1.1 IP网络简介

IP网络是以TCP/IP为基础，将计算机、网络设备等互联而构建的计算机通信网络。IP网络源于1969年美国国防部高级研究计划管理局（Advanced Research Projects Agency, ARPA）为军事目的而组建的 ARPA 网（Adcanced Research Projects Agency Network, ARPANet），并从1982年开始逐步形成了以ARPANet为主干网络的互联网。1983年，美国国家科学基金会（National Science Foundation,NSF）组建了基于IP的计算机通信网络NSFNet。NSFNet逐步取代ARPANet而成为互联网的主干网络。20世纪90年代，随着电脑的普及和信息技术的发展，互联网得以迅速发展，在网络规模、用户规模、网络形态以及业务形态等方面都发生了巨大变化。如今，以IP网络为基础的宽带基础设施已成为与水、电等同样重要的信息基础设施。

IP网络按照覆盖范围可划分为广域网、城域网和局域网等类型。广域网简称WAN （Wide Area Network），是在一个广泛地理范围内建立的计算机通信网络，覆盖范围一般为几十到几千千米，通常用于城市、地区甚至国家之间的网络连接。局域网简称LAN（Local Area Network），是在一个局部地理范围（如企事业单位）内将各种计算机、外部设备以及数据库等互联组成的计算机通信网络，通常由用户基于其内部网络通信需要而构建，覆盖范围通常限于几千米。城域网简称MAN（Metropolitan Area Network），介于局域网和广域网之间，是用户与广域网之间的连接纽带，通常以城市或地区为范围组建。

在很多场合下，IP网络也可以按照用途划分为骨干网（Backbone Network）、城域网和IDC（Internet Data Center）等网络。

1.IP骨干网

IP骨干网是用于连接多个区域性或功能性网络的高速网络，属于广域网的范畴。IP骨干网通常与城域网、IDC网络相连，实现城域网—城域网、城域网—IDC网络以及IDC—IDC网络之间的互联，并进而实现跨区域或跨网络的流量疏导。为了实现更大范围的 Internet互联，每个骨干网必须与一个或一个以上的其他骨干网互联互通。Internet商业化运营以后， IP骨干网通常由一些大型商业主体（如网络运营商、大型内容提供商等）建设运营。国内典型的IP骨干网有中国电信的ChinaNet、中国联通的UNINet、中国移动的CMNet以及中国教育和科研计算机网CERNet等。

2.IP城域网

IP城域网是指在一定区域（如城市等）范围内组建的，以用户接入、流量汇聚和业务提供为目的的宽带IP网络。基于其功能目的，城域网通常上联骨干网，通过骨干网与城域网、IDC等其他网络互通。IP城域网通常采用层次化组网（如图1-1所示），根据功能定位，由上到下可划分为核心层、接入控制层和接入层3个层次：核心层负责对接入控制层设备的汇接并提供城域网与骨干网之间的流量出入口；接入层实现用户的接入、聚合和流量分发；接入控制层在核心层（三层网络）与接入层（通常为二层网络）之间提供清晰的界线，实现集中的用户接入、控制和管理，并为业务发放、控制和管理提供必要条件。

根据IP城域网各部分所采用协议层次的不同，同时考虑到网元类型以及网络工程建设范围等因素，IP城域网又可分为城域骨干网和接入网两部分。

城域骨干网是由接入控制设备及以上的核心路由器组成的三层路由网络，包括核心层和接入控制层两个层次。核心层由核心路由器组成，完成接入控制设备的汇接以及与其他网络的对接。接入控制层设备包括BRAS（Broadband Remote Access Server，宽带远程接入服务器）和SR（Service Router，业务路由器）两类：BRAS 主要实现拨号和专线接入互联网网关等功能；SR主要实现大客户专线接入互联网网关、MPLS PE 和多播网关等功能。在宽带网络发展初期，由于IP网元能力与技术的局限性，大部分城域网的接入控制层需要同时部署BRAS与SR设备，以满足不同类型用户的业务需求。随着视频、云计算等业务的快速发展，BRAS/SR分设的方式已不能满足融合业务发展需要。网元技术的发展也使得BRAS 和 SR 能力更为强大、功能更为完善，两类网元逐步融合为一种网元类型：MSE （Multi-Service Edge，多业务边缘）设备。

图1-1 典型城域网结构

接入网是城域骨干网接入控制层以下、用户CPE（不含CPE）以上的二层接入网络，主要由以太交换机、DSLAM和OLT等设备组成，根据需要可级联组网。随着用户接入带宽的快速提升，DSLAM设备逐步退出接入网，接入网络开始步入以PON网络为基础的“光网宽带”时代。

3.IDC网络

作为网络基础资源的一部分，IDC 通过集中的服务器、存储等资源为用户提供数据聚合、传送和接入服务。随着云计算、大数据等各种新业务的发展，IDC网络已发展为与IP骨干网、城域网规模相当的IP网络。典型的IDC网络为层次化架构（如图1-2所示），可以分为核心层、汇聚层和接入层。

核心层由核心路由器组成，其主要功能是作为IDC网络的出口，与骨干网、城域网互联，实现外部网络与IDC内网的三层互通；汇聚层由汇聚交换机组成，作为接入层与核心层的连接通道，主要实现接入层流量的汇聚；接入层由接入交换机组成，上联汇聚交换机，下联服务器、存储等资源。由于服务器等资源数量众多，端口资源集中，这就要求接入层交换机具备高密度端口接入能力。

云计算等新型业务兴起之前，IDC流量流向从接入到核心，以南北向流量为主，上述核心—汇聚—接入的三层网络架构较好地满足了需求。随着云计算等新业务的兴起，IDC内部互访流量（东西向为主）急剧上升。为了解决IDC内部东西向流量绕转问题，提高流量承载效率，大型IDC网络开始采用Leaf-Spine的网络架构。Leaf-Spine架构为扁平化架构（如图1-3所示），属于CLOS架构模型。Leaf-Spine架构中的Leaf层交换机负责高密度的服务器、存储以及出口路由器的接入（为实现高效转发，可按功能分区接入）,IDC内部东西向流量由Spine层的交换机中转。这样IDC内部的东西向流量即可实现低时延、无阻塞快速互访。

图1-2 层次化IDC架构

图1-3 Leaf-Spine架构

与IDC相关的另一个概念是DC（Data Center，数据中心）。二者起源相同，在网络架构、功能定位方面基本相同，因而在很多场合下可以混用。但二者仍存在一些差异：狭义的 IDC倾向于指代基于商业目的为客户提供数据聚合、传送与接入服务的网络基础设施；DC则指代向网络运营商与内容提供商提供服务的，以数据聚合、传送与接入为主的网络基础设施。