第4章-城域网的技术

《计算机网络高级教程》1第4章城域网技术《计算机网络高级教程》2城域网发展的背景•2000年前后北美电信市场上出现了长途线路的带宽过剩的局面;•造成这种现象的主要原因是：低速调制解调器和电话线路带宽已经成为用户接入的瓶颈;•很多电信运营商虽然拥有大量的广域网带宽资源，却无法有效地将大量的用户接入进来;•制约大规模Internet接入的瓶颈在城域网;•电信运营商就必须提供全程、全网、端—端、可灵活配置的宽带城域网。《计算机网络高级教程》3城域网概念的发展与演变早期城域网的概念与技术•20世纪80年代后期，人们提出了城域网MAN的概念;•城域网的业务定位:城市地区范围内大量局域网系统的互联上;•根据IEEE802委员会的最初表述:城域网是以光纤为传输介质，能够提供45Mbps到150Mbps高传输速率，支持数据、语音、图形与视频综合业务数据传输，可以覆盖跨度在50公里到100公里的城市范围，实现高速宽带传输的数据通信网络。•早期的城域网的首选技术是FDDI。《计算机网络高级教程》4宽带城域网的定义•城域网的概念泛指网络运营商在城市范围内提供各种信息服务业务的所有网络;•它是以宽带光传输网为开放平台，以TCP/IP协议为基础，通过各种网络互联设备，实现语音、数据、图像、多媒体视频、IP电话、IP接入和各种增值业务服务与智能业务，并与运营商的广域计算机网络、广播电视网、传统电话交换网PSTN互联互通的本地综合业务网络;•为了满足语音、数据、图像、多媒体应用的需求，现实意义上的城域网一定是能够提供高传输速率和保证服务质量QoS的网络系统;•因此传统意义上的城域网扩展到宽带城域网。《计算机网络高级教程》5宽带城域网建设对电信业的影响(1)•传统的局域网、城域网与广域网在技术上的界限越来越模糊了；•传统的电信传输网技术与计算机网络技术的界限越来越模糊了；•传统的电信服务业务与Internet应用的界限越来越模糊了；•电信传输网、计算机网络与广播电视网的界限越来越模糊了。《计算机网络高级教程》6宽带城域网建设对电信业的影响(2)•宽带城域网的建设与应用引起了世界范围内的大规模的产业结构的调整和企业重组;•宽带城域网已经成为现代化城市建设的重要基础设施之一。《计算机网络高级教程》7宽带城域网业务范围•高速上网服务•网络互联服务•电子政务与电子商务服务•智能社区服务•网上教育与远程医疗服务•带宽与管道出租服务《计算机网络高级教程》8宽带城域网技术的主要特征(1)•宽带城域网是基于计算机网络技术与IP协议，以电信网的可扩展性、可管理性为基础，在城市范围内汇聚宽带和窄带用户的接入，以满足政府、企业、学校等集团用户和个人用户对Internet和宽带多媒体服务业务需求为目标，而组建的综合宽带网络;《计算机网络高级教程》9宽带城域网技术的主要特征(2)•从传输技术角度看，宽带城域网应该能够在公共电话交换网、移动通信网、计算机网络和有线电视网的基础上，为语音、数字、视频提供一个互连互通的通信平台;《计算机网络高级教程》10宽带城域网技术的主要特征(3)城域网与广域网在设计上的着眼点是不同:•广域网要求重点保证高数据传输容量，城域网则要求重点保证高数据交换容量;•广域网设计的重点是保证大量用户共享主干通信链路的容量，城域网设计的重点不在链路，而是交换结点的性能与容量,每个交换结点都需要保证大量接入它的最终用户的服务质量QoS;•宽带城域网是一个在城市区域内，为大量用户提供接入和各种信息服务的综合网络平台。《计算机网络高级教程》11宽带城域网技术的主要特征(4)•宽带城域网是传统的计算机网络、电信网络与有线电视网的融合，是传统的电信服务、有线电视服务与现代的Internet服务的融合。《计算机网络高级教程》12对宽带城域网的共识：•完善的光纤传输网是宽带城域网的基础;•传统电信、有线电视与IP业务的融合成为了宽带城域网的核心业务;•高端路由器和多层交换机是宽带城域网设备的核心;•扩大宽带接入是发展宽带城域网应用的关键。《计算机网络高级教程》13宽带城域网的逻辑结构《计算机网络高级教程》14宽带城域网的层次结构《计算机网络高级教程》15核心交换层的基本功能•核心交换层将多个汇聚层网络提供高速分组转发，为整个城域网提供一个高速、安全与具有QoS保障能力的数据传输环境；•核心交换层实行与上层网络的互联，提供城市的宽带IP数据出口；•核心交换层提供宽带城域网的用户访问Internet所需要的路由服务。—核心交换层结构设计重点考虑可靠性、可扩展性与开放性。《计算机网络高级教程》16汇聚层的基本功能•汇接接入层的用户流量，进行数据分组传输的汇聚、转发与交换；•根据接入层用户流量，进行本地路由、过滤、流量均衡、QoS优先级管理，以及安全控制、IP地址转换、流量整形等处理；•根据处理结果把用户流量转发到核心交换层或在本地进行路由处理。《计算机网络高级教程》17接入层的基本功能•接入层解决的是“最后一公里”问题；•通过各种接入技术，连接最终用户；•为它所覆盖范围内的用户提供访问Internet，以及其他的信息服务。《计算机网络高级教程》18组建宽带城域网的基本原则•宽带城域网的可运营性•宽带城域网的可管理性•宽带城域网的可盈利性•宽带城域网的可扩展性《计算机网络高级教程》19宽带城域网的可运营性•组建的宽带城域网一定是一个出售新的电信服务的系统，它必须保证系统能够提供7×24的服务，并且要保证服务质量QoS；•组建可运营的的宽带城域网首先要解决技术选择与设备选型问题；•宽带城域网采用的技术不一定是最先进的，而应该是最适合的；•宽带城域网设计的关键是如何组建一个电信级或准电信级的网络系统。《计算机网络高级教程》20宽带城域网的可管理性•宽带城域网的电信级接入管理，包括对用户的开户、销户和用户权限的保护，必须支持对用户的身份认证、使用权限认证和计费功能；•业务管理要支持多ISP、基于IP的虚拟专网VPN等各种增值业务。网络安全要保证系统、设备安全与用户安全；•宽带城域网必须提供根据使用时间、流量、业务等多种方式的计费手段，支持对固定用户和流动用户的计费;•宽带城域网必须具备IP地址分配能力，能够支持动态和静态地址分配，支持网络地址转换NAT功能。•宽带城域网必须能够为用户提供带宽保证，实现流量工程，提供个性化用户策略的QoS保证。《计算机网络高级教程》21宽带城域网的可盈利性•要确定如何能够开展Internet接入业务、数据专线业务、话音业务、视频与多媒体业务、内容提供业务；•定位客户群首先要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，逐步建设一个基于Internet的下一代运营网络环境。《计算机网络高级教程》22宽带城域网的可扩展性•宽带城域网的组建是要受到技术发展与投资规模的限制的，必须制定统一的规划，分阶段、分步骤的逐步实施，减少一次性投资的风险，根据业务的开展，逐步调整建设步骤和规模；•在宽带城域网设计中，必须注意组网的灵活性，对新业务的适应性及规模扩展的可伸缩性；•宽带网络技术的发展具有很大的不确定性，难以准确预测网络服务产品的更新发展，因此在方案与设备的选择时必须十分慎重，以降低运营商的投资风险。《计算机网络高级教程》23宽带城域网主要的技术指标•路由波动率•端—端延时•端—端的丢包率•端—端跳数•二层设备跳数值最大数•路由切换时间•生成树协议切换时间•链路利用率•设备可用率《计算机网络高级教程》24宽带城域网的技术指标路由波动率•路由波动率是指：单位时间内允许路由表变化的次数，单位为次/分钟；•路由波动可以指BGP、IS-IS与OSPF等路由协议的波动；•参考值：城域网核心交换网为1次/15分钟广域网骨干网为1次/30分钟。《计算机网络高级教程》25端—端延时•端—端延时是指：从任意接入设备的接入侧，到另一个接入设备的接入侧，IP分组的传输延迟时间；•参考值是城域网范围内的端—端延时应该小于40ms，城域网之间的端—端延时应该小于100ms。《计算机网络高级教程》26端—端的丢包率•端—端的丢包率是指：任意两个结点之间IP分组传输时，正确接收分组数与发送分组数之比；•参考值是城域网范围内与城域网之间的端—端的丢包率都应该小于0.01%。《计算机网络高级教程》27端—端跳数•端—端跳数hop是指：从任意接入设备到另一接入设备之间经过的最大的设备数，包括网桥或网络交换机等二层设备与路由器等三层设备；•参考值为广域骨干网络小于4，城域网范围内小于8。《计算机网络高级教程》28二层设备跳数值最大数•二层设备最大跳数hop是指：帧通过网桥或网络交换机等二层设备的转发数；•二层设备跳数值最大数的参考值为7。《计算机网络高级教程》29路由切换时间•路由切换时间是指：由主路由切换到备份路由时，分组不能正确传送的最大时间；•路由切换时间的参考值为500ms。《计算机网络高级教程》30生成树协议切换时间•生成树协议STP切换时间是指：STP从一种稳定拓扑结构过渡到另一种稳定拓扑结构的过程中，不能正确传送数据分组的最大时间；•生成树协议切换时间参考值是50s。《计算机网络高级教程》31链路利用率•链路利用率是指：链路可用时间与运行总时间之比；•链路利用率参考值为：POS链路为99.999%Ethernet链路为99.00%ATM155Mb/s链路为99.99%。《计算机网络高级教程》32设备可用率•设备可用率是指：设备可用时间与运行总时间之比；•设备可用率参考值为：核心路由器和交换机为99.99%接入设备为99.00%。《计算机网络高级教程》33管理和运营宽带城域网的关键技术•带宽管理•服务质量QoS•网络管理•用户管理•多业务接入•统计与计费•IP地址的分配•地址转换•网络安全《计算机网络高级教程》34带宽管理•宽带城域网拥有比过去传统网络更高的带宽，宽带接入速率多使用1Mkbps、10Mbps、100Mbps，主干网多使用155Mbps或622Mbps，而现在则多使用1Gbps、10Gbps或更高的带宽；•带宽的增加会激发新型业务的出现，而新型业务的应用也会带动带宽的需求的增长，带宽与业务呈良性的互动与增长；•城域网的建设必须兼顾现有的带宽管理能力与未来的扩充能力；•能不能在宽带城域网中提供无阻塞、高质量的传输能力，已经成为宽带城域网运营商竞争的重要指标之一。《计算机网络高级教程》35服务质量QoS•宽带城域网业务有多媒体业务、数据业务与普通的语音业务，各种业务对网络的服务质量的要求是不同的；•在有限的网络资源下，应该按照使用业务等级制定付费标准，划分不同的等级，制定不同的服务质量QoS要求；•保证服务质量QoS要求的技术主要有：资源预留RSVP、区分服务DiffServ与多协议标记交换MPLS。《计算机网络高级教程》36网络管理基本方案•带内网络管理•带外网络管理•同时使用带内和带外网络管理•对汇聚层及以上设备采取带外管理，而对汇聚层以下采用带内管理《计算机网络高级教程》37用户管理•用户管理包括：用户认证与接入管理、计费管理等；•用户管理可以采用将用户静态配置的IP地址或通过DHCP自动获得的IP地址，与用户设备的MAC地址、基于端口的VLANID捆绑；•对于利用Ethernet方式接入的用户，通常根据接入的交换机端口号，来划分VLAN的方法来解决用户接入的安全问题。《计算机网络高级教程》38多业务接入•宽带城域网的一个重要的特点是允许多业务接入。接入的业务可以使低速专线、帧中继、局域网接入、企业VPN、IP电话、视频点播等；•宽带城域网必须能够快速、方便地为用户接入提供服务，并且具有接入新的应用和服务的能力；《计算机网络高级教程》39统计与计费•良好的统计与计费能力是保证宽带城域网正常运行的基础；•统计与计费可以在不同的层次上实现，最简单的是利用网络管理协议SNMP的管理信息库MIB来实现；•计费可以是包月或计时方式付费，也可以按流量付费。《计算机网络高级教程》40IP地址的分配与地址转换•在宽带城域网中，除了建设初期用户IP地址可以采用公用IP地址之