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| 某市热线二期扩容网络结构实施方案 [应用解决方案] |
| 广州市易和网络科技有限公司 |
| 2005-5-27 15:24:00 文/ |
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我们建议采用Cisco 最新一代第三层大型交换路由器Gigabit Switch Router (GSR) 代替原有的Cisco 7513来组成主干核心网络。建议汉口、武昌各放两台GSR12012, 同时汉口、武昌GSR用光纤直接连接。我们在这里建议采用GSR12012是基于分布式路由结构的、提供第三层千兆位交换能力的大型交换路由器。提供12 槽口，背板交换带宽为15Gbps - 60Gbps。可以通过增加背板交换矩阵，使得背板交换能力达到60Gbps。 根据设计，背板的交换能力将来可以扩充到240Gbps。 GSR12012 能支持多达44个155Mb STM-1 或者11个622Mb STM-4的接口同时支持ATM和Packet over SONET/SDH(POS)技术。
鉴于武汉地区的地理和网络用户分布的特点，结合具体的网络硬件和人员条件，我们建议改变原有的三环核心结构，将武昌洪山和汉口作为两个核心节点，在两点间用GSR高速骨干相连，数据中心（网络中心）仍设在武昌洪山，POP（网络用户接入点）分布于汉口和洪山，GSR以下均通过Catalyst8500系列三层交换机以千兆方式接入;鲁巷作为一个ICP（信息制作中心）用Catalyst8510以千兆以太网接入洪山Catalyst8540主交换机。
为保证骨干网络的可靠性，我们建议所有节点都采用双连。两个核心节点各采用两台GSR避免单点故障。汉口的PoP节点分别连到汉口2 台GSR 上，武昌各点也分别连到武昌的2台GSR上，这样确保网络的冗余可靠性。CISCO 路由器支持HSRP协议，可以以每个节点的两台交换机互为备份， 当一台出现故障 时，其支持的应用很快转移到另一台交换机上；而该交换机恢复工作时，系统又能很快的恢复负载平衡。
以POS技术代替ATM 技术作为主干网络连接。四台GSR之间通过光纤实现POS连接，连接带宽可以用622Mbps OC12链路。武汉 Online 原来所有的7513和7507均退到边缘用于专线接入; 各POP服务网络通过两台Catalyst8500系列的交换机以千兆于GSR 相连。这样,整个武汉Online 的骨干网就形成了以GSR为中心的基于POS的骨干网。
POS 技术将IP报直接封装于SDH 帧中，是更加适合于ISP 提供高速IP 服务的一种新的宽带技术。对于IP业务来说 ，POS 相对于ATM技术有如下几个优点：(1) 实施简单快捷，总体拥有成本低，收回投资周期短；(2)节省信头开销，线路利用率高；(3) 网络结构简单，减少设备重复投资；(4)进一步提高带宽的潜力很大；(5)符合INTERNET 的业务特征，减轻网络设备的额外负担。同时，POS技术提供高的QOS和高可靠性。
在主干网络中，建议结合使用OSPF和BGP4 路由协议，使得网络路由迅速收敛，也保证一条网络链路断掉后，会迅速找到另外一条网络链路，使网络中断时间最少。稍后将详细论述主干网的路由协议规划。
骨干 网 络 性 能 分 析
l 整个网络的QOS
上述建议的网络能很好地满足QOS的要求，因为从网络中心讲，GSR 的带宽将是足够的。可以从目前的622Mb ，上升到OC48 2.4Gb , OC192的9.6Gb这样大的BackBone 带宽 ，足以满足各种突发的传输要求 ，从而确保 QoS 。从分中心端点看，7513和7507 能通过Cisco Commited Access Rate(CAR)软件 机 制很好地确保网络的QoS,CAR可以完成 QoS的方式是带宽管理机制，即可以限制通过路由器某一端口的流量，当某些流量在设定之内，就可以被传输 ，否则被抛弃。这样，无论从网络中心到各分中心，都能提供良好的QOS 保障。
l 高的网络性能
整个网络采用Packet Over SONET/SDH 技术，使网络性能从设计角度较大的提高。正如大家所知道，ATM 在传输大容量数据方面是有一定缺陷的，因为ATM采用的是定长cell的传输模式，而数据传输通常是变长的packets ，ATM在每次传输packet的时候，都先将Packets SAR 成cells 。且每一个cells 都要附加一个Header，这样 使的网络带宽实际利用率降低，从而也浪费了一些宝贵的网络带宽资源 。而Packet over Sonet，则完全克服了ATM 传输数据传输弊端，不需将Packets SAR 成cells ，也无需将传统的IP Packets 进行封装，这样既有效地利用了网络带宽 ，又增加了网络传输的速度，一般统计，155MB ATM传输带宽，真正有效的数据传输只有20MB 120MB，而 155MB OC-3/STM-1的Packet over SONET/SDH ,真正有效的数据传输在120MB-148MB之间，因为Packet over SONET/SDH是直接将数据的packets 在光纤上传输。可见，Packet over SONET/SDH ，在传输数据方面要优于ATM。所以，采用上述以Packet over SONET/SDH的网络结构一定会比现存的网络结构性能快很多。
l 网络的可扩展性
在中心采用GSR12012，对武汉online讲，网络扩展性将非常可观。因为GSR12012 ，提供12个槽口，最多可提供44个155Mb POS/ATM，或11个622Mb POSIP/ATM，完全可以满足主干网络将来的进一步扩展。将来，POS技术将支持在WDM光纤网上传输，将光纤的传输能力提高几十倍。
区域级网络结构
在每一个POP节点，都有两台交换机以千兆以太网与主干网GSR连接。逻辑上武昌与汉口两个核心节点也是区域网POP节点之一，所以一共有两个POP节点与主干网相连。为了避免太大的路由表以及路由广播信息地扩散，在路由协议的设计上要仔细考虑。
在除了核心节点外的每一个POP节点，都设计用两台局域网交换机Catalyst8510 作为本地交换机，以快速以太网提供足够的带宽。交换机与路由器和接入服务器分别进行交叉连接，保证性能且避免单点故障。两台交换机的性能还可以满足未来企业用户接入的需求。
将中心机房已有的Catalyst5000移至防火墙后，来 构 筑 武 汉 热 线 自 己 内 部 的， 安 全 性 要 求 较 高 的 局 域 网 络 ， 例 如 计 费 系 统 ， 网 管 系 统 等 等 。
结构图参见下节中核心节点论述。
在这里，主要论述企业网络接入的解决方案。为了充分利用现有的ATM 模块 和现有的ATM 网络，可以利用ATM 网络较大的覆盖性，提供企业网络的接入。
ATM接入形式保证了用户可以充分利用将来武汉热线提供的多媒体业务，使用户真正享受到武汉热线丰富的网络资源。
利用上述现有的网络结构，我们可以扩大用户的网络接入形式，同时可以大量减少DDN 专线用户，使得 PoP 内的路由器的可扩展性大大增强，另一方面，用Frame Relay 替代DDN可以降低用户的接入费用，从而吸引更多的商业用户。
路由协议规划
对武汉online 这样大ISP 网络来说，合理地规划网络自治域，选择恰当的路由协议，是一件艰苦但非常重要的工作。随着网络规模的逐步扩大，及早给出一个长远而合理的规划，可以避免积累的问题给网络的性能带来影响。 CISCO路由器支持非常丰富的路由协议，因而可以灵活的按照网络结构和实际需求对路由器协议进行设置，有效的对网络进行优化。
首先，对于域内的内部网关路由协议的选择来说，开放式最短路径路由协议OSPF的分层体系是一个合理的结构。OSPF是一个具有高度扩展性的路由协议，目前武汉热线已经采用了OSPF 协议，因而继续采用OSPF 协议有利于网络的平滑升级。但现行网络的OSPF 规划中，所有设备处于一个自治域内，不利于网络的扩展。我们建议将主干4 个GSR 路由器设为Area 0 ，而武昌部分和汉口部分的POP 路由器则分别设为Area1和Area 2 ，形成真正的分层结构 。随着将来POP节点的进一步发展，可以划出新的OSPF自治域。这种分层构架的OSPF体系结构为网络的扩展提供了较高的能力。
对外部网关路由协议的规划来说，接入CHINANET的两台路由器端口可以沿用现在的Default Gateway 方式，也可采用BGP4协议。
核心节点局域网设计：
1．2．1 局域网络现状：
现有“武汉热线”网络结构中，局域网交换机Catalyst5000成为网络核心设备。既与CISCO7513上连作为全网络流量出口，又连接局域网内各种服务器设备，同时又与169网关设备连接，另外提供专线用户的路由器也连接其上。在大用户量的情况下，其流量交换的负荷相当大，同时无法保证其可靠性，如果这台设备出现故障，全网即可瘫痪。本次扩容工程设计方案将考虑采用包交换能力（PPS）大的局域网交换机设备，以提高数据交换能力；同时采用双交换机结构，减轻单台设备的负荷，同时提供网络内部部分重要设备的路由备份；保证网络的高可靠性连接，一旦一台局域网交换机出现故障，各种业务服务器仍可通过运行正常的交换机进行数据交换。调整各子网内部设备组成，以减少VLAN之间的互通流量。
具体实施方案中，考虑到网络将来向宽带方向的发展，确保网络数据的高速传输，同时又兼顾到现有设备的利旧因素,而性能与安全常常成为互相矛盾的一对要求 。本期工程将采用综合性的方案来解决安全性问题而保证网络的总体性能。武汉热线在武昌设数据中心点。在网络中心要解决以下问题：
１）高可靠性局域网
２）高可靠性服务
３) 接入模块
４）中心网络结构和安全
1）高可靠性局域网：
鉴于目前局域网设备的非可靠性状况，本次扩容建议做可靠性设计方案，对洪山和汉口合作路两个网络数据中心及POP接入点作较为完善的规划，同时考虑现有设备的利用：
由于Catalyst5000设备的总线带宽为1.2GB，包交换能力只有1MPPS，而其插槽数量较少（4个slot），不利于将来网络的进一步扩展。建议将此设备用做拨号用户的接入设备，可提供较为充裕的以太网端口，以减少占用骨干局域网交换机的端口，对鲁巷的Catalyst5000建议加上一块RSM交换模块，增加第三层交换功能,同时于Catalyst8510相结合,增加其接入以太网端口。
采用较强的包交换能力（PPS）和具有第三层交换能力的局域网交换机：
在洪山、汉口两节点POP及洪山数据中心分别采用两台具有第三层交换功能的局域网交换机，建议用Cisco 公司Catalyst8510核心交换机，其可利用插槽数量为5个，提供POS和ATM的接入，将来还可提供GigaBit以太网连接能力，直接连入核心GSR。采用上述设备可做到：
. 部分设备负载分担，可减轻局域网核心交换机的负荷；
. 交换机的冗余性，同时支持硬件和网络冗余。电源和线路模块均可带电热插拔。另外CISCO IOS提供软件冗余性能结合Server和核心路由的备份冗余保证全网无单点故障。
. 可保证每个子网VLAN有高速上行链路，能够提供大型网络所需的带宽和扩展性。做到高可靠性、容错设计；
. 提供第三层交换功能，减轻核心路由器的路由负担；
. 提供多种连接方式，如FastEthernet、FastEtherChannel、千兆以太网、ATM、POS(Packet Over Sonet);
原Cisco7513退下作为POP节点的接入设备，提供丰富的专线接入手段。
2）高可靠性服务：
2.1 用户管理、计费服务器和WWW/DB服务器是全网重要的设备，需采用高可靠性设计方案如HA，以确保所提供服务的高可靠性；
。。。。。。
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