IP城域網(wǎng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)研究

白鑫 呂天啟

【摘要】城域網(wǎng)是城市信息化建設(shè)中的基礎(chǔ)設(shè)施，在信息化技術(shù)高速發(fā)展的大背景下，網(wǎng)絡(luò)信息高速增長(zhǎng)，業(yè)務(wù)種類越來(lái)越多樣化，傳統(tǒng)的城域網(wǎng)在業(yè)務(wù)支撐、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性以及安全性等方面已經(jīng)無(wú)法滿足時(shí)代發(fā)展的需要。急需對(duì)現(xiàn)有城域網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，提供安全、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。鑒于此，本文對(duì)IP城域網(wǎng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究。

【關(guān)鍵詞】IP城域網(wǎng);網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

中圖分類號(hào)：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2022.02.024

城域網(wǎng)（Metropolitan Area Network，MAN）是城市寬帶業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，在寬帶網(wǎng)絡(luò)傳輸體制上，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、視頻、通信傳輸?shù)亩嗝襟w業(yè)務(wù)。城域網(wǎng)負(fù)責(zé)用戶端設(shè)備的接入和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸功能，在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高度普及的今天，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍不斷擴(kuò)大，城域網(wǎng)建設(shè)也成為了現(xiàn)代城市發(fā)展的核心要素。提供更加優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、滿足不同用戶的差異性需求、建設(shè)更加安全可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是城域網(wǎng)未來(lái)發(fā)展的主要方向?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)日新月異，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，移動(dòng)終端設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)改變了人們生活和工作方式。互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代信息傳輸成為了左右企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)、人際交往、城市發(fā)展的重要因素。因此，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)成為各大運(yùn)營(yíng)商的競(jìng)爭(zhēng)目標(biāo)。如何給用戶提供高效、穩(wěn)定、安全的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是運(yùn)營(yíng)商發(fā)展的先決條件。尤其是在網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積不斷擴(kuò)大的城市，原有城域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)等方面發(fā)展相對(duì)滯后，已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)下信息傳輸?shù)男枨?。因此，針?duì)原有IP城域網(wǎng)架構(gòu)需要進(jìn)行優(yōu)化，滿足城市智能化、信息化發(fā)展的需要。

1. IP城域網(wǎng)基本特性

城域網(wǎng)是指在城市范圍內(nèi)建立的通信網(wǎng)絡(luò)，具有原交換技術(shù)的局域網(wǎng)。在城域網(wǎng)中可以將不同地點(diǎn)的主機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)以及寬帶連接起來(lái)。在信息化背景下，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷普及和發(fā)展，促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量以及業(yè)務(wù)種類的飛速增長(zhǎng)。城市網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大的同時(shí)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的質(zhì)量成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，在處理海量信息的過(guò)程中會(huì)給網(wǎng)絡(luò)造成一定的擁塞和延遲問(wèn)題，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)安全也會(huì)受到影響，尤其是一些新興多媒體業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的多樣性和差異化有了更高的要求。因此，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)難以提供較高業(yè)務(wù)質(zhì)量的服務(wù)。因此需要通過(guò)對(duì)城域網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)提升其信息傳輸質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。IP城域網(wǎng)架構(gòu)具備以下基本特征：

1.1 高帶寬

IP城域網(wǎng)滿足城市互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的需求，使得城域網(wǎng)對(duì)業(yè)務(wù)流量有著較高要求。提供大容量的寬帶滿足城市業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理，同時(shí)借助強(qiáng)大的靈活性，動(dòng)態(tài)分配帶寬，應(yīng)對(duì)城市數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不確定性和多樣性特點(diǎn)。

1.2 低投入

IP城域網(wǎng)建設(shè)具有很明顯的性價(jià)比，設(shè)備投入較低，可擴(kuò)展性強(qiáng)，使用普通路由器和網(wǎng)卡連接到城域網(wǎng)中。用戶只需要將網(wǎng)卡或者路由器與城域網(wǎng)進(jìn)行匹配就可以使用，安裝過(guò)程簡(jiǎn)單。

1.3 安全性高

IP城域網(wǎng)具有較高的安全性，使用城域網(wǎng)的用戶包括專線用戶和撥號(hào)用戶。只有用戶局域網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)才能互相訪問(wèn)，為了有效杜絕對(duì)系統(tǒng)未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)，IP城域網(wǎng)具備完善的密碼管理功能。如果要從外網(wǎng)訪問(wèn)，需要通過(guò)正常的路由和安全體系，虛擬撥號(hào)的用戶通過(guò)寬帶接入服務(wù)器，經(jīng)過(guò)賬號(hào)和密碼驗(yàn)證后才能上網(wǎng)。

1.4 光纖接入

IP城域網(wǎng)使用多種網(wǎng)絡(luò)接口滿足多類型的業(yè)務(wù)需求，同時(shí)采用光纖接入的方式，業(yè)務(wù)接入設(shè)備通過(guò)光纖與骨干設(shè)備相連。光纖連接有效的降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，同時(shí)組網(wǎng)方式也更加簡(jiǎn)單，節(jié)約了大量的金屬資源。

2. IP城域網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

IP城域網(wǎng)可以將不同地點(diǎn)的主機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)有效的連接在一起，作為骨干網(wǎng)絡(luò)，其架構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿足城市范圍內(nèi)信息傳輸?shù)男枨?，需要結(jié)合區(qū)域化差異對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展和升級(jí)，滿足不同業(yè)務(wù)類型的客戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的要求。IP城域網(wǎng)在多業(yè)務(wù)并行的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中，為數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)與保證服務(wù)提供有效幫助。IP城域網(wǎng)架構(gòu)如下圖1所示：

2.1 核心層

核心層設(shè)備主要承接城市網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的調(diào)度和處理功能，將多個(gè)匯聚層凝結(jié)在一起，實(shí)現(xiàn)骨干網(wǎng)絡(luò)的互通互聯(lián)。核心層在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要集中考慮可靠性和可擴(kuò)展性，常采用同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH），實(shí)現(xiàn)多媒體業(yè)務(wù)的混合傳輸。此外，SDH傳輸還可以提高網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率，最大限度地降低城域網(wǎng)建設(shè)成本。

2.2 接入層

IP城域網(wǎng)的接入層包括接入交換機(jī)、路由器的下行部分接入到用戶端。包括交換機(jī)、各種終端設(shè)備和相關(guān)線路傳輸設(shè)備。主要負(fù)責(zé)對(duì)用戶端設(shè)備的接入，采用星型組網(wǎng)方式。接入層利用多種接入技術(shù)，進(jìn)行帶寬和業(yè)務(wù)分配，實(shí)現(xiàn)用戶接入，接入點(diǎn)設(shè)備完成業(yè)務(wù)復(fù)用和傳輸。城域網(wǎng)組網(wǎng)采用的技術(shù)將直接影響用戶有效接入和新增業(yè)務(wù)的需求。

2.3 匯聚層

匯聚層主要是進(jìn)行本地業(yè)務(wù)匯集，是城域網(wǎng)中業(yè)務(wù)管理的重要環(huán)節(jié)。在匯聚層的設(shè)計(jì)過(guò)程中可以根據(jù)城市發(fā)展需要，選擇多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（Multi-Service Transport Platform，MSTP），在SDH基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)多類型業(yè)務(wù)的接入、傳輸，提供統(tǒng)數(shù)據(jù)交換、流量控制、帶寬控制，配合后臺(tái)計(jì)費(fèi)等功能。

IP城域網(wǎng)架構(gòu)支持對(duì)寬帶用戶的接入管理、身份驗(yàn)證、地址管理和服務(wù)質(zhì)量管理，針對(duì)不同業(yè)務(wù)提供靈活計(jì)費(fèi)方式，確保網(wǎng)絡(luò)的可運(yùn)營(yíng)性。IP城域網(wǎng)架構(gòu)采用層次化、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最大限度地提升網(wǎng)絡(luò)性能，并且可以統(tǒng)一進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的調(diào)度和管理，降低維護(hù)難度的同時(shí)還能有效控制網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本。IP城域網(wǎng)架構(gòu)在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高速發(fā)展的大背景下，需要滿足可擴(kuò)充性要求，便于靈活組網(wǎng)和擴(kuò)充。

3. IP城域網(wǎng)架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)

IP城域網(wǎng)架構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)開(kāi)展的重要基礎(chǔ)，具有開(kāi)放性、統(tǒng)一性、靈活性、適用性等特點(diǎn)。IP城域網(wǎng)架構(gòu)需要確保網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的可持續(xù)發(fā)展，滿足不同業(yè)務(wù)的服務(wù)需求，可以和多種設(shè)備進(jìn)行互通互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一化管理。IP城域網(wǎng)架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)包括VPN技術(shù)、用戶接入技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)等。

3.1 VPN技術(shù)

虛擬專用網(wǎng)絡(luò)VPN常用于專用網(wǎng)絡(luò)上的加密通信，VPN可以對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行加密傳輸，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)凝結(jié)到VPN服務(wù)器就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問(wèn)。VPN由客戶機(jī)、傳輸介質(zhì)、服務(wù)器組成，在共享的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施上，向用戶提供安全的網(wǎng)絡(luò)連接。合理和實(shí)用的VPN解決方案能夠有效抵抗非法入侵、防范網(wǎng)絡(luò)阻塞，確保網(wǎng)絡(luò)安全和穩(wěn)定。同時(shí)VPN還具有良好的可管理性和可伸縮性特征。

VPN技術(shù)主要有兩種類型，在IP城域網(wǎng)架構(gòu)中，主要應(yīng)用的是MPLS技術(shù)，主要是在網(wǎng)絡(luò)路由和交換設(shè)備上應(yīng)用多協(xié)議標(biāo)記交換技術(shù)，簡(jiǎn)化核心路由器的路由選擇方式，利用結(jié)合傳統(tǒng)路由技術(shù)的標(biāo)記交換實(shí)現(xiàn)的IP虛擬專用網(wǎng)絡(luò)，滿足不同用戶的服務(wù)需求，可以承載多種類型的業(yè)務(wù)，提供多種接入方式。

3.2 用戶接入技術(shù)

對(duì)接入用戶進(jìn)行有效認(rèn)證是確保網(wǎng)絡(luò)安全性的重要方式。IP城域網(wǎng)架構(gòu)需要充分考慮網(wǎng)絡(luò)安全性要求，提供唯一并且有效的用戶表示，通過(guò)該表示可以連接到城域網(wǎng)中，合法用戶享有寬帶資源、訪問(wèn)權(quán)限、查看服務(wù)等。IP城域網(wǎng)支持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的備份和線路保護(hù)，配合防火墻和安全策略防止黑客攻擊，提供有效的安全防范措施。

3.3 網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)

匯聚層常用的技術(shù)包括雙歸屬技術(shù)和環(huán)網(wǎng)技術(shù)。雙歸屬技術(shù)是一種為鏈路雙上行提供可靠高效的備份和切換機(jī)解決方案，常用于雙上行組網(wǎng)。雙歸屬方式是城域網(wǎng)建設(shè)中最常用的一種，兩臺(tái)負(fù)載均衡的設(shè)備互為備份，當(dāng)一臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，另一臺(tái)設(shè)備可以快速感知設(shè)備故障，接管故障設(shè)備的業(yè)務(wù)，確保整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。雙歸屬技術(shù)在鏈路上行滿足可靠性和安全性要求，可以實(shí)現(xiàn)鏈路負(fù)載分擔(dān)，大部分設(shè)備廠家通過(guò)自己開(kāi)發(fā)出來(lái)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自由切換，但是隨著接入點(diǎn)的數(shù)量增加，雙歸屬方式會(huì)帶來(lái)部署復(fù)雜、難以擴(kuò)充等問(wèn)題。環(huán)網(wǎng)技術(shù)是為了城域網(wǎng)中傳輸大容量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而設(shè)計(jì)的，支持環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，可靠性高、以太網(wǎng)兼容性強(qiáng)，利用率高，支持拓?fù)渥詣?dòng)發(fā)現(xiàn)，站點(diǎn)即插即用。常用于大型城域網(wǎng)中，建設(shè)成本較大。IP城域網(wǎng)在城市范圍內(nèi)提供最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。因此，IP城域網(wǎng)架構(gòu)的可靠性將對(duì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)有著直接影響。接入城域網(wǎng)中的設(shè)備不僅可以進(jìn)行流量控制和轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)還負(fù)責(zé)管理相應(yīng)的子設(shè)備。

總結(jié)：綜上所述，IP城域網(wǎng)是城市范圍內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，尤其是在城市化進(jìn)程不斷加快的大背景下，城市網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積不斷擴(kuò)大，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量提出了新的要求。一些新興多媒體業(yè)務(wù)需要城域網(wǎng)提供差異化服務(wù)，同時(shí)需要具有大容量的信息處理能力，傳統(tǒng)的城域網(wǎng)應(yīng)對(duì)過(guò)程中，往往難以滿足要求。因此，需要通過(guò)適當(dāng)?shù)膬?yōu)化升級(jí)來(lái)滿足時(shí)代發(fā)展的需要。本文旨在討論IP城域網(wǎng)的基本特征和關(guān)進(jìn)技術(shù)，討論了IP城域網(wǎng)設(shè)計(jì)的主要原則和關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)高效能的優(yōu)化技術(shù)，提供可靠的網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)，提升城市網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)的整體水平，從而建立智慧城市體系，給人們提供高質(zhì)量的生活體驗(yàn)。

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