论文部分内容阅读
【摘要】 为适应广播电视网络向NGB（下一代广播电视网络）以及多业务融合的网络演进，满足语音、数据、视频业务以及差异化服务的要求，采用IP技术组建业务承载网络，构建一张具备高性能、高可靠、可运营、可管理、可平滑升级、适合多业务承载的IP网络。此网络实现数字电视、高清电视、视频点播等广播电视业务及综合信息、数据等IP业务承载平台功能，满足多功能业务开展，承载未来多种新型增值业务。
一．青海广电网网络结构及传输网现状
经过几年快速的发展，青海广电网络公司已完成了西宁市区广播电视数字电视整体平移工作及80%线路的双向改造。网络是业务的基础，业务是网络价值的具体体现，数据城域网的综合业务承载能力，对于青海广电网络业务的良性发展和用户需求的满足至关重要。
目前我公司的数据城域网现有的接入网已在逐步建设和完善，形成了以青海广电网络公司大楼为核心的总前端（中心机房），七一路、德令哈路、团结桥、国际村、城南等地为分前端（节点机房），覆盖西宁整个小区和家庭的双向传输网络。西宁广电数据城域网已经通过了一期建设，初步完成了西宁市区的数据城域网的建设，并已开展业务。数据IP网络建设，是我们的网络建设又一个关键点，也是广电行业推进“三网融合”的重要举措。
目前我公司的数据城域网一期工程的骨干网络结构是核心层采用华为NE40-8路由器为中央路由器，为汇聚层提供数据的高速转发，Dhcp Server也由NE40承担；防火墙采用华为EDOMEN 300通过NAT转换接入Internet，实现宽带上网；汇聚层中央交换机S6506R采用RRPP环网结构进行了联网，骨干层和汇聚层设备之间全部采用GE光路互连。计费认证系统采用的是北京城市热点的计费认证系统，整个系统支持6000用户注册，6000用户并发。接入方式主要有EPON+LAN、EPON+基带EOC、EPON+有源EOC、CMTS等方式。
现已开通EPON系统OLT PON口56个，一个PON口可支持ONU终端节点数量为32个，按一个ONU支持用户数为30户计算，可支持近6万用户，并且在设备与网络中都具有巨大的扩容潜力和发展空间。
二．西宁市区广电网IP业务预测及建设必要性
现在广电城域网建设需求分析如下：
我公司从现阶段三网融合的背景结合目前广电业界的主要的建网思路和模型，提出青海广电业务承载网建设需要考虑网络能承载IPTV业务、宽带业务、VOIP业务、企业专线业务。这些业务对网络的需求主要体现在流量模型、带宽和QoS需求上。
目前在初期建设只在总前端设置VOD服务器，所以从总前端到分前端带宽需求较大，需根据分前端用户数来计算各分前端到总前端的需求带宽。今后可以考虑在各分前端部署VOD服务器，总前端和分前端的VOD流量模型可以按照90%VOD流量在分前端机房终结，10%的VOD流量从总前端下发。
三．西宁市区IP城域网结构设计
1.网络拓扑结构设计
青海广电网络数据城域网拟建的二期工程将建设一个真正意义上的全业务承载网。整个网络由城域网骨干核心层、汇聚层和接入层组成。
数据城域网网络拓扑图如下：
2.骨干层网络设计
（1）随着业务量的不断增加，二期工程时把骨干网络逐步要建设为2.5GE或10GE三层高速以太网骨干网络。中心数据机房配置核心路由器一台，配置型号为华为NE80，各分前端配置骨干层路由器一台，配置型号为华为NE40E，并且路由器之间构建RPR弹形分组环，保证骨干层设备安全、可靠运行，并且能够支撑全业务。
建设RPR环网，要涉及到数据网络总前端节点建设及七一路、德令哈路、团结桥、国际村、城南各分前端节点建设，所有节点均需要新增1台城域网核心层路由器设备。现骨干层NE40需要下移。
（2）建设公司业务运营支撑BOSS系统，对数字电视、宽带业务、VOD业务、Voip等业务能够实现统一管理。也是对现有计费认证系统的升级和改造。
（3）汇集层网络设计
汇聚层主要对区域内接入层的分散业务进行汇聚，完成区域内的数据交换，提供用户管理。
在汇聚层采用中高端交换机S6506R，为了适应网络扁平化发展的趋势，汇聚各接入业务，分别采用1台高端3层交换机做汇聚交换机，以汇聚各接入点信息流；并分别通过SDH和骨干层NE80通过GE互联。
3.网络接入层的设计
接入层主要是为最终用户接入服务，放置在用户侧，采用S2000系列二层可配置交换机。在交换机上划分VLAN。通过LAN或EOC方式接入。
（1）基于EPON+LAN的接入网方式为主要改造方式，条件是双向网改造时必须同轴和五类线同时入户。该模式是以局域网的以太网技术为基础的，通过在小区不同大楼之间以及各用户所在大楼内部布设光纤和五类双绞线，组成多为星形结构的宽带接入网络。LAN方式是成熟的最稳定的以太网技术，是我们公司双向网络改造的主要方向，五类线加同轴8+1的接入方式是迎接三网融合的网络基础。
（2）基于EPON+基带EOC的接入网为辅助方式
基带EOC设备包括EOC局端设备和EOC终端设备。EOC局端设备相当于混频器，将数据信号与电视信号混合后进行传输，有数据接入口，接口类型为10/100M自适应，连接器类型为RJ45网络接口，输入阻抗为100Ω。EOC终端设备实质上就是分频器，一般都是无源类型，有同轴输入口、数据和TV输出口。同轴输入口为F型连接座， 输入阻抗为75Ω；数据接口类型为RJ45网络接口，输入阻抗为100Ω。TV输出口为F型连接座， 输入阻抗为75Ω。但都没有统一的标准，也没有大规模应用。
（3）基于EPON+有源EOC的接入网为辅助方式 有源调制EoC系统包括局端设备、用户侧的终端设备和电缆、分支分配器、跨接器等部分组成。基于数字家庭网络技术的有源调制EoC主要有HomePlug技术、HomePNA技术、MoCA技术、WiFi降频技术。EoC技术是CMTS的廉价替代技术，同时具有室外设备故障率低，易于维护；户均建设成本低，前期投入较低；入户容易，用户室内无需重新布线，用户乐于接受；接入带宽较高，可承载业务多，基本能满足大带宽业务的需求等特点。但都没有统一的标准，也没有大规模应用。
（4）通过EPON传输方式接入。
将汇聚层交换机S6506R交换机作为汇聚层核心节点，采用EPON传输技术接入。OLT局端设备搭建在分前端机房，和中央交换机直接级联。现EPON技术可以支持1.25Gb/s对称速率，将来速率还能升级到10Gebps，10GE EPON还能够满足NGB的带宽要求，10GE EPON+千兆交换机方式可以使用户入户带宽达到百兆。
（5）通过光纤收发器方式进行接入：
对于集团用户或者分散特殊的用户时采用，方法为光纤收发器一边和汇聚层中央交换机S6506R级连，另一边连接两层可配置交换机。光纤收发器选择时要区分单纤或双纤的，FE或GE的。
四．lP城域网的IP地址规划
1.IP地址设计原则
采用国际INTERNET上采用的TCP/IP协议和网络体系结构，具有良好的开放性。
IP地址的合理规划是数据网络设计中的重要一环，承载网必须对IP地址进行统一规划并得到实施。IP地址规划的好坏，影响到网络路由协议算法的效率，影响到网络的性能，影响到网络的扩展，影响到网络的管理，也必将直接影响到网络应用的进一步发展。
IP地址空间分配，要与网络拓扑层次结构相适应，既要有效地利用地址空间，又要体现出网络的可扩展性和灵活性，同时能满足路由协议的要求，以便于网络中的路由聚类，减少路由器中路由表的长度，减少对路由器CPU、内存的消耗，提高路由算法的效率，加快路由变化的收敛速度，同时还要考虑到网络地址的可管理性。具体分配时要遵循以下原则：
唯一性：一个IP网络中不能有两个主机采用相同的IP地址；
简单性：地址分配应简单易于管理，降低网络扩展的复杂性，简化路由表的款项；
连续性：连续地址在层次结构网络中易于进行路径叠合，大大缩减路由表，提高路由算法的效率；
可扩展性：地址分配在每一层次上都要留有余量，在网络规模扩展时能保证地址叠合所需的连续性；
灵活性：地址分配应具有灵活性，以满足多种路由策略的优化，充分利用地址空间。
企业用户应为其分配公有地址，局域网内部使用私有地址，地址的转换由企业自己处理。由于青海广电网络公网IP地址比较缺乏，社区宽带网内的用户可为其分配私有IP地址，并允许用户通过私有IP地址访问城域网内部的宽带业务。NAT功能可设置在城域网出口、边缘层或接入层。初期阶段建议设置在城域网出口。设备IP地址包括设备的loopback地址、设备间互连的地址、NAT地址池，这些地址往往使用公有IP地址，城域网内部设备使用的IP地址应分配几个集中的地址块。城域网设备之间的连接链路每条需占用4个公有IP地址，设备之间的链路包括核心层设备之间、汇聚层与核心层之间、接入层与汇聚层之间、网络与业务服务器之间的连接。每个设备LoopBack占用1个公有IP地址。带外网管应使用私有IP地址，应根据各城域网设备数量，并考虑长远的发展为其预留几个集中的私有地址块。
2.IP地址和vlan规划
为了减少局域网内地址冲突，本次工程统一采用10.0.0.0网段地址。为了便于后期工程维护，本次工程采用网管地址与业务地址在不同的网段内。
IP地址规划基本分为网络地址，包括网络互联地址（点对点链路或其它链路地址）和网络设备地址 。网络设备地址原则：每台设备一个地址，给出一个单独地址段。本次工程设备互联地址分配采用10.0.2.0/24一个C 类地址。
3.用户IP地址
专线用户应为其出口分配公网地址，局域网内部使用私有地址，地址的转换由企业自己处理，一般是在企业出口的路由器或防火墙设备上完成；个人用户机顶盒、语音终端采用私网IP地址，和宽带上网用户的地址统一规划，保证电脑和机顶盒、语音终端之间可以互访，机顶盒、语音终端和电脑划分在不同的私网网段。
个人用户各种终端的私网地址各分前端统一规划，为了节省私网IP地址资源，要根据各分前端实际用户需要按需逐段分配私网网段。
4.设备IP地址
设备IP地址包括设备的loopback地址、设备间互连的地址、NAT地址池，这些地址采用和用户不同网段的地址，保证其安全性和对外的不可见性。同时要预留大量的地址给今后的扩容使用，保留部分网段地址预留作为设备的IP地址。
5.设备命名原则
为了方便地址规划及今后的维护，采用统一的设备命名规范，如：[分前端名] [分隔符] [网络类型] [分隔符] [设备类别] [分隔符] [安装地设备编号]
其中：1.分隔符为英文字符“-”；
2.设备类别为设备实际类型；
3.安装地设备编号为阿拉伯数字，范围从1开始递增；
4.网络类型为小写英文字符，如“10g”“155M”：
5.分前端名为所在分前端名称缩写（小写英文字符）；
如西宁分前端的S6506R交换机命名应该为：
“Xingning-10g-S6506R-1”
五.IP城域网业务开展及实现
广电网络公司的宽带基础设施建设已日臻成熟，在大型的宽带网上搭建点播系统，为宽带用户提供视频点播服务已成为我公司重要的增值业务。构建大型视频点播网站时主要需考虑的因素为：系统的稳定性、灵活的扩展性、系统安全性、强大的支持大并发流等特性。省广电VOD点播系统以省公司中心机房VOD服务器为中心，采用分布式结构、负载均衡及边缘服务器镜像技术，可满足在复杂的城域网环境下支持多达960并发用户点播节目的需求，同时具备灵活的扩展性；严格的用户认证和节目级别管理、全面的系统监控功能、完善的点播计费策略，多种媒体格式的支持，保证了系统具备极高的安全性、可用性及兼容性。
随着广播电视网络的不断提升和业务的高速发展，城域网业务日益多样化，业务接口越来越复杂，业务量也大大增加，用户对带宽的需求飞速增长。城域网建设是以宽带光传输为开放平台，通过各类网关实现话音、数据、图像、多媒体、IP接入和各种增值/智能等业务，与长途网互通的综合业务网络，是数据骨干网在城域范围内的延伸，同时也是宽带业务在城域触及用户的关键，是广电网络发展的必由之路。B&P
主要参考文献：
1． 《接入网技术》 张中荃 人民邮电出版社
2． 《宽带IP网络》 毛京丽 人民邮电出版社 2010.
3． 《现代通信网》 毛京丽 北京邮电大学出版社 2007
一．青海广电网网络结构及传输网现状
经过几年快速的发展，青海广电网络公司已完成了西宁市区广播电视数字电视整体平移工作及80%线路的双向改造。网络是业务的基础，业务是网络价值的具体体现，数据城域网的综合业务承载能力，对于青海广电网络业务的良性发展和用户需求的满足至关重要。
目前我公司的数据城域网现有的接入网已在逐步建设和完善，形成了以青海广电网络公司大楼为核心的总前端（中心机房），七一路、德令哈路、团结桥、国际村、城南等地为分前端（节点机房），覆盖西宁整个小区和家庭的双向传输网络。西宁广电数据城域网已经通过了一期建设，初步完成了西宁市区的数据城域网的建设，并已开展业务。数据IP网络建设，是我们的网络建设又一个关键点，也是广电行业推进“三网融合”的重要举措。
目前我公司的数据城域网一期工程的骨干网络结构是核心层采用华为NE40-8路由器为中央路由器，为汇聚层提供数据的高速转发，Dhcp Server也由NE40承担；防火墙采用华为EDOMEN 300通过NAT转换接入Internet，实现宽带上网；汇聚层中央交换机S6506R采用RRPP环网结构进行了联网，骨干层和汇聚层设备之间全部采用GE光路互连。计费认证系统采用的是北京城市热点的计费认证系统，整个系统支持6000用户注册，6000用户并发。接入方式主要有EPON+LAN、EPON+基带EOC、EPON+有源EOC、CMTS等方式。
现已开通EPON系统OLT PON口56个，一个PON口可支持ONU终端节点数量为32个，按一个ONU支持用户数为30户计算，可支持近6万用户，并且在设备与网络中都具有巨大的扩容潜力和发展空间。
二．西宁市区广电网IP业务预测及建设必要性
现在广电城域网建设需求分析如下：
我公司从现阶段三网融合的背景结合目前广电业界的主要的建网思路和模型，提出青海广电业务承载网建设需要考虑网络能承载IPTV业务、宽带业务、VOIP业务、企业专线业务。这些业务对网络的需求主要体现在流量模型、带宽和QoS需求上。
目前在初期建设只在总前端设置VOD服务器，所以从总前端到分前端带宽需求较大，需根据分前端用户数来计算各分前端到总前端的需求带宽。今后可以考虑在各分前端部署VOD服务器，总前端和分前端的VOD流量模型可以按照90%VOD流量在分前端机房终结，10%的VOD流量从总前端下发。
三．西宁市区IP城域网结构设计
1.网络拓扑结构设计
青海广电网络数据城域网拟建的二期工程将建设一个真正意义上的全业务承载网。整个网络由城域网骨干核心层、汇聚层和接入层组成。
数据城域网网络拓扑图如下：
2.骨干层网络设计
（1）随着业务量的不断增加，二期工程时把骨干网络逐步要建设为2.5GE或10GE三层高速以太网骨干网络。中心数据机房配置核心路由器一台，配置型号为华为NE80，各分前端配置骨干层路由器一台，配置型号为华为NE40E，并且路由器之间构建RPR弹形分组环，保证骨干层设备安全、可靠运行，并且能够支撑全业务。
建设RPR环网，要涉及到数据网络总前端节点建设及七一路、德令哈路、团结桥、国际村、城南各分前端节点建设，所有节点均需要新增1台城域网核心层路由器设备。现骨干层NE40需要下移。
（2）建设公司业务运营支撑BOSS系统，对数字电视、宽带业务、VOD业务、Voip等业务能够实现统一管理。也是对现有计费认证系统的升级和改造。
（3）汇集层网络设计
汇聚层主要对区域内接入层的分散业务进行汇聚，完成区域内的数据交换，提供用户管理。
在汇聚层采用中高端交换机S6506R，为了适应网络扁平化发展的趋势，汇聚各接入业务，分别采用1台高端3层交换机做汇聚交换机，以汇聚各接入点信息流；并分别通过SDH和骨干层NE80通过GE互联。
3.网络接入层的设计
接入层主要是为最终用户接入服务，放置在用户侧，采用S2000系列二层可配置交换机。在交换机上划分VLAN。通过LAN或EOC方式接入。
（1）基于EPON+LAN的接入网方式为主要改造方式，条件是双向网改造时必须同轴和五类线同时入户。该模式是以局域网的以太网技术为基础的，通过在小区不同大楼之间以及各用户所在大楼内部布设光纤和五类双绞线，组成多为星形结构的宽带接入网络。LAN方式是成熟的最稳定的以太网技术，是我们公司双向网络改造的主要方向，五类线加同轴8+1的接入方式是迎接三网融合的网络基础。
（2）基于EPON+基带EOC的接入网为辅助方式
基带EOC设备包括EOC局端设备和EOC终端设备。EOC局端设备相当于混频器，将数据信号与电视信号混合后进行传输，有数据接入口，接口类型为10/100M自适应，连接器类型为RJ45网络接口，输入阻抗为100Ω。EOC终端设备实质上就是分频器，一般都是无源类型，有同轴输入口、数据和TV输出口。同轴输入口为F型连接座， 输入阻抗为75Ω；数据接口类型为RJ45网络接口，输入阻抗为100Ω。TV输出口为F型连接座， 输入阻抗为75Ω。但都没有统一的标准，也没有大规模应用。
（3）基于EPON+有源EOC的接入网为辅助方式 有源调制EoC系统包括局端设备、用户侧的终端设备和电缆、分支分配器、跨接器等部分组成。基于数字家庭网络技术的有源调制EoC主要有HomePlug技术、HomePNA技术、MoCA技术、WiFi降频技术。EoC技术是CMTS的廉价替代技术，同时具有室外设备故障率低，易于维护；户均建设成本低，前期投入较低；入户容易，用户室内无需重新布线，用户乐于接受；接入带宽较高，可承载业务多，基本能满足大带宽业务的需求等特点。但都没有统一的标准，也没有大规模应用。
（4）通过EPON传输方式接入。
将汇聚层交换机S6506R交换机作为汇聚层核心节点，采用EPON传输技术接入。OLT局端设备搭建在分前端机房，和中央交换机直接级联。现EPON技术可以支持1.25Gb/s对称速率，将来速率还能升级到10Gebps，10GE EPON还能够满足NGB的带宽要求，10GE EPON+千兆交换机方式可以使用户入户带宽达到百兆。
（5）通过光纤收发器方式进行接入：
对于集团用户或者分散特殊的用户时采用，方法为光纤收发器一边和汇聚层中央交换机S6506R级连，另一边连接两层可配置交换机。光纤收发器选择时要区分单纤或双纤的，FE或GE的。
四．lP城域网的IP地址规划
1.IP地址设计原则
采用国际INTERNET上采用的TCP/IP协议和网络体系结构，具有良好的开放性。
IP地址的合理规划是数据网络设计中的重要一环，承载网必须对IP地址进行统一规划并得到实施。IP地址规划的好坏，影响到网络路由协议算法的效率，影响到网络的性能，影响到网络的扩展，影响到网络的管理，也必将直接影响到网络应用的进一步发展。
IP地址空间分配，要与网络拓扑层次结构相适应，既要有效地利用地址空间，又要体现出网络的可扩展性和灵活性，同时能满足路由协议的要求，以便于网络中的路由聚类，减少路由器中路由表的长度，减少对路由器CPU、内存的消耗，提高路由算法的效率，加快路由变化的收敛速度，同时还要考虑到网络地址的可管理性。具体分配时要遵循以下原则：
唯一性：一个IP网络中不能有两个主机采用相同的IP地址；
简单性：地址分配应简单易于管理，降低网络扩展的复杂性，简化路由表的款项；
连续性：连续地址在层次结构网络中易于进行路径叠合，大大缩减路由表，提高路由算法的效率；
可扩展性：地址分配在每一层次上都要留有余量，在网络规模扩展时能保证地址叠合所需的连续性；
灵活性：地址分配应具有灵活性，以满足多种路由策略的优化，充分利用地址空间。
企业用户应为其分配公有地址，局域网内部使用私有地址，地址的转换由企业自己处理。由于青海广电网络公网IP地址比较缺乏，社区宽带网内的用户可为其分配私有IP地址，并允许用户通过私有IP地址访问城域网内部的宽带业务。NAT功能可设置在城域网出口、边缘层或接入层。初期阶段建议设置在城域网出口。设备IP地址包括设备的loopback地址、设备间互连的地址、NAT地址池，这些地址往往使用公有IP地址，城域网内部设备使用的IP地址应分配几个集中的地址块。城域网设备之间的连接链路每条需占用4个公有IP地址，设备之间的链路包括核心层设备之间、汇聚层与核心层之间、接入层与汇聚层之间、网络与业务服务器之间的连接。每个设备LoopBack占用1个公有IP地址。带外网管应使用私有IP地址，应根据各城域网设备数量，并考虑长远的发展为其预留几个集中的私有地址块。
2.IP地址和vlan规划
为了减少局域网内地址冲突，本次工程统一采用10.0.0.0网段地址。为了便于后期工程维护，本次工程采用网管地址与业务地址在不同的网段内。
IP地址规划基本分为网络地址，包括网络互联地址（点对点链路或其它链路地址）和网络设备地址 。网络设备地址原则：每台设备一个地址，给出一个单独地址段。本次工程设备互联地址分配采用10.0.2.0/24一个C 类地址。
3.用户IP地址
专线用户应为其出口分配公网地址，局域网内部使用私有地址，地址的转换由企业自己处理，一般是在企业出口的路由器或防火墙设备上完成；个人用户机顶盒、语音终端采用私网IP地址，和宽带上网用户的地址统一规划，保证电脑和机顶盒、语音终端之间可以互访，机顶盒、语音终端和电脑划分在不同的私网网段。
个人用户各种终端的私网地址各分前端统一规划，为了节省私网IP地址资源，要根据各分前端实际用户需要按需逐段分配私网网段。
4.设备IP地址
设备IP地址包括设备的loopback地址、设备间互连的地址、NAT地址池，这些地址采用和用户不同网段的地址，保证其安全性和对外的不可见性。同时要预留大量的地址给今后的扩容使用，保留部分网段地址预留作为设备的IP地址。
5.设备命名原则
为了方便地址规划及今后的维护，采用统一的设备命名规范，如：[分前端名] [分隔符] [网络类型] [分隔符] [设备类别] [分隔符] [安装地设备编号]
其中：1.分隔符为英文字符“-”；
2.设备类别为设备实际类型；
3.安装地设备编号为阿拉伯数字，范围从1开始递增；
4.网络类型为小写英文字符，如“10g”“155M”：
5.分前端名为所在分前端名称缩写（小写英文字符）；
如西宁分前端的S6506R交换机命名应该为：
“Xingning-10g-S6506R-1”
五.IP城域网业务开展及实现
广电网络公司的宽带基础设施建设已日臻成熟，在大型的宽带网上搭建点播系统，为宽带用户提供视频点播服务已成为我公司重要的增值业务。构建大型视频点播网站时主要需考虑的因素为：系统的稳定性、灵活的扩展性、系统安全性、强大的支持大并发流等特性。省广电VOD点播系统以省公司中心机房VOD服务器为中心，采用分布式结构、负载均衡及边缘服务器镜像技术，可满足在复杂的城域网环境下支持多达960并发用户点播节目的需求，同时具备灵活的扩展性；严格的用户认证和节目级别管理、全面的系统监控功能、完善的点播计费策略，多种媒体格式的支持，保证了系统具备极高的安全性、可用性及兼容性。
随着广播电视网络的不断提升和业务的高速发展，城域网业务日益多样化，业务接口越来越复杂，业务量也大大增加，用户对带宽的需求飞速增长。城域网建设是以宽带光传输为开放平台，通过各类网关实现话音、数据、图像、多媒体、IP接入和各种增值/智能等业务，与长途网互通的综合业务网络，是数据骨干网在城域范围内的延伸，同时也是宽带业务在城域触及用户的关键，是广电网络发展的必由之路。B&P
主要参考文献：
1． 《接入网技术》 张中荃 人民邮电出版社
2． 《宽带IP网络》 毛京丽 人民邮电出版社 2010.
3． 《现代通信网》 毛京丽 北京邮电大学出版社 2007