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摘 要：IP城域网是在一个城市范围内提供宽带数据及多媒体业务、用于接入用户和发展增值业务的综合数据网络。随着互联网市场的发展，用户对互联网质量的要求日益提高，而互联网网络结构直接影响到互联网质量，因此，如何对原有网络进行优化，就成为提高互联网质量的关键问题所在，文章介绍了宽带IP城域网组网技术及解决方案。
关键词：带宽；组网；城域网；pos
中图分类号：TN915.6 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）06－0149－02
IP城域网正逐渐成为宽带舞台的新宠。宽带运营商的IP城域网建设思路及技术方案对运营商至关重要。如何建设一个能够提供统一的多业务的网络平台，成为运营商应对当前激烈竞争的重要选择。
1 概念
1.1 宽带IP城域网
城域网在通信发展过程中扮演着重要的角色，为满足网络接入层带宽大幅度增长的需求而建立的综合业务网。IP城域网的概念是由计算机网络化而来，指介于广域网和局域网之间，在城市及郊区范围内实现信息传输与交换的一种网络。这里所说的IP城域网，是指覆盖城市范围、为全市各类用户提供宽带接入的数字通信网络。对一个城市而言，IP城域网的建设是其信息化基础设施的重要组成部分：从技术和运营模式来看，IP城域网是计算机网络和传统电信网络的融合；从技术发展的趋势来看，IP城域网将会是传统电信体系发展的必然趋势。
1.2 带宽
“带宽”有以下两种不同的意义：①指信号具有的频带宽度。信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。②在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此，网络带宽表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。
在网络中有两种不同的速率：信号（即电磁波）在传输媒体上的传播速率（m/s或km/s）；计算机向网络发送比特的速率（Bit/s）。
2 宽带IP城域网的组网技术
目前，宽带IP城域网组网技术主要有：ATM技术、POS、千兆以太网（GE），还有融合了IP路由和ATM交换特点的MPLS技术。
2.1 利用ATM技术组建城域网
采用ATM技术组建IP城域网，能充分利用ATM技术灵活组网的优点。传统电信运营商在组建城域网时大多都采用IPoverATM网络的技术。ATM可以提供CBR、VBR、ABR、UBR等多种服务类别，可以按时间、端口、流量、平均流量、最小流量等以及组合方式来计费。但是，相对IP技术来说，采用ATM承载IP业务存在一些缺点和必须解决几个问题：①所有进入ATM网络的IP包都需要分割成固定长度的信元，开销大、传输效率低；②无连接的IP网络同面向连接的ATM存在差异，要在一个面向连接的网络上承载一个不面向连接的业务，需解决呼叫建立时间、连接持续期等问题，造成协议和网络管理非常复杂；③IP地址和ATM地址之间的映射是一个很大的难题；④基于ATM实现的IP网络的带宽受限于ATM网络技术本身，这对超大规模的骨干网不太合适。
2.2 POS方案
POS即IP/PPP/HDLC over SDH/SONET。这种组网技术适用于经营IP业务的ISP、以IP业务量为主的电信网或在电信骨干网疏导高速数据流。PPP按RFC1661的要求实现读协议封装、错误控制和链路初始化控制，把IP分组封装以后，再按RFC1662的要求形成高层数据链路控制的帧以便定界，然后把该帧交给SDH/SONET处理后进行传输。
2.3 利用千兆以太网技术组网
这种方案就是将千兆以太网技术扩展到城域和广域，在城域构建纯IP的网络平台，采用核心路由交换机。基于千兆以太网的城域网互联的主要推动力是组网简单、低成本。此外，以太网技术具有较好的扩展性，可以方便地扩展用户的数量，同时其统计复用功能大大提高了网络中继带宽的利用率。
2.4 DPT
DPT是思科公司提出的包优化的光传输解决方案，它将IP路由的带宽效率、业务能力与光纤环丰富的带宽、自愈能力结合起来，可支持多种业务类型和基于LAN、MAN、WAN的低成本应用。因此，它的优势主要体现在网络建设与应用的经济合算中。
3 IP城域网的分层结构
为了便于网络的管理、维护和扩展，网络必须有合理的层次结构。因此，大型网络的设计均遵循层次化设计的原则。
从网络结构上来分，根据目前的技术现状和发展趋势，一般将城域网的结构分为3层：核心层、汇聚层和接入层。城域网的核心节点和汇聚节点又统称为骨干节点，它们就是未来的IP目标局，支持窄带（PSTN/ISDN/DDN/FR PVC等）和宽带（AD－SL/以太网/ATM Pvc等）的IP综合接入，相互之间采用市内光纤或高速传输线互连。
3.1 核心层
IP城域网核心层网络主要负责进行数据的快速转发以及整个城域网路由表的维护，同时实现与IP广域骨干网的互联，提供城市的高速IP数据出口，其网络结构重点考虑可靠性和可扩展性。核心层主要由传输网络与核心交换设备构成。传输网络一般采用高容量的传输设备，负责完成数据的传送：核心路由交换设备负责建立和管理承载连接，并对这些连接进行交换和路由。
3.2 汇聚层
IP城域网汇聚层居于核心层和接入层中间，主要实现以下功能：扩展核心层设备的端口密度和端口种类；扩大核心层节点的业务覆盖范围；汇聚接入节点，解决接入节点到核心节点间光纤资源紧张的问题；实现接入用户的可管理性，当接入层节点设备不能保证用户流量控制时，需要由汇聚层设备提供用户流量控制及其他策略管理功能。
3.3 接入层
接入层网络负责提供各种类型用户的接入，在有需要时提供用户流量控制功能。接入层节点的设置主要是为了将不同地理分布的用户快速有效地接入骨干节点。接入层节点可以根据实际环境中用户数量、距离、密度等的不同，设置一级或级联接入。由于用户端设备端口需求量较大，因此要求接入设备要有优良的性价比。
4 组建IP城域网的解决方案
4.1 IP城域网建设目标
IP城域网是传送网与业务网、数据网与传统电信网、长途网与接入网的交汇点，是IP广域骨干网的延续，是同城信息的高速交换和宽、窄带接入的汇聚。由于IP城域网建成后的网上承载的业务将以基于IP包传送的业务为主，因此，城域网的组网技术将以IP包交换技术为核心，它的建设目标是：①开放的基础传送平台；②数字化、宽带化、综合化的接入平台，具备数据、图像及语音的多种业务综合接入能力；③具有丰富的业务提供能力，满足集团用户、行业用户和商业住宅用户不断增长的业务需求；④具有有效的网络管理能力和运营能力。
4.2 IP城域网核心及汇聚层建设方案
组建IP城域网，在国内外有很多思路，有各种各样的组网方案。一个好的IP城域网组网方案，一定要根据所在城市的经济和业务发展情况来统一考虑，同时所采用的技术应该是符合标准化要求的。
目前，组建IP城域网主要有两种方案：①采用高速路由器为核心，路由器或交换机作为汇聚层的三层网络设计（路由＋交换）；②采用高速LAN交换机为核心，交换机作为汇聚层（全交换）的二层网络设计。
4.2.1 采用高速路由器为核心组建的IP城域网
在IP业务量较大的城市，IP城域网核心层将直接采用高速路由器为核心来组建，并以TGE方式组网为主，POS连接为辅，中继采用市内光纤或其他传输介质，对于IP业务量大的城市，考虑到需要处理的IP数据包较多，只有采用高速路由器才能处理得过来，并且当IP业务量较大时，IP层面的流量控制和服务级别划分等也是不可缺少的，而这些功能都只有高速路由器才能提供。所以对业务量较大的城市，应该采用高速路由器为核心来组建IP城域网。
4.2.2 采用高速LAN交换机为核心组建IP城域网
对于业务量中等以下的城市，可采用高速LAN交换机（同时支持第二层和第三层）为核心来组建IP城域网，并完全以GE方式组网，中继采用市内光纤或其他传输介质，对于IP业务量中等以下的城市，考虑到需要处理的IP数据包不是特别多，并且由于带宽相对较富余，IP层面的流量控制和服务级别划分（CoS）等也不是特别重要，所以采用高速LAN交换机来组网是完全可行的。
需要指出的是，由于2层网络本身所具有的缺陷，一个纯粹的2层网络是没有很好的可扩充性及可管理性的，要使网络具备层次性的结构因素就必须引入3层的路由功能。因此，采用交换机为主的2层网络设计方案也同样必须具备3层IP的路由功能和控制功能，通常的做法是通过在高速LAN交换机上配置3层路由模块来实现。
考虑到网络的稳定性，高速LAN交换机将同时支持链路层（第二层）和IP路由（第三层），并且需要支持链路层的用户隔离和广播数量的压制。
对于城域网的骨干层面建设，同样应以简单的网络拓扑为主，如仍然只以2个节点为核心节点，其他骨干节点（汇聚层节点）分别与这2个核心节点相连接等；通过在核心层和汇聚层高速LAN交换机上配置3层功能和配置VLAN，构成路由网络和交换网络相互叠加，相互共存，以满足不同类型用户对网络的要求；城域网的接入层面也将主要由LAN交换机为主组成，向用户提供以太网等宽带接入。
因此，从以上的技术特点的分析来看，尽管两种组网方案都是实际可行的方案，但采用高速路由器为核心的组网方案比采用高速LAN交换机为核心的组网方案似乎要更优秀一些。作为电信级宽带运营商来说，一般采用高速路由器为核心的组网方案，以适应用户不断丰富多样以及高速带宽的需求。
5 结束语
通过宽带IP城域网的概念、组建宽带IP城域网的技术、IP城域网的分层结构，以及城域网的光纤物理网的建设、宽带IP城域网出口带宽的计算方法等问题入手，阐述了建设宽带IP城域网的建设思路。对于一级城市来讲，适合采用高速路由器为核心的组网方案来建设IP城域网核心层、汇聚层网络；对于接入层网络适合采用PON技术进行建设。
参考文献：
［1］邹易风.宽带IP城域网的QoS优化研究［D］.南京理工大学，2005.
［2］李爽正，翟慧，王学武，徐文凯.城域网技术的研究［J］.电脑知识与技术，2008（23）.
（编辑：李敏）
MAN Networking Technology and Solutions
Zhang Zhi
Abstract: IP MAN is to provide broadband data and multimedia services in a city within the integrated data network for access users and the development of value－added services, with the development of the Internet market, increasing demand for quality on the Internet, while Internet network structure directly affect the Internet quality, therefore, how to optimize the existing network, has become the key problem to improve the quality of Internet, broadband IP MAN networking technology, and solutions.
Key words: bandwidth; networking; MAN; pos
关键词：带宽；组网；城域网；pos
中图分类号：TN915.6 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）06－0149－02
IP城域网正逐渐成为宽带舞台的新宠。宽带运营商的IP城域网建设思路及技术方案对运营商至关重要。如何建设一个能够提供统一的多业务的网络平台，成为运营商应对当前激烈竞争的重要选择。
1 概念
1.1 宽带IP城域网
城域网在通信发展过程中扮演着重要的角色，为满足网络接入层带宽大幅度增长的需求而建立的综合业务网。IP城域网的概念是由计算机网络化而来，指介于广域网和局域网之间，在城市及郊区范围内实现信息传输与交换的一种网络。这里所说的IP城域网，是指覆盖城市范围、为全市各类用户提供宽带接入的数字通信网络。对一个城市而言，IP城域网的建设是其信息化基础设施的重要组成部分：从技术和运营模式来看，IP城域网是计算机网络和传统电信网络的融合；从技术发展的趋势来看，IP城域网将会是传统电信体系发展的必然趋势。
1.2 带宽
“带宽”有以下两种不同的意义：①指信号具有的频带宽度。信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。②在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此，网络带宽表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。
在网络中有两种不同的速率：信号（即电磁波）在传输媒体上的传播速率（m/s或km/s）；计算机向网络发送比特的速率（Bit/s）。
2 宽带IP城域网的组网技术
目前，宽带IP城域网组网技术主要有：ATM技术、POS、千兆以太网（GE），还有融合了IP路由和ATM交换特点的MPLS技术。
2.1 利用ATM技术组建城域网
采用ATM技术组建IP城域网，能充分利用ATM技术灵活组网的优点。传统电信运营商在组建城域网时大多都采用IPoverATM网络的技术。ATM可以提供CBR、VBR、ABR、UBR等多种服务类别，可以按时间、端口、流量、平均流量、最小流量等以及组合方式来计费。但是，相对IP技术来说，采用ATM承载IP业务存在一些缺点和必须解决几个问题：①所有进入ATM网络的IP包都需要分割成固定长度的信元，开销大、传输效率低；②无连接的IP网络同面向连接的ATM存在差异，要在一个面向连接的网络上承载一个不面向连接的业务，需解决呼叫建立时间、连接持续期等问题，造成协议和网络管理非常复杂；③IP地址和ATM地址之间的映射是一个很大的难题；④基于ATM实现的IP网络的带宽受限于ATM网络技术本身，这对超大规模的骨干网不太合适。
2.2 POS方案
POS即IP/PPP/HDLC over SDH/SONET。这种组网技术适用于经营IP业务的ISP、以IP业务量为主的电信网或在电信骨干网疏导高速数据流。PPP按RFC1661的要求实现读协议封装、错误控制和链路初始化控制，把IP分组封装以后，再按RFC1662的要求形成高层数据链路控制的帧以便定界，然后把该帧交给SDH/SONET处理后进行传输。
2.3 利用千兆以太网技术组网
这种方案就是将千兆以太网技术扩展到城域和广域，在城域构建纯IP的网络平台，采用核心路由交换机。基于千兆以太网的城域网互联的主要推动力是组网简单、低成本。此外，以太网技术具有较好的扩展性，可以方便地扩展用户的数量，同时其统计复用功能大大提高了网络中继带宽的利用率。
2.4 DPT
DPT是思科公司提出的包优化的光传输解决方案，它将IP路由的带宽效率、业务能力与光纤环丰富的带宽、自愈能力结合起来，可支持多种业务类型和基于LAN、MAN、WAN的低成本应用。因此，它的优势主要体现在网络建设与应用的经济合算中。
3 IP城域网的分层结构
为了便于网络的管理、维护和扩展，网络必须有合理的层次结构。因此，大型网络的设计均遵循层次化设计的原则。
从网络结构上来分，根据目前的技术现状和发展趋势，一般将城域网的结构分为3层：核心层、汇聚层和接入层。城域网的核心节点和汇聚节点又统称为骨干节点，它们就是未来的IP目标局，支持窄带（PSTN/ISDN/DDN/FR PVC等）和宽带（AD－SL/以太网/ATM Pvc等）的IP综合接入，相互之间采用市内光纤或高速传输线互连。
3.1 核心层
IP城域网核心层网络主要负责进行数据的快速转发以及整个城域网路由表的维护，同时实现与IP广域骨干网的互联，提供城市的高速IP数据出口，其网络结构重点考虑可靠性和可扩展性。核心层主要由传输网络与核心交换设备构成。传输网络一般采用高容量的传输设备，负责完成数据的传送：核心路由交换设备负责建立和管理承载连接，并对这些连接进行交换和路由。
3.2 汇聚层
IP城域网汇聚层居于核心层和接入层中间，主要实现以下功能：扩展核心层设备的端口密度和端口种类；扩大核心层节点的业务覆盖范围；汇聚接入节点，解决接入节点到核心节点间光纤资源紧张的问题；实现接入用户的可管理性，当接入层节点设备不能保证用户流量控制时，需要由汇聚层设备提供用户流量控制及其他策略管理功能。
3.3 接入层
接入层网络负责提供各种类型用户的接入，在有需要时提供用户流量控制功能。接入层节点的设置主要是为了将不同地理分布的用户快速有效地接入骨干节点。接入层节点可以根据实际环境中用户数量、距离、密度等的不同，设置一级或级联接入。由于用户端设备端口需求量较大，因此要求接入设备要有优良的性价比。
4 组建IP城域网的解决方案
4.1 IP城域网建设目标
IP城域网是传送网与业务网、数据网与传统电信网、长途网与接入网的交汇点，是IP广域骨干网的延续，是同城信息的高速交换和宽、窄带接入的汇聚。由于IP城域网建成后的网上承载的业务将以基于IP包传送的业务为主，因此，城域网的组网技术将以IP包交换技术为核心，它的建设目标是：①开放的基础传送平台；②数字化、宽带化、综合化的接入平台，具备数据、图像及语音的多种业务综合接入能力；③具有丰富的业务提供能力，满足集团用户、行业用户和商业住宅用户不断增长的业务需求；④具有有效的网络管理能力和运营能力。
4.2 IP城域网核心及汇聚层建设方案
组建IP城域网，在国内外有很多思路，有各种各样的组网方案。一个好的IP城域网组网方案，一定要根据所在城市的经济和业务发展情况来统一考虑，同时所采用的技术应该是符合标准化要求的。
目前，组建IP城域网主要有两种方案：①采用高速路由器为核心，路由器或交换机作为汇聚层的三层网络设计（路由＋交换）；②采用高速LAN交换机为核心，交换机作为汇聚层（全交换）的二层网络设计。
4.2.1 采用高速路由器为核心组建的IP城域网
在IP业务量较大的城市，IP城域网核心层将直接采用高速路由器为核心来组建，并以TGE方式组网为主，POS连接为辅，中继采用市内光纤或其他传输介质，对于IP业务量大的城市，考虑到需要处理的IP数据包较多，只有采用高速路由器才能处理得过来，并且当IP业务量较大时，IP层面的流量控制和服务级别划分等也是不可缺少的，而这些功能都只有高速路由器才能提供。所以对业务量较大的城市，应该采用高速路由器为核心来组建IP城域网。
4.2.2 采用高速LAN交换机为核心组建IP城域网
对于业务量中等以下的城市，可采用高速LAN交换机（同时支持第二层和第三层）为核心来组建IP城域网，并完全以GE方式组网，中继采用市内光纤或其他传输介质，对于IP业务量中等以下的城市，考虑到需要处理的IP数据包不是特别多，并且由于带宽相对较富余，IP层面的流量控制和服务级别划分（CoS）等也不是特别重要，所以采用高速LAN交换机来组网是完全可行的。
需要指出的是，由于2层网络本身所具有的缺陷，一个纯粹的2层网络是没有很好的可扩充性及可管理性的，要使网络具备层次性的结构因素就必须引入3层的路由功能。因此，采用交换机为主的2层网络设计方案也同样必须具备3层IP的路由功能和控制功能，通常的做法是通过在高速LAN交换机上配置3层路由模块来实现。
考虑到网络的稳定性，高速LAN交换机将同时支持链路层（第二层）和IP路由（第三层），并且需要支持链路层的用户隔离和广播数量的压制。
对于城域网的骨干层面建设，同样应以简单的网络拓扑为主，如仍然只以2个节点为核心节点，其他骨干节点（汇聚层节点）分别与这2个核心节点相连接等；通过在核心层和汇聚层高速LAN交换机上配置3层功能和配置VLAN，构成路由网络和交换网络相互叠加，相互共存，以满足不同类型用户对网络的要求；城域网的接入层面也将主要由LAN交换机为主组成，向用户提供以太网等宽带接入。
因此，从以上的技术特点的分析来看，尽管两种组网方案都是实际可行的方案，但采用高速路由器为核心的组网方案比采用高速LAN交换机为核心的组网方案似乎要更优秀一些。作为电信级宽带运营商来说，一般采用高速路由器为核心的组网方案，以适应用户不断丰富多样以及高速带宽的需求。
5 结束语
通过宽带IP城域网的概念、组建宽带IP城域网的技术、IP城域网的分层结构，以及城域网的光纤物理网的建设、宽带IP城域网出口带宽的计算方法等问题入手，阐述了建设宽带IP城域网的建设思路。对于一级城市来讲，适合采用高速路由器为核心的组网方案来建设IP城域网核心层、汇聚层网络；对于接入层网络适合采用PON技术进行建设。
参考文献：
［1］邹易风.宽带IP城域网的QoS优化研究［D］.南京理工大学，2005.
［2］李爽正，翟慧，王学武，徐文凯.城域网技术的研究［J］.电脑知识与技术，2008（23）.
（编辑：李敏）
MAN Networking Technology and Solutions
Zhang Zhi
Abstract: IP MAN is to provide broadband data and multimedia services in a city within the integrated data network for access users and the development of value－added services, with the development of the Internet market, increasing demand for quality on the Internet, while Internet network structure directly affect the Internet quality, therefore, how to optimize the existing network, has become the key problem to improve the quality of Internet, broadband IP MAN networking technology, and solutions.
Key words: bandwidth; networking; MAN; pos