第一单元网络规划与设计第一章网络系统结构与设计的基本原理111111111111!基础知识1. 11.21.31.41.5计算机网络的分类 计算机网络的结构特点 广域网技术的发展 局域网技术的发展 城域网技术的发展2实训任务2. 1实训任务ー:2.2实训任务ニ:2. 3实训任务三:3. 4实训任务四：4. 5实训任务五:宽带城域网的结构宽带城域网组建的基本原则管理和运营宽带城域网的关键技术 构建宽带城域网的基本技术和方案 网络接入技术与方法习题第1章网络系统结构与设计的基本原则学习目的掌握广域网、城域网与局域网的主要技术特点了解大型网络系统的结构特点了解大型网络系统设计的基本知识掌握宽带城域网特点、结构与主要技术特征了解宽带城域网主要技术方案与设备运营选型的基本知识1.1 基础知识1.1.1 计算机网络的分类计算机网络按照其覆盖的地理范围进行分类,可以很好的反映不同网络的技术特征由 于网络覆盖的地理范围不同,它们所采用的传输技术也不同,因此形成不同的网络技术特点 与网络服务功能按覆盖的地理范围划分，计算机网络可以分为局域网、城域网、广域网等3种类型 ー、局域网（Local Area Network, LAN）局域网用于将有限范围内（例如一个实验室、大楼或校园）的各种计算机、终端与外 部设备互连成网。
局域网技术发展十分迅速,并且应用日益广泛,是计算机网络最为活跃的 领域之一从局域网应用的角度来看,局域网的技术特点主要表现在：1）局域网覆盖有限的地理范围，它适应于机关、校园、工厂等有限范围内的计算机、 终端与各类信息处理设备连网的需求2）局域网提供高数据传输效率（lOMbps'lOGbps）、底误码率的高质量数据传输环境3）局域网一般属于ー个单位所有，易于建立、维护与扩展从介质访问方法的角度来看,局域网可以分为共享介质式局域网与交换式局域网;而 从使用的传输介质类型的角度来看,局域网又可分为使用有线介质的有线局域网与使用无线 通信信道的无线局域网局域网可以用于个人计算机局域网,大型计算设备群的后端网络与存储区域网络、高速办公室网络、企业与学校的主干局域网二、城域网(Metropolitan Area Network, MAN)城市区域网络简称为城域网城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络城 域网设计目标是满足几十公里范I制内的大量企业、机关、公司的多个局域网的互连需求,以 实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输三、广域网(Wide Area Network, WAN)广域网又称为远程网,所覆盖的地理范围从几十公里到几千公里。
广域网可以覆盖几个 国家或地区，甚至横跨几个洲,形成国际性的远程计算机网络广域网的通信子网可以利用 公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网,将分布在不同地区的计算机系统互联起来, 以达到资源共享的目的1.1.2 计算机网络结构的特点早期的计算机网络主要是广域网广域网在结构上分为两个部分:负责数据处理的主 计算机和终端;负责数据通信处理的通信控制处理设备与通信线路从计算机网络组成的角 度来看，典型的计算机网络从逻辑功能上可以分为两个部分:资源子网和通信子网资源子 网由主计算机系统、终端、终端控制器、连网外部设备、各种软件资源信息资源组成资 源J'・网负责全网的数据处理业务，负责向网络用户提供各种网络资源与网络服务中期的主 机(host)主要是大型机、中型机、小型机,目前大量使用的是个人计算机主机包括用户 终端设备(包括个大计算机、数字设备)与服务器，是资源子网的主要组成单元,它们通过 高速通信线路与通信子网的通信控制处理机相连接普通用户终端通过主机连入网络主机 要为本地用户访问网络其它主机设备与资源提供服务,同时要为网络中远程用户共享本地资 源提供服务终端的用户访问网络的界面通信了网由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成，完成网络数据传输、转 发等通信处理业务。
通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络结点一方面,它作为与 资源子网的主机、终端的连接接口,将主机和终端连入网络;另ー方面，它作为通信子网中 的分组存储转发结点，完成分组的接收、校验、存储、转发等功能，实现将原主机报文准确 转发至目的主机的作用在早期的ARPANET中承担通信控制处理机功能的设备是接口报文处 理机(Interface Message Processor, IMP)IMP是路由器的雏形通信线路为通信控制 处理机与主机之间提供通信信道计算机网络采用多种通信线路,例如线、双绞线、同 轴电缆、光纤、无线通信信道、微波与卫星通信信道等随着微型计算机与局域网的广泛应用，使用大型机与中型机的主机ー终端系统的用户减 少，当前的网络结构已经发生变化随着微型计算机的广泛应用，大量的微型计算机是通过 局域网连入城域网，局域网与城域网、城域网与广域网、广域网与广域网的互联都提供路由 器来实现用户计算机可以通过局域网方式连入,也可以选择交换网(PSTN)、有线电视网 (CATV)、无线城域网(WMAN)或无线局域网(WLAN)方式接入到作为地区级主干网的城域 网城域网又通过路由器与光纤接入到作为国家级或区域主干网的广域网。
多个广域网互联 形成覆盖全世界的Internet系统Internet网络系统结构太复杂了,并且在不断的变化 构成现代网络系统的基本单元是互联的广域网、城域网与局域网1. 1.3广域网技术的发展ー、广域网是ー种公共数据网络局域网一般属于ー个单位所有,组建的成本低，易于建立、维护，一般是自建自管自 用而广域网建设投资很大，管理困难，一般是电信运营商负责自建与维护,由电信运营商 组建广域网,提供接入广域网的服务与技术,为用户提供高质量的数据传输服务,因此它是 一种公共数据网络(Public Data Network, PD\)用户可以在公共数据网络PDN上开发各种网络服务系统用户要使用广域网服务,必须向广域网运营商购买服务当然,有特殊需 要的国家部门与大型企业也可以根据需要组建自己使用和管理的专用广域网二、广域网技术研究的重点是宽带核心交换技术早期的广域网主要用于大型计算机系统的互联,人们通过终端实现对远程计算机资源 的访问,因此人们提出了资源子网和通信子网的两级结构概念,而当时的通信子网就是指广 域网的传输网部分广域网的核心技术主要是指电信运营商负责的通信网络中使用的技术, 其范围遍及全球。
传输技术涉及光纤传输、无线传输与卫星传输在!nternet大规模接入 的初期,广域网与城域网界限还比较模糊随着接入网技术的成熟，将核心交换技术与接入 技术分开，由城域网来负责用户接入的任务己经形成共识,广域网技术主耍研究的是远距离、 宽带、高服务的核心交换技术在广域网的发展过程中，可以用于构成广域网的典型网络类型和技术主要包括:• 公共交换网PSTN• 综合业务数字网ISDN• 数字数据网DDN• X. 25分组交换网• 帧中继(Frame Replay, FR)网• 异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode, ATM)网• GE (Gigabit Ethernet,千兆以太网)与 I0GE 的光以太网(Optical Ethernet) 如何在技术成熟和己经广泛使用的电信网络基础上，将传统的语音传输业务与数据传 输业务结合,这就出现了 ISDN、X. 25与WDM的研究与应用早期,人们利用交 换网PSTN的模拟信道,使用调制解调器完成计算机与计算机之间的低速数据通信，1974年X. 25网出现随着光纤开始应用,ー种简化呃X. 25的网络(即帧中继 网)得到广泛运用。
数字数据网DDN是一种基于点一点连接的窄带公共数据网这几 种技术在早期的广域网建设中发挥了一定的作用ATM网络的概念最初是从事交 换与电信网工作的技术人员提出的，他们试图将语音与数据的传输放在ー个网络中完 成，并且覆盖从局域网到城域网的整个领域但是这条技术路线是不成功的,尽管目 前很多广域网的主干网使用了 ATM技术，但是它的发展空间已经比较小20世纪80年代，光波分复用WDM技术已在网络中出现早期的SONET/SDH是 为传统电信业务服务的，它并不适合传输!P分组由于数据业务将成为未来电信业 务的主体，而大多数运营商的传输网是SONET/SDH网络，出于经济原因，他们不会放 弃大量既存的、成熟可靠的SONET/SDH技术为了数据业务发展的需要，SDH的发展 趋势是支持!P和以太网的接入，并不断融合ATM和路由交换功能，构成以SDH为基 础的广域网平台，广域网发展的ー个重要趋势是IP over SONET/SDH〇计算机网络研究人员把研究的重点放在物理层接口标准、数据链路层协议与网 络层IP协议上当局域网的以太网技术日趋成熟和广泛应用时，他们调整了高速局 域网的设计思路，在速率为I Gbps的GE与10 Gbps的10GE的物理层设计中,考虑 利用光纤作为远距离传输介质,发展光以太网技术,将以太网技术从局域网扩大到城 域网和广域网。
目前看来，这条技术发展路线是十分成功的1. 1.4局域网技术的发展应用是推动局域网技术发展的真正动カ局域网技术的发展十分迅速，目前已在企业、 机关、学校的信息管理和服务领域得到广泛的应用1980年左右，以太网(Ethernet)与令牌环(Token Ring)网络、令牌总线(Token Bus) 网络三足鼎立1990年IEEE 802.3标准中的物理层标准!0Base-T的推出,使普通双绞线 可以作为10Mbps以太网传输介质在使用普通双绞线以后，以太网组网的造价降低，性能 价格比大大提高,这就使得以太网在ワ其他局域网竞争中占据了明显的优势,同年以太网交 换机产品面世,标志着交换式以太网的出现以太网技术的发展有三个方向:1)提高以太网的数据传输速率，从!0 Mbps提髙到100 Mbps,甚至提髙到1 Gbps或 10 Gbps,甚至是100 Gbps,但是它们的以太网帧结构都基本不变在局域网工程 领域中，人们经常将快速以太网(Fast Ethernet千兆以太网与10 Gbps的以 太网简称为FE、GE与10GE,而把10 Mbps以太网简称为传统以太网，由于GE与 10GE的物理层使用两种不同的协议，因此它既可以应用于局域网，又可以应用于 可以为广域网与城域网中。
2)将一个大型的局域网划分成多个用网桥或路由器互联的网络,这就导致了局域网 互联技术的发展网桥与路由器可以分隔网络之间的广播通信量与冲突域使每个 网络作为ー个独立的小型局域网通过减少每个网络内部结点数的方法，使每个 网络的网络性能得到改善，而每个子网的介质访问控制仍采用CSMA/CD方法3)将共享介质方式改为交换方式，这就导致了交换式局域网技术的发展，交换局域 网的核心设备是局域网交换机，它可以在多个端口之间同时建立多个并发连接 这就导致出现了两类局域网:共享式局域网(Shared LAN)和交换式局域网(Switched LAN)«在交换式局域网的基础上，出现了虚拟局域网(Virtual LAN, VLAN).开放的以太网技术与标准，使它得到软件开发商与硬件制造商的广泛支持网络操作 系统NetWarex Windows Server、!BM LAN Server及UNIX操作系统的应用，使得以 太网技术进入了成熟阶段，并得到广泛应用1. 1.5城域网技术的发展ー、城域网概念的演变Internet的广泛应用推动了计算机网络与电信网络技术的迅猛发展，引起了电信业从语 音业务为主，向基于IP网络、数据业务的综合数字业务类型的演变。
各国信息高速公路的建设促进了电信产业的结构调整,出现了大规模的企业重组和业务 转型在这样ー个社会需求的驱动下，电信运营商纷纷把竞争的重点和大量的资金，从广域 网骨干网的建设，转移到高效、经济、支持大量用户接入和支持多种业务的城域网的建设之 中，导致了世界性的信息高速公路建设的高潮，为信息产业的高速发展打下了坚实的基础20世纪80年代后期，大们在计算机网络类型划分中，以网络覆盖的地理范围为依据， 提出了城域网MAN的概念，同时将城域网的业务定义在城市地区范围内大量的局域网系统的 互联上根据IEEE 802委员会的最初表述，城域网是以光纤为传输介质，能够提供45 Mbps到 150 Mbps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 km到100 km的城市的范围，实现高速宽带传输的数据通信网络，早期城域网的首选技 术是光纤环网,其典型技术是光纤分布式数据接口 FDDI设计FDDI的目的是实现高速、高 可靠性和大范围局域网互联FDDI支持双环结构,具备快速环自愈能力的FDDI与局域网的 IEEE 802. 5令牌环网络在基本技术上有很多相同之处FDD!在MAC子层使用了 802. 5单令 牌环网络介质访问控制MAC协议，在LLC子层使用IEEE 802.2协议,能够适应城域网主干 网的需要。
IEEE 802委员会对城域网的定义是在总结FDDI技术特点的基础上提出的，它是相对于 广域网和局域网而产生的计算机网络按覆盖范围来划分,城域网是指能够覆盖ー个城市范 围的计算机网络，主要用于局域网的互联但是随着Internet的应用和新的服务的不断出 现以及二网融合的发展，城域网的业务扩展到几乎能够覆盖所有的信息服务领域，城域网的 概念也相应发生了变化从现在的城域网技术与应用的现状来看一,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络为开发平台,以TCP/IP协议为 基础，通过各种网络互联设备，实现语言、数据、多媒体视频、IP、IP接入和各种增 值服务业务与智能业务，并与广域计算机网络、广播电视网、交换网互联互通的本地合 业务网络满足了语言、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 此人们已经非常自然的将传统意义上的城域网扩展为宽带城域网应用的需求与技术的发展总是相互促进、协调发展的Internet应用的快速增长,要求 通讯网络要满足用户新的需求:而新的技术出现又促进了新的1P网络的产生和发展。
这・ 点在宽带城域网的建设与应用中表现的更为突出由于低成本的GE和10 GE的应用，使得 局域网的容量快速增长同时,密集波分复用（DWDM）技术的推广,又导致了城域网主干线路 带宽的大大扩展宽带城域网的设计人员恰恰可以使用这些新技术,在广域网与局域网之间 建立起互联的桥梁这些技术既支持传统的语音业务,也支持对QoS需求明确的、基于IP 的新型应用和业务二、宽带城域网的建设对传输网络和服务亜务的影响宽带城域网的建设给整个世界电信业的传输网络和服务业务都带来了重大的影响宽带 城域网的出现，使得传统的通信网络在概念、技术与应用上都发生了很多的变化这些变化 主要表现在:1）局域网、城域网与广域网在技术上的界限变得越来越模糊了;2）电信传输网技术与计算机网络技术的界限变得越来越模糊了：3）电信服务业务与Internet应用的界限变得越来越模糊了：4）电信传输网、计算机网络与广播电视网的界限变得越来越模糊了:宽带城域网的建设与应用引起世界范围内大规模的产业结构的调整和企业的重组，宽带 城域网已经成为现代城市建设的重要基础设施之一应用是推动城域网技术发展的真正动カ之一,将一个城市范围内大量局域网互联起来的 需求推动了城域网技术的发展。
三、城域网发展的主要业务推动城域网发展的应用和业务主要有：• 大规模Internet接入的需求与交互式应用• 远程办公、视频会议、网上教育等新的办公与生活方式• 数字电视、视频点播以及由此引起的新的服务• 家庭网络的应用1 . 高速上网服务当前宽带城域网最主要的增值业务仍然是适应城市与周边地区的大规模Internet接了 服务2 . 网络互联服务通过宽带城域网平台,将城市范围内大量的教育、科技、商务、金融信息网络互联起 来，实现网络间的’’同城信息,本地交换”功能3 .电子政务与电子商务服务寛带城域网是实行电子政务、电子商务的基础设施政府网站通过开展内部公文流 转,向外界发布信息,为企业和市民提供各种信息到户的服务宽带城域网也为大量的 中小企业提供电子商务的通信服务4 .智能社区服务通过宽带城域网在商用写字楼条件较好的居民小区，提供一系列数字化信息服务, 如小区物业管理、社区服务、网上教育、信息广播（天气、航班、车次、股票信息、新闻等）、 VOD点播、Internet访问服务、超市购物等5 .网上教育与远程医疗服务通过宽带城域网中IP视频系统,实行教育和职业培训，共享优秀师资和教学资 源;为市民提供挂号、问药、医疗专家咨询和专家会诊等。
6 .带宽和管道出租服务城域网运营商可以出租宽带城域网的地下管道资源或光缆资源,提供带宽租赁或专线 服务业务1 .2实训任务-S宽带城域网的结构设计ー个宽带城域网将涉及“三个平台和一个出口”，即网络平台、业务平台、管理平台 与城市宽带出口都问题宽带城域网的总体结构如下图所示宽带城域网的总体结构业务管理系统 网络管理系统 管理平台市带ロ城宽出Voice Video IP dataVPN业务平台核心层网络 平台汇衆层接入层二、网络平台的层次结构从逻辑上来说,宽带城域网的网络平台的层次结构又可以进ー步分为:核心交换层也称 为核心层,边缘汇聚层也称为汇聚层,用户接入层也称为接入层核心层主要承担高速数据交换的功能,汇聚层主要承担路山和流量汇聚的功能,接入层 主要承担用户接入和本地流量控制的功能采用层次结构的优点,各层功能实体之间的定位清楚,接口开放,标准规范,便于组建 和管理三、核心交换层、边缘汇聚层与用户接入层的主要功能2 .核心交换层的基本功能宽带城域网的核心交换层主要有以下几个基本功能:1）核心交换层将多个汇聚层连接起来，为汇聚层的网络提供高速分组转发，为整个城市提 供ー个高速、安全与具有QoS保障能力的数据传输环境。
2）核心交换层实现与主干网络的互联，提供城市的宽带IP出口3）核心交换层提供宽带城域网的用户访问Internet所需要的路由访问核心交换层结构设计重点考虑的是它的可靠性、可扩展性与开放性3 .汇聚层的基本功能汇聚层处于宽带城域网核心交换层的边缘,它的基本功能是:1）汇聚接入层的用户流量,进行数据分组传输的汇聚、转发和交换2）根据接入层的用户流量,进行本地路由、过滤、流量均衡、QoS优先级管理,已经安全 控制、IP地址转换、流量整形等处理3）根据处理结果把用户流量转发到核心交换层或本地进行路由处理3. 接入层的基本可能接入层解决的是“最后一公里”问题它是通过各种接入技术，连接最终用户，为它所 覆盖范围内的用户提供访问Intemet以及其他的信息服务需要注意的是,宽带城域网的核心层、汇聚层与接入层是ー个全集而在实际应 用中，可以根据某个城市的覆盖范围、网络规模、用户数量与承载的业务来确定是否使 用它的子集例如,在设计ー个覆盖大型城市的宽带城域网时,通常要采用完整的核心 层、交换层与汇聚层的三层结构而在设计ー个覆盖中小城市的宽带城域网时,可能初 期阶段只需要采用核心层与汇聚层结构的两层结构,而将汇聚层与接入层合并起来考 虑，当然也可能有点城市可以将核心层与汇聚层合并起来考虑。
运营商完全可以根据自 己的网络规模、用户数量、业务分布和发展阶段等因素，考虑宽带城域网的结构与层次1. 1.2实训任务二:宽带城域网组建的基本原则城域网介于广域网与局域网之间，成为城市范围内大量用户接入Internet的汇接点因 此，城域网的结构、服务要比广域网、局域网更为复杂由于城市用户的70%语音服务可能 是在城域网内部进行，其他的服务（如电子政务、网络电视的视频点播业务等）也可以用“同 城信息，本地交换”的思路来解决，因此城域网的数据交换量与流量可能要比广域网大同时,城域网的接口技术比较复杂在城域网中既可能有标准的电信SDH亜务,也可 能有准同步数字序列（Plesiochronous Digital Hierarchy , PDH）业务以及视频业务与数 字业务而数字业务又涉及多种基于!nternet的服务，以及IP路由器、交换机与Ethernet 设备标准等从世界各国城域网组建和运营的经验来看，制约宽带城域网的关键在于各类结 点的带宽管理与业务调度能力因此,要组建与成功运营ー个宽带城域网需要遵守的基本原则是:必须标准网络的可 运营性、可管理性和可扩展性1 . 宽带城域网的可运营性组建的宽带城域网一定是可运营的。
因为它是ー个出售全新电信服务的系统，它必须 保证系统能够提供7义24的服务，并且要保证服务质量宽带城域网的核心与关键设备ー定 是电信级的这与传统计算机网络领域的局域网建设是大不相同的，与最初设计和组建一个开放的 Internet也是不同的因为它是ー个城市的基础设施，是ー个实际运营的系统要组建可 运营的宽带城域网,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，而应该是最适合的因此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如果ー 位长期从事计算机研究、组建与管理的技术大员，要主持宽带城域网的建设，那么他苜先 需要在这个问题上改变传统的观念和工作方式2 .宽带城域网的可管理性组建的宽带城域网一定是可管理的作为ー个实际运营的宽带城域网，它不同于向公 众提供宽带业务的局域网，而需要有足够的网络管理能力这种能力表现在电信级的接入管 理、业务管理、网络安全、计费能力、IP地址分配、QoS保证等方面1）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宽带的城域网设备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等多种增值业务。
网络安全 要保证系统、设备安全与用户安全2）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手段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3）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保证因此，宽带城域网一定要能够提供设备管理和网络管理， 可以向用户提供基于业务的管理，如虚拟专网VPN管理，最终实现分级别、 分权限和分区域的网络管理3 .宽带城域网的可盈利性组建的宽带城域网一定是可盈利的，这是每个运营商首先考虑的问题因此，组建宽 带城域网必须定位在可以开展的业务上1）首先要确定如何能够开展Internet接入业务、数据专线业务、语音业务、视频 与多媒体业务、内容提供业务等根据自身优势确定重点发展的主业务，同时兼 顾其他业务建设可盈利的宽带城域网要求能正确地定位顾客群，发现盈利点, 培育和构建产业和服务链2）定位顾客群首先要区分高价值用户和普通用户宽带城域网用户包括商业用户和个人用户商业用户包括大企业、中小企业、高 档写字楼、宾馆、政府机构、学校等、个人用户可以进ー步分类为家庭用户、管 理人员、技术人员、工人、学生等。
在细分客户群的基础上,需要对特色业务进 行分类例如,可以将宽带城域网中开展的Internet接入业务，进ー步分为普 通家庭低速上网（浏览、IP、游戏）业务，以及新建小区高速上网业务、网 吧业务、办公上网业务等不同业务対设备的要求不同,客户群的数量也不同3）建设可盈利宽带城域网的另ー个重要方面是培育和构建合理的宽带价值链 运营者要有计划地、逐步地建设起一个基于Internet的下一代运营网络环境， 形成信息电子产品制造商（products vendor）,应用服务商（ASP）、网络服务 提供商（NSP）、!SP与增值零售商（value added reseller）到最终用户的良 性循环的业务模式和完整的价值链4. 宽带城域网的可扩展性在设计宽带城域网时必须高度重视网络的可扩展性，需要考虑:1）组建的宽带城域网一定是可扩展的2）必须注意宽带城域网组网的灵活性，对新业务与网络规模、用户规模扩展的适 应性3）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,尤其是难以预测ー种新的运用的出现因此在法案和设备的选择上必须 十分慎建,以降低运营商的投资风险4）宽带城域网的组建是要受到技术发展和投资规模的限制的,ー步到位的想法是 不现实的。
新的运营商来说,要组建可扩展的宽带城域网必须制定统ー的规划，分阶段,分 步骤的逐步实施，减少ー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研究宽带城域网的有重大的应用价值的目前宽带城域网以逐渐成为覆盖ー个城 市和地区的城市信息基础设施，要能够提供7X24的电信级服务这一点对长期从事局域网 研究、设计与组建的计算机网络工程技术人员来说，要注意局域网与城域网之间的区别尽 管局域网的设计与组建也有相应的技术指标,但是ー个设计目标中就将自己定位为造价低 廉、应用广泛,且主要用于办公自动化环境的局域网,它不可能做到“电信级”服务,也没 这种必要而组建一个城域网则必须考虑到，它是ー个为城市和本地区提供有偿服务的网络 与信息服务系统,它在今后的作用与提供电カ供应的电カ公司是同等重要的作为城市信息 基础设施的宽带城域网必须提供7X24的电信级服务这正是传统从事计算机网络技术和 应用的工程技术人员，在专业训练上可能存在欠缺的地方技术交叉的结果就要求计算机网 络工程技术人员改变传统的思维方式，接受电信行业成熟的技术、概念与方法1.2.3实训任务三:管理和运营宽带城域网的关键技术宽带城域网位于广域网与接入网的交汇处，各种业务各种协议都在此汇聚、分流很饿进入 主干网，直接面临终端用户，应用环境复杂。
宽带城域网内部又会是多种交换技术和多种业 务网络的并存因此，在讨论宽带城域网设计与组建技术时，必须同时关注支持网络组建和 运营的关键技术管理和运营宽带城域网的关键技术主要是:带宽服务、服务质量Qos、网络管理、用 户管理、多业务接入、统计与计费、IP地址的分配与地址转换、网络安全等1 .带宽管理宽带城域网拥有比过去传统网络更高的带宽过去的带宽接入速率大多是56 kbps、64 kbps、128 kbps,而现在宽带接入则多使用1 Mbps、10 Mbps、100 Mbps〇过去在主干网上 多使用155 Mbps或622 Mbps,而现在多使用1 Gbps > 10 Gbps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对带宽需求的增长，带宽与业务呈良性 的互动和增长因此，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-«2. 服务质量QoS在宽带城域网业务中有很多媒体亜务、数据业务和普通的语音业务各种业务对网络服 务质量的要求是不同的网络服务质量表现在延时、抖得、吞吐量和包丢失率等几个方面。
在有限的网络资源下，应该对用户享受服务与使用资源的不同，来划分不同的等级，并按照 使用业务等级制定对应的付费标准同时，带宽城域网运营商也必须对不同的服务制定不同 的服务质量QoS要求目前宽带城域网保证服务质量QoS要求的技术主要有:资源预留(RSVP).区分服务 (DiffServ)与多协议交换MPLS2.网络管理能够提供电信级运营的宽带城域网必须有严格的网络管理能力管理宽带城域网又三种 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所谓“带内”与“带外”网络管理是以传统的电信网络为基准的利用传统的电信网络 进行网络管理称为“带内”，而利用IP网络及协议进行网络管理的则称为“带外”带内网络管理是指利用数据通信网(DCN)或公共交换用话网(PSTN)拨号,对网络设 备进行数据配置带外网络管理是指利用网络管理协议(SNMP)建立网络管理系统，实时采 集网络数据,产生告警信息，显示网络拓扑,分析各类信息数据，供网络管理人员了解、维 护网络设备和系统运行状态对汇聚层及其以上设备采取带外管理,而对汇聚层以下采用带 内管理宽带城域网根据其结构，一般采取设立一个网络管理中心，以保证系统稳定、安全、可 靠运行。
3. 用户管理宽带城域网的用户管理应该包括：用户认证与接入管理、计费管理等用户管理可以采用静态配置的IP地址或通过DHCP自动获得的!P地址,与用户设备 的MAC地址、基于端口的VLAN ID捆绑,用户开机后就自动接入网络,不需要对用户身份进 行认证这种方法可以用于包月制的用户对于利用以太网方式接入的用户,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5 .多业务接入宽带城域网的ー个特点是允许多业务接入接入的用户可以使用低速专线、帧中继、 局域网接入、企业VPN、IP、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功能6 .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 以是包月方式和计时方式,也可以按流量计费统计和计费方式应该支持灵活的市场营销策 略7 . IP地址的分配与地址转换IP地址资源一直是困扰宽带城域网的难题随着宽带城域网的建设，这个问题可能会 变得更加严重要彻底的解决这个问题，需要过渡到下一代IPv6网络。
因为宽带接入的用户可以是一直,特别是在包月制的情况下，所以在宽带城域网 中,除了建设初期用户IP地址可以采用公用IP地址之外,一般都采用内部专用IP地址 IP地址资源是非常有限的，随着网络规模的不断扩大与用户数是急剧增长,很快会出现地 址耗尽问题目前的基本方案是使用公用IP地址和内部专用IP地址这两类地址与网络地址 转换NAT技术来解决只为宽带城域网的关键设备与特殊用户分配固定的公用IP地址8 .网络安全对于如何ー个宽带城域网来说，网络安全策略不健全会给网络造成灾难性的后果宽 带城域网是网络安全问题涉及技术和管理两个层面技术方面需要解决物理安全、网络安全 和信息安全等三方面的问题管理方面涉及安全管理规范的制订、执行与监督宽带城域网在组建过程中一定要按照电信级运营的要求，考虑设备冗余、线路冗余、 路由冗余，系统故障的快速诊断与自我恢复同时，宽带城域网必须充分考虑网络防攻击问 题1.2.4实训任务四:构建宽带城域网的基本技术与方案用于构建宽带城域网的基本技术与方案主要有二种:基于SDH的城域网方案、基于10GE 的城域网方案与基于ATM的城域网方案宽带城域网建设的最大风险是基本技术方案的选择，因为它决定了主要的资金投向和 风险。
到底哪种方案比较适合，不同的城市、不同基础与不同的应用领域的运营商会有不同 的选择ー、 基于SDH技术的城域网早期的SONET/SDH是为传统电信业务服务的，它并不适合于传输IP分组随着技术的 发展,基于下一代的SONET/SDH技术的多业务传输平台(Multi-service Transport Platform, MSTP)将取代功能单啲分插复用器(Add-drop Multiplexer, ADM)和数字交叉系统(Digital Cross-connect System, DCS),使IP over SONET/SDH方案更为可行同时，在大多数运 营商的网络中存在大量的SONET/SDH网络，仅美国投入运营的就至少有10万个SONET环， 世界其他地区的总和更多电信运营商因经济的因素也不会完全放弃大量既存的、成熟可靠 的 SONET/SDH 技术传统的电信业务涉及固定移动以及数据传输等相应的就有用于固定通 信的交换网(PSTN)、移动网以及ATM网、SDH网它们各自有传统的业务范围和 管理机制,使用各自的技术、设备和网络数据业务将成为未来电信业务的主体,传统的多 层独立的、重叠的业务网结构，已不能满足宽带城域网应用的要求，以SDH为基础的多、业务 平台成为电信运营商组建宽带城域网的一个基本的选择。
该方案的出发点是利用技术成熟、 已经有多年运营基础是SDH技术为了适应数据业务的发展需要,SDH的发展趋势是支持IP 和Ethernet业务的接入，并不断融合ATM和路由交换功能,构成以SDH为基础的多业务网 络平台,这就是所谓的“one box”解决方案在已有SDH网络的基础上集成IP、Ethernet、ATM与帧中继业务，SDH的多业务结点负 责完成各种协议之间转换多业务结点将ATM边缘交换机、IP边缘路由器、终端复用器TM、 ATM、DXC设备和WDM设备结合在ー个物理实体中，统ー控制和管理二、 基于10G Ethernet技术的宽带城域网传统的以太网技术并不适合在宽带城域网终中使用在宽带城域网中占有统治地位的 是SONET/SDH技术，它是为了传输TDM语音业务而设计的为了传送IP分组的数据，先后 开发了多种IP over SDH的技术与协议,但相对来说都存在着带宽利用率不高、管理困难等 问题如果说宽带城域网选择网络方案的三大驱动因素是成本、可扩展性和易用性的话，那 么选择10G Ethernet技术作为构建宽带城域网的主要技术是比较恰当的因为以太网技术 成熟，造价低廉，目前世界上已经拥有上亿的用户。
以太网具有良好的可扩展性，能够容易 地实现从10 Mbps到10 Gbps的平滑升级，并且能够覆盖从几十米到100 km的范围目前 流行的操作系统和应用程序都能够在以太网环境中运行回顾以太网技术的发展过程，在以 太网技术从10 Mbps至リ100 Mbps的发展过程中，它的物理过程始终是以双绞线为主、光纤 为辅,结构以共享介质结构半双工方式为主:从1 Gbps到10 Gbps到将来的100 Gbps,它 在物理层只定义了光纤接口标准,支持全双工和点一点连接方式显然10GE技术的发展，是 为了适应宽带城域网和宽带广域网发展的需要而设计的从构造电信级的宽带局域网的角度来看,以太网技术还存在很多的不足例如，以太 网不能提供端到端的包延时和包丢失率的控制，不支持优先级服务，不能保证QoS;不能分 离网管信息和用户信息;不具备对用户的认证能力,按时间和流量计费困难其实这是非常 容易理解的，因为初期设计以太网时，只是考虑它如何在局域网环境中工作从2000年下半年以来，ー些电信设备公司提出了光以太网的概念光以太网的出现 能够很好的解决上述问题这种解决方案的核心是:利用光纤的巨大带宽资源，以及成熟和 广泛应用的以太网技术，为运营商建造新一代的宽带城域网提供技术支持。
光以太网的出现 从根本上改变了宽带城域网的规划、建设、管理思想用于宽带城域网的光以太网可以有多 种实现形式,其中最为重要的有两种:基于10GE的技术和弹性分组环技术可运营光以太网的设备和线路必须符合电信网络99.999%的高运行可靠性它要克服 传统以太网的不足,具备以下特征:1）能够根据终端用户的实际应用需求分配带宽，保证带宽资源充分、合理的应用2）具有认证和授权功能,用户访问网络资源必须经过认证和授权,确保用户和网络 资源的安全及合法使用;3）提供计费功能，能及时获得用户的上网时间记录和流量记录,支持按上网时间, 用户流量,或包月计费方式,支持实时计费；4）支持VPN和防火墙，可以有效的保证网络安全；5）支持MPLS,具有一定的服务质量保证,提供分等级的QoS网络服务；6）能够方便、快速、灵活地使用用户和业务的扩展因此，研究可运营的光以太网已经不是单ー技术的研究,而是要提出一个解决方案由于光以太网是以太网与DWDM技术相结合的产物，因此它在宽带城域网的运营中具有明显的优势10 Gbps光以太网的技术优势主要表现在以下几个方面:1)以太网与DMDW技术都十分成熟,并且已经广泛使用经过估算,组建一个同样 规模的宽带城域网,光以太网的造价是SONET的1/5,是ATM的1/10。
2) IEEE已经对速率从10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps到10 Gbps的以太网技术标准 化了，lOOGbps的以太网技术标准正在研究之中它能够覆盖宽带城域网的核心 层,汇聚层到接入层的各种需求，因此以太网技术在宽带城域网中提供端一端的 多种方案中具有潜在的优势3)如果ー个宽带城域网的各个层次能够使用同一种技术，那么这种网络在设计,组 建、运营、管理和人员培训都很方便、有效美国Infonetics研究公司在2006年底发布的市场分析报告指出:全球城域网产品中 发展势头最好的是运营级的以太网交换机和路由器2005年全球城域网以太网交换机和路 由器产品的销售额达21亿美元，,预测2009年可以达到46亿美元;2009年城域网以太网 端口数量将在2005年的基数上增长7倍三、 基于弹性分组环RPR技术的城域网弹性分组环(Resilient Packet Ring, RPR)是ー种直接在光纤上高效传输IP分组的 传输技术,它的工作基础是Cisco公司提出的动态分组传送(Dynamic Packet Transport, DPT)技术研究弹性分组环RPR标准的IEEE 802. 17工作组与2001年1月成立，目标是致 カ于研究为IP和其他分组交换网络提供高速、可生存的环形网络技术。
2001年1月802. 17工作组提出了第一个标准草案,2003年制定了弹性分组环RPR标准 (http://www. rpralliance. org/articles/timeline. pdf )〇 Cisco-. NortelLuminous、 Fujitsu, Sun等大公司联合成立了 RPR联盟，以“促进RPR技术的标准化，并将其作为ー 种关键技术在各种计算、数据和电信设施中推广应用环形结构是目前城域网的主要拓扑构型在典型的核心交换层有3~10个结点的城域网 中，使用环形结构可以简化光纤的配置，并解决网络保护机制与带宽共享问题与多个点ー 点结构相比, 环形结构将使接入点/汇聚点(Point of Presence, POP)具有更好的扩展性 与网状结构相比,环形结构将更容易提供点到多点的业务弹性分组环RPR采用双环结构，这一点与FDDI结构相同在RPR环中,两个RPR结点 之间的裸光纤的最大长度可以达到100 kmRPR将沿顺时针传输的光纤叫做外环，将沿逆时 针传输的光纤叫做内环弹性分组环RPR的内环和外环都可以用统计复用的方法传输IP分 组，同时可以实现“自愈环”的功能RPR的内环和外环都可以传输数据分组与控制分组。
每ー个结点都可以使用两个方向的光纤与相邻结点通信这样做的目的除了高效地利用光纤 带宽之外，还有一个目的是加速控制分组传输,提高环的可靠性，实行“环自愈”功能，保 证城域网的系统可靠性与服务质量RPR技术主要具有以下几个特点:1 .带宽的利用率高传统的SDH网络中，有50%的环带宽是冗余的;RPR采用双环结构传输数据分组和控 制分组传统的FDDI环网中，当源结点向目的结点成功地发送ー个数据帧之后,这个数据 帧要山源结点从环中收回;而RPR环限制数据帧只在源结点与目的结点之间的光纤段上传 输,当源结点成功地发送ー个数据帧之后，这个数据帧要由目的结点从环中收回这样,该 数据帧将不再占用下游段的环带宽,提高了环带宽的利用率2 .公平性好公平性是网络运营商必须提供的ー项主要保证当两个数据帧具有相同的优先级时, RPR环可以向它们提供相同的环通道的访问能力，RPR环中每个结点都执行SRP公平算法,使得结点之间能够获得平等的带宽,防止个别结点因流量大而造成环拥塞同时,RPR环还 支持加权公平法则和入口、出口峰值速率限制,用以保证根据用户购买的带宽提供相应的服 务3 .快速保护和恢复能力强RPR环的快速保护和恢复能力使得它已经成为ー项电信级的技术，RPR采用自愈环的 设计思想，能够在50ms的时间内，隔离出现故障的结点和光纤段，提供SDH级飞快速保护 和恢复，同时不需要像SDH那样必须有专用的带宽，因此又进ー步提高了环带宽的利用率。
4 . 保证服务质量为了保证网络的服务质量(QoS), RPR环对不同的业务数据分配不同的优先级，以保证 高优先级信息的可靠传输1. 2. 5实训任务六:网络接入技术与方法ー、接入网技术发展的背景未来的计算机网络将覆盖所有的企业、学校、科研部门、政府机关和家庭，其覆盖范 围可能会超过现有的通信网如果将国家级大型主干网比作是国家级公路,各个城市的 高速城域网比作是地区级公路,那么接入网就相当于最终把家庭、机关、企业用户接到地区 级公路的道路国家需要设计和建设覆盖全国的国家级髙速主干网，各个城市、地区需要设 计与建设覆盖ー个城市与地区的主干网但是，最后人们还是需耍解决计算机的接入问题对于Internet来说，任何一个家庭、机关、企业的计算机都必须首先连接到本地区 的主干网中，才能通过地区级主干网、国家级主干网与Internet连接就像一个大学需要 将校内道路就近与城市公路连接,以使学校的车辆可以方便地行驶出去ー样，这样学校就要 解决连接城市公路的“最后一公里”问题同样，可以形象地将家庭、机关、企业的计算机 接入地区主干网的问题也称为信息高速公路中的“最后一公里”问题接入网技术解决的是最终用户接入地区性网络的问题。
由于Internet的应用越来越 广泛，社会对接入网技术的需求也越来越强烈，对于信息产业来说，接入网技术有着广阔的 市场前景，因此它已经成为当前网络技术研究、应用和产业发展的热点问题二、接入服务的界定Internet接入作为ー种服务出现的时间很短，人们容易对ISP、ICP与NAP三者的界 限区分不清我国信息产业部对接入服务有明确的界定，将它作为“电信业务的第二类增值电信业 务”，按照我国管理部门的界定,Internet接入服务是指利用接入服务器和相应的软硬件资 源建立业务结点，并利用公用电信基础设施将业务结点与Internet主干网相连接,以便为 各类用户提供接入Internet服务用户可以利用公用网和其他接入手段连接到业务结 点，并通过该结点接入!nternet. Internet接入服务业务主要有两种应用:ー是为!nternet 内容提供商(ICP )提供!nternet接入服务,他们利用!nternet从事信息提供、网上交易、 再现应用等服务;二是为普通上网用户提供Internet接入服务，这类用户需耍上网获得相 关服务从网络层次的角度来看,接入网属于物理层的问题,但是由于它的技术涉及计算机网 络技术以外,与电信通信网与广播电视网技术都有密切联系。
四、 接入技术与“数字会聚”、“三网融合”目前,可以用作用户接入网的主要有三类:计算机网络、电信通信网与广播电视网 长期以来,我国这三种网络是由不同的部门管理的,它们是按照各自的需求、采用不同的体 制发展的由电信部门经营的通信网最初主要是交换网,它用于模拟的语音信息的传输 山广播电视部门经营的广播电视网用于模拟的图像、语音信息的传输计算机网络出现的比 较晚，不同的计算机网络由不同部门各自建设与管理，它们主要用来传播计算机所产生的数字信号尽管这三种网络之间有很多的区别,但是目前都在朝着•个共同的方向发展因为数 字技术可以将各种信息都变成数字信号来获取、处理、存储与传输这三种网络尽管所使用 的传输介质、传输机制各不相同,并且各自按自己的体制经历了数字化的过程电信通信网 的交换网正在从模拟通信方式向数字通信方式发展广播电视网同样也在向数字化方向 发展计算机网络本身就是用于传输数字信号的在文本、语音、图像与视频信息实现数字 化之后，这三种网络在传输数字信号这个基本点上是一致的同时，它们在完成它们原来的 传统业务之外，还有可能经营原本属于其他网络的业务数字化技术使得这三种网络的服务 业务相互交叉，三种网络界限越来越模糊，人们希望选择ー种最简単、费用最低的方式将自 己的计算机接入!nternet,目前，从技术的角度来看，接入网的接入方式主要分为五类:地面有线通信网络、无 线通信和移动网络、卫星通信网、冇线电视网和地面广播电视网。
在这里,计算机局域网被 归为地面有线通信系统人们形象地将它们称为用户接人信息高速公路的五条车道它们在 早期是属于不同的部门的,但是数学化使得它们都有可能提供语音、数据与视频的综合业务, 这就造成了通信、计算机、电视广播等产业的汇聚,出现经营业务相互融合,进而促进这些 产业的重组，同时开辟大量新的信息服务市场，这就是所谓的“数字会聚”现象’‘数据会” 聚现象将会对未来通信体制产生重大的影响未来的信息网络建设应该将服务与建设分开,建立分层的服务模型与统・的标准，以 便原属于不同行业的网络系统过渡而形成一个全国性的大网，为各种新应用的发展提供高效 能的服务平台,让更多的家庭、企业和机关的计算机更方便的接入Internet这种应用需 求导致了接入网技术的发展和变化,最终将导致计算机网络、电信通信网与电视通信网的“三 网融合”局面的出现接入网技术关系到如何将成T•上万的住宅、小型办公室的用户计算机接入Internet 的方法，关系到这些用户所能得到的网络服务的类型、服务质量、资费等切身利益问题,因 此也是城市网络基础设施建设中的一个重要问题五、宽带接入技术的基本类型为了支持各种类型信息的传播，满足电子政务、电子商务、远程教育、远程医疗、分 布式计算、数字图书馆、网上、视频会议与视频点播等不同应用的服务质量（QoS）的 需求，人们把发展的基点放在宽带骨干网与宽带接入网的建设上。
随着通信技术的迅猛发展,运营商和用户对电信网提出了更高的要求1988年ITU-T 在美国同步光网络SONET的基础上，形成了一套完整的同步数字系列SDH标准，使这些适用 于光纤传输的体系成为世界通用的光接口标准在SDH的基础上，可以建成一个灵活、可靠 及能够进行管理的全国电信传输网，以致成为全世界的电信传输网这个传输网可以很方便地扩展新业务,还可以使不同厂家生产的设备进行互通使用它为组 建宽带网络提供了技术保证下图给出了不同应用环境的接入技术的类型与相关的标准~~「交换网接入］~T ADSL技术J 「有线电视网楮入Lpable Mode摩支沢 有线接A|— 1 光纤接入 レ ADSL技采~| 1局域碘入"H 80。