城域网光纤传输网络规划与设计毕业论文

考试小抄城域网光纤传输网络规划与设计摘要城域网光纤传输网了是本地传输网络的一个重要的组成部分，主要是在一个城市建立核心层，汇聚层和接入层，使其可以满足一个城市的主要通信功能。随着社会的不断发展，目前人们对于通信业务的需求量正在快速的增长，所以建立一个快速的城域网光纤传输网络是必要的。而光纤传输网拥有超高速率，超大容量和超长传输距离的传输优点，更好的满足了人们对于通信的需求。本文通过对光纤传输网络组网方式的研究和现有的设备选取，提出合理的方案来组建一个快速的城域网光纤传输网络，之后用思科软件对所设计的网络进行仿真，了解其物理链路是否可以正常的运行，对网络目前面临的一些问题提出合理的解决方案。关键词：光纤传输网络；城域网；网络仿真；组网方法考试小抄THE OPTICAL FIBER TRANSIMISSTION NETWORK PROGARAM PLANNING AND DESIGN ON METROPOLITAN AREA NETWORKABSTRACTMetropolitan optical fiber transmission network of local transmission network an important part, mainly in a city to build the core layer, convergence layer and access layer, so that it can meet the main communication function of a city. With the continuous development of the society, the demand for the communication business is growing rapidly, so it is necessary to build a fast man optical fiber transmission network. The optical fiber transmission network has the advantages of ultra high speed, ultra large capacity and ultra long transmission distance, and it can meet the needs of the communication.In this paper, the research on optical fiber transmission network and existing equipment selection, reasonable plan proposed to build a fast metropolitan area network optical fiber transmission network, followed by Ciscos software to simulate the designed network, understand the physical link to the normal operation, put forward reasonable solutions for some problems currently faced by the network.Key words：Optical fiber transmission network; Metropolitan area network; network simulation; networking method考试小抄目 录1 绪论11.1 课题背景及目的.11.2 国内外研究状况.11.3 课题研究方法.22 城域网光纤传输网络简介32.1 传输网络介绍.32.2 城域光纤传输网基本概念.32.3 城域网光纤传输网的基本特点.32.4 光纤种类的介绍.42.4.1 单模光纤介绍42.5 光缆的介绍.52.6 光传播中设备的介绍.62.7 组网的方法.62.7.1 核心层组网方法62.7.2 汇聚层组网方法72.7.3 接入层组网方法83 天水市光纤传输网设计.113.1 天水市介绍和网络的规划.113.2 核心层规划与设计.123.2.1 核心层的选址.133.2.2 核心层机房的建设.133.2.3 核心层光纤和光缆芯数的选择.143.2.4 核心层光缆的铺设方法.143.2.5 核心层光缆的长度需求.153.3 汇聚层规划与设计.15考试小抄3.3.1 汇聚层机房的选址.163.3.2 汇聚层机房的建设.173.3.3 汇聚层光纤和光缆芯数的选择.173.3.4 汇聚层光缆的铺设方法.173.3.5 汇聚层光缆的长度需求.183.4 接入层规划与设计.183.4.1 接入层光接入节点的建设.183.4.2 光接入节点的数量和建设要求.193.4.3 接入层光纤和光缆芯数的选择.193.4.4 接入层光缆的铺设方法.20 3.4.5 接入层光缆的长度需求.203.5 路由器的配置.204 网络仿真.224.1 仿真平台介绍.224.2 城域网光纤传输网仿真.224.2.1 搭建仿真网络.224.2.2 核心层路由器各端口 IP 地址分配. 224.2.3 汇聚层路由器各端口 IP 地址分配. 234.2.4 接入层用户的 IP 地址分配. 244.4 网络的运行和仿真结果.244.5 网络安全.265 结论.32参考文献.33致谢.34 考试小抄1 绪论1.1 课题背景及目的早在 3000 年前人类就开始使用光进行通信的传输，例如我国的烽火台就算是光通信的一种，在一二十年前，光纤通信作为一个新名词进入到人类的社会当中，在起初光纤通信对于我们大部分人来说是那么的遥不可及，但是纵观这些年光纤通信的飞速发展，它已经悄然的进入到了我们的生活当中，在我们的日常生活和工作大部分已经离不开光纤传输网络。光纤通信总体来说可以为为三个阶段，第一阶段主要是光纤的基础研究和如何将光纤应用到商业的探讨；第二阶段主要是用于提高传输距离和传输速率的研究；第三阶段则是在现有的基础上以超高速率，超大容量和超长传输距离的研究。随着社会和科技的快速发展，人们对于物质生活的需求不断地提高，在通信方面，拥有个个超高速，超长容量和超常传输距离的一个传输网络是人们目前想要得到的目标，所以光纤传输网络成为了城市传输网所演变的必然趋势。在我国将一个城市的城域网建设成以光纤为传输介质的网络早已经开始建设，在北京，上海等各大城市已经拥有了一个比较完善的光纤传输网络系统，使当地的通信传输业务拥有飞速拓展和良好发展的重要前提，在各个建设光纤网络的城市基础上可以看出光纤传输网对于当地发展的好处，所以在经济允许的的情况下对于中小城市光纤传输网络的建设也是必然趋势。1.2 国内外研究状况纵观国内外光纤网络的研究状况，光纤通信的起点是 1966 年，高锟与霍克哈姆发表的关于传输介质的论文，提出以光纤为介质进行通信的传输，奠定了目前光纤通信的基础。在之后的为三十年，光纤的发展可以用飞速来进行形容，随着光纤生产技术的不断进步和生产规模的不断扩大，光线的价格也不像刚开始的时候那样的高昂，使得光纤的应用范围无限的扩大，成为了目前信息传输的主要媒介。在未来光纤通信系统将会成为国家信息基础建设的支柱，对信息传输有着较高的主导地位。我国对于光纤通信的重视程度不亚于其他发达国家，考试小抄七十年代初期就开始了对于光纤的研究，1979 年已经在上海和北京建立了光纤传输网络的试验系统。并且随着社会的发展与我国科研人员的前瞻性在 1991 年就已经放弃了长途电缆通信系统的建设而开始光纤通信的建设。可以看出我国的光纤传输网络处于全世界的领先阶段，同时可有效地促进我国的经济发展。1.3 课题研究方法本课题先进通过理论学习，了解各组网方法和组网需求，行市场调研了解现有的光纤设备，对城市各个县区进行勘察，根据当地的情况选取最合适的组网方案和组网设备，对该方案所组建的城域网光纤传输网络进行系统的分析和总结，说明该方案的优缺点。考试小抄2 城域光纤传输网络介绍2.1 传输网络介绍在我国传输网被分为三级，国家一级干线传输网络，省二级传输干线网络和本地传输网络。其中本地传输网主要是建设骨干网络和接入网络。2.2 城域光纤传输网基本概念城域网(Metropolitan Area Network)是指在一个城市内将所有的通信用户以光缆为媒介连接起来，形成一个高速的传输网络，使用户可以进行所需要的通信传输。城域网拓扑图结构如图 2.1 所示。图 2.1 城域网的结构由图可以看出城域网主要由核心层、汇聚层和接入层三个部分组成，而这三部分在城域网中发挥着各自不同的作用。核心层的主要是将一个城市内不同地点的主机、数据库以及 LAN 相互连接，同时实现多个汇聚层的连接。汇聚层是连接核心层和接入层的设备，其主要是为接入层提供服务，同时保证城域网内部数据的安全和稳定。接入层主要是利用多种方法，使用户可以接入网络，使其可以满足用户的需求。2.3 城域网光纤传输网的基本特点考试小抄（1）传输速率高。相对于铜线和电缆传输，光纤传输拥有较高的得传输速率和较宽的频带，速率可以扩至数十 Gb/s。可以满足城市未来的通信网络发展和人们对于网络速度的需求。（2）拥有较低的费用。由于光纤通信的大力研究和生产，目前光纤的生产的工艺比较简单，大大的降低了其所需要的费用，而且考虑到传输时信号的损耗，要应用中继来使得减少损耗，但是光纤通信的损耗率极低，其可以跨越更长的无中继站的距离进行传输，减少了中继站的数目，从侧面可以看出光纤传输网络相对于传统的电缆网络减少了更多的成本。（3）抗干扰能力强。光纤是用石英制成的绝缘体材料，不易被腐蚀。而且光纤是应用光进行传播的，所以现在社会中对通信的主要干扰源-电磁波不会干扰到光的传输，即使是较强的太阳风暴出现，也不会对于光纤通信系统产生任何的影响。所以在架设时不需要考虑太多的电磁波干扰，降低了城域网光纤传输网铺设线路的难度。（4）重量较轻。由于光纤的材质相对于其余的传输介质较轻，是光纤更容易携带和安装。（5）拥有较高的使用寿命。各类光纤设备都拥有很高的使用寿命，一般在光纤建设时都考虑到 15-20 年的使用寿命。2.4 光纤种类的介绍在现有的光纤中，以传输方式可以将光纤分为两种类型，即单模光纤和多模光纤。单模光纤就是在光纤的中心轴线中有一条传输路径，光信号在其中利用光的全反射原理，沿直线传播，这样的传播方式不会发生色散，可靠性相对于其他的传播方式较高。而多模光纤顾名思义就是在光纤中拥有多个中心轴线，光源有无限多的传播路径，所以拥有较大的传输带宽。相比较单模光纤和多模光纤，他们之间有很多的优缺点。虽然多模光纤拥有多个传输路径使其拥有较大的传输带宽，但是多模光纤的作用范围小，往往都在几公里之内，然而城域网的组建往往要考虑到较大的覆盖面积和较长的传输距离，这种特性符合单模光纤的传输特性，所以在组建城域网时多选择单模光纤作为传输介质来进行组网。2.4.1 单模光纤介绍考试小抄当今社会中所使用的单模光纤主要有 G.652 光纤， G.653 光纤和 G.655 光纤三种。G.652 光纤称为非色散位移光纤，是目前标准的单模光纤，也是使用最多的光纤之一，我国大部分光纤建设都是应用的这种光纤。国际电信联盟远程通信标准化组织将 G.652 光纤分为了 ABCD 四种类型。其中 G.652A 光纤支持10Gbit/s 系统传输距离达 400KM，支持 40Gbit/s 系统传输距离为 2KM，由于城域网大部分的组网距离为 50150KM，所以大部分光纤网络建设选用 G.652A 进行铺设。G.653 光纤常称为色散位移光纤，这种光纤由于是通过波导色散进行色散平移，当复用信道多时，会由于信道间距变小，产生信号干扰，所以大多数时都不会使用这种光纤，目前仅有日本大量的铺设了这种光纤。G.655 光纤称为非零色散位移光纤，主要是对 G.653 的改进，可以有效地抑制 G.653 光纤所产生的信号干扰。2.5 光缆的介绍光缆就是以一定的制作工艺，形成一个保护壳，将光纤包入其中，作为传输介质进行信息的传递。光缆的类型可分为带状光缆和束状光缆，两者相比较带状光缆更易于组装和建设，所以在组建本地网络时，选择带状光缆进行建设。带状光缆的介绍如表 2-1 所示。表 2-1 带状光缆结构比较结构 优点 缺点骨架式光缆纤芯数高，光纤密度大，集装度高，缆芯为全干式结构，光缆外径相对小节约管道资源，对环境无影响，抗测压性好，施工便捷，掏接容易，效率高，易于分支。由于骨架槽不是全色谱，识别比层绞式光缆复杂。考试小抄层绞式光缆采用松套管和 SZ 绞合，光纤余长稳定，易于线路分支，配纤，组合以及中间接入，掏接容易。光缆外径相对较大，由于光缆为油膏填充结构，对环境有一定的影响。中心管式光缆外径小，单位横截面积光纤密度高，使用原材料少，相对价格较低。余长控制的难度较大，光纤叠体不稳定，且芯数不能太大，掏接难度大。2.6 光传播中设备的介绍在光的传输中，主要存在两个转换，电/光转换和光 /电转换。下面主要介绍形成这两种转换所需要的设备。电/光转换中所需要的最主要的设备就是光发射机。光发射机的作用是将从复用设备送来的 HDB3 信码变换成 NRZ 码；接着将 NRZ 码编为适合在光缆线路上传输的码型；最后在进行电/光转换，将电信号转换成光信号并 耦合进光纤。使信息可以在光纤中传输。相反的，光/电转换所需要的设备就是光接收机，它的作用和光发射机是相反的，将光信号转换为电信号引入到用户当中。但是由于光在光纤的传播中会或多或少的产生衰减，所以光接收机还有一个主要作用就是将传来的信号放大和整形，在形成原信号，保证原信号正确传播。在光的传输中最不可少的就是光缆配线架，方便的实现了光纤组网的调配，光缆的分配等。2.7 组网的方法城域网的组建，组要是对于其中的三个层进行组建，集合当地的实际情况，选取一个符合当地的网络建设，一下将对于各个层的组网方法进行统一的介绍，方便在之后选取合适的方法，进行城域网的组建。2.7.1 核心层组网方法由于核心层是连接城域网的核心节点，拥有重要地位，所以在建设核心层考试小抄时主要考虑到的因素就是网络的高可靠性和高性能。目前核心层的建设方案主要有两种办法，环网结构配纤法和拟格形网配纤法。环网结构配纤法就是将主干交换机和核心交换机以环状的形式连接起来，而虚拟格形网配纤法则是以环状结构配纤法为基础，同时将其两两相接，组成一个网状结构。基本的组网方法如图 2.2 所示。图 2.2 核心层现常用的组网方法在核心层的建设中，早期应使用环形结构配纤法，应为这种方法相对于虚拟格形网配纤法费用较低，而且在一般的城市内环网结构配纤法足以满足当地目前的发展需求。在今后随着经济增长和科技发展，人们可以不断地完善网络，将网络建设成所需要的样子，满足未来人们生活的需求。同时在组建核心层时光缆的纤芯数较多，要根据当地用户的数量和未来加入网络的用户，估算出总出局光纤数，然后根据用户的分布情况，分摊到每个局的每条出局主干光纤数。2.7.2 汇聚层组网方法汇聚层为连接本区域的逻辑中心，仍需要较高的性能和比较丰富的功能，汇聚层的组要组网方法就是使用环形网络，如图 2.3 所示。考试小抄图 2.3 汇聚层常用的组网方法这样配纤的形式主要是保证了汇聚层拥有较高的可靠性假如 AB 的传输网络出现了什么故障，信息则不会产生传输中断，它会由 AEDCB 传输信息，保证了其正常的使用。2.7.3 接入层组网方法接入层可以说是网络的最底层，其结构相对而言比较的捡的，现拥有的基本组网方法分为以下几类。（1）树形递减直接配纤法 树形递减直接配纤法是指接入用户的配线光缆直接从主干光缆中引出，光缆的芯数从局端起向远端节点逐级递减。组网方式如图 2.4 所示。图 2.4 接入层树形递减直接配纤法树形递减直接配纤法主要用于用户等终端节点分布在较大的范围内，且用户较为稳定，变动较小的地区。所以此法的通融性较差，需求光纤纤芯数较多，光纤资源独立，利用率较低。如果在设计时未考虑进去未来更多的新用户，会考试小抄发生节点纤芯不足的情况，同理过多的纤芯但在未来并没有新用户加入，会造成光纤的浪费。同时这种配纤方式如果主干网出现了故障，则将会影响下游的所有用户。（2）树形无递减直接配纤法树形无递减直接配线法与上述树形递减直接配线法的结构大体相似。从局端到光缆交接箱、从光缆交接箱到光缆交接箱之间的主干光缆芯数无递减，配线光缆从光缆交接箱引出。这种配纤法主要适用于客户分布预测困难，管道资源不足的情况。组网方式如图 2.5 所示。图 2.5 接入层树形无递减直接配纤法由于这种配纤法是从局端到光缆交接箱、从光缆交接箱到光缆交接箱之间的主干光缆芯数无递减，所以它能立即满足沿线用户的需求和用户的改变，纤芯的融通性较高。但它的主干是线形，上游出现光缆线路的故障同样会影响其下游的所有光纤用户，并且此法从局端到最末一个交接箱的光缆纤芯数等于或略大于沿线交接箱所需纤芯数的总和。 （3）环形无递减交接配纤法环形无递减交接配纤法是指主干光缆闭合成环，终端在同一节点上，再环路上主干光缆纤芯无递减，配纤光缆也从光缆交接箱中引出。因此，主干光缆纤芯数等于环上所有交接箱的芯数总和。通过换路保护技术，就算主干光缆出现了故障，通信业务可在较短的时间内自我修复。组网方式如图 2.6 所示。考试小抄图 2.6 接入层环形无递减交接配纤法主要的缺点在于这种配纤方法要求光缆的长度更长，这样大大的提高了成本。但是由于现在的科技发展和人们对现有网络的需求量增大，以及为了满足未来业务需求，在发达城市或家庭条件允许的情况下，可以优先选择这种配纤法。考试小抄3.天水市光纤传输网设计3.1 天水市介绍和网络的规划甘肃省天水市位于甘肃省的东南部，有西北小江南的的称号，处于陕甘川三省交界的地方，交通便捷，在西北五省中有重要的地位。城市发展迅速，同时做为关中-天水经济区的一员和我国近年来提出按加强丝绸之路的建设，使得该地拥有着高速的发展，所以未来在该市建立一个光纤传输网络是未来所必须的。这样不仅可以支持当地的经济建设发展，同时也可以满足当地人们和企业随着社会质量的不断提高，对于更加快速的网络需求。天水市分为秦州区、麦积区、秦安县、武山县、甘谷县、清水县和张家川回族自治县。拥有 370 万的常住人口，其中城镇人口 120 万人，城区人口 60 万人左右。根据地图可以画出各县区所处位置的简略示意图如图 3.1 所示。考试小抄图 3.1 天水市各县区位置分布图城域网的建立一般分为三个步骤，核心层、汇聚层、和接入层的建立。而对于用户的分布进行分析可以发现主要的家庭用户和企业用户都处于两个城区，占有了大量的人口，其中秦州区属于市政府所在地，并且所网络运营商的骨干网络也处于秦州区之内，所以将该市城域网的核心层建设在秦州区内可以减少架线量。由于市区由渭河穿流而过，人们生活的区域主要分为河东和河西的两片区域，而且城市的建设也由于这样的分布开展。同时考虑到本地面积由于地形的关系并不是很大，经济和用户数量也不可与发达城市相比较，不需要建立太多的核心节点就可以暂时满足当前所需求的信息传递。通过这种地理位置并且结合当地的实际情况，我们可以在河东与河西设立两个主干交换机，和两台核心路由器组成核心层，并与网络运营商的路由器相连。汇聚层主要的作用就是连接接入层和骨干层，同时提供了大量的业务处理功能，所以按照当地的行政划分，可以划分为五个区域，但是考虑到秦州区内用户量大，也可考虑将秦州区划分为河东、河西和市中心三个区域，这样我们应当建立九个汇聚层的路由器，设立九个汇聚局，管理各个区域内部的 IP 划分等各种业务。接入层是一个城域网络最低端的网络结构，所以在组网上也没有什么特别的要求，根据情况我们选择在人口密集的地方，政府单位，商业机构和工业园区之间设立光接口，从光接口通过设备引入到用户当中，使用户拥有信息传输的功能。根据如上的初步规划，画出天水市城域网光纤传输网络的拓扑结构图，如图 3.2 所示。考试小抄图 3.2 天水市光纤传输网拓扑结构图3.2 核心层的规划与设计核心层的建设如前文规划的情况，设计两个核心层机房，分别拥有一个主干网交换机和一个核心层交换机，拓扑结构图如图 3.3 所示。图 3.3 核心层网络结构拓扑图如图所示，核心层的由两个小环组成，没有将两个主干网交换机相连接，并没有形成网状网络。这样的设计主要原因在于当地只设立了两个核心路由器，所以这样所组成的环状网络可以满足当地通信不会因为设备的故障而导致中断。假设主干网路由器 1 出现了故障，两个核心交换机可以从主干交换机 2 实现数据的传输，减少了主干交换机互联所产生的不必要的资源浪费，而且并不会因考试小抄为这样导致信息传输的中断。3.2.1 核心层的选址如上所述，核心层的选址分别选取在河东与河西区域进行建设，其中运营商的主干网络机房处于河西成纪大道西路，所以河西区域的机房建立选择在运营商主干网络机房旁边进行就近建设，减少网络的架线。河东区域由于拥有众多的居民区，在居民区内建立机房价格往往较高，所以将机房选取在天水师范大学内进行建设，可以与学校签订协议，可以适当的将机房应用到网络的学习当中，减少建设机房所产生的费用。3.2.2 核心层机房的建设核心层机房的建设主要是机房内部设备的选取，例如主干网交换机、核心交换机、光收发机等设备的选取。主干网交换机在此主要是完成与骨干网络相连，使得一个城市内可以使用网络进行信息传输，现有的交换机分为二层、三层和四层交换机，二层交换机主要用于小型的局域网络且传输速率较慢，四层交换机虽然拥有更快地传输速率，但是其在目前市场中的报价相对而言较高，所以在进行主干网交换机选择时选取三层交换机进行组建，同时由于配置光纤传输网络，所以在选取路由器时选取拥有光接口的路由器进行配置。核心交换机由于其在网络中的重要地位，所以选取时应当考虑到其可靠性、高效性、可管理性和适应性等许多问题，所以选取性能较高的三层交换机是必要的，具体的选取情况与主干网交换机的选取类似。根据现在市场内所拥有的主要三层交换机的型号选取主干网交换机和核心交换机的选择如下表 3-1 所示。表 3-1 核心层路由器的选择交换机 厂商 型号 应用层级 传输速率 价格主干网交换机 华为 S9312 三层 10/100/1000Mbps 19000核心交换机 华为 S9312 三层 10/100/1000Mbps 19000在机房内设立一台主机，分别与各交换机连接，起到管理和维护的作用，同时可以为各路由器进行配置。为了机房免于受到温度的过高或者过低对机房中的设备造成影响，应当设考试小抄立空调，来对机房内部的温度进行控制，是设备不会因为温度的改变来影响传输的效率。3.2.3 核心层光纤和光缆芯数的选择由于核心层的重要地位和其所需要的快速传递信息的能力，核心交换机间采用光缆互连，实现核心交换机间的高速互连，由于核心层对网络带宽的需求较高，并且拥有众多的业务，所以选取纤芯越大越好，暂时选择 10GE 的链路进行连接，这样的选择不仅会满足现有的用户的需求，当未来用户数量增加时，也可能更好地满足用户的需求。在光纤的选择上由于两个核心路由器和主干交换机的距离相对而言不会过远，所以在选取时应劲量考虑其信息的高速通信，所以在此时选择多模光纤作为核心层的传输介质。3.2.4 核心层光缆的铺设方法光缆的铺设沿城市的马路进行地下管道光缆建设，其中过河的路段，在桥面架设电杆，完成光缆的空中搭建。3.2.5 核心层光缆的长度需求其中核心节点的选取，第一个核心节点位于河西，同时运营商主干机房也位于河西，所以将其设立在运营商主干网络机房旁边，这样可以节省光缆的架设，第二个河东区域的核心节点设立在天水师范大学，表 3-2 根据城市的主干道进行设计计算所需要的长度。表 3-2 核心层光缆所需的理论长度路由器距离（km）路由器主干交换机1主干交换机2核心路由器1核心路由器2运营商路由器主干交换机 1 1 3.5 1主干交换机 2 3.5 1 2.5核心路由器 1 1 3.5 3.5 2核心路由器 2 3.5 1 3.5 3.5运营商路由器 1 2.5 2 3.5根据之前核心层网络设计，长度距离我们只要考虑到其中七条连线的距离之和，将其相加得到共需要 16 公里的光缆长度，但这些仅仅是从理论上考虑所考试小抄得来的数据，在实际的应用中，我们需要考虑进去不可避免的浪费和施工时产生不必要失误，所以应该适当的增加光缆的长度。由于距离较近，我们考虑多使用 5 公里的光缆来进行核心层的组建，所以核心层的光缆长度定为使用 21 公里来进行搭建。3.3 汇聚层的规划与设计根据当地的地理情况和人口进行分析，我们可以看出在该地区，主要的网络用户集中在县区当中的城镇人口和城区的企业用户中，由于先前设立了两个核心路由器，所以各个汇聚层路由器应当分别与两个核心路由器相连，来保证其用户的正常通信，建设的原理与核心层路由器的选择原因相似。前期的规划主要是用于保障网络的可靠性，这种网络相对于将汇聚层建成一个环形网络更加方便与可靠，同时节约了资源。具体的组网方案如图 3.4 所示。图 3.4 汇聚层网络结构拓扑图如图所示，这样的建设时将两个核心路由器于其中任意的一个汇聚层路由器相连，想成一个环状网络，这样也就是可以说总共形成了九个环状网来保证正常的通信。3.3.1 汇聚层机房的选址汇聚层机房的选址主要考虑到其要同时连接接入层与核心层，选址的地段要方便之后接入层的布局同时竟可能减少光缆的长度。所以机房的建设大多选择在主干道进行建设，尽可能的减少未来接入层配纤的难度。所以在河东与河西两个区域的汇接局建设选择依靠核心机房进行建设，其他区域机那里在城市的主干道周围。具体的机房选址如表 3-3 所示。表 3-3 汇聚层机房的选址考试小抄汇聚局名称 地址选择河东区域 天水师范大学河西区域 成纪大道西路甘谷县 南环路武山县 繁荣街秦州区 大众中路麦积区 兴隆路清水县 轩辕大道张家川 解放西路秦安县 解放北路3.3.2 汇聚层机房的建设汇聚层的机房设备主要包括路由器、计算机、放大器等一些机房建设所必须的设备。汇聚层路由器的选择由于其在网络中起到业务的处理功能，所以需要较强的性能和快速的信息传输功能，选择三层交换机可以满足这类的要求。在此选择华为 S5700-28c-si，路由器的具体参数如表 3-4 所示。表 3-4 汇聚层路由器主要参数路由器名称 厂商 型号 端口数 应用层数 价格汇聚层路由器 华为 S5700-28c-si 24 三层 5699主机和空调设立的主要作用与核心层的相同，形成对汇聚层路由器的维护和管理，保证设备的正常工作。光放大器的设立主要是因为之前光信号通过长距离的通信，在通信的过程中产生了不必要的衰减，所以使用光发大器对光信号进行放大和整形，还原为之前所发射出的光信号。在选择时选择光纤放大器来进行组建，在此选择PHOTON 所生产的 PTA5102 光纤放大器。3.3.3 汇聚层光纤和光缆芯数的选择由于汇聚层需要很长的距离来进行与核心路由器的连接，各个县到核心路由器的距离往往大于 50 公里，在选择光纤时，不能选择多模光纤进行架设，因考试小抄为多模光纤的传输距离仅仅是几公里的范围内可以形成快速的传输，所以此时我们应当选择单模光纤，在现有的单模光纤中优先选择 G.652A 型光纤进行架设。对于光缆芯数的的选择，由于要满足未来五到十年内的各种业务的增加和用户数量的不断提高，所以在选择光缆的时候我们应选择 288 芯以上的骨架光缆较为合适。3.3.4 汇聚层光缆的铺设方法汇聚层光缆的铺设主要分为两个部分，一部分由于河东区域、河西区域、市中心和麦积区由于都在市区范围内，所以这四个区域的主要铺设法是应用地下管道沿城市的主干街道进行，减少了空中架线的所需电杆带来的费用，而且便于维护，有效地防止了外界因素对信息传输的干扰。另外一个部分是在于各个县区，不能采取管道建设的原因主要在于地处山区，建设管道的成本远远大于高空架线的成本，同时可以有效地避免了地形对于光缆建设的影响。3.3.5 汇聚层光缆的长度需求按照之前的设计方案，汇聚层的的光缆长度主要由汇聚层路由器与两个核心路由器之间的距离决定，如表 3-5 所示表 3-5 汇聚层光缆所需的理论长度核心层路由器距离（km）汇聚层路由器河东区域河西区域市中心麦积区武山县清水县甘谷县张家川秦安县核心路由器 1 3 1 2 26 94 65 55 84 45核心路由器 2 1 3 2 29 97 68 58 87 48通过以上的分析市区的光缆沿城市主干道进行地下管道铺设，各个县区到核心路由器的见通过架空光缆建设。由表格可以得出，地面管道铺设时理论上使用的光缆需要 67 公里的光缆，与核心层的建设一样，考虑到不可避免的因素，应适当的增加 15%20%来进行铺设，所以应增加大约 15 公里的光缆。另外一部分的空中架线理论上需求 701 公里的光缆，考虑到不可避免的影响因素，应使用 850 公里左右的光缆进行组网。考试小抄3.4 接入层的规划与设计接入层是一个城域网络最低端的网络结构，所以在组网上也没有什么特别的要求，根据情况我们选择在人口密集的地方，政府单位，商业机构和工业园区之间设立光接口，从光接口直接引入到用户当中。组建方法主要选取树形无递减直接配纤法来进行接入层的组建。为何选取这种配纤的方法，原因之一就是节约成本。根据各个汇聚局的划分，我们可以根据当地的实际情况，选择各个区域建立光接入节点，进行网络的划分。3.4.1 接入层光接入节点的建设光节点的建设主要由两个设备组成，一种就是光放大器，与那里与之前的汇聚层光放大器一样，使用 PHOTON 所生产的 PTA5102 光纤放大器。选择一种是路由器的选择，由于接入层需要的是允许终端用户连接到网络，所以选取路由器时要考虑到低成本和高密度的因素，选取华为生产的 son2000 路由器进行组建，具体参数如表 3-6 所示。表 3-6 接入层路由器的选择和参数路由器名称 厂商 型号 端口数 应用层数 价格接入层路由器 华为 SON2000 16 二层 1900通过光纤放大器和路由器光纤引入到户，但是用户的许多设备没有光接口，光纤无法直接连接到设备上。这时就需要配置一个光猫（光调制解调器），对光信号滤波、反调制、电平转换后还原成数字信号送入数字终端设备。这样用户就可以使用光纤传输网络来进行信息的传递。 3.4.2 光纤接入节点的数量和建设要求由于光纤节点主要建立在居民区和工业区，所以需要大量的接入节点来完成接入层的建设，各个接入层所需要的接入节点的数量如表 3-7 所示。表 3-7 接入层光节点的数量接入层区域 光节点数量河东区域 15河西区域 15甘谷县 20武山县 20考试小抄秦州区 15麦积区 24清水县 20张家川 20秦安县 20光接入节点建立的主要考虑到走线的便意程度，多使用户外架设进行搭建，在一个区域内的建筑内使用挂设的方式挂在墙壁上，在要经过当地用户的允许，选取最合适的地点进行挂设。3.4.3 接入层光纤和光缆芯数的选择接入层的光纤由于要满足十几至二十公里以上的信息传递，所以在应当选取与汇聚层相同的单模光纤，即 G.652A 型光纤用来搭建，光缆的芯数由于选择的是树形无递减直接配纤法所以应当于汇聚层的光缆芯数相同，选取所择288 芯以上的骨架光缆较为合适。3.4.4 接入层光缆的铺设方法接入层主要位于城区或县区的主要地位，建设的方式以埋地管道建设为主，但是再遇到河流等难以实施地下埋设的时候，可以考虑使用空中架线的方法进行建设。3.4.5 接入层光缆所需的长度根据汇接局的各个路由器到达各个小区和重要地段的长度来进行计算，同时要考虑到 15%20%的损耗。3.5 各路由器的配置路由器的外部配置主要是对其槽位的配置，其中大部分的槽位分配是出厂时就已经分配好的，所以在配置时，首先配置业务板，得到所需求的业务。路由器槽位分布如图 3.5 所示。考试小抄图 3.5 路由器槽位分布由于之前对所选用的路由器都为华为的设备，所以路由器的内部配置我们可以使用 iManager T2000 网络管理系统对路由器进行配置，是每个层分层进行管理。配置的第一步必须要保证物理链路的正确性，然后才可以进行相应的配置。例如 SDH 业务的配置可按如下所示的步骤进行配置。（1）进行网络拓扑对象进行创建第一步：在主菜单传输工作台/传输网络纤缆管理 进入纤缆管理窗口创建新的纤缆。第二步：在该窗口点击右键/创建纤缆就创建了一条新的纤缆。第三步：选择网元，单板，光口。第四步：输入该纤缆的基本信息。第五步：点击应用 ，创建完成。（2）配置保护子网络；第一步；进入保护视图，选择要创建的保护子网类型。第二部；进入创建向导，在视图上双击所要创建的保护子网包含的网元，设置完成后，单击下一步。第三步；确认物理信息正确后，点击;完成创建过程。第四步；对于创建部分复用段，选择了按 vc4 划分，在列表中会多出一列考试小抄，点击该列可要使用的 vc4 时隙；设置完成后，点击，完成创建过程。（3）业务的配置第一步：点击传送工作台/传送网络设备维护台 /业务配置/SDH 业务,选择取需要配置业务的网元，点击 。第二步：在右边窗口中，点击新建，弹出新建 SDH 业务对话框。第三步：输入各属性值，点击确定；新建 SDH 业务就完成了。4.网络仿真4.1 仿真平台介绍仿真平台选取 cisco6.0.1 版本进行组建，该软件主要用于网络的仿真，通过对网络的设计和配置，制作出相应的仿真图，使用户了解设计的网络产生的故障和查看网络的运行情况。4.2 城域网光纤传输网仿真4.2.1 搭建仿真网络在思科软件上对所涉及的网络进行搭建，仿真拓扑图如图 4.1 所示。考试小抄图 4.1 思科搭建网络仿真拓扑结构图4.2.2 核心层路由器各端口 IP 地址的分配核心层与之前设计的不同主要在于使用了运营商路由器，使外部网络可以引入到所设计的传输网络当中。核心层路由器的各端口 IP 地址分配如表 4-1 所示。表 4-1 核心层路由器端口配置路由器 端口 1 端口 2 端口 3运营商路由器 2 10.30.10.1 172.0.0.2运营商路由器 1 172.0.0.1 202.202.147.1 202.202.145.1主干网交换机 1 202.202.145.123 192.168.201.2 192.168.203.2主干网交换机 2 202.202.147.123 192.168.202.2 192.168.204.2核心交换机 1 192.168.201.1 192.168.202.1 192.168.113.1核心交换机 2 182.168.204.1 192.168.203.1 192.168.113.2子网掩码统一设置为 255.255.255.04.2.3 汇聚层路由器各端口 IP 地址的分配汇聚层路由器各端口 IP 地址分配如表 4-2 所示。表 4-2 汇聚层路由器端口配置路由器 端口 1 端口 2 端口 3 端口 4 端口 5 端口 6 端口 7 端口 8 端口 9核心路由器 1192.168.101.2192.168.103.2192.168.105.2192.168.107.2192.168.109.2192.168.111.2192.168.210.2192.168.211.2192.168.212.2考试小抄核心路由器 2192.168.102.2192.168.104.2192.168.106.2192.168.108.2192.168.110.2192.168.112.2192.168.213.2192.168.214.2192.168.215.2武山县 193.168.102.1192.168.101.1甘谷县 192.168.101.1192.168.103.1河东区域192.168.106.1192.168.105.1市中心 192.168.108.1192.168.107.1河西区域192.168.109.1192.168.110.1麦积区 192.168.112.1192.168.111.1秦安县 192.168.213.1192.168.210.1清水县 192.168.214.1192.168.211.1张家川 192.168.215.1192.168.212.1子网掩码统一设置为 255.255.255.04.2.4 接入层路由器与用户的 IP 设置接入层的路由器根据当地的环境，组建成许多的局域网满足用户的信息传递，规定每一个端口所连接的网络属于哪一个局域网，同时用户的 IP 地址分配采用 DHCP 技术进行动态自动划分，是每个用户拥有一个 IP 地址，满足上网的需求。4.4 网络的运行和仿真结果对组建的网络进行仿真，主要的目的是验证物理链路在受到一些外界因素的干扰导致链路损坏和路由器自身无法正常运行对网络传输所产生的影响。考试小抄首先对核心层进行验证，关闭主干网路由器 1，其中与主干网路由器 1 相连的几条链路无法正常的运行，如图 4.2 所示。图 3.2 关闭主干交换机 1 对网络的影响此时查看接入层任意的一个渡口，检查之前的操作对整个网络数据传递功能的影响，运行文件传输功能，查看文件视口可以进行正常的传输。如图 3.3 所示。图 3.3 模拟文件传输查看运行结果，如图 3.4 所示。图 3.4 文件传输结果通过仿真的结果我们可以看出，之前对核心层主干网交换机损坏的假设不会对所设计的网络最终传输结果产生影响。对汇聚层网络进行验证的方法和对核心层的验证方法相同，光比汇聚层其中的一个交考试小抄换机或者将物理连线暂时的断开，进行模拟文件的传输，传输结果与之前的仿真结果类似，不会对网络的信息传输产生影响。现在假设汇聚层所有的路由器全部损坏，如图 3.5 所示。图 3.5 汇聚层全部路由器关闭之后在对接入层的用户新型模拟的数据传输，传输结果如图 3.6 所示。图 3.6 仿真结果通过仿真结果，我们可以看出所设计的网络，只有当所有的路由器出现问题时，才会导致用户无法正常的使用网络。通过之前的仿真可以看出所设计的网络具有较高的可靠性，网络的传递不会轻易地受到某种因素而产生中断。之前设计的光纤传输网络是可以实现的。4.5 网络安全问题现在的日常生活中，随着网络的广泛应用，和人们越来越注重自我隐私的保护，网络安全问题成为了当今社会炙手可热的一个话题。小到网络的病毒，大到网络的黑客对网络服务器的破坏，这些日常生活中经常听到的都属于网络安全问题，组建一个网络是否成功，不光是在于其是否可以正常的运行，同时也要保证免收外来因素的攻击。所以给网络加入必要的保护措施是必要的。在网络的建设方面，主要是在于对于路由器进行加密等一切手段来防止路由器受考试小抄到外部因素的影响。以下将介绍华为交换机对网络安全的解决办法。（1）广播风暴控制技术 网卡或其它网络接口损坏、环路、人为干扰破坏、黑客工具、病毒传播，都可能引起广播风暴，交换机会把大量的广播帧转发到每个端口上，这会极大地消耗链路带宽和硬件资源。可以通过设置以太网端口或 VLAN 的广播风暴抑制比,从而有效地抑制广播风暴，避免网络拥塞。 广播风暴抑制比 可以使用以下命令限制端口上允许通过的广播流量的大小，当广播流量超过用户设置的值后，系统将对广播流量作丢弃处理，使广播所占的流量比例降低到合理的范围，以端口最大广播流量的线速度百分比作为参数，百分比越小，表示允许通过的广播流量越小。当百分比为 100 时，表示不对该端口进行广播风暴抑制。缺省情况下，允许通过的广播流量为 100%，即不对广播流量进行抑制。在以太网端口视图下进行下列配置： broadcast-suppression ratio 为 VLAN 指定广播风暴抑制比 同样，可以使用下面的命令设置 VLAN 允许通过的广播流量的大小。缺省情况下，系统所有 VLAN 不做广播风暴抑制，即 max-ratio 值为 100%。 （2）MAC 地址控制技术 以太网交换机可以利用 MAC 地址学习功能获取与某端口相连的网段上各网络设备的 MAC 地址。对于发往这些 MAC 地址的报文，以太网交换机可以直接使用硬件转发。如果 MAC 地址表过于庞大，可能导致以太网交换机的转发性能的下降。MAC 攻击利用工具产生欺骗的 MAC 地址，快速填满交换机的MAC 表，MAC 表被填满后，交换机会以广播方式处理通过交换机的报文，流量以洪泛方式发送到所有接口，这时攻击者可以利用各种嗅探工具获取网络信息。TRUNK 接口上的流量也会发给所有接口和邻接交换机，会造成交换机负载过大，网络缓慢和丢包，甚至瘫痪。可以通过设置端口上最大可以通过的MAC 地址数量、MAC 地址老化时间，来抑制 MAC 攻击。设置最多可学习到的 MAC 地址数 通过设置以太网端口最多学习到的 MAC 地址数，用户可以控制以太网交考试小抄换机维护的 MAC 地址表的表项数量。如果用户设置的值为 count，则该端口学习到的 MAC 地址条数达到 count 时，该端口将不再对 MAC 地址进行学习。缺省情况下，交换机对于端口最多可以学习到的 MAC 地址数目没有限制。在以太网端口视图下进行下列配置： Mac-address max-mac-count count设置系统 MAC 地址老化时间 设置合适的老化时间可以有效实现 MAC 地址老化的功能。用户设置的老化时间过长或者过短，都可能导致以太网交换机广播大量找不到目的 MAC 地址的数据报文，影响交换机的运行性能。如果用户设置的老化时间过长，以太网交换机可能会保存许多过时的 MAC 地址表项，从而耗尽 MAC 地址表资源，导致交换机无法根据网络的变化更新 MAC 地址表。如果用户设置的老化时间太短，以太网交换机可能会删除有效的 MAC 地址表项。一般情况下，推荐使用老化时间 age 的缺省值 300 秒。在系统视图下进行下列配置 : mac-address timer aging age | no-aging 使用参数 no-aging 时表示不对 MAC 地址表项进行老化。 设置 MAC 地址表的老化时间 这里的锁定端口就是指设置了最大学习 MAC 地址数的以太网端口。在以太网端口上使用命令 mac-address max-mac-count 设置端口能够学习的最大地址数以后，学习到的 MAC 地址表项将和相应的端口绑定起来。如果某个 MAC 地址对应的主机长时间不上网或已移走，它仍然占用端口上的一个 MAC 地址表项，从而造成 MAC 地址在这 5 个 MAC 地址以外的主机将不能上网。此时可以通过设置锁定端口对应的 MAC 地址表的老化时间，使长时间不上网的主机对应的 MAC 地址表项老化，从而使其他主机可以上网。缺省情况下，锁定端口对应的 MAC 地址表的老化时间为 1 小时。（3）DHCP 控制技术 DHCP Server 可以自动为用户设置 IP 地址、掩码、网关、DNS、WINS 等网络参数，解决客户机位置变化（如便携机或无线网络）和客户机数量超过可分配的 IP 地址的情况，简化用户设置，提高管理效率。但在 DHCP 管理使用上，存在着 DHCP Server 冒充、DHCP Server 的 Dos 攻击、用户随意指定 IP 地址造考试小抄成网络地址冲突等问题。 早期的 DHCP 协议只适用于 DHCP Client 和 Server 处于同一个子网内的情况，不可以跨网段工作。因此，为实现动态主机配置，需要为每一个子网设置一个 DHCP Server，这显然是不经济的。DHCP Relay 的引入解决了这一难题：局域网内的 DHCP Client 可以通过 DHCP Relay 与其他子网的 DHCP Server 通信，最终取得合法的 IP 地址。这样，多个网络上的 DHCP Client 可以使用同一个 DHCP Server，既节省了成本，又便于进行集中管理。DHCP Relay 配置包括：配置 IP 地址 为了提高可靠性，可以在一个网段设置主、备 DHCP Server。主、备DHCP Server 构成了一个 DHCP Server 组。可以通过下面的命令指定主、备DHCP Server 的 IP 地址。在系统视图下进行下列配置: dhcp-server groupNo ip ipaddress1 ipaddress2 配置 VLAN 接口对应的组 在 VLAN 接口视图下进行下列配置： dhcp-server groupNo 使能/ 禁止 VLAN 接口上的 DHCP 安全特性 使能 VLAN 接口上的 DHCP 安全特性将启动 VLAN 接口下用户地址合法性的检查，这样可以杜绝用户私自配置 IP 地址扰乱网络秩序，同 DHCP Server配合，快速、准确定位病毒或干扰源。在 VLAN 接口视图下进行下列配置： a