数字通信与计算机网络

第11章 城域网技术 本章学习目标 本章是与城域网有关的当前最新技术介绍，可将本章作为阅读的内容以扩展读者的知识面，把握与跟踪现代网络技术，为融入社会从事网络技术工作打下一定的基础。通过本章学习，重点了解以下内容： l         了解城域网在当代技术条件下的新定义 l         了解城域网的主要解决方案 l         掌握城域网的基本构成 l         理解城域网采用的SDH、WDM等技术 l         了解城域网的发展趋势

11.1.1 城域网的发展 二十世纪90年代初期，IEEE颁布了城域网（metropolitan area network-MAN）标准，即IEEE802.6（1993）。标准描述了分布式队列双总线DQDB（distributed queue dual bus）。应用较多的城域网定义是：城域网是适用于城市的信息基础设施，是国家信息高速公路（NH）与城市广大用户的中间环节。建造城域网的目的是：提供单一、通用和公共的网络构架，藉以高速有效地传输数据、声音、图像和视频等信息，满足用户日新月异的需求。目前在世界许多发达国家，城域网正在和国家信息高速公路同步的发展着。城域网的范围平均在80km左右，一般局间中继距离大约为5—7km（依城市的大小而不同）。

11.1.2 城域网解决方案 城域网解决方案主要有四大类： 11.1.2 城域网解决方案 城域网解决方案主要有四大类： 第一类是以SDH（同步数字系列）为基础的多业务平台；出发点是充分利用大家所熟悉和信任的SDH技术，加以改造以适应多业务应用，支持层２和／或层３的数据智能。 第二类是基于第二层交换和第三层选路的方案，主要指以太网解决方案； 第三类是城域网用WDM（波分复用）方案，即以WDM为基础的多业务平台； 第四类是以ATM（异步传输模式）为基础的多业务平台方案。

11.2 城域网的构成 城域网可分为业务网络层和传输网络层。传输网络层可分为核心层、汇聚层和接入层。 11.2 城域网的构成 城域网可分为业务网络层和传输网络层。传输网络层可分为核心层、汇聚层和接入层。 核心层采用以IP技术为核心的设备，包括大容量路由器、三层高端交换机、优选路由器等。 汇聚层对用户接入数据汇聚、流量控制和管理，这一层是城域网实施业务管理的主要层面。由网络数据库、网络服务器、计费服务器等构成网络的业务部分，负责处理业务逻辑。 接入层支持各类用户的快速接入，包括多业务接入集中器、话音接入网关、远端接入服务器等。

11.2 城域网的构成 核心路由器 核心交换机或路由器 核心层 汇聚层 接入层 住宅 小区 建筑群 政府 机构 11.2 城域网的构成 核心路由器 核心交换机或路由器 核心层 采用多种传输媒体如：10G光纤 1G光纤 100M光纤 10/100M双绞线等 汇聚层主要由各类服务器、高端路由器与交换机等组成 汇聚层 接入层 住宅 小区 大学 建筑群 政府 机构 写字楼

城域接入网建设的目标是： （1）开放的基础传送平台 （2）具备移动通信、数据、图像及话音的多种业务综合接入能力、数字化、宽带化、综合化的接入平台 （3）丰富的业务提供能力，满足集团用户、行业用户和商业用户及住宅用户不断增长的业务需求 （4）网络的管理能力和运营能力

11.3 城域网涉及的一些技术与标准 11.3.1 同步数字光纤网络SDH 11.3 城域网涉及的一些技术与标准 11.3.1 同步数字光纤网络SDH SDH（Synchronous Digital Hierarchy）同步数字光纤网络是由一些SDH网元（NE）组成的，在光纤上进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的网络。它的特点是： （1）对网络节点接口（NNI）进行了统一的规范。 （2）SDH信号的基本模块是速率为155.520 Mbit/s的同步传输模的块第一级（STM-1）。 （3）SDH信号的基本传输模块可以容纳北美、日本和欧洲的现有数字系列。

（4）采用了同步复用方式和灵活的复用映射结构 。 （5）SDH同步和灵活的复用方式也使数字交叉连接（DXC）功能的实现大大简化。 （6）SDH的帧结构中安排了丰富的开销比特 。 （7）SDH设备是智能化设备，兼有终结、上/下复接和交叉连接功能。 （8）SDH不仅构成了世界性统一的NNI接口的基础，而且也与世界性统一的UNI接口协调 。 不足之处： （1）频带利用率不如传统的PDH系统。 （2）技术和功能上的复杂性大大增加。 （3）在从PDH到SDH的过渡时期，会形成多个SDH“同步岛”经由PDH互连的局面。 （4）由于ADM/DXC的自选路由以及难以区分来历的不同的2.048 Mbit/s信号，使得网络同步的规划管理和同步性能的保证增加了相当难度。

（5）由于大规模地采用软件控制和将业务量集中在少数几个高速链路和交叉连接点上，使软件几乎可以控制网络中的所有交叉连接设备和复用设备。 （6）SDH网络管理成本比PDH有望下降，但对于维护管理人员的素质要求提高，对于环境条件的要求也提高了。

11.3 城域网涉及的一些技术与标准 11.3.1 同步数字光纤网络SDH 山东省德州市临邑SDH本地网工程

11.3 城域网涉及的一些技术与标准 11.3.1 同步数字光纤网络SDH 四川省叙永县SDH本地网工程

11.3.2 波分数字复用技术WDM 波分复用WDM（Wavelength Division Multiplexing）是光纤通信中的一种传输技术。它利用一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波特点，把光纤可能应用的波长范围划分成若干个波段，每个波段用作一个独立的通道传输一种预定波长的光信号。光波分复用的实质是在光纤上进行光频分复用，只是因为光波通常采用波长而不用频率来描述、监测与控制。WDM系统基本上由五部分组成：光发射部分、光接收部分、光传输部分（光纤和放大器）、光监控部分和网管部分。

11.3.2 波分数字复用技术WDM WDM基本组成示意

下面看几个实际应用的例子 ： 1. 点到点汇聚

2. 沿途上下业务

3. 环状结构

11.3.3 IP over SDH IP over SDH以SDH网络作为IP数据网络的物理传输网络。它使用链路及PPP协议对IP数据包进行封装，把IP分组根据RFC1662规范简单地插入到PPP帧中的信息段。然后再由SDH通道层的业务适配器把封装后的IP数据包映射到SDH的同步净荷中，然后向下，经过SDH传输层和段层，加上相应的开销，把净荷装入一个SDH帧中，最后到达光层，在光纤中传输。IP over SDH，也称Packet over SDH（PoS）。

IP over SDH具有以下优点： 对IP路由的支持能力强，具有很高的IP传输效率。 符合Internet业务的特点，如有利于实施多路广播方式。 能利用SDH技术本身的环路，故可利用自愈合（Self-healing Ring）能力达到链路纠错；同时又利用OSPF（开放最短通路优先）协议防止设备和链路故障造成的网络停顿，提高网络的稳定性。 省略了不必要的ATM层，简化了网络结构，降低了运行费用。 缺点： 仅对IP业务提供好的支持，不适于多业务平台。 不能像IP over ATM技术那样提供较好的服务质量保障（QoS）。 对IPX等其它主要网络技术支持有限。

11.3.4 IP over WDM IP over WDM也称光因特网。就是直接在光纤上运行的因特网。其基本原理和工作方式是：在发送端，将不同波长的光信号组合（复用）送入一根光纤中传输，在接收端，又将组合光信号分开（解复用）并送入不同终端。IP over WDM的帧结构有两种形式：SDH帧格式和千兆以太网帧格式。 SDH帧格式：主要网络再生设备大多采用SDH帧格式。 2. 千兆以太网帧格式：在局域网中主要采用千兆以太网帧结构。

IP over WDM具有以下的优点： 充分利用光纤的带宽资源，极大地提高了带宽和相对传输速率。 对传输码率、数据格式及调制方式透明。可以传送不同码率的ATM、SDH/Sonet和千兆以太网格式的业务。 不仅可以与现有通信网络兼容，还可以支持未来的宽带业务网及网络升级，并具有可推广性、高度生存性等特点。 缺点：目前，对于波长标准化还没有实现。 WDM系统的网络管理应与其传输的信号的网管分离。但在光纤上加上开销和光信号的处理技术还不完善，从而导致WDM系统的网络管理还不成熟。 目前WDM系统的网络拓扑结构只是基于点对点的方式，还没有形成“光网”。

11.3.5 动态IP分组传输技术DPT Cisco公司提出了动态传输技术（DPT），其核心是空间再用协议（SRP），它是一种新的MAC层协议，DPT位于Cisco公司五步战略的第四步 。 1. DPT环结构： DPT环由两个反向循环的光纤环组成，每个环可同时传送数据和控制包。 2. DPT的主要技术 为了提高网络带宽的效率，DPT采用了以下儿种技术：空间再用（SRP）协议、SRP公平算法、双光纤和统计复用。

11.4 城域网络应用现状与前景 城域网所承载的业务不同的角度可有不同的描述。 11.4 城域网络应用现状与前景 城域网所承载的业务不同的角度可有不同的描述。 第一：从电信运营的角度来说，城域网的业务指的是：城域网对用户所提供的服务。 按业务类型分，提供的业务可以分为三类： 1、传统的TDM业务，包括N x 64 Kbit/s：，N x 2 Mbit/s，N x 34 Mbit/s or 45 Mbit/s，N x 140 Mbit/s，N x 155 Mbit/s，N x 622 Mbit/s直到10 Gbit/s。既有交换机中继线、基站业务，也有传送图像的34／45M接口。 2、ATM业务，ATM业务既可以是34/ 45Mbit/s，155Mbit/s接口，也可以是VC4-XC级连接口，或者是IP over ATM over SDH方式； 3、IP业务，一般以10Mbit/s、100Mbit/s、1 Gbit/s为主。按用户类型分，分为企业集团用户、行业集团用户、SOHO和写字楼用户、智能化住宅小区、出租业务等。 在上述带宽能力的基础上，要求满足两类业务的需求： 一类是QoS要求较高的互连业务和实时视频业务。 另外一类是QoS要求较低的Internet上网业务。

11.4 城域网络应用现状与前景 第二：从用户的角度来说，城域网的业务是指用户在网上所能实现的功能。 11.4 城域网络应用现状与前景 第二：从用户的角度来说，城域网的业务是指用户在网上所能实现的功能。 很多地方以“数字城市”来描述利用城域网所进行的各种业务。例如河北省廊坊市在“数字廊坊”建设规划中提到：“数字廊坊”建设涵盖各个行业和领域，按照重点在先、分步实施的原则，根据城市管理、城市决策支持、社会各群体和各应用层次的需要，首先确定数字政府、数字城建、数字企业、电子商务、数字教育、数字医疗、数字金融、数字社区、数字公民、数字行业十大领域为主要建设内容； 广东省提出了“一小、二场、三关、四大、五行”的发展方案（“一小”是指小区；“二场”是指飞机场、商场；“三关”是指政府机关、海关、司法机关；“四大”是指大楼、大学、大宾馆、大医院；“五行”是指五大专业银行），体现了城域网对现代生活的涵盖。

11.4 城域网络应用现状与前景 在已建成的城域网中，如何建立业务模型，开展什么应用服务，以及如何开发新的IP业务，尤其是宽带多媒体业务，以便和传统电信运营商进行竞争，成为很重要的问题。 新兴的城域网运营商大多缺乏电信网络运营管理经验，迫切需要在网管、计费、业务提供和运营管理等方面获得有效的方法和支持，以便尽快参与市场竞争。

11.4 城域网络应用现状与前景 可以预见，未来网络无处不在，城市信息化涵盖了更广泛意义上的内容：企业内部网的建设促进了企业办公、生产的自动化，提高了生产效率，节约了生产成本，城域网的建设为企业网的互连、公共信息服务提供了平台，促进了城市交通、公安系统、社会福利保障、金融外贸、电子政务等事业信息化的发展，居家办公、网上购物、可视电话、自动抄表及缴付系统的应用，将给人们的生活带来前所未有的便利，网上无所不包的内容将极大地丰富人们对信息的渴求。