随着多媒体通信业务的发展，人们对信息的需求迅速增长。同时电视、电话已普及，电脑的家庭占有率也在不断提高，传统的电视、计算机、电话采用各自的物理传输网络，传输速率低，业务内容贫乏，已不能满足用户对宽带信息的需求。而数字技术的全面采用，使电话、数据、图像业务都可统一编码交换和传输；光通信技术的发展为综合传送各种业务、信息，特别是为宽带图像和高速数据业务提供了必要的带宽和可靠的传输质量；软件技术的发展使得网络所要求的特性和功能可以不必（或很少）改动硬件即可不断的变化和升级，技术的进步为宽带业务接人提供了有力的技术基础。这就要求我们在建立宽带网络之初对网络的总体设计与规划以及今后的业务开展有一个清醒的认识，寻找一种适合本地特色的组网技术至关重要。下面就以大庆宽带综合业务网的总体设计与新技术应用为例做一简要论述。

    1网络设计的总体要求

    大庆广电宽带IP网作为最新的营运级宽带综合业务网，在组网结构上满足以下几个原则：

    （1）先进性。城域骨干网采用世界先进的千兆IP 线速路由器/交换机（GSR12開0和CATALYST6000 系列），能与ATM/SDH宽带传输交换平台充分互联，能够承载和交换各种信息并将其接人公众用户。

    （2）普遍性。考虑到公众用户的实际情况，以相应的可接受的价格向用户提供不同接人服务的方法，如 HFC、百兆专线、千兆专线等。

    （3）统一性。城域骨干网遵循信息基础设施建设

    方案及规划，考虑今后设备互联、升级，科学地统一建设。

    （4）可扩充性。随着网络需求的不断变化，充分留有扩充余地。

    （5）安全性及可管理性。充分保证整个系统的可管理性和整个系统的安全性、可靠性。

    2网络设计的技术要求

    根据上述总体要求，在技术上必须提供相应的支持和保证。整个网络在技术上定位为IP优化的光学网络，以光纤为主要传输介质，以IP为主要通信协议。IP优化包括如下几个要素：

    （1）网络结构的IP优化。网络体系结构以IP为设计基础，体现在网络层的层次化体系结构，可以减少对传统传输体系的依赖。

    （2）IP路由协议的优化。

    （3）IP包转发的优化。适合大型、高速宽带网络和下一代因特网的特征，提供高速路由查找和包转发机制。

    （4）带宽优化。在合理的Qos控制下，最大限度地利用光纤的带宽。

    （5）稳定性优化。最大限度地利用光传输在故障恢复方面快速切换的能力，快速恢复网络连接，避免路由表顫动引起的整网震荡，提供符合高速宽带网络要求的可靠性和稳定性。

    下面从主干层、接人层、可靠性、Qos、扩展性、网络互联、通信协议、网管与安全等方面论述IP网络的技术要求。

    网络与媒体

    2．1可靠性和自愈能力

    （1）链路冗余。在主干连接（主干设备之间及其与汇接设备之间的连接）具备可靠的线路冗余方式。采用负载均衡的冗余方式，即通常情况下两条连接均提供数据传输，并互为备份。主线路切换到备份线路的时间应小于50ms，以充分体现采用光纤技术的优越性。这种高速的网络自愈特性应可以保证不会引起IP 路由的重新计算，不会引起业务的瞬间质量恶化，更不会引起业务的中断。

    （2）模块冗余。主要设备（主干设备和业务汇聚点的核心设备）的所有模块和环境部件应具备1 + 1 或1：N热备份的功能，切换时间小于3秒。所有模块具备热插拔的功能。系统具备99· 999％以上的可用性。

    （3）设备冗余。提供由两台或两台以上设备组成一个虚拟设备的能力。当其中一个设备因故障停止工作时，另一台设备自动接替其工作，并且不引起其他节点的路由表重新计算，从而提高网络的稳定性。切换时间小于3秒，以保证大部分IP应用不会出现超时错误。

    （4）路由冗余。网络的结构设计应提供足够的路由冗余功能，在上述冗余特性仍不能解决问题时，数据流应能寻找其他路径到达目的地址。在一个足够复杂的网络环境中，网络连接发生变化时，路由表的收敛时间应小于30秒。

    2 · 2拥塞控制与服务质量保障

    拥塞控制和服务质量保障〔QoS）是公众服务网的重要品质。由于接人方式、接人速率、应用方式、数据性质丰富多样，网络的数据流量突发是不可避免的，因此，网络对拥塞的控制和对不同性质数据流的不同处理是十分重要的。

    （1）业务分类。网络设备应支持6一8种业务分类 (COS)O当用户终端不提供业务分类信息时，网络设备应根据用户所在网段、应用类型、流量大小等自动对业务进行分类。

    （2）接人速率控制。接人本网络的业务应遵守其接人速率承诺。超过承诺速率的数据将被丢弃或标以最低的优先级。

    〈3）队列机制。具有先进的队列机制进行拥塞控制，对不同等级的业务进行不同的处理，包括时延的不同和丢包率的不同。

    （4）先期拥塞控制。当网络出现真正的拥塞时，瞬间大量的丢包会引起大量TCP数据同时重发，加线 电 视技 术剧网络拥塞的程度并引起网络的不稳定。网络设备应具备先进的技术，在网路出现拥塞前就自动采取适当的措施，进行先期拥塞控制，避免瞬间大量的丢包现象

    （5）资源预留。对非常重要的特殊应用，应可以采用保留带宽资源的方式保证其Qos。

    2 · 3网络的扩展能力

    网络的扩展能力包括设备交换容量的扩展能力、端口密度的扩展能力、主干带宽的扩展，以及网络规模的扩展能力。

    （1）交换容量扩展。交换容量应具备在现有基础上继续扩充4、8倍容量的能力，以适应IP类业务急速膨胀的现实。

    （2）端口密度扩展。设备的端口密度应能满足网络扩容时设备间互联的需要。

    （3）主干带宽扩展。主干带宽应具备8倍甚至更高的带宽扩展能力，以适应IP类业务急速膨胀的现实。

    （4）网络规模扩展。网络体系、路由协议的规划和设备的CPU路由处理能力，应能满足本网络超过200 个节点规模的要求。

    2·4与其他网络的互联

    （1）保证与Internet的无缝连接。

    （2）保证与现有ATM/SDH网络的无缝互联。

    （3）保证与各ISP网络和大型企业网的无缝互联。

    2 ·5通信协议的支持

    （1）以支持TCP／IP协议为主，兼支持IPX、DEC一 NET APPLE-TALK等协议，加之各种服务营运级别的网络通信软件和网际操作系统。

    （2）支持RIP、RIPv2、OSPF、IGRP、IS-IS等多种国际标准的路由协议。根据本网规模的需求，必须支持 OSPF和IS-IS路由协议。然而，由于OSPF协议非常耗费CPU和内存，必须采取合理的区域划分和路由规划（例如网址汇总等）来保证网络的稳定性；应提供适当的路由规划的后备方案。

    （3）支持BGP-4、IDRP等标准的域间路由协议，保证与其他IP网络的可靠互联。

    （4）支持MPLS标准，提供与ATM、SDH网络的无缝互联。

    2·6网络管理与安全体系

    （l )支持整个网络系统各种网络设备的统一网络管理。

    （2）支持故障管理、记账管理、配置管理、性能管理和安全管理五大功能。

    （3）支持系统级的管理，包括系统分析、系统规划等；支持基于策略的管理，对策略的修改能够立即反应到所有相关设备中。

    （4）网络设备支持多级管理权限，支持RADIUS、 TACACS+等认证机制。

    巧）支持安全监控和控制机制，当发现存在安全漏洞和遭到攻击时，应及时通知网络管理人员，并应自动采取适当的措施予以保护。

    3宽带《P组网技术的选择

    选择合理的网络主干技术对于一个营运网络来说十分重要，因为它关系到网络的服务品质和可持续发展的特性。网络主干包括主干网设备之间及其与汇聚点核心设备之间的连接，宽带IP网络的主干必须选用相应的宽带主干技术。目前，可供选择的宽带技术包括以下几种：

    （1）千兆以太网技术（GE）。最高传输速率为IGbps, 与以太网技术、快速以太网技术向下兼容。

    （2）异步转移模式（ATM技术）。采用信元传输和交换技术，减少处理时延，保障服务质量，使其端口可以支持从El (2Mbps)到STM-I（巧5Mbps)、STM-4 (622Mbps)、STMI 6 (2.4Gbps)、STM一64 (10Gbps)的传输速率

    (3)SDH技术（或IP over SDH技术）。采用高速光纤传输，以点对点方式提供从STMI到STM64甚至更高的传输速率。其中IP over SDH技术也简称为POS 技术，也就是将IP包直接封装到SDH帧中，提高了传输的效率。

    （4）动态IP光纤传输技术（DPI)。定义了一种全新的传输方法-IP优化的光学传输技术。这种技术提供了带宽使用的高效率、服务类别的丰富性以及网络的高级自愈功能，从而在现有的一些解决方案基础上，为网络营运商提供了性能价格比极好和功能极其丰富的更先进的解决方案。

    GE技术、ATM技术、POS技术都各有优点和缺点。其中GE技术的最大问题是缺乏足够的可靠性机制，也缺乏足够的扩展性机制（例如其单端口最高带宽限于IGbps）；ATM技术的最大问题是协议过于复杂和太多的信头开销；而POS技术虽然具有很多的优点，是一种相当不错的宽带主干网技术，但它的最大缺点是带宽分配不够灵活（基于点对点传输，且最低速率为巧5M）。

    D技术吸取了POS技术的精华，克服了它的缺点。其关键在于提供了一种对带宽的空间复用

    （SRP）机制，使带宽可以进行动态分配。

    3· 1动态丨P光纤传输技术的优势

    动态IP光纤传输技术(Dynamic Packet Transport，D）采用了一种全新的机制，在光纤上直接传输IP包，而其MAC层地址采用空间复用MAC地址。

    空间复用协议(Spatial Reuse Protocol，SRP)是一种与媒体无关的MAC层协议，可以用于各种物理层技术之上。典型的用法是山两根反向光纤组成SRP 环，其中每一根光纤都可以用来传输数据和传输反方向的控制信号。其工作原理如图1所示。

    为了区分两个环，不妨将一个叫作内环，另一个叫作外环。SRP运行时，在一个方向发送数据（下行流),而在反方向的另一根光纤上传输控制信号（上行流）。两根光纤互为控制，因此共有两个上行流和两个下行流。这样，SRP便能最大限度地利用光纤的传输带宽。同时，由于控制信号不受数据流干扰（例如排队、突发拥塞等），能够快速传输，从而为带宽的进一步优化和网络的高速自愈提供了保障。

    由于SRP的媒体无关特性，D技术可以透明地运行在现有的各种重要光纤基础设施上：（1）裸光纤；（2）波分复用（WDM）；（3）SDH点对点或环。

    媒体的无关特性还能使D运行在上述介质的混合环境中，从而提供了一种向纯IP优化光纤网络平滑过渡的解决方案。

    动态IP光纤传输技术D具有如下特点：

    （1)空间复用。一根光纤环可以分段传输数据，所

    网络与名媒体

    以至少可以提供两倍的带宽提升因子。

    （2）双环结构。两根光纤同时传输数据，使带宽加

    （3）公平机制。所有节点对带宽具有同等的控制权，从而为带宽的统计复用提供了最佳的保障。

    （4）统计复用。网络带宽分段使用，且任意节点间富余的带宽可以被其他节点所使用，以成倍提高可用带宽（图2）。

    （5）扩展性。一个环上的节点数可以最高至128，单端口速率可以最高至10Gbps,地理范围可以像 SDH一样扩展到足够的程度。

    （6）可靠性。可以提供比SDH的自动保护交换（A）更好的网络自愈功能。不仅可以在50ms内切换光纤，而且由于它是IP-Aware的，可以在50灬内恢复IP 业务，不需要路由表的重新收敛。

    （7）IP业务映射。可以直接映射和支持IP包的优先级，直接支持IP包的广播以及其他IP业务控制功

    （8）即插即用。简单的环形结构和自动发现机制使网络设备的配置变得十分简单。例如，在一个网状网中，增加一个节点需配置2N个端口，而在一个环形网中，增加一个节点最多只需要配置一对端口。

    （9）统一网管。从物理层到链路层到网络层全部三层的网络管理不再需要不同的网管统

    （10）高性能价格比。一个SRP环上的每个设备永远只需要一对SRP端口（而点对点网状网中，每节点需N2个端口），从而使网络扩容时不再需要增加端口，大大降低了网络成本。同时，D的高可靠性还大大降低了运行维护成本，并提高了生产效率。

    2 0 0 5年第4期（总第1 7 2期）

    3．2 DPT与其他宽带技术的比较

    唷 线 电 视技 术

    D技术与POS技术相比，其优点主要在于可以动态使用带宽，使带宽的利用率得到大大的提高，并避免了点对点连接的限制，减少了端口数的需要。

    D技术还与POS技术一样，避免了ATM技术的协议复杂性、信令系统和过高的信头开销，并且由于直接支持IP，无需IP包的拆分和重组，从而大大提高了交换机的处理能力，并降低了设备的价格。

    千兆以太网技术与上述几种技术相比，则在可靠性、扩展性等方面不能满足大型服务性营运商网络的需求，原因在于，其技术路线的核心为简单地提高传输带宽和交换容量，而在其他方面较少突破。千兆以太网技术的主干可靠性一般由所谓的TRUNK技术（在Cisco即GEC技术）来提供，不仅耗费更多的端口，而且在切换时间、网络自愈等方面远远不能用足光纤网络的潜力，不能满足大型营运级IP网络的要求。换而言之，千兆以太网技术以其低价、简单的技术路线，更适合于园区网主于，或者小型服务商的中小型城域网主干。

    表I简单地描述了这些技术的特点。值得指出的是，在一个小型、简单的网络中，采用GE技术组网的性能价格比确实较高，但在一个大型、复杂的网络中，采用D技术组网的性价比则最高，原因在于SRP 环形结构对端口数的需求很少。

    性能DPI'POSATMCE

    可靠性中

    弹性和可扩展性高高高

    带宽使用效率中

    QoS和iP业务增强中高中

    3·3 DPT技术应用情况

    目前,AT&T、SpringNet、MCI等著名电信营运商都在与Cisco合作，采用这一最先进的IP光纤传输技术，建立其下一代的IP网络基础平台。

    其他正在测试或已经采用DPT技术的客户包括：Qwest、德国电信、英国电信(BT)、日本电信 @Home、MediaOne、美国在线(AOL)和UUNET等等。

    在我国的郑州、武汉、新疆等省市的数据网络也

    得到了实际应用。

    4 DPT技术在大庆宽带 IP网中的应用

    大庆市宽带综合业务的骨干网，由十一个节点

    （三个核心节点、八个边缘节点）组成。其中核心节点采用了Cisco公司的GSR12008路由交换机并配置最新SRP模块，采用了Cisco公司的动态IP光纤传输技术(DPP)，将核心节点构造成速率为STM一4 （622Mbps）的双向环网。核心节点示意图见图3。

    12008 路由器

    12008

    12008 路由器

    有线台节点

    让湖路节点

    红岗节点

    对于新一代的网络营运商来说，动态IP光纤传输技术(DPT)是一种新纪元网络基础构架技术，D 各种技术特性的设计都是为了营运商能够在保证高品质服务的前提下，进一步减少投资和营运成本，而提高生产效率。综合起来，D技术为网络营运商带来了如下一些利益：

    （1）有效投资。IP光纤环的组建，使营运商在投资结构上发生了根本性的变化，大大提高了投资效率。例如，营运商不再需要在昂贵的时分复用(TDM）设备（如SDH设备）上进行投资，却能获得同样的带宽；同时，又能采用空间复用和统计复用技术最有效地使用这些带宽而获得更高的效益。再如，从物理层到IP层的集成网络管理方式，不仅大大降低了营运成本，也大大提高了生产效率。

    〈2）增强IP业务。D技术直接支持和增强各种 IP业务，例如VOIP、VPN等业务，而且更加稳定可靠，为经营者带来更丰厚的增值服务利润。

    （3）网络的健壮性。由于提供了先期的性能监测、错误监测、错误定位以及智能保护交换机制（IPS),网络具备高级的自愈功能，使IP业务稳定可靠。可靠性是高速光纤网络的重要特性；这正如高速公路的修建，在减少交叉、减少红绿灯、平整路面以提高车速和扩展通车能力的同时，交通规则却更加严格：更远的安全车距、严禁行人穿越等，并增设应急车道提高可靠性。没有足够的可靠性保障，网络与公路一样不能 “提速"；否则，会潜伏灾难性的后果。

    （4）充分的扩展性。作为通信新纪元的关键的IP 优化光学技术，D以新的更稳定可靠的网络体系结构为网络提供了持续发展的道路。从IP over ATM/ SDH/OpticaI，IP over ATM/Optical到IP over SDI-I/ Optical一直到IP over Optical，已经走过的技术路线如图4所示，省去了中间层次转换的复杂性，中间的层次越少就越能降低管理开销来最大化可用的传输带宽，同时也大大降低了网络规划、操作、错误检测以及网络恢复的复杂性，当然也能进一步减少基础建设费用。简化是核心，可靠则是关键。

    在每一层进行多路复用、保护和管理较小的成本、复杂性和开销

    动态IP光纤传输技术D完全符合营运级IP 宽带网络设计的总体要求和技术要求，是一种较佳的宽带IP组网技术。