浅谈城域网的原理及应用

2022-09-12

传统上把网络按区域大小分为局域网和广域网两大类, 局域网由Local Area Network (LAN) 翻译而来, 顾名思义局域网就是局部区域的网络, 一般来讲局域网的物理覆盖范围比较小, 早期的局域网主要是把一个办公室或一个办公楼的计算机连接在一起, 后来又发展到校园网, 连接数十栋大楼, 覆盖范围越来越大, 现在又发展到城域网。

城域网可以看成是扩大了的局域网, 也可以看成是城市间骨干网向用户的延伸。除了物理覆盖范围远大于企业网络之外, 城域网一般是运营网络, 需要对这个网络的使用进行收费, 不能靠行政管理的方式管理网络, 必须依靠技术来约束运营商和使用者之间的关系。很多的问题也由此产生。

从结构上可以将城域网分成三个层次:核心层、汇聚层和接入层。

在网络层来看, 城域网提供的主要业务有两种。

(1) 公共型网络业务, 包括个人、企业用户上网, 通过网络提供数据和视频业务等多种具体的业务类型; (2) 私有型网络业务, 主要是网络互连业务, 分布在不同办公地点的企业通过在本地接入城域网实现企业内部网互连。

公共型网络业务和私有型网络业务最本质的不同在于:前者是开放的结构, 后者是一个封闭的网络。城域网的具体应用种类可能非常多, 例如上网、语音业务、多媒体通信业务等。

1 核心层

核心层好表是高速交换与转发中心, 其网络结构重点考虑可靠性和可扩展性。核心层建设考虑的主要问题有:

(1) 采用何种技术, 是建设ATM核心网还是IP网络, 采用光纤直连还是在传输网络上承载。

(2) 节点数目和拓扑结构, 是采用星型结构还是网状结构或环状结构。

(3) 设备类型, 对于IP网络核心层是采用千兆比交换路由器 (GSR) 还是采用三层交换机。

1.1 ATM和IP实用性的比较及接口选择

从实用性上讲, ATM和IP最大的区别在于提供互联业务的方式不同, 目前ATM网络是作为承载网络存在的, 在ATM网络上可以承载IP业务, 也可以通过PVC (永久虚电路) 、SVC (交换虚电路) 等方式提供网络互连业务。

通过ATM网络提供的网络互连业务可以保证宽带, 具有很好的安全性, 比较符合中国用户的习惯。CHINANET在骨干上就是通过ATM网络承载的, 目前许多城市准备建设ATM网络主要是为了提供网络互连业务。

IP网络也可以提供网络互连业务, 但是其方法和ATM差别比较大, IP网络主要通过提供VPN (虚拟私有网) 的方式实现网络互连。

目前的IP VPN还不能保证带宽, 在网络安全性上也有一些缺陷, 中国用户采用IP VPN进行网络互连的案例还相当少。

一般认为, 若只考虑上网业务, IP具有比ATM高的效率;而在提供网络互连业务时, 若采用IPVPN则难以保证链路带宽, 在运营商和企业之间费用和服务的关系不容易确定, 所以现实中很少通过IPVPN的方式提供网络互联业务的。

城域网核心层具体采用IP还是ATM取决于业务需求、相关城市的选择情况、网络流行趋势等因素。

若采用ATM网络一般都是通过光纤直连实现的, 若采用IP网络则存在光纤直连、在SDH网络上承载 (POS) 、在密集波分复用网上承载 (IP Over DWDM) 等几种情况。

1.2 节点数目和拓扑结构

由于可靠性方面的考虑, 最少的骨干节点数目是两个。骨干节点的数目和城市规模、网络规模有关, 常用的骨干节点数目为2～10个, 例如上海电信ATM和IP骨干网络都是8个骨干节点, 北京的IP骨干节点也是8个。

对于已经拥有PSTN网的运营商, 其骨干节点以及汇聚节点的数目和物理位置都和电话交换局以及传输网络布局有关。

若选用ATM或者光纤直连的IP网络, 则城域网骨干的拓扑结构一般采用星型结构、网状结构等, 因为ATM得VPRing使用并不普遍, 光纤直连的IP Ring各个厂商都有不同的标准, 兼容性不好。

若采用IP Over DWDM或IP Over SDH, 则网络拓扑结构取决于传输网络的结构。“双星型”是核心层节点连接汇聚节点常用的拓扑结构。

1.3 设备类型的选择

IP城域网骨干层的网络设备有三层交换机和千兆比交换路由器 (GSR) 等, 前者一般提供GE接口, 价格比较低, 后者价格比较高, 但路由处理能力强, 在大型IP城域网中一般采用GSR, 小型IP城域网中则可以采用三层交换机。

三层交换机和GSR到底有什么区别, 这是城域网设备选择中关心的一个重点问题。两者的共同点是都能完成数据报文的高速转发, 而从现有的三层交换机和GSR的一些资料来看, 二者的主要区别如下。

(1) 三层交换机可以支持二层交换。

(2) 三层交换机的包转发靠ASIC等硬件实现, 其主要特点是简单快速, 其主要接口类型为以太网接口, 处理的协议主要是旧协议。

(3) 三层交换机的广域网接口一般都是通过软件方式实现的, 其广域网接口的效率远低于以太网接口的效率。

(4) 三层交换机在支持规则和QOS保证、流分类方面的能力比较弱, GSR则具有比较强的能力。

(5) 三层交换机的可升级性比较差, 尤其是有些协议还没有完全形成标准, 这也导致很多家早期的三层交换机与现在的协议不兼容。

(6) 三层交换机更适合处理简单、静态、接口类型和业务类型单一的网络, GSR的灵活性则比较好。

2 汇聚层和接入层

在城域网中, 汇聚层和接入层实现基本的运营管理功能和用户接入功能。

运营管理功能主要包括如下几点。

(1) 是用户的标示和上网清单 (类似话单) 。

(2) 是各种方式的用户计费, 包括主叫方式、卡号方式、账号方式等。

(3) 是用户开户/销产。

(4) 是网络设备故障处理和维护。

(5) 是防止用户盗用网络资源。

接入层的设备分散在大楼之中, 不适合作为运营管理设备, 骨干层的设备非常集中, 主要处理大量的数据交换与转发, 也不适合作为运营管理设备, 因此汇聚层被认为比较适合运营管理。目前汇聚层的管理模式有以下两种。

(1) 是在城域网汇聚层实现管理; (2) 是在小区汇聚设备上实现管理。

城域网组网模型主要的差别在于汇聚层, 根据汇聚层选用设备的不同, 城域网可以分成三种组网模型:企业网模型、L3+BAS模型、智能IP业务节点模型。

3 宽带IP城域网及应用

3.1 I P城域网的典型结构

宽带IP城域网是根据业务发展和竞争的需要而建设的城市范围内的宽带多媒体通信网络, 是宽带骨干网络 (如中国电信IP骨干网) 在城市范围内的延伸, 并作为本地的公共信息服务平台组成部分, 负责承载各种多媒体业务, 为用户提供各种接入方式, 满足政府部门、企事业单位、个人用户对基于IP的各种多媒体业务的需求。因此, 宽带IP城域网必须是可管理和可扩展的电信运营网络。

目前一般是将城域网划分为核心层、汇聚层和接入层, 对于规模不大的城域网, 核心层与汇聚层可以合在一起, 以简化网络体系, 城域网城域部分为运营商网络, 由运营商统一规则与建设, 又可分为城域核心层和城域汇接层, 因而电信运营商竞争的焦点也在于此。