城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化研究

◆馮南梓

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城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化研究

◆馮南梓

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司 廣東 510630）

隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)在電信網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用和寬帶互聯(lián)網(wǎng)用戶的快速發(fā)展，城域網(wǎng)作為重要的承載網(wǎng)絡(luò)，對運營商業(yè)務(wù)發(fā)展和用戶體驗起關(guān)鍵作用。本文從城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀入手，分析城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)面臨的問題，提出城域網(wǎng)優(yōu)化建議，確保整個城域網(wǎng)結(jié)構(gòu)合理，易于管理維護。

城域網(wǎng)；扁平化；虛擬化

0 引言

寬帶業(yè)務(wù)正走向多元化，公眾寬帶業(yè)務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)視聽及企業(yè)互聯(lián)業(yè)務(wù)大量應(yīng)用，寬帶業(yè)務(wù)應(yīng)用場景綜合化現(xiàn)象正逐步呈現(xiàn)。隨著寬帶普及提速工程的持續(xù)推進，特別是業(yè)務(wù)資費的下降和寬帶市場競爭的日趨激勵，用戶的帶寬需求快速增長。在外部環(huán)境快速變化的背景下，運營商的城域網(wǎng)正面臨新的挑戰(zhàn)。本文主要對城域網(wǎng)現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)進行分析，對城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進方案進行論述。

1 城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)現(xiàn)狀分析

城域網(wǎng)是在城域范圍內(nèi)組建的，用于實現(xiàn)個人和企業(yè)用戶的語音、視頻、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)接入、匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)，包括城域骨干網(wǎng)、業(yè)務(wù)控制層和寬帶接入網(wǎng)。

城域骨干網(wǎng)：由城域核心路由器負責(zé)對業(yè)務(wù)控制層設(shè)備進行端口和流量匯聚，并作為IP 城域網(wǎng)到IP骨干網(wǎng)的流量轉(zhuǎn)發(fā)出口。

業(yè)務(wù)控制層：由多業(yè)務(wù)邊緣服務(wù)器（包括BRAS、SR、MSE等）作為業(yè)務(wù)接入控制點組成，主要負責(zé)業(yè)務(wù)接入與控制。

寬帶接入網(wǎng)：是業(yè)務(wù)控制層以下，用戶家庭網(wǎng)關(guān)以上（不含CPE）的二層接入網(wǎng)絡(luò)。

2 城域網(wǎng)面臨挑戰(zhàn)

2.1 城域骨干層

城域骨干層作為城域網(wǎng)出口核心，主要承擔(dān)城域網(wǎng)流量匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)，通常采用核心路由器和匯聚路由器組成?，F(xiàn)在路由器普遍應(yīng)用100G/400G平臺設(shè)備，設(shè)備采用10GE和100GE等以太端口為主。隨著寬帶提速、高清視頻等在城域網(wǎng)規(guī)模應(yīng)用，路由器的端口和轉(zhuǎn)發(fā)能力需求快速增長，而骨干層路由器普遍采用集群多機和多節(jié)點部署來滿足建設(shè)需求。隨著建設(shè)規(guī)模不斷擴大，核心設(shè)備主要采用2核心或4核心結(jié)構(gòu)，原有的建設(shè)模式在業(yè)務(wù)快速發(fā)展的背景下越來越顯得困難，需要從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面進行優(yōu)化和調(diào)整，以滿足業(yè)務(wù)發(fā)展需要。

2.2 城域業(yè)務(wù)控制層

城域網(wǎng)業(yè)務(wù)控制層作為城域網(wǎng)業(yè)務(wù)的接入和控制節(jié)點，由BRAS、SR或MSE組成。業(yè)務(wù)控制層設(shè)備部署經(jīng)過了以下幾個階段：

（1）集中：業(yè)務(wù)處于起步階段，業(yè)務(wù)量較小，此階段主要采用業(yè)務(wù)控制層設(shè)備集中部署，滿足用戶的接入需求，降低建設(shè)和維護成本。

（2）分散：在業(yè)務(wù)快速發(fā)展期，業(yè)務(wù)量迅速增長，為了快速響應(yīng)用戶的接入需求，將業(yè)務(wù)控制層設(shè)備逐步下沉，但建設(shè)和維護快速增加。

（3）再集中：在業(yè)務(wù)發(fā)展進入成熟期，業(yè)務(wù)規(guī)模大，但業(yè)務(wù)量增長率保持穩(wěn)定。過多的業(yè)務(wù)控制層節(jié)點將降低網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，提高網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護成本。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展，并結(jié)合降本增效的思路，節(jié)點部署又往集中部署回歸。

在以專用硬件為建設(shè)模型的背景下，業(yè)務(wù)控制層面臨以下幾個問題：

（1）設(shè)備利用率不均衡

城域網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)控制層單臺設(shè)備的IP地址利用率普遍在40%～90%之間，但從城域網(wǎng)總體IP地址利用率估計在50%～70%。隨著業(yè)務(wù)控制層節(jié)點數(shù)量的不斷增加，整網(wǎng)IP地址利用率將較難提升。

由于每臺業(yè)務(wù)控制層設(shè)備覆蓋的物理范圍和用戶不同，存在設(shè)備間負載不均衡，部分設(shè)備負載偏大，而部分設(shè)備負載偏小，需要維護人員不斷反復(fù)割接業(yè)務(wù)，用戶體驗較差。

（2）新增業(yè)務(wù)特性依賴于專用硬件

新增業(yè)務(wù)特性依賴專用硬件，如設(shè)備廠商采用專用的CGN板卡，通過隧道和地址翻譯實現(xiàn)IPv4/IPv6雙棧部署。但專用硬件開發(fā)復(fù)雜，異廠商協(xié)議互通困難，業(yè)務(wù)部署慢等，造成網(wǎng)絡(luò)升級復(fù)雜，建設(shè)成本高等情況。

3 城域網(wǎng)架構(gòu)優(yōu)化

針對城域網(wǎng)存在的問題，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)演進的趨勢，建議對城域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和設(shè)備部署進行優(yōu)化：

（1）優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

將城域核心層和城域出口層進行合，使原來城域核心層-城域出口層-城域業(yè)務(wù)控制層-接入網(wǎng)的網(wǎng)路架構(gòu)優(yōu)化為城域核心層-城域業(yè)務(wù)控制層-接入網(wǎng)。通過扁平化，業(yè)務(wù)控制層直接接入核心層，減少原來城域核心層和城域出口層的背靠背投資，提高轉(zhuǎn)發(fā)效率。并通過引入大容量轉(zhuǎn)發(fā)平臺及高速率鏈路，壓縮核心局點的設(shè)備數(shù)量，提升設(shè)備的資源利用率，降低建設(shè)和維護成本。

圖1優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

（2）推進專用硬件集中部署

考慮到專用硬件分散部署帶來的資源利用率低，維護成本高等不足，推動專用硬件由分散部署調(diào)整為集中+分散部署。在業(yè)務(wù)控制層只部署業(yè)務(wù)終結(jié)能力，冗余備份能力集中部署在核心層。集中+分散的建設(shè)模式大大降低整網(wǎng)建設(shè)成本，提升設(shè)備資源的利用率。

（3）應(yīng)用業(yè)務(wù)控制層虛擬化

在X86云平臺上通過業(yè)務(wù)虛擬化實現(xiàn)BRAS功能，寬帶接入網(wǎng)可通過OLT直掛或MSE起VxLAN的方式接入云BRAS，實現(xiàn)業(yè)務(wù)快速部署和資源彈性開通。

圖2應(yīng)用業(yè)務(wù)控制層虛擬化圖

4 結(jié)語

目前，電信運營商城域網(wǎng)面臨網(wǎng)絡(luò)層級多，設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)能力低，流量監(jiān)控和調(diào)度手段不足，不能滿足業(yè)務(wù)快速部署和彈性擴展的新需求，運營商需要在未來的城域網(wǎng)建設(shè)中不斷完善網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案，以保障城域網(wǎng)更加穩(wěn)定、可靠運行。