隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)尤其是TCP/IP技術(shù)的進(jìn)步，電信網(wǎng)絡(luò )的所有傳統業(yè)務(wù)和新型業(yè)務(wù)都將在以IP技術(shù)為主的數據網(wǎng)中傳輸，使投資和營(yíng)運成本大為下降，并進(jìn)一步推動(dòng)各種寬帶多媒體業(yè)務(wù)進(jìn)入社會(huì )和普通家庭。這些變化使人們的工作、生活、學(xué)習和娛樂(lè )方式將發(fā)生重大變革。鄭州IP CATV寬帶IP網(wǎng)系統的目標是面向全市的公共信息服務(wù)平臺。本項目完成建設的是一個(gè)以TCP/IP協(xié)議為基礎、具有大容量高速傳輸能力的、可靠穩定保證服務(wù)質(zhì)量的營(yíng)運級寬帶IP網(wǎng)絡(luò )。 1. 網(wǎng)絡(luò )設計的總體要求
(1)先進(jìn)性。IP寬帶IP網(wǎng)計劃采用世界先進(jìn)的千兆IP線(xiàn)速路由器/交換機，能與ATM/SDH寬帶傳輸交換平臺充分互聯(lián)，能夠承載和交換各種信息并將其接入公眾用戶(hù)。
(2)普遍性。IP寬帶IP網(wǎng)必須考慮到鄭州公眾用戶(hù)的實(shí)際情況，以相應的可接受的價(jià)格向用戶(hù)提供不同接入服務(wù)的方法。
(3)統一性。IP寬帶IP網(wǎng)必須遵循鄭州信息基礎設施建設方案及規劃，科學(xué)地統一建設。
(4)可擴充性。IP寬帶IP網(wǎng)必須隨著(zhù)需求的變化，充分留有擴充余地。
(5)安全性及可管理性。IP寬帶IP網(wǎng)是鄭州公眾寬帶網(wǎng)絡(luò )，應注意保證整個(gè)系統的可管理性和整個(gè)系統的安全性、可靠性。
2. 網(wǎng)絡(luò )設計的技術(shù)要求
(1)可靠性和自愈能力
a)鏈路冗余。在主干連接(主干設備之間及其與匯接設備之間的連接)具備可靠的線(xiàn)路冗余方式。建議采用負載均衡的冗余方式，即通常情況下兩條連接均提供數據傳輸，并互為備份。主線(xiàn)路切換到備份線(xiàn)路的時(shí)間應小于50ms,以充分體現采用光纖技術(shù)的優(yōu)越性。這種高速的網(wǎng)絡(luò )自愈特性應可以保證不會(huì )引起IP路由的重新計算，不會(huì )引起業(yè)務(wù)的瞬間質(zhì)量惡化，更不會(huì )引起業(yè)務(wù)的中斷。
b)模塊冗余。主要設備(主干設備和業(yè)務(wù)匯聚點(diǎn)的核心設備)的所有模塊和環(huán)境部件應具備1+1或1：N熱備份的功能，切換時(shí)間小于3秒。所有模塊具備熱插拔的功能。系統具備99.999%以上的可用性。
c)設備冗余。提供由兩臺或兩臺以上設備組成一個(gè)虛擬設備的能力。當其中一個(gè)設備因故障停止工作時(shí)，另一臺設備自動(dòng)接替其工作，并且不引起其他節點(diǎn)的路由表重新計算，從而提高網(wǎng)絡(luò )的穩定性。切換時(shí)間小于3秒，以保證大部分IP應用不會(huì )出現超時(shí)錯誤。
d)路由冗余。網(wǎng)絡(luò )的結構設計應提供足夠的路由冗余功能，在上述冗余特性仍不能解決問(wèn)題時(shí)，數據流應能尋找其他路徑到達目的地址。在一個(gè)足夠復雜的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò )連接發(fā)生變化時(shí)，路由表的收斂時(shí)間應小于30秒。
圖1
(2)擁塞控制與服務(wù)質(zhì)量保障
擁塞控制和服務(wù)質(zhì)量保障(QoS)是公眾服務(wù)網(wǎng)的重要品質(zhì)。由于接入方式、接入速率、應用方式、數據性質(zhì)的豐富多樣，網(wǎng)絡(luò )的數據流量突發(fā)是不可避免的，因此，網(wǎng)絡(luò )對擁塞的控制和對不同性質(zhì)數據流的不同處理是十分重要的。
a)業(yè)務(wù)分類(lèi)。網(wǎng)絡(luò )設備應支持6～8種業(yè)務(wù)分類(lèi)(COS)。當用戶(hù)終端不提供業(yè)務(wù)分類(lèi)信息時(shí)，網(wǎng)絡(luò )設備應根據用戶(hù)所在網(wǎng)段、應用類(lèi)型、流量大小等自動(dòng)對業(yè)務(wù)進(jìn)行分類(lèi)。
b)接入速率控制。接入該網(wǎng)絡(luò )的業(yè)務(wù)應遵守其接入速率承諾。超過(guò)承諾速率的數據將被丟棄或標以最低的優(yōu)先級。
c)隊列機制。具有先進(jìn)的隊列機制進(jìn)行擁塞控制，對不同等級的業(yè)務(wù)進(jìn)行不同的處理，包括時(shí)延的不同和丟包率的不同。
d)先期擁塞控制。當網(wǎng)絡(luò )出現真正的擁塞時(shí)，瞬間大量的丟包會(huì )引起大量TCP數據同時(shí)重發(fā)，加劇網(wǎng)絡(luò )擁塞的程度并引起網(wǎng)絡(luò )的不穩定。網(wǎng)絡(luò )設備應具備先進(jìn)的技術(shù)，在網(wǎng)路出現擁塞前就自動(dòng)采取適當的措施，進(jìn)行先期擁塞控制，避免瞬間大量的丟包現象。
e)資源預留。對非常重要的特殊應用，應可以采用保留帶寬資源的方式保證其QoS。
3. 網(wǎng)絡(luò )的擴展能力
(1)交換容量擴展。交換容量應具備在現有基礎上繼續擴充4～8倍容量的能力，以適應IP類(lèi)業(yè)務(wù)急速膨脹的現實(shí)。
(2)端口密度擴展。設備的端口密度應能滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )擴容時(shí)設備間互聯(lián)的需要。
(3)主干帶寬擴展。主干帶寬應具備4～8倍甚至更高的帶寬擴展能力，以適應IP類(lèi)業(yè)務(wù)急速膨脹的現實(shí)。
(4)網(wǎng)絡(luò )規模擴展。網(wǎng)絡(luò )體系、路由協(xié)議的規劃和設備的CPU路由處理能力，應能滿(mǎn)足該網(wǎng)絡(luò )超過(guò)200個(gè)節點(diǎn)規模的要求。
4. 與其他網(wǎng)絡(luò )的互聯(lián)
保證與INTERNET國內國際出口的無(wú)縫連接；保證與現有ATM/SDH網(wǎng)絡(luò )的無(wú)縫互聯(lián)；保證與鄭州各ISP網(wǎng)絡(luò )和大型企業(yè)網(wǎng)的無(wú)縫互聯(lián)。
5. 通信協(xié)議的支持
(1)以支持TCP/IP協(xié)議為主，兼支持IPX、DECNET、APPLE-TALK等協(xié)議。設備商應提供服務(wù)營(yíng)運級別的網(wǎng)絡(luò )通信軟件和網(wǎng)際操作系統。
(2)支持RIP、RIPv2、OSPF、IGRP、IS-IS等多種國際標準的路由協(xié)議。根據本網(wǎng)規模的需求，必須支持OSPF和IS-IS路由協(xié)議。然而，由于OSPF協(xié)議非常耗費CPU和內存，而該網(wǎng)絡(luò )十分龐大復雜(200個(gè)業(yè)務(wù)節點(diǎn)，每節點(diǎn)包含10個(gè)甚至更多的三層網(wǎng)絡(luò )設備)，必須采取合理的區域劃分和路由規劃(例如網(wǎng)址匯總等)來(lái)保證網(wǎng)絡(luò )的穩定性；應提供適當的路由規劃的后備方案。
(3)支持BGP-4、IDRP等標準的域間路由協(xié)議,保證與其他IP網(wǎng)絡(luò )的可靠互聯(lián)。
(4)支持MPLS標準，提供與ATM網(wǎng)絡(luò )的無(wú)縫互聯(lián)。
6. 網(wǎng)絡(luò )管理與安全體系
(1)支持整個(gè)網(wǎng)絡(luò )系統各種網(wǎng)絡(luò )設備的統一網(wǎng)絡(luò )管理。
(2)支持故障管理、記帳管理、配置管理、性能管理和安全管理五大功能。
(3)支持系統級的管理，包括系統分析、系統規劃等；支持基于策略的管理，對策略的修改能夠立即反應到所有相關(guān)設備中。
(4)網(wǎng)絡(luò )設備支持多級管理權限，支持RADIUS、TACACS+等認證機制。
(5)支持安全監控和控制機制，當發(fā)現存在安全漏洞和遭到攻擊時(shí)，應及時(shí)通知網(wǎng)絡(luò )管理人員，并應自動(dòng)采取適當的措施予以保護。
二、鄭州CATV寬帶IP網(wǎng)解決方案
1. 設計思想
動(dòng)態(tài)IP光纖傳輸技術(shù)DPT是滿(mǎn)足這些要求的最好的技術(shù)。這些要求實(shí)際上主要反映了鄭州寬帶IP網(wǎng)在實(shí)際運行階段的需要，因此網(wǎng)絡(luò )中采用DPT光纖環(huán)的結構來(lái)構架寬帶IP網(wǎng)。
在設備選型上，選用業(yè)界最先進(jìn)的GSR12000千兆交換式路由器。GSR采用的三層交換技術(shù)為特快包轉發(fā)技術(shù)(CEF)，這種路由處理方式特別適合于包含上百個(gè)節點(diǎn)的大型網(wǎng)絡(luò )；它不會(huì )象其他三層交換技術(shù)那樣，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )規模的擴大而處理性能迅速下降。
2. 鄭州CATV寬帶IP網(wǎng)絡(luò )設計
(1)網(wǎng)絡(luò )拓撲結構
鄭州CATV寬帶IP網(wǎng)絡(luò )如圖1所示，鄭州寬帶IP網(wǎng)絡(luò )的四臺骨干設備采用Cisco新一代千兆位交換路由器GSR12000(Gigabit Switch Router 12000), 其中三個(gè)GSR之間采用Cisco的動(dòng)態(tài)IP光纖傳輸技術(shù)DPT,采用兩個(gè)STM-4光纖環(huán)連接，利用SRP技術(shù)，使得STM-4在兩個(gè)環(huán)上實(shí)現負載均衡，這樣，主干網(wǎng)絡(luò )連接可以實(shí)現自我冗余保護，保證網(wǎng)絡(luò )主干連接在其中一條出現故障時(shí)，另外一條可以在很短的時(shí)間內(<50ms)接管數據負載。另一個(gè)GSR與DPT環(huán)之間采用STM-4的POS接口相連接。
主干網(wǎng)絡(luò )與各個(gè)網(wǎng)絡(luò )二級節點(diǎn)的連接采用STM-1(155Mbps)POS (Packet Over SDH)接口，直接通過(guò)裸光纖相連接。
各二級節點(diǎn)之間也采用STM-1(155Mbps)POS (Packet Over SDH)接口，直接通過(guò)裸光纖相連接。
3. 網(wǎng)絡(luò )主干
在這個(gè)寬帶IP網(wǎng)絡(luò )中，主干上三臺Cisco的GSR12008千兆位交換路由器通過(guò)STM-4光纖接口利用DPT技術(shù)直接連接。在DPT技術(shù)中，是利用SRP技術(shù)，將主干設備連接成兩個(gè)環(huán)結構，每一個(gè)SRP的邏輯接口都包括兩個(gè)物理的SC光纖接口，這樣，三臺核心主干GSR12008連接成SRP環(huán)，這包括兩個(gè)物理IP光纖傳輸環(huán)，每一個(gè)IP光纖環(huán)都是622Mbps的傳輸帶寬，這兩個(gè)IP光纖傳輸環(huán)同時(shí)可以做數據傳輸負載均衡和冗余背份，所以，其中一個(gè)IP光纖傳輸環(huán)斷掉后，另一個(gè)傳輸環(huán)接管數據傳輸，起到背份作用。
在本方案中采用的CiscoGSR12008千兆位交換路由器是Cisco新一代的高端交換路由器。交換處理能力為10Gbps-40Gbps，可擴展到240Gbps的背板處理能力，共有8個(gè)物理插槽，GSR12008是網(wǎng)絡(luò )核心主干設備，能提供下列網(wǎng)絡(luò )接口形式：基于DPT技術(shù)的IP光纖傳輸接口SRP,現階段能提供622Mbps、2.4Gbps的高速接口；POS(PacketOverSonet/SDH)接口，現階段能提供OC3、OC12、OC48、OC192的網(wǎng)絡(luò )接口類(lèi)型；ATM接口，現能提供OC3、OC12、OC48、OC192的網(wǎng)絡(luò )接口類(lèi)型；千兆以太網(wǎng)絡(luò )接口。
GSR12008是電信營(yíng)運級的高端交換路由器，在這里主干之間用DPT的622Mbps的IP光纖傳輸接口相互兩兩連接成SRP雙環(huán)。
主干網(wǎng)絡(luò )與各個(gè)網(wǎng)絡(luò )二級節點(diǎn)的連接采用STM-1(155Mbps)POS (Packet Over SDH)接口，直接通過(guò)裸光纖相連接。
3. 網(wǎng)絡(luò )二級節點(diǎn)
在鄭州寬帶IP網(wǎng)絡(luò )建設中，各個(gè)二級節點(diǎn)是解決鄭州CATV寬帶IP網(wǎng)絡(luò )接入的。一方面，網(wǎng)絡(luò )二級點(diǎn)通過(guò)和主干網(wǎng)絡(luò )的連接，將全市所有信息網(wǎng)點(diǎn)連接起來(lái)，另一方面，各種形式的網(wǎng)絡(luò )接入技術(shù)都終結在網(wǎng)絡(luò )信息匯聚點(diǎn)內，包括各小區的局域網(wǎng)接入，xDSL接入，Cable Modem接入等等。
各二級節點(diǎn)之間也采用STM-1(155Mbps)POS (Packet Over SDH)接口，直接通過(guò)裸光纖相連接。
4. 用戶(hù)接入方式
(1)以太網(wǎng)接入
對那些大量的小區局域網(wǎng)接入，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )的二級接入，用以太網(wǎng)交換設備連接，而大量快速以太網(wǎng)絡(luò )接入則分別接到匯聚點(diǎn)內的交換機上，利用第三層網(wǎng)絡(luò )交換機實(shí)現虛擬網(wǎng)間的通訊和分布式處理。
(2)Cable Modem 用戶(hù)接入
Cable Modem 目前的國際標準MCNS制定了詳細的通過(guò)HFC網(wǎng)絡(luò )傳輸IP數據的規范,下行時(shí),64/256-QAM調制每信道可提供27-40Mbps的有效帶寬 ，上行時(shí) ，QPSK/16-QAM調制每信道可提供2.5-5.0Mbps 的有效帶寬 。Cisco提供的Cable Modem 頭端(uBR 7223/7246)所有的卡都同時(shí)支持雙向和電話(huà)返回調制方式 ，這使得服務(wù)供應商能夠在同一區域開(kāi)展雙向和電話(huà)返回業(yè)務(wù)。在才用電話(huà)回傳方式時(shí)只需在網(wǎng)絡(luò )與電信局接口處配置接口網(wǎng)關(guān)，。而Cable Modem網(wǎng)(即HFC數據網(wǎng))與IP骨干網(wǎng)的連接則可以通過(guò)POS或者是ATM與骨干網(wǎng)設備進(jìn)行連接。
三、網(wǎng)絡(luò )增值業(yè)務(wù)
降低成本增加收入的最好辦法就是合理地進(jìn)行網(wǎng)上投資，而做到這一點(diǎn)的最好方式就是使增值服務(wù)有差別。網(wǎng)絡(luò )的許多增值服務(wù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化和適當的技術(shù)增強，往往可以以占整個(gè)網(wǎng)絡(luò )10%的投資，獲得網(wǎng)絡(luò )服務(wù)90%的利潤。
這里，主要討論VPN技術(shù)，因為對于鄭州IP寬帶網(wǎng)來(lái)說(shuō)，作為鄭州的IP通用平臺，需接入許多二級網(wǎng)絡(luò )和企業(yè)網(wǎng)絡(luò )，提供VPN業(yè)務(wù)顯得十分重要。
圖2
在如圖2所示的VPN 示意圖中，可以看出，VPN所賴(lài)以運行的公網(wǎng)平臺可以包括各種實(shí)際的網(wǎng)絡(luò )，例如IP網(wǎng)、幀中繼網(wǎng)、ATM網(wǎng)，也可以就是因特網(wǎng)(Internet)，因而也表明其網(wǎng)絡(luò )的范圍可以包括多個(gè)服務(wù)商。從地理范圍上看，VPN可以延伸到所有互相聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)商所覆蓋的范圍。從用戶(hù)接入方式看，VPN可以包括服務(wù)商所提供的所有接入方式，如專(zhuān)線(xiàn)接入、撥號接入、無(wú)線(xiàn)連接等。