BFD協(xié)議在移動通信核心網(wǎng)可靠性提升的應(yīng)用

【摘要】全IP化已經(jīng)成為今后電信網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢，研究如何簡單便捷的縮短IP網(wǎng)絡(luò)故障檢測及自愈時間，提高IP網(wǎng)絡(luò)可靠性已經(jīng)成為一個刻不容緩的重要課題。本文提出了一個新老技術(shù)結(jié)合的解決方案，對電信運營商及同類型企業(yè)進行網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)化具有借鑒和參考意義。

【關(guān)鍵詞】可靠性BFDIP

電信網(wǎng)絡(luò)全IP化是一個大趨勢，從軟交換網(wǎng)絡(luò)和IP承載開始，直到在LTE階段建立一個全IP化、接入網(wǎng)與固網(wǎng)融合的純IP核心網(wǎng)，完成標(biāo)準(zhǔn)上的端到端IP化。

一、背景分析

移動通信核心網(wǎng)（以下簡稱核心網(wǎng)）IP化是電信網(wǎng)絡(luò)IP化的一個分支。從功能域上分為CS域和PS域兩個主要部分，均基于IP技術(shù)進行組網(wǎng)，各業(yè)務(wù)網(wǎng)元通過IP骨干網(wǎng)實現(xiàn)互連，網(wǎng)絡(luò)中信令、業(yè)務(wù)、網(wǎng)管、計費等流量都由IP骨干網(wǎng)承載，整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨于扁平化，便于網(wǎng)絡(luò)冗余和拓展。網(wǎng)絡(luò)路由都采用動態(tài)IGP路由協(xié)議進行選路，業(yè)務(wù)保護通常都通過多級設(shè)備或鏈路冗余實現(xiàn)。

目前對IP化電信網(wǎng)絡(luò)可靠性影響較大的是鏈路中斷、節(jié)點失效時，主備用端口、設(shè)備、路由倒換的時間過長。以傳統(tǒng)路由協(xié)議來說，故障檢測是通過路由器之間發(fā)送“Hello”分組完成的，在沒有特定硬件的幫助下，這種方式的檢測周期較長，發(fā)生故障時OSPF的最短檢測時間約為2s，IS-IS約為1s。HSRP/VRRP協(xié)議的情況基本相同。這對語音、視頻應(yīng)用來說時間明顯過長。同時，在現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)中并不具備秒以下的間歇性故障修復(fù)功能，而傳統(tǒng)路由架構(gòu)在對實時應(yīng)用（如語音）進行準(zhǔn)確故障檢測方面能力有限，從發(fā)現(xiàn)故障到路由重新收斂，整個過程可能長達十幾秒，期間會造成故障路由上的大量的數(shù)據(jù)丟失，當(dāng)數(shù)據(jù)速率到吉比特時，故障感應(yīng)時間長代表著大量數(shù)據(jù)的丟失，并且對于不允許路由協(xié)議的節(jié)點沒有辦法檢測鏈路的狀態(tài)。伴隨著以實時數(shù)據(jù)通信為代表的3G業(yè)務(wù)的激增，實現(xiàn)快速網(wǎng)絡(luò)故障檢測和修復(fù)是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)維護管理中最重要的問題。

二、BFD應(yīng)用設(shè)計方案

BFD （雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測）能夠盡快檢測到與相鄰設(shè)備間的通信故障，以便能夠及時采取措施，要求網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠快速檢測出故障并將流量切換至備份鏈路以加快網(wǎng)絡(luò)收斂速度，從而保證業(yè)務(wù)繼續(xù)進行，減小設(shè)備故障或鏈路故障對業(yè)務(wù)的影響，從而提高網(wǎng)絡(luò)的可用性。

通過使用BFD與主備保護協(xié)議、路由協(xié)議、VPN協(xié)議等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議互相配合，將BFD的毫秒級鏈路故障檢測能力與網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議的自動恢復(fù)能力結(jié)合，就能簡單便捷使傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)具備毫秒級故障恢復(fù)能力，并且BFD并不直接作用于網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議的連接，而只是為網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議提供一種快速故障檢測能力。

BFD的服務(wù)接口非常簡單，利用網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議提供會話參數(shù)（相鄰系統(tǒng)地址、時間參數(shù)、協(xié)議選項等），BFD快速返回通路狀態(tài)檢測結(jié)果，從中可以迅速得到通路狀態(tài)的變化。BFD類似于光纖通信中的光信號丟失（LOS）指示，而網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議根據(jù)BFD返回的結(jié)果使用自身的機制實施控制功能。

2.1網(wǎng)絡(luò)邊緣的部署

網(wǎng)絡(luò)中上層業(yè)務(wù)的平臺或網(wǎng)管通常由多種設(shè)備組成。為了節(jié)省網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口，增加平臺訪問的可控性，這些設(shè)備通常組成一個局域網(wǎng)，通過出口交換機或者路由器接入網(wǎng)絡(luò)。為提高網(wǎng)絡(luò)可靠性，通常在接入交換機或路由器上部署熱備份路由協(xié)議/虛擬路由冗余協(xié)議。在傳統(tǒng)的HSRP/VRRP技術(shù)中，當(dāng)一臺路由器的鏈路出現(xiàn)故障時，備份路由器通常需要3s才能夠進行切換，而HSRP/VRRP協(xié)議根據(jù)BFD的檢測結(jié)果迅速進行主、備切換，可以使主備路由倒換時間縮短到1s以內(nèi)。

2.2網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的部署

在核心網(wǎng)內(nèi)部，通常采用MPLS-VPN技術(shù)進行不同業(yè)務(wù)的統(tǒng)計復(fù)用。同樣，VPN的主用路徑發(fā)生故障時，切換時間也是影響業(yè)務(wù)的重要因素?？焖僦芈酚桑‵RR，F(xiàn)ast Re-Route）技術(shù)通過在網(wǎng)絡(luò)中指定備份路由，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，在路由收斂之前實現(xiàn)路由快速切換。

三、總結(jié)與展望

本文主要設(shè)計了一個提高IP網(wǎng)絡(luò)可靠性的解決方案，方案通過將BFD協(xié)議的毫秒級故障檢測能力與傳統(tǒng)IP技術(shù)的自愈特性相結(jié)合，使IP網(wǎng)絡(luò)具備滿足移動核心網(wǎng)業(yè)務(wù)需求的高可靠性。后續(xù)如何在現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中平穩(wěn)的實施BFD部署與應(yīng)用，還有很多重要的環(huán)節(jié)需要關(guān)注，例如：