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电话运维网方案选型综述

2/14/2005
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电话运维网方案选型综述 一、提出背景 随着世界电信技术的发展,电信业务层出不穷,电信网络规模越来越大,设备种 类越来越多。为降低网络成本,网络运营者纷纷引入多厂家设备,使电信网络管理越 来越复杂。另外,为向用户提供高质量、高可靠的电信服务,运营者也需要先进的技 术和自动化的管理手段进行支撑。电信网络管理的重要性日益突出。 传统的电信网络管理系统没有标准的互连接口,形成了许多孤岛系统,相互之间 难以协调互通,不能共享网络及信息资源。如此复杂的网络和多种多样的电信业务已 经不适应现在电信管理的需要,因此需要建设电信管理网。 北京市电话局运行维护部担负着北京市话网的维护和建设配合任务,直接负责全 局网络运行分析、障碍抢修的调度与指导、例行维护的监督等多项工作。运维部的工 作职责决定了其对数据和信息系统的依赖性,缺乏及时、有效、准确的数据来源和传 播渠道,运维部对网络运行情况的判断及指导工作就会失去实效性,特别是对于抢修 工作来说,时间就意味着企业的效益和信誉。 随着维护体制改革的进一步深化,迫切需要将管理层与操作层分离,以实现任务 流转过程中的工序与工序之间、管理与操作之间的相互监督和闭环管理。 运维网是在98年提出的,目的是实现运维部大楼的办公自动化,加强会议、文档、 备品、财务等方面的管理,同时充分利用市话局的光缆环,实现运维部和区局间的数 据无时延传递,腾出以前所占用的DDN线路,并把下面这些已有和正在建设的网管系 统:电话交换网、传输网、数据网、窄带综合业务数字网、NO.7信令网、数字同步网、 动力环境系统(电源系统、空调、环境系统)、用户接入网,培训中心、线路资源管 理系统、数据专线受理系统、112、号线系统(与经营管理相交叉)。备品备件管理系 统、固定资产管理、故障板返修管理。运行维护系统办公自动化等全部集成到这个系 统中来。 二、方案比较 1.选型过程综述 方案提出时流行用ATM的局域网仿真(LANE)方式组建城域网。别的任何一种以大 网方案都不能达到采用单模光纤传递数据的水平。出于技术、价格等种种方面的考虑, 我们当时选择了3COM的产品系列。即用3COM的ATM交换机和路由器及小型以太网交换机 等组网,运维部和区局之间采用单模光纤连接。 在进一步分析需求的过程中发现区局下各个部门如交换、传输、电源等中心与区 局所在地理位置比较远,普通的双绞线不能到达,这样就需要增加一个以上ATM交换 机,使硬件成本和光纤数量大幅度增加,并且网络没有自愈功能,安全性不能保证。 我们考虑使用ATM光缆环的组网模式,用IPOA方式组建网络。在对这项技术进行仔细研 究后,发现其对组建城域IP网络并不实用。 这时我们从网上以及别的一些渠道开始接触千兆以太网和路由式交换机。这是一 种全新的技术,能使速率高达1.25G的以太网帧直接在单模光纤上走长距离,比ATM目 前的OC-12速率还快一倍,并.且无需通过IP到ATM信元的映射,提高了传输效率。路 由式交换机的推出使路由交换速率提高到传统方式的几百倍。从性价比、可扩展性、 产品定位等多方面考虑,最终决定选用Packet Engines公司的PowerRail系列作为运维 网的的骨干传输系统。 下面就几个方案技术、网络拓扑等方面做一下介绍。 2.技术背景 ATM与TCP/IP是两种不同的组网技术,其中ATM是由电信厂商为主的国际电联为适 应宽带综合业务网提出的面向连接的技术,用定长信元进行快速分组交换;而IP是计 算机厂家提出的互连标准,特点是无连接和最大努力传送,是目前最流行的组网方式。 两者相辅相成,互为辅助。INTERNET的盛行给予了ATM新的生命力,而ATM的QOS又督使 IP网的改进和发展。在提供业务方面,IP以其无可争议的方便、多种应用软件API的支 持、局域网的兼容性等特点位居首位。ATM网络首先需要考虑的就是对IP的支持及如何 在ATM环境下提供高速路由能力。ATM的完美的质量保证使其能在广域骨干网充分发挥 其优越性,而在局域网和城域网则主要是IP的应用。 ATM发展到今天,标准已经逐步完善,在流量控制、网络管理、路由选择等方面都 有其独到的地方,而IP也提出了一些质量保证的机制,如WFQ排队、COS、QOSPF等,特 别是近年来提出的千兆以太网标准、IP over SDH、交换式路由器的概念,对ATM提出 了新的挑战。在ATM与lP这两种技术如何融合方面,ATM forum和IETF先后提出了IPOA、 LANE、MPOA和MPLS等方法,使能够在ATM网络中传输IP数据。 ——IPOA介绍 Classical IP over ATM规范是IP和地址解析协议(ARP)在ATM网络环境下的初期 应用。Internet工作组(IETF)在 RFC1483(AAL5上的多协议封装)和FRC1577(Clas sical IP and ARP over ATM)两个文件中定义并规范了IPOA。它的主要用途是在ATM 网络上支持现有的IP协议,适用于只使用IP协议的互连网和局域网的情况。 IPOA成功地解决了IP地址与ATM地址直接映射的问题。在每个LIS(逻辑IP子网) 中有一个地址解析协议服务器负责进行映射。当一个主机需要向被叫发送数据报时, 由于它只知道被叫的IP地址,而不知道ATM地址,所以必须进行地址解析获得被叫的AT M地址,才能建立ATM连接。 IPOA模型使在LIS上传送的广播业务量减少到最少,并由于简化了主机间通信的步 骤,从而改善了时延特性。并且它可以用最大传输单元进行数据传输。但是IPOA只规定 了在LIS内的协议,当位于两个LIS内的主机需要通信的话,必须经过一个中间路由器并 每个LIS都需要一个ARP服务器。这样传统的路由器就成为通信的瓶颈。并且由呼叫转接 引人了额外的延时。同时IPOA的地址解析方法未定义IP广播地址与ATM地址间的映射, 不支持广播方式和多传送方式应用。 ——局域网仿真(LANE) 局域网仿真是由ATM论坛提出的,它提供了在ATM网络上运行现有的LAN协议(IEEE8 02.3以太网和802.5令牌环)的手段,定义了怎样使用ATM网络作为骨干网互连现有的LA N,以及现有的以太网和令牌环上的主机怎样在对等的环境下与具有ATM接口。的主机以 及其他符合ATM UNI标准的服务器、路由器、桥接器等各种高性能ATM终端设备间组成 仿真。LAN进行高速通信。 在ATM局域网仿真网络中,对原局域网来说,ATM交换网络的各种功能,包括呼叫建 立、信元拆装等都是透明的,不需要改变终端的软硬件。而且由于LANE是数据链路层的 服务,原有网络的数据链路层和更高级的协议也不需要作改动。 LANE服务的体系结构基于客户机/服务器的查询随着 ATM技术从广域网不断向局域 网的推进,为了与之竞争桌面市场,IEEE802.3Z研究小组在继承传统以太网特点的基础 上推出千兆以太网技术,期望它成为未来局域网的骨干技术。它采用的帧格式、流量控 制等机制与10M/100M以太网都相同,中继带宽可以达到1GbPs,并保留了802.3和以太 网标准帧格式以及802.3管理的对象规格。因此,企业能够在保留现有应用程序、操作 系统、IP、IPX及AaaleTald等协议以及网络管理平台与工具的同时,方便地升级至千兆 位以太 如果千兆以太网仅仅增加带宽,那就只能满足大量传输非实时数据的要求。千兆以 太网为尽可能满足实时传输的要求,从 ATM技术中借鉴了服务质量的概念,提出了具有 以太网特色的服务级别概念。同时在第三层以上,添加了资源保留协议(RSVP)和改进 最短开通道优先(OSPF)协议。资源保留协议通过资源保留来支持不同的应用优先级, 而改进的最短开通道优先协议可以在逐段链路上支持基于服务质量的路由选择。对千兆 以太网的第二层来说,为了满足上层对服务级别作出的保障,需要IEEE 802.3q配合解 决优先级问题,IEEE 802.3p配合解决有效广播问题。流量控制方面,目前对半双工链 路而言,底层仍沿用了CSMA/CD的流控手段。对全双工链路和带有存储分配器的链路, 已经决定首先采用IEEE 802.3X形成实际标准的开关流控协议。 目前流行的千兆以太网交换机都采取硬件进行交换,而传统路由器是采用软件做路 由转发。交换机按其功能来说分成第二层交换和第三层交换两种。其中第二层交换采用 成熟的技术、价格较低、配置简单、集成容易,但需在下一层配置三层交换机或路由器, 对IP包的处理吞吐量不一定与其对MAC的Frame的吞吐量一致,易导致速度瓶颈和广播风 暴,没有高级的网络管理手段,QOS差。相比之下,第三层交换性能较高,以线速或接近 线速来转发IP包,具备高级的网络管理手段,对网络流量、安全等有良好的控制,缺点 是配置较复杂。 ——虚拟局域网(VLAN) VLAN是取代路由器实现广播的一种解决方法,它从传统的LAN概念上引申出来,在功 能和操作上与传统LAN基本相同,提供一定范围内终端系统的互连和数据传输。 VLAN的定义方法主要有瑞口的VLAN、MACVLAN、三层VLAN、IP多播组VLAN等。使用 VLAN有两个主要的优点:减少工作站移动和变化所需的费用,能建立虚拟工作组。VLAN 可以扩展到ATM和ATM设备上。在IPOA和LANE、MPOA等都提出了VLAN的概念。由于网络中 多数业务在客户和ATM服务器间,建立叠加在ATM服务器上的VLAN可以大大减少VLAN间的 通信业务量,减少通过路由器转发的数据帧。 3.网络结构 ——方案一:LANE组网方式 该网络以3COM ATM交换机为中心组成的星型结构,采用局域网仿真(LANE)方式。中 心节点配置一台ATM交换机CoreBulder700O,中心各科室采用SWitCh1000)划分成多个VL AN。SWitCh1000与ATM交换机间。路由器与ATM交换机间都用155M多模口连接。中心节点与 远端节点之间用单模光纤(155M)连接。各远端节点采用SWitCh1000处理本地IP交换和与 ATM交换机之间的包交换。各区级维护站点暂考虑18个点,加上维护部已经占用的155M端 口7个共需25个。由于本方案选用的CoreBulder 7000只能提供16端口,此种网络结构不能 满足需求。 改进后的方案,由两台CB7000串联达到覆盖18~20个局点目的,此方案拓展性差。另 一方案为在中心局配C8 7000HD,其端口数为32个,与 C87000共同组网,CB7000可以放在 远端。但是,两种改进方案都没有解决网络的自愈问题,并且由于增加了一台交换机,提 高了成本;另外由于网络是星型结构,这就导致了从维护部出去的光纤数量达到40对之多 (加上备用),浪费资源;星型网络对主节点的安全性要求也就特别高,一旦ATM交换机 或者路由器出了问题,整个网络的通信将中断;LANE方式也无法承受这么大网络的数据量, 单独一个路由器肯定成为瓶颈。 ——方案二:ATM光缆环组网方式 ATM光缆环方式采用IDN设备组成一个7个节点的622M的环型网。其中维护部为主控节 点。每个节点配置交换卡后具有交换能力,可以提供10M/100Mbase一T的以太网口。远端 节点经光纤/Ethernet转换器接入主节点100M以太网端口,然后用hUb或SWitCh1000组成 局域网。维护部的各个科室的VLAN由下接的SWitch1000来实现,在环上的软件目前不支持 VLAN功能,升级后可以支持8个,VLAN间需通过路由器互通。 IDN设备定位在接入网,它提供多种X.25/DDN/FR、话音、ISDN、VOD、局域网互联 等接入方式。网络建成双向自愈环结构。在作为局域网互联时,采用ET-10板,提供10M /100MbPS以太网口。每个ET-10模块实现6X 100M的交换功能。该环网由4个155M环构成, 各通道可相对独立,不同通道间通信需通过主节点的互连接口通信。1个155M上支持8000 个IP地址,IP地址不能自动学习,需人工输入。IDN作为一个多媒体的传输平台,特点在 于能够综合多种业务。它采用ATMoverSDH的传输方式,具备ATM流量控制性能和SDH的自愈 能力,但为兼顾其窄带业务,IP包只能通过CIPOA方式打成ATM AAL5包送到背板,然后在 光发射扳重新打包成电路仿真的格式送到环上。这样对传输数据业务来说,不是一种比较 恰当的做法。特别对于在我们这个网络上仅仅传输IP业务情况下,不仅容易造成拥塞,而 且会有较大的时延,和我们建运维网的初衷不符。 ——方案三:千兆以太网组网方式 在千兆以太网方案的选型上,我们挑选了5家知名的厂家来根据他们产品特点做方案, 包括PacketEngines、Cisco、3COM、Cabletron、Intel。要求首先解决节点数量和距离问 题,其次容量尽可能大,有自愈功能。经过谈判,从几个方面:网络解决方案,包括交换 策略、网络拓扑层次性、距离解决办法;产品本身性能,包括交换结构、接口数量、协议 支持、路由数量支持、产品定位等;设备安全冗余度和可扩展性,扩容成本估算;网管能 力和兼容性;售后支持和公司业绩等综合考虑下,选择了现在被Alcatel收购的PE公司产 品PowerRail系列。 Packet Engines设备PR5200定位在骨干层,为第三层交换产品,基于硬件的路由交换。 它的传送能力达到37M分组/秒。每端口可以多达570个VLAN,总的路由数达125万个路由。 支持多种路由协议如RIPV1/V2、OSPF、IPX/RIP、IPX/SAP、BGP-4等,在所有的端口上 以线速使用IGMP、DVMRP、PIM-DM、GMkP和MOSPF协议来路由IP的多点传送业务。采用预定 带宽(RSVP),基于应用的过滤和前转,基于IP服务类型(TOS)的路由和优先分配,优先 级标记(IEEE802.1pIEEE8O2.1Q)等方式保证完全各种业务的服务质量。支持最高瑞口达 240个10/100BPS或25个千兆比端口同时还提供FDDI、POS、ATM的接口。除了VLAN外还可以 组成IP专用网VPN,便于提供业务。 网络总共为7个节点,组成3个冗余环形结构。6个区级节点两两配对建一条冗余路由, 与中心节点共同组成环状,环上速率均为1000MbpS。中心节点即维护部设容量为52C千兆以 太网路由式交换机,区级节点设容量22G同性能的千兆以太网交换机。各节点均提供足够的 100M光口和电口用于提供本地或周围端局的内部网接口。同一区所属不同地点的各二级运 维中心,配 SWitCh 110O或相近的设备,其通过100M端口经光电转换器,连接各区节点机。 和管局的运维网可以通过ATM接口互通,或者用几个100M口捆绑做中继互通。各个区局下面 各端局LAN间通信可在区局进行,不需要到运维部进行交换,增加了网络的处理能力和可靠 性。由于现有配置远远未达到满配置,所以扩容时,只需增加相应的接口板既可。 三、网络前景 随着计算机的普及、推广,应用和信息社会的到来,社会对数据通信和增值业务的需 求越来越紧迫,用户已开始由传统的电报电话业务向多种数据业务、多媒体通信等综合通 信信息网的方向发展。电信业正在经历一场前所未有的技术变革。 电讯竞争的关键是网络的竞争。这就对我们提出一个高要求。如何充分利用我们地下 暗光纤(darkfibre)资源,提供最好的、高性能的网络服务是我们目前的课题。而运维网 的提出正符合这个宽带化的潮流。千兆交换机的容量和线速交换等性能.为Vdeo.voice在 这个网上传输创造了条件。我们可以立足于千兆网络,同管局宽带ATM网络、传统PSTN网、 DDN刚等做各种互连试验,接入多个ISP和用户大楼,把这个网络发展成为一个以承载矿业 务为主的新的多媒体贸带网络,向公众提供视频、话音、VPN、高速INTERNET接入多种宽带 业务,面向竞争,充分发挥我们的优势。