甘肃省宽带城域网的设计与实现
兰州大学硕士学位论文甘肃省宽带城域网的设计与实现姓名：李强申请学位级别：硕士专业：计算数学指导教师：陈晓云2001.10.1 ,。，●｝摘要随着全球信息化的到来，和宽带多媒
兰州大学
硕士学位论文
甘肃省宽带城域网的设计与实现
姓名：李强
申请学位级别：硕士专业：计算数学
指导教师：陈晓云
2001.10.1
,。，●
｝摘要随着全球信息化的到来，和宽带多媒体业务的迅猛发展，本文从我省电信实际出发，本着提升综合宽带业务能力、提高电信投资效率的目的，提出了我省宽带城域网的设计与实现方案。在该方案中，网络采用了业界主流标准一－－ＴＣＰ／ＩＰ协议，并应用了千兆以太网（ＧＥ）技术、动态分组技术（ＤＰＴ）、ＡＤＳＬ等多种网络交换技术。在满足网络整体性能的前提下，提供了一个先进的城域网解决方案。重点论述了城域网的网络结构、核心设备的系统集成、Ｑ０Ｓ机制和路由协议，以保证该宽带网的可靠性和可用性。＠后，通过灵活高效的用户业务管理系统和计费系统，以保证提供灵活多样的接入功能和多种业务，从而满足不同层次、不同需求的用户群。、√关键词：宽帮渤域网网络结构系统集成路由协议综合业务／１
,ＴｈｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＩ呻ＩｅｎｍｎｔａｔｉｏｎｏｆＧａｎＳｕＢｒｏａｄＢａｎｄ
ｉｅｔｒｏｐｏＩｉｔａｎＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｉｔ＇ｓｓｏｃｉａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｔｅｐｂｙｓｔｅｐａｌｌｏｖｅｒｔｈｅｗｏｒｌｄ，ａｎｄｉｔ’Ｓｓｔｒｏｎｇｌｙｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｂｒｏａｄｂａｎｄ＆ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａｓｅｒｖｉｃｅｓ．Ｉｎｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｏｆｐｒｏｖｉｄｉｎｇｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｅｒｖｉｃｅｓ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｔｉｎｖｅｓｔｉｎｇｃａｐｉｔａｌｓａｎｄｂｅｉｎｇｉｎｒｅａｌｉｔｙｉｎＴｅｌｅｃｏｍ，ｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｉｓｔｏｇｉｖｅａｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｄｅｓｉｇｎｉｎｇａｎｄｏｐｅｒｍｉｎｇｐｏｌｉｃｙａｂｏｕｔＧａｎＳｕＢｒｏａｄＢａｎｄ－－ＭＡＮ．
ＴｈｅＴＣＰ／１ＰｐｒｏｔｏｃｏｌｓｂｅｉｎｇｍａｉｎｌｙｓｔａｎｄａｒｄｉｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｄｕｓｔｒｙｉｓｕｓｅｄｉｎＭＡＮ．ＴｈｅｄｅｓｉｇｎｗｏｒｋｓｏｎａｃｏｍｐｌｅｔｅａｎｄａｄｖａｎｃｅＭＡＮ＇ｓｓｏｌｕｔｉｏｎｂｙｕｓｉｎｇＧＥｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、ＤＰＴｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＡＤＳＬ，ｅｔｃ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｖｉｄｉｎｇｈｉｇｈｌｙｑｕａｌｉｔｙｉｎｔｏｔａｌｎｅｔｗｏｒｋｓ．
Ｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｆｏｃｕｓｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ、ｓｙｓｔｅｍｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｎｃｏｒｅｄｅｖｉｃｅ，Ｑｏｓｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄｒｏｕｔｅｒｐｒｏｔｏｃ０１．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｉｔｗｉｌｌｓａｆｅｇｕａｒｄｔｈｅＭＡＮａｖａｉｌａｂｌｅａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｂｙｕｓｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｅｒｖｉｃｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍａｎｄｂｉｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｉｔｗｉｌｌｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｆｌｅｘｉｂｌｅａｃｃｅｓｓｓｅｒｖｉｃｅｓｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍｅｅｔｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｍａｎｄｓｏｆｃｕｓｔｏｍｅｒｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＢｒｏａｄＢａｎｄＭＡＮＮｅｔｗｏｒｋａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅＳｙｓｔｅｍｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎＲｏｕｔｅｒｐｌｏｔｏｃｏｌＩｎｔｅｇｒａｔｅｓｅｒｖｉｃｅ
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１．概述
１．１信息高速公路
白１９９３年初美国总统克林顿提出兴建信息高速公路的设想后，日本、法国等一些西方国家也迫不急待地纷纷推出各自的建设计划，信息高速公路之所以引起世界各国的强烈反响，是由于信息高速公路具有以下特点：
第一，信息高速公路将以特别快的速度传输数字化的音像。
第二，信息高速公路必须能传送多媒体信息，包括文字、数据、声音、图形、动画、影视等，并以传送多媒体信息为其一大特色。
第三，信息高速公路应能交互地进行工作，即信息的传送可以是双向或多向的。
总之，信息高速公路是利用通信、计算机、多媒体、视像、数据库和软件等多种综合技术，融人类的科学研究、工业生产、生活娱乐为一体的国家高速信息网，是一个交互式的多媒体的通信网络。由美国ＡＲＰＡＮＥＴ发展而来的互联网（ＩＮｒⅡ｝砌ｑＥＴ）可以看作是信息高速公路的雏形。
１．２宽带城域网的提出
进入新世纪以来，互联网得到了迅速发展，用户爆炸式的增长和三网合一的需要对网络带宽提出了越来越高的要求，谁解决了这一问题，谁就是电信将来的大赢家。在宽带ＩＰ网络的建设上，所有的电信运营商基本上站在同一起跑线上。
一方面，随着西部大开发的进展，全民信息化意识有了很大提高，政府机关、学校内互联网的建设已进入普及阶段，企业、商业网大厦和部分住宅小区的局域网建设已有相当的规模，在用户习惯了内部信息高
、速交换之后，迫切地希望能得到高速的广域的信息交换。
Ｊ＿另一方面，由甘肃电信建设的宽带城域网，从立足于市场竞争和兼
Ｊ顾业务需求的角度出发，以光纤到大楼为基础，ＬＡＮ接入为主，ＡＤＳＬ
接入作为补充，采用千兆以太网技术、ＤＰＴ技术组网，以提供宽带业务
１
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为主，同时兼顾窄带业务的网络平台。甘肃省城域网的建设将使甘肃省电信网络的技术水平和服务水平发生质的飞跃，大大提高甘肃省电信的企业形象和市场竞争力，并产生良好的社会效益和经济效益。
２．宽带城域网的主要技术
宽带城域网所涉及的技术众多，但主要技术有两方面：一个是关于网络的协议问题，另一个是关于用户的接入问题。
２．１ＩＰ技术
现在宽带城域网的技术主要是ＡＴＭ与ＩＰ之争。ＡＴＭ是电信界所推崇的，而ＩＰ则是计算机界所主导的。经过几年的技术发展，ＩＰ技术略占上风。
众所周知，由美国ＡＲＰＡＮＥＴ发展演化而来的互联网所采用的核心技术一一ＩＰ技术，以其简洁、实用以及不断完善和标准化，已成为当今网络协议的主流和事实上的工业标准。
因此，甘肃宽带城域网采用ＩＰ技术。
２．１．１ＴＣＰ，ＩＰ体系结构
（１）异种网互联
大家知道，互联网技术要解决的是异种网的通信问题，其目的在于隐藏网络细节，向用户提供一致的通信服务。所谓异种网一般是指网络协议层次结构不同。协议功能不同以及协议细节不同的网，因此异种网互联也就是不同协议的转换。具体实现异种网互联有两种方式：
・应用程序级互联：网络互联通过应用程序进行，应用程序直接建立在物理网络上，没有中间协议。应用程序级互联的主要问题在于应用程序直接面对物理网络硬件。一旦网络系统增加了新功能或新硬件，就意味着要修改所有的应用程序；而且每一应用程序必须了解本机的所有网络连接，导致许多重复代码。
・网络级互联：与应用程序级互联相比，网络级互联在系统中增加了若干中间层次（主要是网络层），使应用程序不直接处理硬件连接。网络级互联的目标是建立一个统一、协作的、提供通用服务的通信系统。２
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对用户来讲，互联网就是一个统一的网络。这就是ＴＣＰｄＰ的基本思路，也是它的灵活性和通用性实质所在。
ＩＰ层协议在ＴＣＰｄＰ确立的网络层次结构中起着核心作用：其一，采用无连接方式传递数据报，这样上层应用不用关心低层数据传输的细节，可以提高数据传输的效率；其二，通过ＩＰ数据报和ＩＰ地址将各种物理网络技术统一起来，达到屏蔽低层技术细节，向上提供一致性的目的。这样，可以使物理网络的多样性对上层透明。因此，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ可以充分利用各种通信媒介，从而将全球范围内的计算机网络通过统一的口协议连在一起。
（２）ＴＣＰ，ＩＰ分层模式
ＴＣＭＰ体系结构已经成为当今网络协议的主流和事实上的工业标准，得到了广泛的响应和支持。ＴＣＰ／ＩＰ这个术语并不仅仅指网际协议（ＩＰ）和传输控制协议（ＴＣＰ），它包括许多与之相关的协议和应用程序，是一个协议簇。ＴＣＰ／ＩＰ协议遵从一个四层概念模型：应用层、传输层、互联网层、网络接口层。上层协议层需要低层的协议层提供服务，这样，当任何一个计算机应用模块有网络通信的需求时，只要按照标准的接口使用低层协议模块提供的网络服务即可。图１给出了ＴｃＰ／ＩＰ的网络体系结构及各协议所处的位置。作为比较，图中也给出了ＯＳＩ七层参考模型。应用层
表示层应用层ＦＴＰ｝ｒｒｒＰＴｂｌｎｅｔＳｍＰＰＯＰ３ＳＮＭＰＤＮＳ会话层
传输层传输层ＴＣＰＵＤＰ
网络层网络层口ＩＣＭＰＡＲＰＩＧＭＰ
链踌层网络接
口层ＥｔｈｅｎｅｔＦＤＤＩＡｒＭＦＲＸ．２５ＩＳＤＮ
物理层
图１ＴＣＰｄＰ和ＯＳＩ网络体系结构
＜１＞应用层
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ＴＣＰ／ＩＰ最高层是应用层，应用程序通过该层访问网络。这一层有许多标准的ＴＣＰ／ＩＰ工具与服务，比如ＦＴＰ（文件传输）、Ｔｅｌｎｅｔ（远程登录）、ＳＮＭＰ（简单网络管理）、ＳＭＴＰ（简单报文传送）、ＤＮＳ（域名服务）等。
电＞传输层
传输协议在计算机之间提供端到端的通信。两个传输协议分别是传输控制协议ＴＣＰ和用户数据报协议ＵＤＰ。ＴＣＰ为应用程序提供可靠的通信连接。适合于一次传输大批数据的情况。并适用于要求得到响应的应用程序。ＵＤＰ提供了无连接通信，且不对传送包进行可靠保证，适合于一次传输少量数据，数据的可靠传输由应用层负责。传输协议的选择依据数据传输方式而定。
妈＞网络层
网络层协议负责相邻计算机之间的通信。它将数据包封装成Ｉｎｔｅｍｅｔ数据报，并运行必要的路由算法。四个网络层协议是：网际协议（ＩＰ）、地址解析协议（ＡＲＰ）、网际控制报文协议（ＩＣＭＰ）和互联网组管理协议（ＩＧＭＰ）。
・ＩＰ主要负责在主机和网络之间寻址和路由数据报；
・ＡＲＰ获得同一物理网络中的硬件主机地址；
・ＩＣＭＰ发送消息，并报告有关数据报的传送错误；
・ＩＧＭＰ被口主机用来向本地多路广播路由器报告主机组成员。＜４＞网络接口层
这是ＴＣＰ／ＩＰ网络模型的最低层，负责数据帧的发送和接收。这一层从ｍ层接收ＩＰ数据报并通过网络发送之，或者从网络上接收物理帧，抽出ＩＰ数据报，交给口层。ＩＰ支持广域网和本地网接口技术。它所支持的本地网技术包括ＬＡＮ技术（如Ｅｔｈｅｍｅｔ、ＴｏｋｅｎＲｉｎｇ）以及ＭＡＮ（ＭｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）技术（如ＦＤＤＩ）。ＴＣＰｆｌＰ还支持两种主要类型的广域网技术：串行线路和分组交换网络。串行线路包括模拟电话线、数字线和租用线。分组交换网络包括ｘ．２５、帧中继和ＡＴＭ等。
（３）ＴＣＰ／ＩＰ协议数据４
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在ＴＣＰａＰ模式中，数据从一层传递到另一层。在这个过程中，每一层的协议软件（称为模块）为上一层进行数据封装。数据封装是一个按照较低层协议要求的格式保存数据的过程。
在ＴＣＰｄＰ各层中数据单位的名称随着相应协议的不同而不同。物理层用比特位串表示所有数据；数据链路层将数据帧（又称物理帧）作为数据单位（如以太网是以太网帧）；网络层将口数据报作为数据单位；至于传输层，它采用ＴＣＰ时将ＴＣＰ段或ＴＣＰ传输报文作为数据单位，采用ＵＤＰ时将ＵＤＰ数据报作为数据单位；应用层将应用报文作为数据单位。
图２ＴＣＰ／ＩＰ帧格式
２．１．２ＩＰ地址技术
从概念上来说，地址是系统中某个对象的标识符。在物理网络中，各站点都有一个机器可以识别的地址，该地址称为物理地址（也叫硬件地址或ＭＡＣ地址）。在互联网中，统一通过上层软件（ＩＰ层）提供一种通用的地址格式，在统一管理下进行分配，确保一个地址对应一台主机，这样，全网的物理地址差异就被ＩＰ层屏蔽，通称ＩＰ层所用的地址为互联网地址，或ｍ地址。它包含在ＩＰ数据报的头部。
ＩＰ地址在概念上有三层：互联网、网络和主机。一个互联网包含多个网络，一个网络中有若干台主机。ＩＰｖ４规定地址总长３２比特，分为５类（见图３）
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图３ＩＰ地址分类
・Ａ类地址：适用于大型网络，网络号占７位，主机号占２４位，可容纳网络数为２７个，每个Ａ类网络拥有主机数最多为２２４台。
・Ｂ类地址：适用于中型网络，网络号占１４位，主机号占１６位，可容纳网络数为２１４个，每个Ｂ类网络拥有主机数最多为２１６台。
・Ｃ类地址：适用于小型网络，网络号占２１位，主机号占８位，可容纳网络数为２２１个，每个Ｂ类网络拥有主机数最多为２８台。
・Ｄ类地址：多播地址，支持多目传输技术，即与网络中多台主机同时通信。
・Ｅ类地址：将来扩展用。为了易于理解，口地址的表示采用点分十进制表示法（ＤｏｔｔｅｄＤｅｃｉｍａｌＮｏｔａｔｉｏｎ），即每８位二进制数值用十进制数表示，且每个量之间用一个点分开。如：２０２．１１４．２０８．２４０是一个ｃ类地址。除了上述５类地址外，ＩＰ还定义了几类特殊的冲地址。
・网络地址：ＩＰ把主机号的所有位都为”０”的地址保留给网络本身。・定向广播地址：ＩＰ把主机号各位全为”１”的地址指定为定向广播地址，表示向某网络内所有主机发送信息。
・有限广播地址：由３２个”ｌ”组成，它只向本地网络广播。
・”０”地址：ＴＣＰ仰规定，网络号各位全为…０’的ＩＰ地址，称为”０”
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—————————————＿＿『＿…；“群
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地址。当需要本网内通信，但又不知本网网络号的’隋况下使用”０”地址。
・回送地址：Ａ类网络地址１２７是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地机进程间通信，称为回送地址。
２．１．３冲技术的发展现状
ＴＣＰ／ＩＰ协议最初是为提供非实时数据业务而设计的，因此传统的ＩＰ网传送实时音频、视频能力较差。随着Ｉｎｔｅｒｎｅｔ业务的增多和技术的成熟，ＩＰ技术自身也在不断发生变化。这些变化已经使人们对传统的电信和计算机通信的概念有了新的认识。在ＩＰ网上除了收发电子邮件、浏览主页外，还可以进行实时通话甚至观看点播电视。特别是ＩＰ电话的发展，拉近了传统电信网与数据通信网的距离，给电信市场带来极大的冲击。可见ＩＰ技术进入电信市场是大势所趋。
总的来看，目前ＩＰ技术的发展主要表现在几个方面。
（１）从ＩＰｖ４到ＩＰｖ６
现在Ｉｎｔｅｍｅｔ上运行的ＩＰ协议是ＩＰｖ４，改变ＩＰ协议的动机主要表现在两个方面：
・地址空间即将耗尽；
・新的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ应用需要高效传输。
ＩＰｖ６保留了ＩＰｖ４所赖以成功的许多优点，但也有许多改进。１Ｐｖ６的特点主要有：扩大了地址空间，从原来的３２位扩展到１２８位；简化了ＩＰｖ４的头部：并定义了服务质量等功能。
（２）ＩＰ网传送实时业务技术
ＩＥＴＦ定义了一系列的技术和协议来确保Ｉｎｔｅｍｅｔ上业务的ＱｏＳ要求，便于同时支持非实时的数据信息和实时的多媒体数据信息。主要包括：
・ＲＴＰ／ＲＴＣＰ（实时传输协议／实时传输控制协议，ＲＦＣｌ８８９）：是为支持实时多媒体通信而设计的传输层协议。它与ＵＤＰ配合使用，为应用进程之间提供了实时信息通信的能力，ＲＴＰ协议负责传送带有实时信息的数据包；ＲＴＣＰ则负责管理传输质量和在当前应用进程间交换的控制々