1.1 网络概述

1.1.1 什么是承载网

承载网，是在运营商网络中用于传送语音和数据业务的网络，可以理解为是传送上层业务的通道。打个比方，在4G-LTE 网络中，用户的上网数据通过基站接入后，需要传送到LTE核心网进行处理，这些上网数据被称之为上层业务。在基站和核心网设备之间负责传送的所有设备、线缆的集合，称为承载网。承载网的应用非常广泛，根据传送业务的类型不同，一个运营商可能同时存在多个承载网，比如4G承载网、3G承载网、IPTV承载网等。承载网的拓扑如图1-1所示。

承载网的设备分类如下。

1.数通设备

数通设备基于IP及相关技术设计，负责建立业务传送路径井保障传送可靠性，典型的设备有路由器、交换机。

2.传输设备

（1）在物理层面上负责设备之间远距离、大容量的光传输，典型设备是OTN；

（2）结合了数通设备和传统传输设备的特点，可透明传送IP、TDM等业务的PTN设备。

本书中，将路由器、PTN、交换机归为IP承载网络，OTN归为光传输网络。IP承载网与光传输网的关系如图1-2所示。

1.1.2 网络拓扑

一个大城市的道路规划，如果只有一辆车在行驶，不管道路如何分布，交通信号如何布局，信号间如何同步协调，都没有什么大的问题，但如果是在交通高峰期，不好的道路规划将会导致严重阻塞。

承载网络也是同样的道理，采用适当的网络连接设计，保证多用户间的数据传输没有延迟或是延迟很小，是非常重要的。

将各种网络连接策略称为网络拓扑结构（Network Topology）。在做网络设计时，拓扑设计是一个非常重要的环节。拓扑结构的水平高低取诀于设备的类型和用户的需求。在某种环境中表现很好的一种拓扑结构照搬到另一环境中，也许会导致效率降低。

1.1.2.1星状拓扑

星状拓扑结构是一种以中央节点为中心，把若干外围节点连接起来的辐射式互连结构。外围节点彼此之间无连接，相互通信需要经过中心节点的转发，中心节点执行集中的通信控制策略。星状拓扑在企业网、运营商网中被广泛采用，如图1-3所示。

优势：

（1）安装容易，结构简单，费用低。

（2）控制简单。任何一个站点只和中央节点相连接，因而介质访问控制简单，易于网络监控和管理。

（3）故障诊断和隔离容易。中央节点对连接线路可以逐一隔离，进行故障检查和定位，单个连接点的故障只影响一个设备，不会影响全网。

缺点：

中央节点负担重，成为瓶颈，一旦发生故障，全网皆受影响。

为了解诀这一问题，有的网络会采用双星状拓扑，如图1-3（b）拓扑图所示，网络中设置两个中心节点。

1.1.2.2环状拓扑

环状拓扑结构是将网络节点连接成闭合结构，信号顺着一个方向从一台设备传到另一台设备，信息在每台设备上的延时时间是固定的。当环中某个设备或链路出现故障时，信号可以顺着另一个方向传送。为了提高通信效率和可靠性，常采用双环结构，如图1-4所示，即在原有的单环上再加一个环，一个作为数据传输通道，另一个作为保护通道，互为备份。

优势：

（1）信号沿环单向传输，时延固定，适用于实时性要求高的业务。

（2）所需光缆较少，适于长距离传输。

（3）可靠性高，当采用双环结构时能有效保障业务不间断传输。

缺点：

在环上增加节点会给运行的业务带来延时或中断，因而灵活性不够高。

1.1.2.3网状拓扑

网状网络通常利用冗余的设备和线路来提高网络的可靠性，因此，节点设备可以根据当前的网络信息流量有选择地将数据发往不同的线路。

网状拓扑结构的极端是全网状结构，即任何两个节点间都有直接的连接，这种结构以冗余的链路能确保网络安全，如图1-5所示。但这种结构的成本非常高，因此常用的网状结构是非全网状的。

由于网络结构复杂，必须采用适当的寻路算法和流量控制方法来管理数据包的走向。

网状结构主要应用于大型网络的核心骨干连接。

优势：

可靠性非常高。

缺点：

（1）大量的冗余链路和设备造成网络建设成本很高。

（2）网络复杂度很高，维护难度较大。

1.1.3 网络分层

除了选择合适的拓扑结构外，在网络设计中层次的划分也很重要，它能使网络中设备选择和流量规划更加合理，从而节省网络建设和维护成本。一般网络包括接入层、汇聚层、核心层三部分，各如图1-6所示。网络层次功能如表1-1所示。

1.1.4 典型组网

如图1-7所示，LTE 承载网一般分为三个层次：核心层、汇聚层、接入层。接入层直接连接LTE无线侧设备，一般为环状组网。汇聚层也为环状结构，每个汇聚设备连接一个或多个接入环。采用环状拓扑的好处是能够节省光纤资源，同时也可以形成比较好的链路保护。核心层一般采用口字状组网，有的可能简化为星状组网，与汇聚设备相连接。