宽带城域网

宽带城域网

一、宽带城域网的概念

城域网（metropolitan area network;MAN）是一种界于局域网与广域网之间，覆盖一个城市的地理范围，用来将同一区域内的多个局域网互连起来的中等范围的计算机网。它属于通信科技的一级学科、通信网络的二级学科。

城域网是在一个城市范围内所建立的计算机通信网，简称MAN。属宽带局域网。由于采用具有有源交换元件的局域网技术，网中传输时延较小，它的传输媒介主要采用光缆，传输速率在l00兆比特/秒以上。MAN的一个重要用途是用作骨干网，通过它将位于同--城市内不同地点的主机、数据库，以及LAN等互相联接起来，这与WAN的作用有相似之处，但两者在实现方法与性能上有很大差别。之所以将MAN单独的列出的一个主要原因是已经有了一个标准：分布式队列双总线DQDB （Distributed Queue Dual Bus），即IEEE802.6。DQDB是由双总线构成，所有的计算机都连结在上面。

而所谓的宽带城域网，就是在城市范围内，以IP和A TM电信技术为基础，以光纤作为传输媒介，集数据、语音、视频服务于一体的高带宽、多功能、多业务接入的的多媒体通信网络。它能够满足政府机构、金融保险、大中小学校、公司企业等单位对高速率、高质量数据通信业务日益旺盛的需求，特别是快速发展起来的互联网用户群对宽带高速上网的需求。

二、业务定位

第一类是具有100％的QoS要求的业务（主要为电路出租，即某些客户租用后，在其上开展实时性业务）。这类业务最好的解决办法是采用TDM技术或ATM的电路仿真技术。在FR技术中通过设定较高的CIR速率值（承诺保证速率）也可实现。由于这类业务的数量增长并不很多，而传统的电信运营商已具备庞大的SDH／PDH、DDN／FR／ATM网，完全可以承担此类业务，而无需动用宽带IP城域网。

第二类是具有X％（100＞X＞0）的QoS要求的业务（主要用于计算机联网的电路出租：如银行、证券、大型商场的需要）。这类业务不需要绝对的QoS保障和实时性，但对电路数量要求较多，因此最好采用FR技术，通过限定较低的CIR速率值和较大的突发速率值（PIR）来实现。宽带城域网可考虑提供部分速率很高的此类业务（但不一定是FR）。

第三类是无质量要求的尽力传送业务（Best Effort）（主要为接入因特网）。这类业务不需要非常好的QoS保障，但需要大量带宽和接入速率，不太在乎时延，但要求总体速度高，价钱便宜。这类业务无疑将是宽带IP城域网主要面对的业务。对于传统的运营商，宽带城域网的业务将定位在第三类和少量的第二类业务上。而新兴的运营商可能还希望承载一部分第一类业务。

三、宽带城域网骨干层技术选择

可选择的宽带城域网骨干层技术从大的方面可分为三类：第一类是从ATM技术发展而来的ATM（MPLS）和一机双平面技术[ATM（MPLS）+NATIVE IP]；第二类为从IP路由器技术发展而来的IP（MPLS）技术；第三类为以太网／IP的二／三层交换技术。

1、ATM技术具有较强的综合传送能力，它可以动态分配带宽，传输突发性数据，也可保障固定带宽需求的业务。由于它是面向连接的技术，因而更容易对资源进行控制和保证传输质量。由于采用了固定长度的短数据包（信元）和精简的信元头，使交换快速和灵活地进行。但ATM技术在支持IP方面存在着种种不足和缺点，如ATM的综合能力是基于在链路上提供丰富的QoS参数，但不具备端到端的QoS能力；因为目前还没有一种标准方法实现IP优先级（CoS）分类映射到ATM的QoS，因而不能提供完全的QoS保证；较强的综合性会带来技术上的复杂性，同时导致管理复杂和价格昂贵；若将IP数据流一对一地映射到ATM SVC上，会耗费大量的时间和资源于建立和拆除连接上，且与IP业务流相应的VC 连接数目存在指数增长O（N2）问题，造成复杂的地址解析和妨碍扩展性。

为了解决ATM对IP的支持不足，业务较为看好的是朝集成模式发展的MPI上。MPLS 将面向连接的机制加入到非连接的IP协议中，并通过标签将L3的路由信息映射到L2交换中，从而既保持了IP协议的灵活、可靠和可扩展性，又可充分利用ATM交换机快速交换的能力及其资源管理机制，大大提高了数据的转发速度和网络的吞吐量，并有利于QoS的实现。MPLS仍然有许多内容未得到标准化，离最终实用化及不同厂家产品互连尚需时日。

2、但是随着技术的进步，路由器已从传统基于总线（背板）交换、软件包转发和集中式处理结构改变成交换矩阵、硬件包转发和分布式处理结构，处理能力和吞吐量已大大提高。而且随着更健壮的网络资源管理控制机制如MPLS和RSVP等的实现，以及采用IP over DWDM技术使得网络几乎已不再出现阻塞。加之用户端采用缓冲及压缩技术，可以较好地在城域、甚至广域范围内开展实时业务，使QoS水平几乎可与TDM、ATM电路仿真相媲美。对以数据、多媒体业务为主的宽带城域网络来说，使用千兆位路由器（具备MPLS和一定功能的RSVP）来组建，是优选方案。

3、在不到20年的时间内，以太网技术从10Base-T、100Base-XX、再到1000Base-XX，向前跨出了三步，以满足对网络带宽的本地追求。

由于以太网／IP之二／三层交换机的主要优良性能在于第二层的交换，而第三层的交换和路由不是它的强项（它的路由性能无法与路由器相比），但是如果过多地依赖第二层功能，将存在广播风暴的危险和SPANNING TREE收敛时间过长的问题。过多地划分VLAN，会使网络流量难以控制和导致管理复杂。另外，由于PPPOE等业务需建立在全程第二层技术之上，所以从用户到接入服务器的跨骨干的VLAN是必须的，然而大的VLAN本身也存在隐忧：无冗余备份功能，若采用VRRP实现备份，则又使SPANNING TREE大大和更复

杂。而第二层的交换技术对于PPPOE、DHCP（与RADIUS认证配合）等接入服务具有较好的效果，利于认证、计费和带宽的管理。综上所述，在大型（如广州、深圳）IP宽带城域网的骨干层，不宜采用此类技术。而中小城市在网络组建初期，业务量不大时使用该类技术是较好的选择。随着业务量的增加和发展，逐步过渡到采用高性能路由器技术组建骨干层，外围仍可是二、三层混合的分布式结构。当骨干层为纯路由模式时，可将宽带接入服务器设备分散设置（比如每个骨干点一台），这样同样可以使PPPOE、DHCP等接入服务在第二层成功地到达宽带接入设备。另外，虽然在高性能路由器上可以划分VLAN，但这种做法是“大材小用”，即把路由当作交换机使用，无疑是一种浪费，且效果不佳。

四、宽带城域网接入层技术选择

1．传统ATM技术

这种技术具有较好的流量和带宽控制能力，也能较好地支持实时性业务，由于只是将其应用于网络外围接入层中，因此它的许多缺点，如VC数目过多的问题已不复存在，且有利于开展多样性服务和有利于计费和管理；但由于只使用到它的复用功能，并没有使用其复杂的信令和交换，因而从价格上讲是比较昂贵的，各运营商应根据自己的实际情况和网络业务定位加以选择。

2．DDN／FR／SDH技术

这类技术作为宽带IP网、以太网接入形式的补充，弥补了城域网覆盖面短期内不足的问题，因而可成为选择之一。但由于传统运营商已具备了一个覆盖面几乎无所不及的基础数据网络（DDN／FR／ATM）和DDH传输网络，所以只需要将宽带IP城域网与其互连即可达到目的。DDN／FR接入的弱点不仅带宽较窄、采用铜线接入等，更重要的是其固定、半固定的带宽分配限制了计费方式的多样和灵活性，且价格昂贵，不被普通家庭所喜欢。ATM 和SDH主要针对大型集团用户的特殊需求，数量不是特别多。新兴运营商可根据需要，小规模地建立这类网络。

3．以太网技术

这种技术具有光纤到大楼、小区之后采用UTP5类线分配的特点，所以具备高性能、高质量、高速率、高稳定性、技术成熟、共享性能好，又特别适合于突发性数据业务等特点，因而可作为城域网的主要接入层技术。但它的不足之处是用户隔离方法较为烦琐且广播包较多，只有通过细致的网络规划和管理以及选择高性能设备来弥补。

4．ADSL接入技术

ADSL技术在主要优点是可以充分利用现有的铜缆资源实现下行9～10Mbit／s和上行几百bit／s速率的接入手段。定位在为零散分布用户或不计划改造现有双绞线布线计划的

小区／大厦用户，提供高速接入。

目前ADSL大多依靠ATM技术接入到服务器或路由器（ATM over ADSL），而各省也已具备一定规模的ATM网络，因而这种技术主要作为ATM技术的接入和延伸，目前并没有作为IP城域网的主要接入手段。由于上行端口的以太网技术（ETHERNET over ADSL）和设备正在逐渐成熟之中，所以在已建立了城域网的节点处可通过此类设备接入到城域网，以避免耗费过多的光纤资源和ATM网络的追加投资。也可采用在城域网设备上提供ATM 端口与ADSL连接的方法，但该方法在接入宽带接入服务器时存在着中断的问题，即不能全程二层与接入服务器建立PPP连接，需要重新开发软件，但若作为专线接入（永远在线）是可行的。

5．本地多点分配业务系统（LMDS）技术

LMDS属于双向宽带无线接入技1术，主要为用户快速、廉价地提供高速、高质量的双向数据接入服务。LMDS作为一种光纤无法到达时的补充接入手段是比较好的，但应仅作为辅助性和临时性接入手段。

6．综合接入技术（设备）

综合接入技术（设备）是采用同一套局端（远端）接入设备提供DDN／FR／ATM／PSTN ／ISDN／LAN／SDH等多种接入业务的技术（设备）。这种技术（设备）对于不具有独立的DDN／FR／ATM／SDH网的运营商是一种较好的选择，但对传统电信运营商来说，会在个别小的新建节点采用（节省成本），但不会大量采用。因为目前综合接入产品在功能上还不能完全满足要求，特别是在宽带和支持VLAN、VPN业务方面，设备的成熟性也有待测试和试验。