宽带IP城域网建设中的典型问题

袁捷 中京邮电通信设计院

　　摘 要 当前运营商的竞争重点从骨干向用户侧转移，城域网得到了蓬勃发展。本文通过对城域网承载技术选择、LAN接入、MPLS在城域网中的应用、建设可盈利的宽带网络等进行讨论，探讨了宽带IP城域网建设中的典型问题。

关键饲 宽带 IP 城域网

1 概述

　　当前网络建设热点逐步从骨干向用户侧转移，城域网在整个电信网络中的作用也越来越重要，运营商的竞争重点正在从骨干网转向城域网，建立高效经济的支持多业务的城域网已经成为各运营公司的共同目标。

　　同时，城域网的业务主体也正在发生深刻变化，业务类型从单纯的TDM为主、2Mbit/s为颗粒向数据业务为主、宽带接口过渡，如何进行有效的规划，保证从过去单纯满足话音传输为主，相对静态的网络过渡到支持多业务、动态可扩展性强的网络是各个运营商都关心的问题。

1.1 需要明确的概念

　　城域网本来是一个计算机网概念，最初产生于局域网互联和数据新业务发展的需要，在1990年成为IEEE所规范的一种覆盖城域范围的特定新型计算机网络，正式形成并成为分布式排队双总线（DQDB）的IEEE 802.6标准。以后随着形势的变化逐渐发展成为各类不同背景新兴运营公司的区域性多业务通信网，传统电信运营公司也开始在其相应的局间中继网范围大量建设类似的多业务区域性通信网，近年来城域向已经成为社会和业界关注的热点和竞争点。

　　数据专业和传输专业谈论的城域网并不是同一个主体，一个从数据组网考虑（如路由器、三层交换机的配置），一个从传输节点考虑，综合各种业务的接入和承载。为了对二者加以区别，本文分别称之为城域传送网和城域数据网，这二者共同构成城域网建设的主要内容。

　　城域传送网是本地传送网覆盖中心城中的部分，也是本地传送网在城市区域的具体表现，负责为同一城市内的交换机、基站、路由器等业务节点提供传输电路。城域传送网具有适应多种业务需要、业务需求密集、业务量大等特点。

　　由于城域数据网的概念是在计算机局域网、电信传送网和Internet得到很大发展，并在IP over Everything和Everything over IP提到研究日程以后提出的，因此一开始就对其提出了高速、综合业务、宽带、光纤连接和适用于传送IP业务等较高的建网条件。

1.2 城域网层次划分

　　城域网的层次划分可以从两个方面来分析，纵向和横向划分。所谓纵向划分是按照所对应的个同网络分层加以区别，比较常见的是分成传送网和业务网，传送网是业务网的物理承载平台，应该适应不同业务网的相关需求。

　　横向划分时，常把城域网分为3层结构：核心层、汇聚层和接入层。值得强调的是城域网的层次分为3层并不是固定的，这与城市规模、业务类型等一系列因素都有关系。在中小城市，则可以简化为两层，只有核心层、汇聚层（汇聚层和接入层综合在一起）；而在另外一些城市，可能汇聚层与核心层集成在一起，只有核心层（汇聚层）与接入层。运营商根据自己的网络规模、业务分布来决定网络的层次。

　　另外，随着城域网网络规模的扩大，其接入层面与客户网络有了越来越多的重叠，接入网络有被边缘化的趋势。特别是在激烈的竞争区域，后来的运营者对于商业大厦、写字楼等大用户，将光纤延伸至大楼，直接与企业的LAN相连，从而使城域网接入部分等同于客户

网络。

　　城域网建设涉及当前网络技术的许多方面，全面地对其进行分析是难以办到的，本文仅对宽带IP城域网建设中经常遇到的几个问题做出一定探讨。

2 IP城域网承载技术选择

　　城域数据网是以城域传送网作为承载平台的，讨论城域传送网技术的一个重要的原因在于传送网所面对的业务主体发生了变化。目前随着各种宽带业务的出现，城域传送网所面对的客户信号不再只是电话TDM业务，其中IP网络的应用是10年前所无法预料的，出现了

LAN的互联、计算机海量存储系统的备份等许多新业务，许多客户要求提供利用之层技术构造VLAN或VPN网络，而这些接口是目前传送网很难提供的。

　　由于目前讨论城域传送网技术的文献比较多，本文只对其中几种典型技术做一个简单的比较。

2.1 基于SDH多业务传送节点（MSTP）

　　基于SDH多业务传送节点（MSTP）是目前广泛应用的产品。为了适应城域网多业务的需求，SDH从单纯支持2Mbit/s、155Mbit/s等话音业务接口向包括以太网和ATM等多业务接口演进，将多种不同业务通过VC或VC级联方式映射入SDH时隙进行处理。SDH多业务节点将传送节点与各种业务节点融合在一起，各厂商只是融合程度不同。

　　MSTP的出发点是将2层或3层的功能作为SDH附加功能来支持完成的，其对2层或ATM层处理都是与SDH处理相分离的，但都可以映射到SDH的VC时隙进行重组成交叉到群路接口。从功能上看，MSTP除了具有SDH功能外，还具有2层MAC层功能和ATM功能。

　　MSTP比较适合于已经敷设大量SDH网的运营公司，它可以方便有效地支持分组数据业务，实现从电路交换网到分组网的过渡，适合支持混合型业务量特别是以TDM业务量为主的混合型业务量，同时可以保证网络管理的统一性。

2.2 基于弹性分组环（RPR）技术

　　正在由IEEE 802.17工作组制定的RPR技术，吸收了吉比特以太网的经济性、SDH系统50ms环保护特性。RPR采用类似以太网的帧格式，结合MPLS标记，基于MAC高速交换，简化IP前传。RPR技术可以支持更细致的带宽颗粒，网络成本较低，可以承载具有突发件的IP业务，同时支持传统语音传送，有比较好的带宽公平机制和拥塞控制机制。RPR坏是在整个环上实现公平机制而不是在单独链路上，容易实行全局的公平机制。服务供应商可以利用源节点发送数据包的速率来控制上游节点和下游节点的速率。带宽策略允许在无拥塞的情况下，把环上任意两个节点之间所有的带宽分配给这两个节点，没有SDH那种固定电路系统的不灵活性，同时又比点到点的以太网更加有效。

　　目前RPR的标准化尚未完全完成，其中的一个重要问题是对时钟的透明传输，RPR同步机制与SDH不同，必须确保TDM时钟可以透明传输到对端。第二个挑战来自RPR定义的是一个环网结构下的技术，无法工作在复杂的网络环境下（甚至是环间互联），而实际的城域网络环境则是十分复杂的。

　　RPR技术适合于以数据业务为主、TDM业务为辅的网络，其应用范围将逐渐扩大，适合于新建网络。

2.3 基于WDM的城域网

　　WDM技术不仅提高光纤利用率，而已在业务信号复杂多变的城域网中，对信号具有透明性，它可以对从不同设备出来的信号不进行速率和帧结构调整，直接进行透明传输。这可给用户、特别是租用波长的用户以最大的灵活性。同时，不同波长间的信号互不干涉，每个波长都可以进行自己的灵活上下，城域传输网采用WDM技术主要应用于城域骨干网。

　　城域OADM环网可以承载大量客户的多种协议和多种速率的业务，每个波长承载一种业务的方式将很快耗尽波长，为提高每个波长的带宽利用率，应尽量避免低速率业务单独占用一个光波长通道。一种新兴的经济有效的方法是将多个低速率客户信号复用到一个波长信道中，该技术被称为子速率（或子波长）复用，从而实现了每个波长多种业务。这种子速率复用器降低了城域网WDM系统的应用门槛，可以直接容纳低速率的信号，给组网带来了灵活性。

　　WDM环网解决了两个重要问题，光纤短缺和多业务的透明传输。成本是限制其应用的重要因素，目前它主要用来保护那些SDH还无法保护的业务，如ESCON、Fiber Channel等。

2.4 传送网技术比较

　　MSTP比较适合于已经大量敷设了SDH网络的运营公司，可以方便有效地支持分组数据业务，实现从电路交换网到分组网的过渡，而SDH与RPR的结合更是增强了它对数据业务的支持。在MSTP上实现RPR对以太网业务支持是一种很好的解决方案，将两者的优势结合起来。对于传统运营商，基于SDH多业务传送节点应是其应用重点。

　　RPR技术适合于以数据为主、TDM业务为辅的网络环境，可以作为中小城市组网的手段，特别适合下新运营商在竞争区域开展业务。但是它仅支持环网结构和相对简单的网管系统，限制了它在更大范围的应用。

　　城域WDM技术的最大挑战来自成本，随着电信市场竞争的加剧和业务类型的增加，在城域网内光纤短缺将越来越普遍，而WDM应用的概率也大大提高，但维护的复杂性、成本依然是它大规模使用的限制因素。

　　城域网最大的特点是多样性，每种技术都有其应用空间，我们不能简单地以一种方式来决定各个地区城城网的发展，应根据城市规模、业务类型、用户分布等选取合理的技术，并充分考虑与业务层的配置关系，考虑两个层面的协调，同时发挥网管系统的强大能力，真正实现城域网内灵活的电路调度和端到端管理。

　　综合上述比较，本文认为在现阶段宽带IP城域网建设中，MSTP是一种较好地平衡了多业务承载需求和投资成本的承载方案。

3 FTTx＋LAN方式接入城域网

　　建设宽带IP城域网目的之一是为用户提供快速方便的宽带接入服务，而城域数据网本身的多业务特性决定了其接入技术的多样性，每个运营商都根据自身特点提出了不同的解决方案，例如ATM多业务接入、xDSL、FTTx＋HFC、FTTx＋LAN、LMDS等，其中FTTx＋LAN方式为许多运营商所看好。本文认为有两方面的原因，一方面以太网技术非常成熟，应用非常普及和方便，价格也较为便宜；另一方面，伴随着宽带网络建设浪潮，商业用户包括大中企业、高档写字楼、宾馆、政府机构、学校等的网络接入需求急速增加，而这些用户相对集中且接入端口很密集，可以通过LAN交换机提供高密度的网络连接方案，从而能以最少的投资实现商业用户的宽带接入。

　　目前以太网接入技术得到了广泛的使用，但随着业务开展的不断深入，对网络建设也提出了更高的要求，以下对FTTx＋LAN接入方式中几个值得关注的问题进行讨论。

3.1 用户信息安全

　　用户信息安全问题一直是IP网络中的讨论热点。在网络建设初期，用户对安全性可能要求不高，但随着用户数量的不断上升和使用的业务种类不断增多，用户将会越来越多地考虑到信息的安全性。

　　为保证用户数据的安全和用户的隐私，必须要满足每个用户之间的互相隔离，可供采用的技术一般有：

（1）基于端口的VLAN：基于端口的VLAN是以一个单独用户或一个特定的用户群为一个VLAN，从而实现相互之间的隔离。但是一个基于端口的VLAN的缺点就在于它的扩展性是有限的，一般的交换机难以支持大量的VLAN数量划分，对以后的网络扩容和用户急剧增加显得无能为力；另外一点是目前有一些宽带的接入服务器及其它的类似用户接入管理设备都不支持基于VLAN的PPPOE拨号；

（2）Uplink隔离：Uplink隔离是把属于相同VLAN中的一个交换机端口作为上联端，有了这个上联端口，交换机会把左右的广播包及未知目的地址的Unicast包都传送到这个上联端口那里，而不会再广播给任何其它端口。这样就避免了用户用类似网络邻居或者其它广播的方式发现对方，也避免了小区和接入端所出现的不必要或恶意的广播风暴，保护了网络的安全；

（3）MAC过滤：当一个交换机接收到一个需要交换的第二层数据包时，它会首先检查包的内容，然后和事先定义好的MAC过滤表相比较，如果该包与MAC过滤表的项目吻合，则交换机将允许该包通过，否则丢弃。采用该技术的缺点是操作不灵活，并且维护成本较高。

（4）访问控制：对用户间的隔离除了采用以上技术外，还可以结合基于第二层的路由ACL控制，保证用户之间在IP层也无法联通，这样就可以进一步提供用户的安全。

3.2 IP地址分配与网络地址转换

　　IP地址资源问题一直是Internet建设中的难题之一，而当前的宽带IP城域网中，由于处在建设初期，用户量不大，大多采用公有IP地址。随着宽带城域网的建设，这个问题有可能会变得更为严重，因为宽带网络的用户可能是永远在线的，特别是包月制情况下。用户规模扩大之后，地址空间较为紧张，一般都采用私有IP地址。但即使如此，也应该考虑到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量的急剧增长，很快会耗尽。因此建议用户IP地址通过动态分配方式进行分配（可以是私有地址也可以是公有地址）。用户访问网络资源时，从IP地址池中历史申请到一个地址，使用完后再归还到地址池中。而IP地址池可以位于客户管理系统上，也可以集中放置在RADIUS服务器上。

　　由于高速接入Internet是宽带城域网的主要业务。而进行Internet访问时，用户必须使用全球唯一的IP地址，因此宽带IP城域网建设中如果采用了私有IP地址。运营商应该保证其用户在使用私有IP地址时同样可以接入Internet，解决方法就是采用专门的IP地址转换设备或采用带NAT插卡的客户管理系统，将私有IP地址转换成运营商自己的公开IP地址，从而可以进行统一的Internet寻址。

3.3 用户认证与计费

　　运营商建设网络的根本目的在于能够通过网络运营为用户提供服务而获取高额利润，因此必须对使用网络的用户按照一定的原则进行计费。而最简单的计费方式就是包月制，在网络建设初期广为采用，但随着业务市场不断发展，由于用户的需求不一，这种方式将难以适应市场需求，网络必须能按照用户使用资源的情况进行计费，支持按时长、按流量、包月制等多种计费方式或针对不同的策略进行计费的功能，以满足城域网不同用户的需求。要做到这一点，就必须首先能够对使用网络的用户进行身份认证，以防止非法用户的盗用。对于目前流行的PPPoE和DHCP＋认证方式，其主要区别如下：

（1）PPPoE接入设备要同主机在同一个二层网络内，以便主机通过广播发现PPPoE接入设备，而DHCP＋可以跨越第三层；

（2）即使在PPPoE拨号认证成功后，接入设备也是通信必经的下一跳路由，如果PPPoE接入设备性能较低，很可能成为网络瓶颈；而DHCP＋的服务器由于只用于配置信息获取阶段，所以基本个会成为瓶颈；

（3）在计费上，PPPoE既可以计时，也可以计流量；DHCP＋只能计时（如需计流量则必须在用户接入处配置可以计流量的交换机）；

（4）PPPoE可以对用户通信进行速率限制，且很多设备可以做到上，下行不对称；DHCP＋设备不能提供此功能；

（5）PPPoE设备可针特定用户设置访问控制列表、过滤或防火墙功能；DHCP＋不能做到。

　　通过比较可以看出，PPPoE和DHCP＋两种认证方式各有利弊，应在实际运营中根据用户需求灵活使用。

4 MPLS技术在城域网中的应用

　　MPLS技术自从诞生以来，一直受到运营商的广泛关注，作为宽带IP网络的重要组成部分，如何在城域网范围内部署MPLS也是经常被讨论的议题。有人认为，在城域网中引入MPLS后，可以利用其提供的流量工程、服务质最保证，MPLS VPN等新功能，实现类似与帧中继、ATM的服务质量，是未来三网融合的关键技术之一，可以使IP网从“无连接”向“有连接”过渡，实现“电信级”的下一代IP城域网。

　　但从目前国内各个运营商城域网建设情况看，部署MPLS技术的案例尚不多见，究其原因，本文认为各运营商城域网大多处在发展初期，网络结构简单，业务也较为单一，暂时没有迫切市场需求；同时，运营商所面临的另一个主要问题是MPLS技术本身还需不断发展完善，这里仅举个网络传输效率的例子。

　　传统的IP动态路由协议总是选择最短路径转发IP包，可能造成在两个节点之间沿着最短路径上的路由器和链路可能发生了拥塞，而沿较长路径的路由器和链路却是空闲的。MPLS的一个重要应用是做流量工程，把MPLS应用于一对入口和出口LSR之间配置的多条路径，允许入口LSR把流量分配到不同的LSP上。在理想情况下，可以使得入口交换机使用全部网络资源，在到同一出口的不同路径上公平地装载流量。

　　目前IP网上的绝大多数流量是基于TCP流的应用（超过90％），而基于TCP的应用是一种弹性业务，也就是说，TCP会根据网络的拥宰情况，动态调整发送数据包的速率，以适应网络的拥宰情况：如果判断网络发生拥塞，则快速降低发送速率；否则缓慢提高发送速率。

　　现在的问题是，如果高层应用是基于TCP拥塞控制机制的，而又运行在已经启用了MPLS流量工程的网络上的话，高层的TCP和低层的MPLS都会对拥塞做出反应，这时无论是TCP还是MPLS流量工程都已经很难对路径是否“过载”做出比较准确的判断。还有一个问题是，如果流量工程选择了另一条LSP，则可能会同为路径的改变而导致TCP重排序的可能性的增加，相当程度上降低TCP的效率。

　　当然，以上情况只有在部署了MPLS TE且发生链路拥塞的极端情况下才可能出现，目前还没有看到其对网络影响的详细评估。勿庸置疑，MPLS技术仍具有极大的优越性并在不断的完善之中，其中主要的优点就是采用了类似标记交换和IP交换的方式，相对简化转发处理，提高IP包的转发效率。但从类似例子中我们不难发现，对于当前不断产生的新技术、新业务，运营商不仅应该及早跟踪，还应结合自身网络实际情况和客户需求，力争选择最成熟的介入时机，既要尽早占领业务市场，又要使新技术很好地服务于业务需求，以获取最佳投资效益。

5 建设可盈利的宽带城域网

　　现在有这样的观点，城域网如果建设不当会成为像互联网那样的泡沫，其实我们能够看到，一切对于城域网的担心无非归结为一点，即能否有吸引到用户的宽带内容和服务，事实上运营商也是看到这样的情况，才不断与大量ICP、ASP等结成合作伙伴关系，形成互利的价值链，并且要建立一个支持开放接入、安全、可扩展的平台。

　　由于国内电信市场日趋理智，运营商在网络建设中成本意识不断增强，坚持市场与效益并重的原则，在网络建设之初必须考虑业务收益。建设可盈利宽带城域网首要解决的问题是正确定位客户群，发现利润区，培养和构建价值链。

　　定位客户群，首先要区分高价值用户和普通用户。粗略来看，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、中小企业、高档写字楼、宾馆、政府机构、学校等。个人用户可进一步分类为家庭用户，管理、商务、技术人员、工人、学生等。不同的用户群对有偿服务的价格敏感程度大相径庭。大多数商业用户对价格的敏感程度较低，而对服务质最要求较高，对新业务的要求比较保守，习惯于接受成熟的业务。而个人用户大多对价格敏感，但他们敢于尝试各种新业务，对服务质量要求相对不高。

　　发现利润区是在细分客户群的基础上，对特色业务进行分类。例如，可以将宽带城域网中开展的互联网业务进一步细分为告通家庭低速上网（炒股、在线小游戏）业务、新建小区高速上网业务、网吧业务、办公上网业务等。不同业务对设备的要求不同，客户群的数量也不同，运营商得到回报和利润也不同。为此，可以根据调查结果，进行投资回报分析，为调整业务重心和增加运营商盈利提供参考。

　　建设可盈利宽带城域网的另一重要方面是培养和构建合理的宽带价值链。个人用户互联网通信经历了从渴望连接到渴望带宽、再到渴望内容3个阶段，由于宽带城域数据网在城市范围内具有带宽充裕、网络结构相对简单、网络时延低的特点，随着人们在城市内通信需求的增加，使得本地范围内的视频广播级的流媒体等高带宽服务获得了比广域互联网上更好的发展条件。但传统互联网内容服务以免费为主，目前基于宽带技术的新兴业务，如IP话音，网上电台广播，音乐点播甚至视频服务也有免费倾向，至今宽带网的良性经济价值链尚未建立。

　　简单来说，本文认为运营商必须在建网之初就对客户群进行细分，发现利润区，与内容服务商紧密结合，有针对性地提供网络服务，建立良好的盈利模式。

　　建设可盈利的宽带城域网，还要求运营商打破一步到位的建设模式，事先制定持续发展的统规划，分阶段、分步骤逐步实施，边投入边产出，逐步实现和形成立带城域网建设、业务滚动发展和价值链的良性循环。这样既可减少一次性投资过大的问题，又可根据业务的开展动态调整建设节奏和规模，最大程度地降低投资风险。

6 结束语

　　总之，相对传统本地网而言，城域网的业务个体发生了深刻变化，具有业务种类多、流量变化大等新特点，其应用技术与面对的问题都呈多样化。在宽带IP城域网建设的规划设计中，应结合运营商自身网络基础和业务发展重点，明确企业利润所在，最大程度地满足终端用户需求，同时坚持市场与效益并重的某本原则，合理选择技术方案，分步完成网络建设，实现业务滚动发展和价值链的良性循环。

摘自《电信工程技术与标准化》