ATM交换网的设计与实现

　　一 前言

　　随着经济的飞速发展，建网初期的宽带网已不能满足人们对通信需求的大幅增加。需对宽带网进行扩容，而大量增加的接入点，导致接入光口数量和容量分布不均衡，需在原有网络基础上新建一网络起到汇聚层的作用。

　　二 松江宽带网现状及简介

　　松江IP宽带网由松江、泗泾和东开3个主干节点、网管中心、3个DSL汇接点以及23个DSL接入点和2个LAN接入点组成，整个系统具有可用性、可管理性、高安全性、高可靠性、网络服务质量(QoS)和可扩展性。

　　● 松江城厢（信息大楼）、东开、泗泾三点，采用千兆级IP线速路由器/交换机设备构成一个环形的主干网，主干节点的交换能力在15Gb/s以上，并保证相应的线速路由能力，支持MPLS-VPN。网络图如图1所示。

　　图1 松江宽带网网络结构

　　● LAN接入方式：目前松江电信局在松江城区和东部工业区敷设了2条用户光缆，因而我们在这2个地区各设置1个LAN接入点。采用交换器作为接入设备，并把它们直接连接到骨干路由器上。接入交换器为用户提供单模光纤以太网端口，传输距离在5公里之内。每个LAN交换机的端口数量在30个以上。

　　● DSL接入方式：在松江城厢、泗泾、东开三个主干节点上设置宽带接入服务器（BAS）用于DSL的汇接，并可实现对用户的认证、计费、IP地址分配和业务分配等功能。BAS向上通过一个OC-12/STM-4端口与主干节点相连，向下提供OC-3/STM-1口与各乡镇的DSLAM设备相连。

　　● 松江信息大厦主干节点为本宽带网的核心节点（网管中心），在这里通过上海ATM宽带网络的passport 7480接入服务器实现与外部互联网相连，实现本地IP网和ATM网的无缝连接。

　　● 3个BAS作为汇接点能支持xDSL、LAN、HFC等多种接入方式。

　　● 设立的网管中心监控全网运行状况和性能分析，并进行设备的在线升级、设备配置和数据修改。

　　三 宽带业务发展预测

　　数据通信业务发展目前正处于用户的急剧增长阶段，需求非常旺盛。用户目前主要分为三资企业和政府机构、公用事业单位、私人用户三大类。经过调查在东部开发区、松江出口加工区1200多家外资企业中，初期会有120～156家的企业使用宽带网，占工业区总数的10%～13%，远期可能有480～600家企业愿意使用宽带网，占工业区总数的40%～50%。随着企事业单位信息化建设的进一步深入。政府部门和银行、医院、学校等公用事业性单位也将大量使用宽带业务来组建VPN，并且这些单位具有点多面广的特点。

　　预计两年内三资企业和政府机构、公用事业单位有600～700家左右的用户。而随着电子商务等网上应用的发展，私人用户数量将达到3万户。

　　四 建设ATM交换网的必要性

　　根据以上预测松江电信局在2004年将发展宽带用户3万户，目前容量远远不够，计划扩容ADSL3.5万线。按目前网络情况，扩容3.5万线将面临以下问题：

　　1.宽带接入服务器上光口数量相对接入点数量不够，若通过DSLAM之间大量级联可解决接入光口数量不够的问题，一旦级联中的DSLAM发生故障，则其下联接入点也将无法正常开展业务，大大降低了接入网的可靠性。且根据光纤传输网现状，本着合理利用光纤资源，实现DSLAM就近接入，需进行光口收敛。

　　2. 城厢、泗泾、九亭等地经济比较发达，增加这些接入点后城厢、浦北地区用户数远远大于浦南地区，将导致三个服务器之间的负荷不均衡，若通过光纤调度改变DSLAM接入方向，必将浪费大量光纤资源，且不能随着网络情况变化进行灵活调整。

　　综上所述，需在宽带服务器和DSLAM之间建设一个ATM交换网解决接入光口收敛、灵活调度用户线问题。

　　五 网络建设目标

　　1. 能解决宽带接入点大幅增加，而各个服务器的接入光口数量有限之间的矛盾。

　　2. 能使宽带接入点就近接入骨干网，合理高效地利用光纤传输网，优化网络结构。

　　3. 通过ATM交换网实现三个宽带服务器之间负载均衡，提高整个宽带网的可靠性。

　　六 设计ATM交换网的原则

　　1．可靠性

　　本网络系统支持多种关键业务，这些业务对于传输的可靠性有较高的要求。本系统要求具有高度的容错能力，当发生故障时能将损失限制在最小范围内。

　　2．开放性

　　本系统应采用国际标准和工业标准的网络通信协议，支持与异种网络的互连能力。

　　3．稳定性

　　本系统要求能够提供365×24小时的不间断服务，并且能够在不影响整个网络服务的前提下进行安全维护和排除故障。

　　4．服务质量保证

　　必须对网络系统进行有效的流量控制和管理，以免网络发生长时间的阻塞。

　　5．可管理性

　　网络管理是满足网络稳定运行的一个关键。网络管理必须能够对网络进行配置、能够进行全方位故障的监测、能够对故障系统进行恢复。

　　6．可扩展性

　　当前规划建设的内容只是第一期，还将考虑今后的发展。为了保护投资，ATM网络系统必须具有适当的可扩展性，在系统拓扑结构、系统容量、传输能力等方面具有扩展和升级的可能。

　　七 建设ATM交换网的设计思想

　　松江ATM交换网应具有接入和传送的双重功能，最终将提供的业务包括虚拟专用网、高速Internet上网、电视会议、远程教育、远程医疗、视频点播和IP Phone等各类业务。由于本网络是一个服务性电信运营级的网络，不同于以企业自用为主的企业级网络。本网络在可靠性、服务质量QoS、业务类别方面需要有较高保障，从而保证对用户提供丰富、易用、可靠的服务，提供对绝大部分数据业务的直接支持；提供大容量高速传输的能力，满足网上的各种多媒体应用，如VOD、视频广播、视频会议、远程医疗、远程教学等。

　　八 建设ATM交换网的实施方法和具体方案

　　1. 建设ATM交换网总体方案

　　基于以上设计思想在ATM交换网的具体实施中，要考虑ATM交换机安放站点的选择。根据电信网建设标准对安放地点环境指标进行勘查；对供电方式、设备之间进行互连的传输媒介的选择；根据确定的传输媒介测量传输损耗及误码率，确定网络拓扑结构、设备选型、网络VP使用规划、网管组建方式的选择及网管台建设。

　　根据现有宽带网的拓扑结构以及将要新增加的宽带接入点的分布情况，依托光纤传输网决定本期工程在松江区的四个中心镇和城厢的信息大楼各增加一台ATM交换机，四个中心镇分别为泖港、东开、新城区、泗泾。其中泗泾负责泗泾、九亭、新桥的宽带接入点汇聚，东开负责开发区、华阳桥、车墩的宽带接入点汇聚，新城区电信机房是随着松江新城和大学城的开发建设而设立的电话汇接局，也将作为松江宽带网的骨干结点，在本期工程中该站点负责新城区、大学城、佘山、天马地区的宽带接入点汇接，城厢负责城厢地区宽带接入点的汇聚，泖港负责松江浦南地区的宽带接入点汇聚。节点交换机均设置在各安放点的松江电信局现有局房内，泗泾、东开、泖港安放于传输机房内，信息大楼、新城区为新建局站安放于宽带机房内，利用现有局房进行适当改、扩建。

　　本期工程只需新增安放ATM交换机的19英寸标准机柜以及电力电缆和信号线走线架，为避免电力电缆的电磁场对信号线中传输的数据信号产生影响，采取信号线与电力电缆分走不同走线架的方式。经现场勘察现有机房内温度、湿度分别为20°C、40 %以及各方面环境指标均符合电信网的建设要求，目前每个机房有富余100KW电力可提供，本期宽带网工程所用设备均采用-48V直流供电。在传输媒介选择上最大限度的利用光传输在故障恢复方面快速切换的能力，快速恢复网络连接，避免路由表颤动引起的整网震荡，提供符合高速宽带网络要求的可靠性和稳定性。故在本次工程中五台ATM交换机之间采用光纤连接。节点间的中继传输通过调度使用各局之间已铺设的光缆实现光纤直连。

　　图2 松江骨干光缆传输拓扑图

　　2. 设备选型

　　下面从可靠性、QoS、扩展性、网络互联、通信协议、网管与安全等方面描述网络设备的技术要求。

　　● 主干网ATM交换机具有较强的可扩充能力兼可延伸能力，互联后组成真正的开放式核心网络平台，支持MPLS-VPN功能。

　　● 主干节点机可提供OC-48/STM-16、OC-12/STM-4、OC-3/STM-1的连接端口，可以支持DSLAM的接入以及与宽带服务器的无缝连接。

　　● 支持在线动态软件配置。

　　● 所有硬件板都可以热插拔。

　　● 易于扩容和软件升级，软件在线升级时不应对系统内已有的业务产生任何影响。

　　● 至少提供1个控制台接口。

　　● 节点机的内存能够支持设备的操作系统、配置和网络信息处理的要求。

　　● 交换机的快闪内存(FLASH MEMORY)能存储多个独立的软件映射，用以引导和备份软件系统。

　　● 主干节点机能够在满负载情况下驱动所有接口。

　　● 主干节点机的网络联接具有平衡负载和自愈恢复的功能。

　　● 主干节点机的重要部件，例如控制模块、电源等，支持在线冗余的功能。

　　● 主干节点机具有良好的升级扩充能力。

　　在选用引进设备过程中，应确保该设备在今后的生产中不产生电磁污染以及废气和污水的排放，以保护机房及周边的生产、生活环境。

　　根据以上设备选型原则，考虑到此次新增ADSL接入点采用中兴通讯的ZXDSL8210和ZXDSL8220设备，为了使新增的ATM交换机能与新增的ADSL接入设备之间的制式统一，本次组网考虑采用中兴ZXB10系列的ATM交换机。

　　根据以上需求以及新增ADSL接入点分布情况，泗泾、新桥、九亭地区接入点相对集中。在信息大楼配置3块2×622M线路接口板，3块4×155M线路接口板，在东开配置2块1×622M线路接口板，3块4×155M线路接口板，在泗泾配置2块1×622M线路接口板，6块4×155M线路接口板，新城区配置1块1×622M线路接口板，3块4×155M线路接口板，泖港配置1块1×622M线路接口板，3块4×155M线路接口板。为了提高可靠性,各点的多功能板、交换网板和电源模块采用1+1热备份。

　　目前，网上开展的业务有高速Internet接入、企事业单位互联，已有松江中小企业办公室、松江社保服务中心、松江医疗保险事务中心等多家单位，各项业务开展情况良好网络运行稳定，ATM交换网的各项功能均已实现，达到了建网时设定的目标。