城域网光纤传输网络规划与设计毕业设计

城域网光纤传输网络规划与设计

摘要

城域网光纤传输网了是本地传输网络的一个重要的组成部分，主要是在一个城市建立核心层，汇聚层和接入层，使其可以满足一个城市的主要通信功能。随着社会的不断发展，目前人们对于通信业务的需求量正在快速的增长，所以建立一个快速的城域网光纤传输网络是必要的。而光纤传输网拥有超高速率，超大容量和超长传输距离的传输优点，更好的满足了人们对于通信的需求。

本文通过对光纤传输网络组网方式的研究和现有的设备选取，提出合理的方案来组建一个快速的城域网光纤传输网络，之后用思科软件对所设计的网络进行仿真，了解其物理链路是否可以正常的运行，对网络目前面临的一些问题提出合理的解决方案。

关键词：光纤传输网络；城域网；网络仿真；组网方法

THE OPTICAL FIBER TRANSIMISSTION NETWORK PROGARAM PLANNING AND DESIGN

ON METROPOLITAN AREA NETWORK

ABSTRACT

Metropolitan optical fiber transmission network of local transmission network an important part, mainly in a city to build the core layer, convergence layer and access layer, so that it can meet the main communication function of a city. With the continuous development of the society, the demand for the communication business is growing rapidly, so it is necessary to build a fast man optical fiber transmission network.. The optical fiber transmission network has the advantages of ultra high speed, ultra large capacity and ultra long transmission distance, and it can meet the needs of the communication..

In this paper, the research on optical fiber transmission network and existing equipment selection, reasonable plan proposed to build a fast metropolitan area network optical fiber transmission network, followed by Cisco's software to simulate the designed network, understand the physical link to the normal operation, put forward reasonable solutions for some problems currently faced by the network.

Key words：Optical fiber transmission network; Metropolitan area network;

network simulation; networking method

目录

1 绪论 (1)

1.1 课题背景及目的 (1)

1.2 国内外研究状况 (1)

1.3 课题研究方法 (2)

2 城域网光纤传输网络简介 (3)

2.1 传输网络介绍 (3)

2.2 城域光纤传输网基本概念 (3)

2.3 城域网光纤传输网的基本特点 (3)

2.4 光纤种类的介绍 (4)

2.4.1 单模光纤介绍 (4)

2.5 光缆的介绍 (5)

2.6 光传播中设备的介绍 (6)

2.7 组网的方法 (6)

2.7.1 核心层组网方法 (6)

2.7.2 汇聚层组网方法 (7)

2.7.3 接入层组网方法 (8)

3 天水市光纤传输网设计 (11)

3.1 天水市介绍和网络的规划 (11)

3.2 核心层规划与设计 (12)

3.2.1 核心层的选址 (13)

3.2.2 核心层机房的建设 (13)

3.2.3 核心层光纤和光缆芯数的选择 (14)

3.2.4 核心层光缆的铺设方法 (14)

3.2.5 核心层光缆的长度需求 (15)

3.3 汇聚层规划与设计 (15)

3.3.1 汇聚层机房的选址 (16)

3.3.2 汇聚层机房的建设 (17)

3.3.3 汇聚层光纤和光缆芯数的选择 (17)

3.3.4 汇聚层光缆的铺设方法 (17)

3.3.5 汇聚层光缆的长度需求 (18)

3.4 接入层规划与设计 (18)

3.4.1 接入层光接入节点的建设 (18)

3.4.2 光接入节点的数量和建设要求 (19)

3.4.3 接入层光纤和光缆芯数的选择 (19)

3.4.4 接入层光缆的铺设方法 (20)

3.4.5 接入层光缆的长度需求 (20)

3.5 路由器的配置 (20)

4 网络仿真 (22)

4.1 仿真平台介绍 (22)

4.2 城域网光纤传输网仿真 (22)

4.2.1 搭建仿真网络 (22)

4.2.2 核心层路由器各端口IP地址分配 (22)

4.2.3 汇聚层路由器各端口IP地址分配 (23)

4.2.4 接入层用户的IP地址分配 (24)

4.4 网络的运行和仿真结果 (24)

4.5 网络安全 (26)

5 结论 (32)

参考文献 (33)

致谢 (34)

1 绪论

1.1 课题背景及目的

早在3000年前人类就开始使用光进行通信的传输，例如我国的烽火台就算是光通信的一种，在一二十年前，光纤通信作为一个新名词进入到人类的社会当中，在起初光纤通信对于我们大部分人来说是那么的遥不可及，但是纵观这些年光纤通信的飞速发展，它已经悄然的进入到了我们的生活当中，在我们的日常生活和工作大部分已经离不开光纤传输网络。光纤通信总体来说可以为为三个阶段，第一阶段主要是光纤的基础研究和如何将光纤应用到商业的探讨；第二阶段主要是用于提高传输距离和传输速率的研究；第三阶段则是在现有的基础上以超高速率，超大容量和超长传输距离的研究。随着社会和科技的快速发展，人们对于物质生活的需求不断地提高，在通信方面，拥有个个超高速，超长容量和超常传输距离的一个传输网络是人们目前想要得到的目标，所以光纤传输网络成为了城市传输网所演变的必然趋势。在我国将一个城市的城域网建设成以光纤为传输介质的网络早已经开始建设，在北京，上海等各大城市已经拥有了一个比较完善的光纤传输网络系统，使当地的通信传输业务拥有飞速拓展和良好发展的重要前提，在各个建设光纤网络的城市基础上可以看出光纤传输网对于当地发展的好处，所以在经济允许的的情况下对于中小城市光纤传输网络的建设也是必然趋势。

1.2 国内外研究状况

纵观国内外光纤网络的研究状况，光纤通信的起点是1966年，高锟与霍克哈姆发表的关于传输介质的论文，提出以光纤为介质进行通信的传输，奠定了目前光纤通信的基础。在之后的为三十年，光纤的发展可以用飞速来进行形容，随着光纤生产技术的不断进步和生产规模的不断扩大，光线的价格也不像刚开始的时候那样的高昂，使得光纤的应用范围无限的扩大，成为了目前信息传输的主要媒介。在未来光纤通信系统将会成为国家信息基础建设的支柱，对信息传输有着较高的主导地位。我国对于光纤通信的重视程度不亚于其他发达国家，七十年代

初期就开始了对于光纤的研究，1979年已经在上海和北京建立了光纤传输网络的试验系统。并且随着社会的发展与我国科研人员的前瞻性在1991年就已经放弃了长途电缆通信系统的建设而开始光纤通信的建设。可以看出我国的光纤传输网络处于全世界的领先阶段，同时可有效地促进我国的经济发展。

1.3 课题研究方法

本课题先进通过理论学习，了解各组网方法和组网需求，行市场调研了解现有的光纤设备，对城市各个县区进行勘察，根据当地的情况选取最合适的组网方案和组网设备，对该方案所组建的城域网光纤传输网络进行系统的分析和总结，说明该方案的优缺点。

2城域光纤传输网络介绍

2.1 传输网络介绍

在我国传输网被分为三级，国家一级干线传输网络，省二级传输干线网络和本地传输网络。其中本地传输网主要是建设骨干网络和接入网络。

2.2 城域光纤传输网基本概念

城域网(Metropolitan Area Network)是指在一个城市内将所有的通信用户以光缆为媒介连接起来，形成一个高速的传输网络，使用户可以进行所需要的通信传输。城域网拓扑图结构如图2.1所示。

图2.1 城域网的结构

由图可以看出城域网主要由核心层、汇聚层和接入层三个部分组成，而这三部分在城域网中发挥着各自不同的作用。核心层的主要是将一个城市内不同地点的主机、数据库以及LAN相互连接，同时实现多个汇聚层的连接。汇聚层是连接核心层和接入层的设备，其主要是为接入层提供服务，同时保证城域网内部数据的安全和稳定。接入层主要是利用多种方法，使用户可以接入网络，使其可以满足用户的需求。

2.3 城域网光纤传输网的基本特点

（1）传输速率高。相对于铜线和电缆传输，光纤传输拥有较高的得传输速率和较宽的频带，速率可以扩至数十Gb/s。可以满足城市未来的通信网络发展和人们对于网络速度的需求。

（2）拥有较低的费用。由于光纤通信的大力研究和生产，目前光纤的生产的工艺比较简单，大大的降低了其所需要的费用，而且考虑到传输时信号的损耗，要应用中继来使得减少损耗，但是光纤通信的损耗率极低，其可以跨越更长的无中继站的距离进行传输，减少了中继站的数目，从侧面可以看出光纤传输网络相对于传统的电缆网络减少了更多的成本。

（3）抗干扰能力强。光纤是用石英制成的绝缘体材料，不易被腐蚀。而且光纤是应用光进行传播的，所以现在社会中对通信的主要干扰源--电磁波不会干扰到光的传输，即使是较强的太阳风暴出现，也不会对于光纤通信系统产生任何的影响。所以在架设时不需要考虑太多的电磁波干扰，降低了城域网光纤传输网铺设线路的难度。

（4）重量较轻。由于光纤的材质相对于其余的传输介质较轻，是光纤更容易携带和安装。

（5）拥有较高的使用寿命。各类光纤设备都拥有很高的使用寿命，一般在光纤建设时都考虑到15-20年的使用寿命。

2.4 光纤种类的介绍

在现有的光纤中，以传输方式可以将光纤分为两种类型，即单模光纤和多模光纤。单模光纤就是在光纤的中心轴线中有一条传输路径，光信号在其中利用光的全反射原理，沿直线传播，这样的传播方式不会发生色散，可靠性相对于其他的传播方式较高。而多模光纤顾名思义就是在光纤中拥有多个中心轴线，光源有无限多的传播路径，所以拥有较大的传输带宽。相比较单模光纤和多模光纤，他们之间有很多的优缺点。虽然多模光纤拥有多个传输路径使其拥有较大的传输带宽，但是多模光纤的作用范围小，往往都在几公里之内，然而城域网的组建往往要考虑到较大的覆盖面积和较长的传输距离，这种特性符合单模光纤的传输特性，所以在组建城域网时多选择单模光纤作为传输介质来进行组网。

2.4.1 单模光纤介绍

当今社会中所使用的单模光纤主要有G.652光纤，G.653光纤和G.655光纤

三种。

G.652光纤称为非色散位移光纤，是目前标准的单模光纤，也是使用最多的光纤之一，我国大部分光纤建设都是应用的这种光纤。国际电信联盟远程通信标准化组织将G.652光纤分为了ABCD四种类型。其中G.652A光纤支持10Gbit/s 系统传输距离达400KM，支持40Gbit/s系统传输距离为2KM，由于城域网大部分的组网距离为50~150KM，所以大部分光纤网络建设选用G.652A进行铺设。

G.653光纤常称为色散位移光纤，这种光纤由于是通过波导色散进行色散平移，当复用信道多时，会由于信道间距变小，产生信号干扰，所以大多数时都不会使用这种光纤，目前仅有日本大量的铺设了这种光纤。

G.655光纤称为非零色散位移光纤，主要是对G.653的改进，可以有效地抑制G.653光纤所产生的信号干扰。

2.5 光缆的介绍

光缆就是以一定的制作工艺，形成一个保护壳，将光纤包入其中，作为传输介质进行信息的传递。光缆的类型可分为带状光缆和束状光缆，两者相比较带状光缆更易于组装和建设，所以在组建本地网络时，选择带状光缆进行建设。带状光缆的介绍如表2-1所示。

表2-1 带状光缆结构比较

结构优点缺点

骨架式光缆纤芯数高，光纤密度大，集装度高，

缆芯为全干式结构，光缆外径相对小

节约管道资源，对环境无影响，抗测

压性好，施工便捷，掏接容易，效率

高，易于分支。

由于骨架槽不是全

色谱，识别比层绞式

光缆复杂。

层绞式光缆采用松套管和SZ绞合，光纤余长稳

定，易于线路分支，配纤，组合以及

中间接入，掏接容易。

光缆外径相对较大，

由于光缆为油膏填

充结构，对环境有一

定的影响。

中心管式光缆外径小，单位横截面积光纤密度高，

使用原材料少，相对价格较低。

余长控制的难度较

大，光纤叠体不稳

定，且芯数不能太

大，掏接难度大。

2.6 光传播中设备的介绍

在光的传输中，主要存在两个转换，电/光转换和光/电转换。下面主要介绍形成这两种转换所需要的设备。

电/光转换中所需要的最主要的设备就是光发射机。光发射机的作用是将从复用设备送来的HDB3信码变换成NRZ码；接着将NRZ码编为适合在光缆线路上传输的码型；最后在进行电/光转换，将电信号转换成光信号并耦合进光纤。使信息可以在光纤中传输。

相反的，光/电转换所需要的设备就是光接收机，它的作用和光发射机是相反的，将光信号转换为电信号引入到用户当中。但是由于光在光纤的传播中会或多或少的产生衰减，所以光接收机还有一个主要作用就是将传来的信号放大和整形，在形成原信号，保证原信号正确传播。

在光的传输中最不可少的就是光缆配线架，方便的实现了光纤组网的调配，光缆的分配等。

2.7 组网的方法

城域网的组建，组要是对于其中的三个层进行组建，集合当地的实际情况，选取一个符合当地的网络建设，一下将对于各个层的组网方法进行统一的介绍，方便在之后选取合适的方法，进行城域网的组建。

2.7.1 核心层组网方法

由于核心层是连接城域网的核心节点，拥有重要地位，所以在建设核心层时主要考虑到的因素就是网络的高可靠性和高性能。目前核心层的建设方案主要有两种办法，环网结构配纤法和拟格形网配纤法。

环网结构配纤法就是将主干交换机和核心交换机以环状的形式连接起来，而虚拟格形网配纤法则是以环状结构配纤法为基础，同时将其两两相接，组成一个网状结构。基本的组网方法如图2.2所示。