同煤通信IP核心承載網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)研究應(yīng)用

閆勇

【摘要】隨著網(wǎng)絡(luò)的快速普及和應(yīng)用的日益深入，各種增值業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)上得到了廣泛部署，網(wǎng)絡(luò)帶寬也以指數(shù)級(jí)增長，網(wǎng)絡(luò)短時(shí)間的中斷就可能影響大量業(yè)務(wù)，造成重大損失。作為業(yè)務(wù)承載主體的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)也因此日益成為關(guān)注的焦點(diǎn)。在同煤通信各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的帶領(lǐng)下，積極探索通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)工程建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)升級(jí)的企業(yè)發(fā)展目標(biāo)。本文就同煤通信IP核心承載網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)研究應(yīng)用進(jìn)行闡述，以期為實(shí)踐帶來有益的借鑒。

【關(guān)鍵字】寬帶 網(wǎng)絡(luò) 優(yōu)化

一、前言

近些年，同煤集團(tuán)的發(fā)展逐漸加快，特別是地域上已經(jīng)突破了原有的同煤地區(qū)，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、業(yè)務(wù)量的快速增長，上網(wǎng)用戶的持續(xù)上升，公司的網(wǎng)絡(luò)的帶寬和設(shè)備處理能力已經(jīng)更不上用戶的發(fā)展速度，用戶上網(wǎng)質(zhì)量逐漸降低。由其是沉陷區(qū)和棚戶區(qū)用戶的大量入住，寬帶用戶快速發(fā)展。隨著近幾年網(wǎng)絡(luò)用戶不斷發(fā)展，同煤網(wǎng)絡(luò)近期處于高負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營，使同煤承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載過高、冗余度降低、擴(kuò)展性和靈活性降低，主要體現(xiàn)在以下方面。

鏈路負(fù)載過高：兩區(qū)RPR環(huán)網(wǎng)鏈路忙時(shí)利用率超過70%，路由出口鏈路忙時(shí)利用率超過80%，已達(dá)到鏈路的使用極限。過高負(fù)載導(dǎo)致冗余度降低，擴(kuò)展性和靈活性降低，不能滿足同煤寬帶網(wǎng)絡(luò)的日常運(yùn)營要求和業(yè)務(wù)增長的需求。

環(huán)網(wǎng)壓力過高：寬帶用戶的大量增加，由其是兩區(qū)的用戶的快速增長，導(dǎo)致核心交換機(jī)處理壓力過高，從而導(dǎo)致核心交換機(jī)的MAC地址表項(xiàng)在高峰時(shí)溢出，導(dǎo)致兩區(qū)用戶不同程度的出現(xiàn)了用戶訪問外網(wǎng)延時(shí)大、丟包率高、速度慢等問題。

硬件槽位不夠：核心出口設(shè)備容量不足，導(dǎo)致?lián)砣蛪毫^大的鏈路難以擴(kuò)容和調(diào)整，使處于出口的互聯(lián)層沒有了擴(kuò)展能力。

在業(yè)務(wù)高峰和異常流量情況下，導(dǎo)致出口鏈路和承載網(wǎng)、RPR環(huán)網(wǎng)等壓力過大，形成重大網(wǎng)絡(luò)隱患，在業(yè)務(wù)高峰和異常流量情況下將嚴(yán)重影響同煤寬帶網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，使得同煤寬帶用戶訪問互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量下降。

二、技術(shù)的應(yīng)用和創(chuàng)新

本次確定的同煤核心承載網(wǎng)優(yōu)化實(shí)施目標(biāo)為：保證同煤網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到提升網(wǎng)速目的，提升了用戶寬帶上網(wǎng)體驗(yàn)和寬帶使用的性價(jià)比。提升了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，解決了兩區(qū)寬帶用戶發(fā)展瓶頸，為同煤寬帶用戶提供了可靠保證。

因此在項(xiàng)目實(shí)施過程中采取了以下技術(shù)：

2.1 BGP技術(shù)

BGP是一種既可以用于不同AS之間，又可以用于同一AS內(nèi)部的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議。BGP是一種與OSPF、RIP等ICP不同，其著眼點(diǎn)不在于發(fā)現(xiàn)和計(jì)算路由，而在于控制路由的傳播和選擇最佳路由。BGP使用TCP作為其傳輸層協(xié)議，提高了協(xié)議的可靠性。BGP是一種路徑矢量路由協(xié)議，它采用到達(dá)目的地址所經(jīng)過的AS列表來衡量到達(dá)目的地址的距離。路由更新時(shí)，BGP只發(fā)送更新的路由，大大減少了BGP傳播路由所占用的帶寬，適用于在Internet上傳播大量的路由信息。BGP路由通過攜帶AS路徑信息徹底解決路由環(huán)路問題。BGP提供了豐富的路由策略，能夠?qū)β酚蓪?shí)現(xiàn)靈活的過濾和選擇。BGP易于擴(kuò)展，能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)新的發(fā)展。

通過大量的測試分析和流量監(jiān)控、忙時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)比測試。最終使用兩臺(tái)華為NE40E-X16電信級(jí)別高端路由器作為出口路由器和聯(lián)通IP城域網(wǎng)口泉、振華兩個(gè)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)。在提高路由處理能力的同時(shí)對(duì)至聯(lián)通出口由2*8條GE千兆鏈路捆綁改成2*10GE萬兆鏈路，增加出口帶寬；在核心承載網(wǎng)中為消除鏈路上的瓶頸，核心路由器和核心交換機(jī)以及核心BAS之間全部更換成使用10GE萬兆鏈路互聯(lián)；這樣在同煤IP核心承載網(wǎng)中就沒有了鏈路上的瓶頸，從而保證了用戶寬帶上網(wǎng)體驗(yàn)和寬帶使用的性價(jià)比。

公司兩臺(tái)華為NE40E-X16和聯(lián)通IP城域網(wǎng)口泉、振華兩個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備分別建立EBGP鄰居，通過BGP學(xué)習(xí)到聯(lián)通的公網(wǎng)路由；NE40E-X16將BGP學(xué)習(xí)到的路由發(fā)布給核心匯聚交換機(jī)。核心承載網(wǎng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通過OSPF協(xié)議互聯(lián)，NE40E-X16 0SPF下發(fā)缺省路由，并轉(zhuǎn)發(fā)學(xué)習(xí)到的路由表。用戶流量通過ospf下發(fā)的缺省路由到達(dá)NE40E，NE40E通過缺省路由或者BGP路由訪問公網(wǎng)。公網(wǎng)到同煤核心承載網(wǎng)的回流量，通過聯(lián)通配置的靜態(tài)路由，與NE40E-X16 BGP發(fā)布的公網(wǎng)路由引導(dǎo)；NE40E-X16通過ospf把業(yè)務(wù)送到核心匯聚交換機(jī)。

2.2 NAT技術(shù)

NAT（Network Address Translation，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）是將IP數(shù)據(jù)包頭中的IP地址轉(zhuǎn)換為另一個(gè)IP地址的過程。在實(shí)際應(yīng)用中，NAT主要用于實(shí)現(xiàn)私有網(wǎng)絡(luò)訪問公共網(wǎng)絡(luò)的功能。這種通過使用少量的公有IP地址代表較多的私有IP地址的方式，將有助于減緩可用IP地址空間的枯竭。

為保障所屬地區(qū)的相關(guān)信息業(yè)務(wù)，我們通過大量的設(shè)備測試分析、數(shù)據(jù)對(duì)比測試。把T1200旁掛至NE40E-X16解決NAT轉(zhuǎn)換用戶，節(jié)約資金。T1200旁掛NF40E做NAT，與NE40E通過兩條物理線路互聯(lián)。T1200配置缺省路由引導(dǎo)上行流量，下一跳指向NE40E-X16；T1200配置私網(wǎng)地址用戶靜態(tài)路由，下一跳指向NE40E-X16，引導(dǎo)回程路由。NE40F配置去地址池的公網(wǎng)路由，下一跳指向T1200。用戶流量從S8512上通過ospf下發(fā)的缺省路由到NE40E上，NE40E做策略路由把用戶流量重定向至T1200上，T1200做NAT處理后，通過配置的缺省路由把專線用戶流量送至NE40E.NE40E通過缺省路由和BGP路由把訪問公網(wǎng)。

2.3 MAC地址表項(xiàng)的問題

為了快速轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，路由器或以太網(wǎng)交換機(jī)需要維護(hù)MAC地址表。MAC地址表的表項(xiàng)包含了與該路由器或以太網(wǎng)交換機(jī)相連的設(shè)備的MAC地址、與此設(shè)備相連的路由器或以太網(wǎng)交換機(jī)的端口號(hào)以及所屬的VLAN ID。MAC地址表中的表項(xiàng)包括靜態(tài)表項(xiàng)和動(dòng)態(tài)地址表項(xiàng)，其中靜態(tài)表項(xiàng)是由用戶配置的；動(dòng)態(tài)表項(xiàng)包括用戶配置的，以及路由器或以太網(wǎng)交換機(jī)學(xué)習(xí)得來的。靜態(tài)表項(xiàng)不會(huì)被老化掉，而動(dòng)態(tài)表項(xiàng)會(huì)被老化掉。對(duì)于目的MAC地址能夠在MAC地址表中找到的報(bào)文，路由器或以太網(wǎng)交換機(jī)會(huì)直接使用硬件進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；對(duì)于目的MAC地址不能在地址表中查到的報(bào)文，路由器或以太網(wǎng)交換機(jī)對(duì)報(bào)文采用廣播方式進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。如果廣播后，報(bào)文到達(dá)了目的MAC地址對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)沒備，日的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將應(yīng)答此廣播報(bào)文，應(yīng)答報(bào)文中包含了此設(shè)備的MAC地址，路由器或以太網(wǎng)交換機(jī)通過地址學(xué)習(xí)將新的MAC地址加入到MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)表中。去往同一目的MAC地址的后續(xù)報(bào)文，就可以利用到該新增的MAC地址表項(xiàng)直接進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)了。如果將報(bào)文廣播后仍然無法找到對(duì)應(yīng)的MAC地址，交換機(jī)則將該報(bào)文丟棄。

在實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)隨著寬帶用戶的大量增加，由其是兩區(qū)的用戶的快速增長，導(dǎo)致核心交換機(jī)處理壓力過高，RPR環(huán)網(wǎng)鏈路忙時(shí)利用率超過70%，從而導(dǎo)致核心交換機(jī)的MAC地址表項(xiàng)在高峰時(shí)溢出，導(dǎo)致兩區(qū)用戶不同程度的出現(xiàn)了用戶訪問外網(wǎng)延時(shí)大、丟包率高、速度慢等問題。

隨后為減輕RPR小環(huán)的流量壓力和提高兩區(qū)寬帶用戶上網(wǎng)的質(zhì)量，通過前期晚忙時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)比測試分析后，可將沉陷區(qū)S8505所帶部分兩區(qū)寬帶用戶通過光纜直鏈到BRAS上，從而降低RPR小環(huán)流量壓力。在針對(duì)兩區(qū)寬帶業(yè)務(wù)的優(yōu)化中，發(fā)現(xiàn)沉陷區(qū)S8505業(yè)務(wù)板已不滿足現(xiàn)網(wǎng)需求。本著節(jié)約成本及業(yè)務(wù)優(yōu)化的原則，將使用現(xiàn)網(wǎng)中沉陷區(qū)S8505的兩端口萬兆業(yè)務(wù)板和四老溝礦的四端口萬兆業(yè)務(wù)板對(duì)換，這樣及保證了四老溝礦S8505業(yè)務(wù)的需求，同時(shí)解決了沉陷區(qū)58505業(yè)務(wù)的需求。

經(jīng)過前期周密的測試和分析以及各項(xiàng)準(zhǔn)備后將沉陷區(qū)S8505的寬帶業(yè)務(wù)遷移至BRAS設(shè)備上承載，采用沉陷區(qū)S8505直鏈BASR設(shè)備組網(wǎng)的組網(wǎng)方式。兩區(qū)寬帶用戶在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化后，解決了核心交換機(jī)的MAC地址表項(xiàng)在高峰時(shí)溢出，導(dǎo)致兩區(qū)用戶不同程度的出現(xiàn)了用戶訪問外網(wǎng)延時(shí)大、丟包率高、速度慢等問題。同時(shí)RPR小環(huán)的環(huán)比流量下降了20%左右。所以大大的提升了用戶上網(wǎng)的質(zhì)量。

2.4 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的特點(diǎn)

1、基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

本次同煤IP核心承載網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化考慮了當(dāng)前常用的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用結(jié)構(gòu)，不會(huì)為了適應(yīng)高可用性網(wǎng)絡(luò)部署而影響當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

2、關(guān)注技術(shù)應(yīng)用細(xì)節(jié)

同煤IP核心承載網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化關(guān)注各種高可用性技術(shù)應(yīng)用細(xì)節(jié)和實(shí)際部署建議，包括存在多種選擇時(shí)的最佳實(shí)踐推薦。

3、考慮整網(wǎng)的可用性

同煤IP核心承載網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化不僅僅是單個(gè)產(chǎn)品、單個(gè)應(yīng)用的可靠性，也不是各種可靠性技術(shù)的堆砌，更多的是考慮各種可靠性技術(shù)綜合應(yīng)用在整網(wǎng)的可用性性能。，

三、總體性能指標(biāo)的比較

同煤IP核心承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，組網(wǎng)架構(gòu)合理，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜侠?，接口協(xié)議符合國際標(biāo)準(zhǔn)。我們從網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案的制定，搭建測試平臺(tái)，再到項(xiàng)目的驗(yàn)收，始終堅(jiān)持獨(dú)立自主創(chuàng)新的思路，充分掌握系統(tǒng)的核心技術(shù)。

IP核心承載網(wǎng)優(yōu)化簡化了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，減少了重復(fù)建網(wǎng)投資，降低了綜合建網(wǎng)成本。提高了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率，提升了企業(yè)通信和信息化水平。IP核心承載網(wǎng)優(yōu)化使得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)更為方便，避免了人員重疊配置，降低了運(yùn)維成本。符合網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢，避免設(shè)備投資沉淀，節(jié)約了投資總額和維護(hù)成本，提高了企業(yè)的贏利能力。其中BCP技術(shù)、承載網(wǎng)技術(shù)、OSPF技術(shù)、NAT技術(shù)，MAC地址表項(xiàng)優(yōu)化技術(shù)等均屬國內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)。

四、存在的問題及推廣應(yīng)用前景

同煤IP核心承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化后部署更加靈活簡便、管理和維護(hù)成本低。充分利用互聯(lián)網(wǎng)路由器的快速轉(zhuǎn)發(fā)能力和巨大的傳輸帶寬，滿足用戶較高帶寬的應(yīng)用要求。實(shí)現(xiàn)了同一網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上基于IP的數(shù)據(jù)、語音和視頻等不同業(yè)務(wù)區(qū)分和隔離。將通信將變的更為方便、安全、快捷。實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)接入統(tǒng)一，分離的語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一，企業(yè)的應(yīng)用統(tǒng)一，管理界面的統(tǒng)一。隨著真正建立在統(tǒng)- IP網(wǎng)絡(luò)的通信、信息服務(wù)將不斷發(fā)生翻天覆地的變化，家庭網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的普及又將世界網(wǎng)絡(luò)連為一體，那時(shí)同煤集團(tuán)員工的生活將因IP而改變。