中国电信集团上海研究与开发中心项目经理，硕士 王孝明
摘要 文章描述了中国电信集团上海研究与开发中心设计的区域宽带IP骨干网络，着重介绍了宽带IP骨干网络的系统组成、设计方法及业务实现。
关键词 骨干网 开放最短路径优先 网络地址翻译
1 区域宽带IP骨干网络的用户需求分析
作为区域宽带IP骨干网络建成后，应能为位于不同地点的同一企业或政府机构提供快速、方便、安全的连接；同时能为政府、企业用户和个人用户提供高速上网服务。
区域宽带IP骨干网络应成为一套现代化的计算机系统，使用户享有其应有的信息资源（包括数据、语音和图像等），并且能与全球计算机网络联网，获取国内外相关资料。从应用出发，作为整个系统的核心部分，充分考虑与其它子系统结合，为整个系统提供一个理想的平台。
区域宽带IP骨干网络系统能提供的多媒体应用有以下几方面：
（1）交互式视频会议；
（2）引入提供稳定支持MultiCasting IP通道的技术，以支持基于Web的VOD远程点播和视频广播；
（3）基于Web的网上“虚拟学校”；
（4）基于Web的数据会议应用。
区域宽带IP骨干网络系统要求为用户提供从双向交互视频（基于会议电视）、单向视频广播到视频点播的一整套多媒体应用手段，并提供定因特网浏览及数据会议系统。用户可根据自己的实际情况，选择各自的应用及其组合。
2 网络配置及网络拓扑
网络的设计要求建造一个高速的交换主干，建立一个高速的数据网络，选择何种交换技术作为骨干交换技术是成功建立骨干信息网的关键。这里根据区域本地IP骨干网的应用和业务需求，选用业界技术和性能领先的Smart Switch Router系列千兆位交换路由器，组建区域IP骨干网及汇接网。
用千中兆以太网，完全可以实现交换式宽带IP骨干网所需的功能。这主要是由于支持千兆以太网的第3/4层交换机的出现，大大增强了千兆以太网在骨干网中的地位，原来认为的以太网的一些不足（如对多媒体应用及QoS的支持、灵活的网络拓扑结构和多链路负载分享、基于标准的虚拟网等），已为新的技术和标准所解决。Smart Switch Router交换式路由器在单模光纤上的传输距离可达75km，同时还支持IP over SDH/SONET和IP over ATM，使千兆网成为骨干网的首选，并支持全面的IP QoS质量保证。
本方案针对用户需求分析的结果，采用千兆以太网和第3/4层交换式路由器作为解决方案的核心。
*网络配置说明
网络分主干层、乡镇汇接点及乡镇接入点。
*网络主干层
采用三台SSR8600作为核心网络交换路由设备，构成一个闭环，提高了核心链路的可靠性。各配置两块双口千兆长距离模块用于互连，采用Smart Trunk技术聚集带宽，使主干带宽在全双工下达到4G。每个核心网络交换路由设备配置多块单口千兆单模模块，用于与远距离乡镇汇接点互连，配置一块双口千兆多模模块，用于与本地乡镇汇接点互连。核心节点以SmartTrunk技术聚集带宽，除了带宽增倍之外，还提供链路级的容错能力。主干层之间采用OSPF路由协议，汇聚各接入子网的路由。
*与其它网络的连接
在其中一个SSR8600交换机上，可配置ATM模块或POS模块，以市区的PossPort ATM交换机互连。可使用155M的ATM模块。区域宽带IP骨干网络拓扑结构如图1。
3 主要网络业务开通流程
3.1VLAN的划分及IP地址的划分
区域宽带IP骨干网络有三个主干节点。主干节点采用Cabletron公司的智能交换路由器SSR8600，每两个主干节点间采用双千兆链路连接，构成带4Gb/s（全双工）的主干线路，既增加了骨干带宽总容量，又可实现负载共享。以上链路均由超长距千兆模块互连而成，各节点配置一16口10/100M UTP以太模块，用以连接服务器群、管理工作站及本地站点。
区域宽带IP骨干网络是基于TCP/IP协议的、包括多种应用系统的复杂的企业内部网络系统，在分配IP地址时，必须充分考虑网络运行和管理、路由算法效率、路由变化收敛速度及IP地址分配简单性和可扩充性。简言之，IP地址分配应具备：
（1）唯一性：在一个IP网络中，任何两个主机不能采用相同的IP地址；
（2）简单性：地址分配应简单，易于管理，降低网络扩展的复杂性；
（3）连续性：在层次结构网络中，连续地址易于进行路径叠合，缩减路由表，提高路由算法效率；
（4）可扩展性：地址分配在每一层次上都要留有余量，以便在网络规模扩展时能保证地址叠合所需的连续性；
（5）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。
区域宽带IP骨干网络的IP地址分配采用可变长子网掩码技术（VLSM），利用可变长子网掩码，实现层次型编址和寻径，节约IP地址资源，简化寻径算法，提高网络性能。区域宽带IP骨干网的IP地址划分将采用可变长子网掩码技术，在几个B类地址中将网络进一步划分成各个子网。
3.2路由结构和上网的地址转换
在大型路由网络中，应选择适当的路由协议，仔细进行地址和路由规划，这对优化整个网络的性能、保证网络的扩展性和健壮性具有非常重要的意义。宽带IP骨干网具有接入点多、应用复杂和容量要求高等特点。因此，在宽带IP网络方案中，应极为重视路由的优化。
3.2.1路由协议选择
路由协议有域内路由和域间路由两种基本类型。域内路由协议主要有OSPF、IS-IS、RIP/RIP2等，域间路由协议主要有BGP和EGP等。
域间路由协议应用于不同的自治域之间，一般用于不同服务供应商之间的互连。同一服务商路由器之间的信息交换一般采用内部路由协议。区域宽带IP骨干网由电信部门统一管理，因此其内部路由器之间的路由交换应选用内部路由协议。而宽带IP网络与省网和Internet的接入可采用BGP协议。
Smart Switch Router支持RIP//RIPv2、OSPF和BGP-4等IP路由协议。IPX路由协议支持RIP和SAP，并支持IGMP、DVMRP、PIM-DM和PIM-SM等多点广播协议。各种路由协议均以线速实现。
OSPF是专门为大网络设计的路由协议，它没有路由跳数限制，网络域可以被细分成各个易于管理的子域，OSPF协议具有如下特点：
*分层路由结构支持路由会聚，支持的路由器数量在实际网络环境中没有限制，适合大型网络的要求。
*完全基于标准的解决方案，容错能力极强，支持复杂的网络拓扑结构。
*收敛时间快，OSPF分层路由方式能将路由变化对整体网络路由结构的影响限制在最小范围内。
基于OSPF协议的上述特点，本方案选用OSPF路由协议作为核心路由协议。
3.2.2区域IP骨干网络地址转换
地址划分是优化路由处理的重要组成部分。在宽带IP网络中，由于我们不可能申请到相当数量的合法IP地址，初步设计采用保留地址，地址按区域划分。
采用保留IP地址具有以下特点。在技术方面，访问Internet时，必须设立网关，实现保留IP地址与合法IP地址之间的转换。在IP地址资源占用方面，仅在网络与其它网络互联设备及网络对Internet提供公开服务的服务器上，使用静态分配的合法IP地址，此时设备独立占用IP地址。而对于网络上临时接入ChinaNet的主机和用户，通常由地址翻译系统动态地临时分配一个合法的IP地址，采用共享少量IP地址的方式提供服务。因此，建议占用较少的IP地址资源。在安全性方面，与Chinanet等其它网络互联的设备和公开的服务器具有合法IP地址，可以被Internet上的其它节点访问（通过地址翻译系统的受控访问），其它设备和主机由于没有合法IP地址，不能直接被Internet访问，因此系统的安全性较好。
在地址分配过程中，各节点的保留IP地址应昼保持连续性，以便进行内部路由管理。同样，整个网络内部也应尽量保持地址块的连续性，保留IP地址的使用，为将来网络发展留有余地，以便于网络的统一规划。
在这次工程中，我们采用在区域这边的NAT设备上实现合法申请来的IP地址，并保留网段之间的NAT。
3.3企业内部网连接的实现
如图2所示，A、B分部的交换设备经光电转换器分别连入SSR2200（1）的不同端口，SSR2200（1）根据端口划分为VLANA和VLANB，SSR2200（1）通Trunk技术上连至SSR8600（1）；A、B总部的交换设备经光电转换器分别连入SSR2200（2）的不同端口，SSR2200（2）根据端口划分VLANA和VLANB，SSR2200（2）通过Trunk技术上连至SSR8600（2）。SSR8600（1）和SSR8600（2）之间通过Smart Trunk技术实现负载平衡，在SSR8600和SSR2200上均不启动两个VLAN之间的路由，这样在保证安全隔离各个不同VLAN的基础上，实现不同地点的分部和总部在同一VLAN中进行高速通信。
3.4高速上网
如图3所示，骨干交换机SSR8600（2）有专用的模块与ISP（上海热线）连接。在全网统一规划地址，设置私有的A类和B类地址，再设置可变长掩码，划分为若干个子网。SSR2200所连接的企业、政府用户通过SSR8600上网时，用NAT作公用合法地址（如上海热线提供的地址），与区域IP宽带网规划的私有A类或B类地址之间转换（在作NAT时，SSR8600通过路由汇聚，已把各子网重新汇聚为A类或B类地址）。具体叙述如下：企业A分部和总部在同一VLAN中进行高速通信的同时，还要实现高速上网（为了节省费用，统一在A总部上网）。在与A总部相连的SSR2200（2）另开一端口（通过路由方式与ISP连接），然后通过防火墙接入A总部企内网。这样，企业A必须申请两条线路，一条用于企内网，一条用于高速上网。值得注意的是，这时A总部所用的设备必须是具有路由功能的路由交换机。当然，在经费允许的情况下，企业A各分部也可采用同样的方法上网。
3.5多媒体业务的支持
SSR交换路由器可为不同的应用提供不同级别的服务，并能与Internet协同工作。本方案所采用的各种交换机均支持IEEE 802.1P标准，Smart Switch Router更具有对应用层数据流行控制的能力，可以保证不同类型服务的服务质量，能支持IP网中的话音应用，并透过IP多点组播支持视频应用。本方案所使用的各种交换机均支持IGMP Snooping(IGMP是IP多点组播的工业标准)，其中，Smart Switch Router更支持DVMRP协议，使IP多点组播更加有效。
所有这些网络特性为在IP网络上开展多媒体业务（包括VOD和Voice Over IP）等，提供了技术保障。
4 结束语
区域宽带IP骨干网络设计方案已经成功地指导了多个区域宽带IP骨干网络的建设，完全实现了方案设计中的所有多媒体业务，成功地为ADSL、HFC和FTTB+LAN等接入网提供了稳定的骨干网络平台。该设计方案获得用户的一致好评，并得到上级单位的表彰。
摘自《电信快报》2001.11
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