ＮＧＮ承載網(wǎng)建設(shè)與大規(guī)模路由技術(shù)研究

林奕灝

摘 要：業(yè)界公認(rèn)IP 是NGN 的承載平臺(tái)，而傳統(tǒng)IP 網(wǎng)絡(luò)無論QoS、可靠性、可用性和安全性都因協(xié)議的限制，存在天生缺陷，因此NGN 面臨的首要問題是對(duì)IP 承載網(wǎng)的優(yōu)化。本文從網(wǎng)絡(luò)的可靠性入手，探討NGN 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化思路。

關(guān)鍵詞：NGN承載網(wǎng)；路由技術(shù)

1 承載網(wǎng)需求

部署NGN 業(yè)務(wù)時(shí)必須面對(duì)QoS、地址規(guī)劃、可靠性、網(wǎng)管和用戶安全等復(fù)雜問題。從QoS 角度看，目前國內(nèi)運(yùn)營商普遍采用輕載加區(qū)分服務(wù)的方式，做得比較領(lǐng)先的運(yùn)營商在此基礎(chǔ)上再引入FRR 和流量工程（TE）作為配合，如中國電信CN2。IP 地址的規(guī)劃則需要解決擴(kuò)展性和公私網(wǎng)互通問題。目前上述方面已經(jīng)研究的非常多，下面從網(wǎng)絡(luò)的高可靠性角度進(jìn)行分析。

目前，固定網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商大多以交換形的城域網(wǎng)作為承載。在這樣的網(wǎng)絡(luò)中，為承載NGN 業(yè)務(wù)，需將三層交換機(jī)改造為核心路由器；接入交換機(jī)改造為業(yè)務(wù)路由器。

通常NGN 業(yè)務(wù)系統(tǒng)不支持路由協(xié)議，一般采用虛擬路由器冗余協(xié)議（VRRP）保障。 而.VRRP 出現(xiàn)在七八年前，其切換時(shí)間在3s以上。

在網(wǎng)絡(luò)級(jí)上， 經(jīng)常采用Graceful Restart作為保護(hù)手段，該技術(shù)對(duì)設(shè)備和協(xié)議的要求較高，存在一些限制，同時(shí)在重啟的過程中，極易導(dǎo)致長時(shí)間（數(shù)秒到數(shù)百秒)路由黑洞和環(huán)路，這在承載電信級(jí)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)中是無法容忍的。

2 NGN承載網(wǎng)最佳實(shí)踐

2.1 服務(wù)質(zhì)量（QoS）

首先， 在骨干網(wǎng)部署基于多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）的FRR 和DiffServ技術(shù)，保障核心和大區(qū)的切換時(shí)間，并結(jié)合輕載保障QoS。 其次在城域三層網(wǎng)絡(luò)中部署DiffServ，目前領(lǐng)先的設(shè)備可做到嚴(yán)格帶寬保證。

最有挑戰(zhàn)性的是接入網(wǎng)絡(luò)建設(shè)， 目前虛擬專用局域網(wǎng)業(yè)務(wù)（VPLS）技術(shù)作為MPLS技術(shù)在以太網(wǎng)上的一種補(bǔ)充手段，可以充分實(shí)現(xiàn)DiffServ、FRR、VPN部署和接入的結(jié)合，因此在三層網(wǎng)絡(luò)邊緣部署VPLS可以很好地解決傳統(tǒng)的二層交換機(jī)無法克服的問題。

2.2 網(wǎng)絡(luò)級(jí)可靠性

VPLS可以很好地解決傳統(tǒng)二層IP接入網(wǎng)的可靠性問題，做到50ms級(jí)的鏈路切換。 其建設(shè)思路如下:

將傳統(tǒng)的以太網(wǎng)交換機(jī)替換為支持VPLS應(yīng)用及有良好QoS 保障機(jī)制的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)交換機(jī)，業(yè)務(wù)路由器和業(yè)務(wù)交換機(jī)之間組成Secure VPLS架構(gòu)。

通過在業(yè)務(wù)路由器與業(yè)務(wù)交換機(jī)之間使用VPLSFRR 技術(shù)來保證收斂時(shí)間小于50ms，同時(shí)通過用戶系統(tǒng)自有機(jī)制來實(shí)現(xiàn)用戶系統(tǒng)和業(yè)務(wù)交換機(jī)之間的鏈路故障快速收斂。不同的業(yè)務(wù)流在各節(jié)點(diǎn)內(nèi)劃為不同的VPLS實(shí)例、在節(jié)點(diǎn)間的核心網(wǎng)內(nèi)將業(yè)務(wù)流劃為不同的二三層VPN。

最終， 全網(wǎng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)端到端的VPN架構(gòu)為；節(jié)點(diǎn)內(nèi)VPLS+核心網(wǎng)MPLS VPN+節(jié)點(diǎn)內(nèi)VPLS，配合使用FRR、DiffServ，最大限度提供可靠性。

2.3 設(shè)備級(jí)可靠性

對(duì)承載實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)、 合理的方式是采用不間斷路由（NSR)的保護(hù)機(jī)制。

NSR技術(shù)使路由器設(shè)備達(dá)到了前所未有的高可用性、使主控卡在切換時(shí)、做到不中斷路由、不中斷轉(zhuǎn)發(fā)、不中斷業(yè)務(wù)，并且使鄰近的路由器不受任何影響。這一技術(shù)比傳統(tǒng)的不中斷轉(zhuǎn)發(fā)+GracefulRestart方式具有更好的系統(tǒng)可用性和可操作性，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)不中斷業(yè)務(wù)功能，它保證路由器的主備控制卡的平滑切換，對(duì)鄰居路由器沒有任何影響，無需路由協(xié)議的擴(kuò)充，實(shí)施起來簡(jiǎn)單易行。

2.4 網(wǎng)絡(luò)安全

通常NGN承載網(wǎng)會(huì)建設(shè)成與Internet隔離的私有網(wǎng)絡(luò)，但是由于接入用戶等需求，不能夠做到完全的隔離。因此面臨的風(fēng)險(xiǎn)來自網(wǎng)絡(luò)邊緣，同時(shí)協(xié)議自身所導(dǎo)致的漏洞也不可忽視。承載網(wǎng)可考慮邊界部署防火墻、入侵檢測(cè)系統(tǒng)（IDS），可以實(shí)時(shí)檢測(cè)，防止對(duì)承載網(wǎng)核心設(shè)備的攻擊。作為路由協(xié)議而言，除需要關(guān)閉常見的服務(wù)外，需重點(diǎn)部署對(duì)于設(shè)備控制和轉(zhuǎn)發(fā)平面的防護(hù)。如在控制平面，可通過設(shè)備專用芯片，建立專門的會(huì)話過濾，為正常的會(huì)話和其他攻擊手段建立區(qū)分服務(wù)，有效地解決針對(duì)路由協(xié)議和控制信令的攻擊。

3 路由技術(shù)

傳統(tǒng)電話交換網(wǎng)在建立呼叫的時(shí)候，首先根據(jù)被叫的E.164號(hào)碼確定下一個(gè)交換局的信令點(diǎn)編碼，然后根據(jù)信令點(diǎn)編碼經(jīng)NO.7信令網(wǎng)進(jìn)行呼叫路由，所有呼叫路由的實(shí)質(zhì)是根據(jù)E.164號(hào)碼確定信令點(diǎn)編碼，再利用信令點(diǎn)編碼進(jìn)行呼叫路由。

與傳統(tǒng)PSTN(PublicSwitchTelephoneNetwork，公共交換電話網(wǎng))網(wǎng)絡(luò)不同，基于軟交換的下一代網(wǎng)絡(luò)的呼叫路由實(shí)質(zhì)上是根據(jù)被叫用戶的地址確定下一跳軟交換或者是直接定位到被叫終端。而被叫用戶的地址可以是E.164號(hào)碼、URL(uniform Resource Locator，統(tǒng)一資源定位器)形式或IP地址。

網(wǎng)絡(luò)的融合和尋址方式的多樣化，使得原來的PSTN網(wǎng)和IP網(wǎng)的路由方式不再能夠適應(yīng)通信的需要，下一代網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)中，必須考慮到號(hào)碼翻譯的問題。所以有了研究下一代網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)的必要。

下一代網(wǎng)絡(luò)中的控制層和業(yè)務(wù)緊密相關(guān)，需要和各種系統(tǒng)打交道，如路由器、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)等，這是真正體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能的部分。下一代網(wǎng)絡(luò)的控制層面所要解決的最重要的問題之一就是路由問題。那么，下一代網(wǎng)絡(luò)的路由問題究竟是什么呢?

(1)用戶定位和網(wǎng)絡(luò)尋址問題；(2)不同的NGN(NextGenerationNetwork，下一代網(wǎng)絡(luò))網(wǎng)絡(luò)之間存在路由互通的問題；(3)NGN用戶移動(dòng)性問題。

4 下一代網(wǎng)絡(luò)路由解決方案

（1）層次化軟交換路由體系。

對(duì)于大型的NGN網(wǎng)絡(luò)，借鑒了PSTN分層的思想，將軟交換劃分為不同層次以實(shí)現(xiàn)多級(jí)路由，但是其用戶面的承載仍為端到端分組承載。

將NGN網(wǎng)絡(luò)服務(wù)分成兩種，域內(nèi)服務(wù)和域間服務(wù)。其中域內(nèi)服務(wù)是指在NGN的某個(gè)區(qū)域內(nèi)的軟交換服務(wù)，本區(qū)域內(nèi)的軟交換只需要了解本區(qū)域內(nèi)的路由信息就可以了。對(duì)于非本區(qū)域的路由信息只需將呼叫請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到與本域內(nèi)服務(wù)軟交換相連的域間互連軟交換就行了。而本區(qū)域內(nèi)的服務(wù)軟交換著重為域內(nèi)用戶提供豐富多樣的業(yè)務(wù)。域間服務(wù)軟交換有負(fù)責(zé)NGN不同域之間路由的功能。一旦出現(xiàn)域間互連的軟交換路由數(shù)量過多的情況，應(yīng)考慮將域間互連的軟交換分成多級(jí)結(jié)構(gòu)，但是所有級(jí)內(nèi)服務(wù)的軟交換還是平面結(jié)構(gòu)。

這種分層路由的靜態(tài)路由方式沿用了PSTN網(wǎng)的多級(jí)路由體系。其優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)軟交換的路由數(shù)據(jù)相對(duì)來說較簡(jiǎn)單，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)非常清晰。

（2）定位服務(wù)器路由體系。

對(duì)NGN的要求決定了網(wǎng)絡(luò)中的任何一個(gè)交換設(shè)備都有能力直接定位對(duì)端的設(shè)備，而不需要逐跳轉(zhuǎn)發(fā)呼叫信令，可以通過集中設(shè)置共享定位服務(wù)器來滿足這樣的要求。

當(dāng)一定區(qū)域的軟交換擴(kuò)展到一定數(shù)量時(shí)，可用定位服務(wù)器為本區(qū)域中的軟交換提供路由服務(wù)。本域內(nèi)的軟交換之間可以保持彼此的路由信息以確?？焖俳⒑艚?。此時(shí)每個(gè)軟交換只與其對(duì)應(yīng)的那個(gè)定位服務(wù)器聯(lián)系，由定位服務(wù)器來完成對(duì)目的軟交換的定位。在這種情況下，軟交換保存其控制范圍內(nèi)用戶的完整路由信息和同一域內(nèi)的軟交換之間的路由信息。同時(shí)，還可以考慮在軟交換或者是定位服務(wù)器中將一部分常用的地址建立本地映射庫以加快呼叫連接的速度。定位服務(wù)器的數(shù)量根據(jù)網(wǎng)絡(luò)容量的大小來設(shè)置。

由于定位服務(wù)器不是下一代網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)框架中定義的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體，而是在下一代網(wǎng)絡(luò)中為了解決大型網(wǎng)絡(luò)路由問題而提出的一個(gè)功能實(shí)體，所以定位服務(wù)器的功能和特性還沒有得到業(yè)界一致的認(rèn)可，不同的設(shè)備制造商有著不同的做法。

定位服務(wù)器的主要功能有通過協(xié)議來完成定位服務(wù)器之間的信息互換，通過協(xié)議接受路由查詢申請(qǐng)。定位服務(wù)器支持E.164、IP地址、URL等路由信息，支持類似于PSTN的多層結(jié)構(gòu)，可以劃分不同的域和層次。各個(gè)級(jí)別的定位服務(wù)器均具有匯接和查詢功能，提供安全性服務(wù)，可以根據(jù)用戶的特別需求實(shí)現(xiàn)監(jiān)控等特殊服務(wù)。

從路由信息的獲得方式來看，定位服務(wù)器包括靜態(tài)路由和動(dòng)態(tài)路由兩種。靜態(tài)路由是指定位服務(wù)器之間以及軟交換服務(wù)器和定位服務(wù)器之間路由信息的靜態(tài)配置。由于軟交換服務(wù)器與定位服務(wù)器一般都是有靜態(tài)IP地址的，因此可以在定位服務(wù)器和軟交換服務(wù)器中保存用戶號(hào)碼和IP地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系。為了克服靜態(tài)路由靈活性差等缺點(diǎn)，不同的廠商采用TRIP(TelephonyRoutingOverIP，IP電話路由協(xié)議)、LDAP(Lightweight Directory Access Protocol，輕量級(jí)目錄訪問協(xié)議)、DIAMERER、RAS(Registration Admission Status，注冊(cè)容許狀態(tài))、H.323AnnexG等協(xié)議來實(shí)現(xiàn)定位服務(wù)器與定位服務(wù)器之間以及定位服務(wù)器與軟交換服務(wù)器之間的動(dòng)態(tài)路由。也正是因?yàn)楦鲝S家采用不同的協(xié)議實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路由，所以才存在互通的問題。

（3）基于DNS(DomainNameSystem，域名系統(tǒng))的動(dòng)態(tài)路由體系。

在NGN系統(tǒng)中，E.164號(hào)碼、URI(UniformResourceIdentifier，統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符)地址和IP地址終端用戶同時(shí)存在。用戶具有多種地址方式，如SIP(SessionInitiation Protocol，會(huì)話初始協(xié)議)終端在與POTS用戶通信時(shí)需要有一個(gè)E.164號(hào)碼，SIP終端之間通信時(shí)可直接使用URI地址。當(dāng)NGN網(wǎng)絡(luò)中URI地址逐漸廣泛使用時(shí)，NGN網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)路由可以采用成熟DNS體系來實(shí)現(xiàn)。NGN網(wǎng)絡(luò)在使用DNS動(dòng)態(tài)路由時(shí)，除目前IP網(wǎng)上廣泛使用的傳統(tǒng)域名翻譯DNS之外，還將引入一種新型的DNS，這種新型的DNS采用ENUM(Telephone(E.164)Number Mapping，電話號(hào)碼映射)協(xié)議完成E.164號(hào)碼與URI地址之間的映射，稱為ENUMDNS。

ENUMDNS系統(tǒng)采用分級(jí)樹狀結(jié)構(gòu)，與目前域名解析DNS系統(tǒng)完全相同。當(dāng)NGN網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到一定規(guī)模的時(shí)候，就要像InternetDNS系統(tǒng)一樣，需要考慮運(yùn)營商及國際互聯(lián)，此時(shí)必須對(duì)ENUMDNS進(jìn)行全球統(tǒng)一規(guī)劃。

第一種層次化軟交換路由的方式的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，其實(shí)現(xiàn)技術(shù)比較成熟，網(wǎng)絡(luò)層次明晰，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)與擴(kuò)展，同時(shí)軟交換可對(duì)外部網(wǎng)絡(luò)提供網(wǎng)關(guān)功能，從而沒有過多的互聯(lián)點(diǎn)，這就保證了網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和信息的安全。但是這種路由體系的缺點(diǎn)也非常明顯：信令需要逐跳轉(zhuǎn)發(fā)，中間經(jīng)過的每一個(gè)軟交換都需要對(duì)呼叫信令進(jìn)行處理，從而有了較大的呼叫時(shí)延。