随着计算机网络技术尤其是TCP/IP技术的进步，电信网络的所有传统业务和新型业务都将在以IP技术为主的数据网中传输，使投资和营运成本大为下降，并进一步推动各种宽带多媒体业务进入社会和普通家庭。这些变化使人们的工作、生活、学习和娱乐方式将发生重大变革。郑州IP CATV宽带IP网系统的目标是面向全市的公共信息服务平台。本项目完成建设的是一个以TCP/IP协议为基础、具有大容量高速传输能力的、可靠稳定保证服务质量的营运级宽带IP网络。 1. 网络设计的总体要求
(1)先进性。IP宽带IP网计划采用世界先进的千兆IP线速路由器/交换机，能与ATM/SDH宽带传输交换平台充分互联，能够承载和交换各种信息并将其接入公众用户。
(2)普遍性。IP宽带IP网必须考虑到郑州公众用户的实际情况，以相应的可接受的价格向用户提供不同接入服务的方法。
(3)统一性。IP宽带IP网必须遵循郑州信息基础设施建设方案及规划，科学地统一建设。
(4)可扩充性。IP宽带IP网必须随着需求的变化，充分留有扩充余地。
(5)安全性及可管理性。IP宽带IP网是郑州公众宽带网络，应注意保证整个系统的可管理性和整个系统的安全性、可靠性。
2. 网络设计的技术要求
(1)可靠性和自愈能力
a)链路冗余。在主干连接(主干设备之间及其与汇接设备之间的连接)具备可靠的线路冗余方式。建议采用负载均衡的冗余方式，即通常情况下两条连接均提供数据传输，并互为备份。主线路切换到备份线路的时间应小于50ms,以充分体现采用光纤技术的优越性。这种高速的网络自愈特性应可以保证不会引起IP路由的重新计算，不会引起业务的瞬间质量恶化，更不会引起业务的中断。
b)模块冗余。主要设备(主干设备和业务汇聚点的核心设备)的所有模块和环境部件应具备1+1或1：N热备份的功能，切换时间小于3秒。所有模块具备热插拔的功能。系统具备99.999%以上的可用性。
c)设备冗余。提供由两台或两台以上设备组成一个虚拟设备的能力。当其中一个设备因故障停止工作时，另一台设备自动接替其工作，并且不引起其他节点的路由表重新计算，从而提高网络的稳定性。切换时间小于3秒，以保证大部分IP应用不会出现超时错误。
d)路由冗余。网络的结构设计应提供足够的路由冗余功能，在上述冗余特性仍不能解决问题时，数据流应能寻找其他路径到达目的地址。在一个足够复杂的网络环境中，网络连接发生变化时，路由表的收敛时间应小于30秒。
图1
(2)拥塞控制与服务质量保障
拥塞控制和服务质量保障(QoS)是公众服务网的重要品质。由于接入方式、接入速率、应用方式、数据性质的丰富多样，网络的数据流量突发是不可避免的，因此，网络对拥塞的控制和对不同性质数据流的不同处理是十分重要的。
a)业务分类。网络设备应支持6～8种业务分类(COS)。当用户终端不提供业务分类信息时，网络设备应根据用户所在网段、应用类型、流量大小等自动对业务进行分类。
b)接入速率控制。接入该网络的业务应遵守其接入速率承诺。超过承诺速率的数据将被丢弃或标以最低的优先级。
c)队列机制。具有先进的队列机制进行拥塞控制，对不同等级的业务进行不同的处理，包括时延的不同和丢包率的不同。
d)先期拥塞控制。当网络出现真正的拥塞时，瞬间大量的丢包会引起大量TCP数据同时重发，加剧网络拥塞的程度并引起网络的不稳定。网络设备应具备先进的技术，在网路出现拥塞前就自动采取适当的措施，进行先期拥塞控制，避免瞬间大量的丢包现象。
e)资源预留。对非常重要的特殊应用，应可以采用保留带宽资源的方式保证其QoS。
3. 网络的扩展能力
(1)交换容量扩展。交换容量应具备在现有基础上继续扩充4～8倍容量的能力，以适应IP类业务急速膨胀的现实。
(2)端口密度扩展。设备的端口密度应能满足网络扩容时设备间互联的需要。
(3)主干带宽扩展。主干带宽应具备4～8倍甚至更高的带宽扩展能力，以适应IP类业务急速膨胀的现实。
(4)网络规模扩展。网络体系、路由协议的规划和设备的CPU路由处理能力，应能满足该网络超过200个节点规模的要求。
4. 与其他网络的互联
保证与INTERNET国内国际出口的无缝连接；保证与现有ATM/SDH网络的无缝互联；保证与郑州各ISP网络和大型企业网的无缝互联。
5. 通信协议的支持
(1)以支持TCP/IP协议为主，兼支持IPX、DECNET、APPLE-TALK等协议。设备商应提供服务营运级别的网络通信软件和网际操作系统。
(2)支持RIP、RIPv2、OSPF、IGRP、IS-IS等多种国际标准的路由协议。根据本网规模的需求，必须支持OSPF和IS-IS路由协议。然而，由于OSPF协议非常耗费CPU和内存，而该网络十分庞大复杂(200个业务节点，每节点包含10个甚至更多的三层网络设备)，必须采取合理的区域划分和路由规划(例如网址汇总等)来保证网络的稳定性；应提供适当的路由规划的后备方案。
(3)支持BGP-4、IDRP等标准的域间路由协议,保证与其他IP网络的可靠互联。
(4)支持MPLS标准，提供与ATM网络的无缝互联。
6. 网络管理与安全体系
(1)支持整个网络系统各种网络设备的统一网络管理。
(2)支持故障管理、记帐管理、配置管理、性能管理和安全管理五大功能。
(3)支持系统级的管理，包括系统分析、系统规划等；支持基于策略的管理，对策略的修改能够立即反应到所有相关设备中。
(4)网络设备支持多级管理权限，支持RADIUS、TACACS+等认证机制。
(5)支持安全监控和控制机制，当发现存在安全漏洞和遭到攻击时，应及时通知网络管理人员，并应自动采取适当的措施予以保护。
二、郑州CATV宽带IP网解决方案
1. 设计思想
动态IP光纤传输技术DPT是满足这些要求的最好的技术。这些要求实际上主要反映了郑州宽带IP网在实际运行阶段的需要，因此网络中采用DPT光纤环的结构来构架宽带IP网。
在设备选型上，选用业界最先进的GSR12000千兆交换式路由器。GSR采用的三层交换技术为特快包转发技术(CEF)，这种路由处理方式特别适合于包含上百个节点的大型网络；它不会象其他三层交换技术那样，随着网络规模的扩大而处理性能迅速下降。
2. 郑州CATV宽带IP网络设计
(1)网络拓扑结构
郑州CATV宽带IP网络如图1所示，郑州宽带IP网络的四台骨干设备采用Cisco新一代千兆位交换路由器GSR12000(Gigabit Switch Router 12000), 其中三个GSR之间采用Cisco的动态IP光纤传输技术DPT,采用两个STM-4光纤环连接，利用SRP技术，使得STM-4在两个环上实现负载均衡，这样，主干网络连接可以实现自我冗余保护，保证网络主干连接在其中一条出现故障时，另外一条可以在很短的时间内(<50ms)接管数据负载。另一个GSR与DPT环之间采用STM-4的POS接口相连接。
主干网络与各个网络二级节点的连接采用STM-1(155Mbps)POS (Packet Over SDH)接口，直接通过裸光纤相连接。
各二级节点之间也采用STM-1(155Mbps)POS (Packet Over SDH)接口，直接通过裸光纤相连接。
3. 网络主干
在这个宽带IP网络中，主干上三台Cisco的GSR12008千兆位交换路由器通过STM-4光纤接口利用DPT技术直接连接。在DPT技术中，是利用SRP技术，将主干设备连接成两个环结构，每一个SRP的逻辑接口都包括两个物理的SC光纤接口，这样，三台核心主干GSR12008连接成SRP环，这包括两个物理IP光纤传输环，每一个IP光纤环都是622Mbps的传输带宽，这两个IP光纤传输环同时可以做数据传输负载均衡和冗余背份，所以，其中一个IP光纤传输环断掉后，另一个传输环接管数据传输，起到背份作用。
在本方案中采用的CiscoGSR12008千兆位交换路由器是Cisco新一代的高端交换路由器。交换处理能力为10Gbps-40Gbps，可扩展到240Gbps的背板处理能力，共有8个物理插槽，GSR12008是网络核心主干设备，能提供下列网络接口形式：基于DPT技术的IP光纤传输接口SRP,现阶段能提供622Mbps、2.4Gbps的高速接口；POS(PacketOverSonet/SDH)接口，现阶段能提供OC3、OC12、OC48、OC192的网络接口类型；ATM接口，现能提供OC3、OC12、OC48、OC192的网络接口类型；千兆以太网络接口。
GSR12008是电信营运级的高端交换路由器，在这里主干之间用DPT的622Mbps的IP光纤传输接口相互两两连接成SRP双环。
主干网络与各个网络二级节点的连接采用STM-1(155Mbps)POS (Packet Over SDH)接口，直接通过裸光纤相连接。
3. 网络二级节点
在郑州宽带IP网络建设中，各个二级节点是解决郑州CATV宽带IP网络接入的。一方面，网络二级点通过和主干网络的连接，将全市所有信息网点连接起来，另一方面，各种形式的网络接入技术都终结在网络信息汇聚点内，包括各小区的局域网接入，xDSL接入，Cable Modem接入等等。
各二级节点之间也采用STM-1(155Mbps)POS (Packet Over SDH)接口，直接通过裸光纤相连接。
4. 用户接入方式
(1)以太网接入
对那些大量的小区局域网接入，通过网络的二级接入，用以太网交换设备连接，而大量快速以太网络接入则分别接到汇聚点内的交换机上，利用第三层网络交换机实现虚拟网间的通讯和分布式处理。
(2)Cable Modem 用户接入
Cable Modem 目前的国际标准MCNS制定了详细的通过HFC网络传输IP数据的规范,下行时,64/256-QAM调制每信道可提供27-40Mbps的有效带宽 ，上行时 ，QPSK/16-QAM调制每信道可提供2.5-5.0Mbps 的有效带宽 。Cisco提供的Cable Modem 头端(uBR 7223/7246)所有的卡都同时支持双向和电话返回调制方式 ，这使得服务供应商能够在同一区域开展双向和电话返回业务。在才用电话回传方式时只需在网络与电信局接口处配置接口网关，。而Cable Modem网(即HFC数据网)与IP骨干网的连接则可以通过POS或者是ATM与骨干网设备进行连接。
三、网络增值业务
降低成本增加收入的最好办法就是合理地进行网上投资，而做到这一点的最好方式就是使增值服务有差别。网络的许多增值服务，通过网络优化和适当的技术增强，往往可以以占整个网络10%的投资，获得网络服务90%的利润。
这里，主要讨论VPN技术，因为对于郑州IP宽带网来说，作为郑州的IP通用平台，需接入许多二级网络和企业网络，提供VPN业务显得十分重要。
图2
在如图2所示的VPN 示意图中，可以看出，VPN所赖以运行的公网平台可以包括各种实际的网络，例如IP网、帧中继网、ATM网，也可以就是因特网(Internet)，因而也表明其网络的范围可以包括多个服务商。从地理范围上看，VPN可以延伸到所有互相联网的服务商所覆盖的范围。从用户接入方式看，VPN可以包括服务商所提供的所有接入方式，如专线接入、拨号接入、无线连接等。