
根据时长计费
优惠价格制订
针对运营商必须能够为不同需求的用户提供不同层次的服务要求来看,BAMS针对运营商的业务特点定义了服务、业务、产品、用户组的概念,如上图所示。
具体来讲:
服务:
========IP+端口+协议
计费模式:
====包月、流量、时长、计次和优惠条件等
业务:
========服务+计费模式
产品:
========单个业务或多个业务集合
用户组:
======每个用户所使用的产品组。
例如:
制定细分的组合了内容、服务质量、费率的“产品(价格包)”供用户选择。
同一个服务可以按流量、时长、包月、次数等计费形成业务,便于运营商可以对业务作多种包装,制定细分的组合了内容、服务质量、费率的“产品(价格包)”供用户选择,体现多用多收费,少用少收费,不用不收费的公平消费原则,充分挖掘潜在用户。
BAMS可以提供详细的原始计费信息,以用户、服务、IP为单位输出用户使用网络的某些项目服务的次数、流量和时间长度记录。
例如,通过BAMS可以获得每个用户使用HTTP服务的流量,或者使用FTP服务的时长等。
BAMS后台用户管理及计费/帐务系统不但能够提供服务供应商所需的服务/计费方案。
而且可以实现对用户的实时计费,在用户账面费用为零时,终止用户对互联网的访问。
2.3.2核心层
需要在整个骨干网中提供最高的交换性能,尤其是基于L3/4控制与服务功能下的第三层线速路由能力,从而为整个网络提供一个高性能的路由/交换平台;
支持全面的标准的路由协议,丰富的接口类型以适应今后可能的互连需要;
设备本身的高可靠性以及设备系统软件的成熟性,保证城域网骨干的稳定运行;
设备本身的硬件接口容量的可扩展性以及对大路由容量的支持,满足目前整个网络规模和用户规模以及今后一定时期内这两方面的扩展需要。
骨干设备的选型,奠定了网络基础。
不仅标志了当前网络的技术水平,也为今后的扩展提供了良好的开端。
在对核心设备的观点方面,我公司和宁夏广电是一致的。
在本次银川广电宽带城域网方案设计中,考虑到虽然初期数据流量可能不大,但面对行业多,用户类型多,导致接口方式多,以及扩展、增容的连贯性,所以我们建议在核心层采用RS8600。
RS8600为16槽的模块化L2/3/4交换设备,背板带宽为32G,数据包吞吐量分别为30Millionpps(L2/3/4),可提供16I/O插槽,最多提供30个千兆以太网接口或340个快速以太网接口,50万条第三层路由容量,80万MAC地址容量,400万条L3/4数据流容量,4096个VLAN,充分满足汇聚层目前的路由性能、处理容量与接口密度的需要,以及今后的扩展需求。
RS8600支持冗余的电源(AC/DC)、控制模块(CPU),交换矩阵的冗余,所有接口模块和控制模块都可热拔插,设备本身具有最高的可靠性设计,系统软件经过多年的研发和升级已经非常完善和稳定,从而保证了网络能可靠、稳定地运行。
支持包括千兆以太网、快速以太网、ATM、POS、T1/E1/T3/E3、ChannelizedT1/E1/T3/E3以及今后的万兆以太网、WDM、DWDM在内的各种城域网主干和接入的链路技术,能够灵活适应主干上连和向下接入的需要。
更重要的是,前面已讲到的,RS系列产品的系统软件提供最全面的控制和服务功能,保证用户在汇聚层充分实施各种所需的策略处理,并且不影响网络性能。
我们设计初期采用1台RS8600组成网络核心,配置模块如下:
基本应用配置需要的机箱、电源、管理模块、操作系统;
模块为多接口模块2个,配置2端口E3速率卡16个,容纳32个E1速率的连接;
2个多接口模块,3个DS3(45M)接口卡,完成3个45M连接;
1个OC-3(155M)多模接口卡,完成155M连接;
2个2端口千兆光模块,及4个千兆接口卡分别连接拓扑图中最临近的4个二级交换节点;
3个16端口的快速以太网接口模块;
1个CMTS接口模块。
2.3.4接入层(对应要求的用户层)
以小区接入为例,其方式有多种,其中以光纤到楼,5类线到户具有最高的性价比,并十分易于开展增殖业务。
应为小区及集团用户的首选方案。
需要第三层交换设备提供线速的第二层或第三层的主干上连,与主干相适应的标准的路由协议,如果采用路由方式上连,还可提供ACL、QOS、Trafficshaping和策略路由等策略处理,接口密度和路由容量满足所在小区的用户规模并具备一定的可扩展性,支持较丰富的接口类型,适应所需的上连链路需要,具备一定的可靠性保证。
针对上述需要,我们在小区接入层采用RS3000,RS3000是专门用于城域网接入的AccessSwitchRouter,其硬件配置特别适合城域网接入(包括小区接入)。
RS3000提供固定的32个快速以太网口和两个扩展槽,能选配千兆以太网、快速以太网、ATM、POS、T1/E1/T3/E3、ChannelizedT1/E1的模块进行上连或扩展用户接入,最多能提供4个千兆以太网口或64个快速以太网口,8GCross-bar背板带宽,9.5Millionpps吞吐量(L2/3/4),提供25万条第三层路由容量,25.6万MAC地址容量,51.2万条L3/4数据流容量,4096个VLAN,支持冗余电源,接口模块热拔插,其交换性能、接口密度/类型、路由/MAC地址/VLAN容量、可靠性完全能满足小区上连和接入的需要,同时,系统软件支持RS系列全部的控制、服务功能和路由协议。
根据需求,在每个二级节点配置RS3000路由交换机1台。
其本身固定配置的32个快速以太网口可用来向下传输;
配置2端口千兆以太网光模块连接城域骨干光缆,与其它二级节点设备及核心交换机通信。
我们建议在每个POP点组成BAMSGATEKEEPER集群,分别作为多个小区及大用户的控制网关。
BAMSGATEKEEPER是整个系统的核心控制模块,它是用户的接入控制节点。
实现的功能有:
建立局域网和外部Internet之间的通道;
用户访问行为实时控制;
控制用户上下限带宽;
实时采集用户计费数据;
用户身份反向解析服务(根据用户连接外部主机时的IP地址、端口和协议确认用户的身份);
实时监测数据采集;
对某些IP协议(如802.1Q,H.323等)进行支持扩展。
网络拓扑图如下:
2.4路由规划
2.4.1路由协议的选择
大型路由网络中需选择适当的路由协议,仔细的地址和路由规划,对于优化整个网络的性能,保证网络的扩展性,健壮性具有非常重要的意义。
电信IP网络具有接入点多,应用复杂,容量要求高等特点。
因此,在宽带IP网络方案中应该非常重视路由的优化。
☐路由协议选择
路由协议有两种基本类型:
域内路由和域间路由。
主要的域内路由协议有OSPF,IS-IS,RIP/RIP2等,主要的域间路由协议有BGP,EGP等。
域间路由协议应用于不同的自治域之间,一般是在不同的服务供应商之间互连时采用。
同一服务商路由器之间的信息交换则一般采用内部路由协议。
而宽带IP网络与省网、Internet的接入可以采用BGP协议。
瑞斯康达公司提供的RS系列交换路由器均支持RIP/RIPv2,OSPF,BGP-4,IS-IS等IP路由协议;
IPX路由协议支持RIP,SAP;
并支持IGMP,DVMRP,PIM-DM,PIM-SM等多点广播协议。
均以线速实现各种路由协议。
OSPF是基于Link_State的路由协议。
在每个HOP上都定义了一个COST,OSPF认为COST之和最小的路径为最好。
OSPF协议具有下面的特点:
分层路由结构,支持路由汇聚(routesummary),支持的路由器数量在实际网络环境中没有限制,适合大型网络的要求。
完全基于标准的解决方案
极强的容错能力,支持复杂的网络拓扑结构。
快速的收敛时间,OSPF分层路由方式能将路由的变化对整体网络路由结构的影响限制在最小的范围内。
基于OSPF协议的上述特点,本方案选用OSPF路由协议作为核心路由协议。
为了充分获得OSPF的优点,必须进行合理的区域的划分和地址规划。
☐OSPF区域划分
OSPF区域划分一般遵循下面的经验法则:
OSPF逻辑域的划分和物理区域的划分尽量一致
每个区(Area)的路由器不超过50个
一个区边界路由器(ABR)连接不超过5个Area。
根据上述的原则,以各核心层路由器作为Backbone域,各接入层路由器以各自域加入Backbone域,在路由的优化方面,仔细规划各接入层路由器的IP地址,以方便实现OSPF路由的汇聚。
减少路由表的大小。
采用OSPF之间的多路径冗余。
实现路由的容错能力。
在宽带IP城域网络中与Internet的连接建议选择业界标准的BGP-4路由协议。
2.4.2IP地址分配
IP地址的合理分配是保证网络顺利运行和网络资源有效利用的关键。
其与网络的拓扑结构、网络组织、路由规划有非常密切的关系。
在地址分配过程中,主要考虑以下原则:
◆IP地址应由统一的网管中心分配使用。
IP地址的规划与划分应该考虑网络的未来的发展。
◆IP地址的分配必须采用VLSM技术,保证IP地址的利用效率。
◆采用CIDR技术,这样可以减小路由器路由表的大小,加快路由器路由收敛速度。
3网络应用
3.1业务分类
IP城域宽带网可以提供多种业务。
在本期网络设计中,可以提供的业务有:
虚拟专网业务
通过虚拟专网可以实现广域网办公系统,实现省、市、县各级政府机关之间的的文件传递、信息传递、多媒体信息交换、值班应急系统、信息发布、相互查询信息资源等办公功能。
视频会议业务
网络平台支持视频会议业务,支持以单个纵向网或横向网为单位开展桌面视频会议。
电子邮件业务
网络平台支持电子邮件业务。
信息发布业务
支持通过www服务器将公共信息发布到网上。
为受众与信息源沟通,提供介质。
3.2VLAN业务
广电城域网面对各系统用户中,位于不同位置的同类部门之间的数据访问,需要跨过骨干的VLAN的支持。
考虑到网络的性能,RS系列交换路由器还提供将VLAN映射到MPLS通道的功能。
瑞斯康达公司提供的RS系列交换路由器支持多种VLAN功能,包括标准的802.1QVLAN支持及Riverstone专有的StackableVLAN功能,此外,Riverstone支持将802.1QVLAN映射到MPLS的LSP的功能。
Riverstone也支持基于协议的VLAN及动态VLAN。
基于标准的802.1QVLAN,该VLAN为业备标准的支持跨交换机的VLAN。
1.StackableVLAN
可堆叠VL
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