NFV和SDN技術(shù)在油田企業(yè)網(wǎng)中的部署探討

李亭縈

[摘 要]油田企業(yè)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備軟件功能和硬件功能的解耦合，改變了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)營的模式。軟件定義網(wǎng)絡(luò)將控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面相分離，提高了網(wǎng)絡(luò)智能化程度和轉(zhuǎn)發(fā)效率。本文分析了NFV和SDN的定位、關(guān)系，并探討了如何協(xié)同部署NFV和SDN。

[關(guān)鍵詞]NFV技術(shù);SDN技術(shù);油田企業(yè)網(wǎng)

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.20.025

[中圖分類號(hào)]TP393.02[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1673-0194（2018）20-00-02

0? ? ?引 言

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，接入寬帶的家庭用戶單位成倍提升，信息技術(shù)公司的傳統(tǒng)工作模式面臨著巨大挑戰(zhàn)，如何切實(shí)提升設(shè)備資源的利用效率、優(yōu)化復(fù)雜系統(tǒng)以及新業(yè)務(wù)的管理和維護(hù)，成為當(dāng)務(wù)之急。SDN、NFV和云計(jì)算等新技術(shù)逐漸成熟，作為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)環(huán)境轉(zhuǎn)型實(shí)踐的工具作用日漸突出，能夠?qū)鹘y(tǒng)通信機(jī)房改造為靈活開放的網(wǎng)絡(luò)云，從而實(shí)現(xiàn)CT和IT的有機(jī)結(jié)合和良性互補(bǔ)。

1? ? ?油田局域網(wǎng)現(xiàn)狀

基于波分環(huán)網(wǎng)，油田骨干核心部署在龍南、紅區(qū)、機(jī)關(guān)信息中心3個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)核心節(jié)點(diǎn)部署2臺(tái)高端路由器，構(gòu)成雙核心進(jìn)行冗余備份，其中在機(jī)關(guān)信息中心部署2臺(tái)核心交換機(jī)。骨干匯聚層路由器部署在龍南、紅區(qū)、南區(qū)等分公司，以10 G以太網(wǎng)、雙歸屬方式上聯(lián)到龍南、紅區(qū)核心路由器。在龍南等17個(gè)分公司各部署骨干匯聚層路由器2臺(tái)。

2? ? ?固定網(wǎng)絡(luò)新思路和新架構(gòu)

在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)上，信息技術(shù)公司下一個(gè)階段的主要發(fā)展目標(biāo)，在于推動(dòng)以語音和數(shù)據(jù)為核心的結(jié)構(gòu)朝向與以內(nèi)容和流量為核心的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)改變。在該架構(gòu)下，主要包括核心TIC層和邊緣TIC層。核心TIC層：核心TIC以控制、管理、調(diào)度職能為核心，主要承載控制面網(wǎng)元和集中化的媒體面網(wǎng)元、CDN和骨干流量轉(zhuǎn)發(fā)。邊緣TIC層：邊緣TIC主要面向三大媒體面，以承載媒體流終結(jié)功能為主。新型網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)如圖1所示。

將固定寬帶網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于以TIC為基礎(chǔ)的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，涉及的網(wǎng)元主要包含BRAS-CP（BRAS控制面）、BRAS-UP（BRAS轉(zhuǎn)發(fā)面）、S-CPE（業(yè)務(wù)CPE）以及物理CPE。各自的功能和定位如下。

BRAS-CP和BRAS-UP屬于BRAS的范疇。BRAS-CP定位為用戶控制管理部件，部署于核心TIC，其主要職責(zé)在于實(shí)現(xiàn)用戶接入管理，同時(shí)對(duì)用戶在接入過程中的質(zhì)量以及計(jì)費(fèi)等方面進(jìn)行控制。BRAS-UP則是作為L3網(wǎng)絡(luò)邊緣及用戶策略執(zhí)行部件而存在，主要負(fù)責(zé)部署邊緣TIC，同時(shí)包括流量轉(zhuǎn)發(fā)及用戶流量控制等。

S-CPE和物理CPE屬于CPE的范疇：S-CPE部署于邊緣TIC，定位為用戶應(yīng)用中心，包含家庭用戶的各種業(yè)務(wù)平臺(tái)及增值服務(wù);物理CPE部署于用戶側(cè)，定位為用戶管道中心，負(fù)責(zé)用戶流量接入運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)。其中，BRAS-CP和BRAS-UP的概念來源于轉(zhuǎn)控分離vBRAS技術(shù)，下文將主要圍繞該技術(shù)進(jìn)行相關(guān)探討。

傳統(tǒng)BRAS面臨的挑戰(zhàn)是多方面的，并且很多方面因素同時(shí)會(huì)出現(xiàn)交叉相互影響，因此在分析的過程中需要盡量厘清主干問題，重點(diǎn)包括如下幾個(gè)方面。首先，資源利用率低的問題最為突出。在傳統(tǒng)工作模式下，BRAS會(huì)同時(shí)作為用戶接入時(shí)候的計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)，與IP網(wǎng)絡(luò)的3層邊緣兩個(gè)身份存在，使控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面緊密耦合在一起，也會(huì)在性能層面上出現(xiàn)相互影響的特征，不利于充分發(fā)揮控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面的性能。其次，管理維護(hù)復(fù)雜。在BRAS體系中，由于設(shè)備為數(shù)眾多，因此在實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)部署的時(shí)候，就必然需要對(duì)每一個(gè)設(shè)備進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)張的時(shí)候，涉及的設(shè)備會(huì)出現(xiàn)激增的局面，從而大大增加工作量，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中故障的確定和排除，也無法迅速落實(shí)、完成。最后，業(yè)務(wù)開通緩慢同樣不容忽視。在此種工作模式下，控制平面和數(shù)據(jù)平面深度耦合，引入新技術(shù)會(huì)對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備形成依賴，設(shè)備同步更新成為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)展與擴(kuò)大的瓶頸，會(huì)造成新技術(shù)的部署周期過長，阻礙了網(wǎng)絡(luò)本身的發(fā)展。

3? ? ?轉(zhuǎn)控分離vBRAS技術(shù)架構(gòu)

為全面應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)BRAS面臨的挑戰(zhàn)，中國移動(dòng)率先提出了控制轉(zhuǎn)發(fā)徹底分離的全新vBRAS架構(gòu)。其控制面采用虛擬化或者云化方式實(shí)現(xiàn)，而轉(zhuǎn)發(fā)面則依賴硬件實(shí)現(xiàn)，通過軟硬件的分離，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)層面的解耦。

這種控制轉(zhuǎn)發(fā)分離的vBRAS架構(gòu)有如下特點(diǎn)。首先，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)發(fā)面和控制面完全分離，有利于分別靈活擴(kuò)容，彼此之間的制約關(guān)系就此打破。其次，對(duì)控制面進(jìn)行集中化，或者云化，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)控制面進(jìn)行更為集中的控制，而云化則有助于在擴(kuò)容等相似領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)彈性擴(kuò)展，能夠大大簡化系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)。而對(duì)于轉(zhuǎn)發(fā)面而言，則多展開本地化處理，考慮到轉(zhuǎn)發(fā)面流量偏大的問題，本地化能夠妥善應(yīng)對(duì)大流量數(shù)據(jù)傳輸需求。再次，對(duì)于控制面引入軟件實(shí)現(xiàn)方式，引入該技術(shù)主要是考慮到控制面具有計(jì)算密集的特征，因此更為適合軟件運(yùn)行。與之對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)面則多依賴硬件實(shí)現(xiàn)，做此選擇的主要依據(jù)是因?yàn)檗D(zhuǎn)發(fā)面屬于流量密集型，高性能的硬件比較適合此種需求的應(yīng)對(duì)，并且對(duì)于大Session小流量場景可以采用虛擬化實(shí)現(xiàn)。最后，在控制面與轉(zhuǎn)發(fā)面之間，還應(yīng)當(dāng)注意引入標(biāo)準(zhǔn)接口，高標(biāo)準(zhǔn)化可以提升整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)效率，并且當(dāng)發(fā)生故障的時(shí)候，也更容易進(jìn)行故障定位。

此種技術(shù)結(jié)構(gòu)具有顯著的優(yōu)勢(shì)，其將轉(zhuǎn)發(fā)和控制進(jìn)行分離，完全實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)，大大提升了系統(tǒng)的靈活性。并且將控制面從整個(gè)框架環(huán)境中解放出來，專注于計(jì)算密集型的表項(xiàng)管理，而轉(zhuǎn)發(fā)面則可以依賴硬件提升轉(zhuǎn)發(fā)效率，等于從兩個(gè)角度同時(shí)提升工作質(zhì)量。

4? ? ?轉(zhuǎn)控分離vBRAS功能劃分

這種分離的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同樣從功能上帶來了變化，其中，控制面（BRAS-CP）主要負(fù)責(zé)面向用戶提供控制管理服務(wù)，主要包含用戶控制管理（UCM）、用戶接入控制、用戶認(rèn)證授權(quán)計(jì)費(fèi)、地址管理（AM）和配置管理（CM）等功能模塊。而在系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)發(fā)面（BRAS-UP）的職責(zé)為面向用戶提供策略執(zhí)行服務(wù)，同時(shí)肩負(fù)3層網(wǎng)絡(luò)邊緣職能，主要包含流量轉(zhuǎn)發(fā)、QoS、流量統(tǒng)計(jì)等純轉(zhuǎn)發(fā)面功能，除此以外，包括單播/組播路由協(xié)議以及MPLS（LDP/TE）等管道類控制面功能，也均保留在這一層予以實(shí)現(xiàn)。做如此處理的主要原因是當(dāng)前BRAS層面流量不均衡問題并不明顯，不需要移入控制層面然后利用SDN技術(shù)解決流量不均衡問題。另外，如果只考慮BRAS的虛擬化和SDN化，無法有效解決城域網(wǎng)流量均衡問題。將來在解決流量均衡問題時(shí)，需要將BRAS、SR、CR等網(wǎng)元的控制面都納入SDN Controller進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，才能進(jìn)行流量的全局調(diào)度從而實(shí)現(xiàn)均衡（如圖2）。

5? ? ?轉(zhuǎn)控分離vBRAS接口

對(duì)于控制轉(zhuǎn)發(fā)分離vBRAS架構(gòu)的接口，主要包含控制面（BRAS-CP）向上的北向接口以及控制面（BRAS-CP）和轉(zhuǎn)發(fā)面（BRAS-UP）之間的南向接口。其中，控制面（BRAS-CP）和轉(zhuǎn)發(fā)面（BRAS-UP）之間的南向接口共有3種類型，即報(bào)文上送接口、配置下發(fā)接口以及表項(xiàng)下發(fā)接口。而油田網(wǎng)絡(luò)將會(huì)以BRAS-CP為核心，將接口標(biāo)準(zhǔn)化作為下一步的核心推進(jìn)職責(zé)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)面和控制面的徹底解耦、促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)能力開放。

6? ? ?結(jié) 語

網(wǎng)絡(luò)是不斷迭代向前發(fā)展的過程，推動(dòng)固網(wǎng)結(jié)構(gòu)向新型網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變就是當(dāng)前的重要趨勢(shì)之一。這種技術(shù)層面的轉(zhuǎn)變，一方面是改進(jìn)既有框架的不足，另一個(gè)方面也是滿足數(shù)據(jù)傳輸需求的必然選擇。只有深入分析其中的細(xì)節(jié)之處，才能妥善部署、優(yōu)化改善，最終推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不斷改善。

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