基于SRv6+MPLS的雙轉(zhuǎn)發(fā)平面智能選路實(shí)現(xiàn)

馬培勇，楊廣銘，毛東峰，李玉娟

(1.中國(guó)電信股份有限公司研究院，廣州 510630； 2.中國(guó)電信股份有限公司，北京 100021)

0 引 言

隨著國(guó)內(nèi)第五代移動(dòng)通信技術(shù)(The 5th Generation Mobile Communication Technology，5G)大規(guī)模部署和建設(shè)，國(guó)內(nèi)通信業(yè)已經(jīng)逐步進(jìn)入到了5G+云的新時(shí)代。然而，5G存在基站覆蓋范圍小和建設(shè)成本高的問題；同時(shí)，第四代移動(dòng)通信技術(shù)(The 4th Generation Mobile Communication Technology，4G)在消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域已經(jīng)有非常多的應(yīng)用，4G網(wǎng)絡(luò)條件下可以便捷地使用即時(shí)通信(Instant Message，IM)和移動(dòng)支付(Mobile Payment，MP)等應(yīng)用，可以流暢地觀看手機(jī)視頻和圖像等。而5G的價(jià)值更多體現(xiàn)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、制造領(lǐng)域和智能駕駛等比較特定的應(yīng)用場(chǎng)景。因此，5G并不會(huì)取代4G，5G和4G將形成長(zhǎng)期共存、協(xié)同發(fā)展的關(guān)系。

4G/5G的長(zhǎng)期共存及4G/5G業(yè)務(wù)的互操作，也必然要求4G/5G承載網(wǎng)都長(zhǎng)期存在且融合互通。4G承載網(wǎng)主要采用基于網(wǎng)際互連協(xié)議(Internet Protocol，IP)的無(wú)線接入網(wǎng)(IP Radio Access Network，IP RAN)或分組傳送網(wǎng)(Packet Transport Network，PTN)技術(shù)，由于建設(shè)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)和設(shè)備等方面的因素，4G承載網(wǎng)均采用多協(xié)議標(biāo)簽交換(Multi Protocol Label Switching，MPLS)協(xié)議簇。隨著基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第6版(IP version 6, IPv6)轉(zhuǎn)發(fā)平面的段路由(IPv6 Segment Routing，SRv6)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)基本成熟[1-2]，中國(guó)電信已經(jīng)在5G承載網(wǎng)全面部署SRv6，預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)其他運(yùn)營(yíng)商很快也將在5G承載網(wǎng)部署SRv6。因此，在4G/5G承載網(wǎng)上需要解決SRv6與MPLS互通融合的問題。

從組網(wǎng)角度來(lái)看，有兩種方案可以實(shí)現(xiàn)SRv6與MPLS的互通：一是在用戶邊緣(Customer Edge，CE)路由器側(cè)設(shè)置專用網(wǎng)關(guān)進(jìn)行SRv6與MPLS的轉(zhuǎn)換；二是采用SRv6+MPLS的雙轉(zhuǎn)發(fā)平面。

中國(guó)電信4G采用IP RAN設(shè)備承載，采用MPLS協(xié)議簇；5G采用智能傳送網(wǎng)(Smart Trans-port Network，STN)設(shè)備承載，在MPLS協(xié)議簇的基礎(chǔ)上全面部署了SRv6。下面以中國(guó)電信為例分別對(duì)這兩種互通方案進(jìn)行分析對(duì)比。

1 基于SRv6/MPLS轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)新老設(shè)備融合組網(wǎng)方案

圖1所示為基于SRv6/MPLS轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)融合組網(wǎng)方案，該方案中，承載網(wǎng)設(shè)備按照是否支持SRv6分別獨(dú)立進(jìn)行組網(wǎng)，采用SRv6/MPLS轉(zhuǎn)換專用網(wǎng)關(guān)方式實(shí)現(xiàn)4G/5G承載網(wǎng)絡(luò)融合。5G承載網(wǎng)絡(luò)STN采用SRv6建立業(yè)務(wù)，4G承載網(wǎng)絡(luò)IP RAN采用原有MPLS方式建立業(yè)務(wù)，4G和5G網(wǎng)絡(luò)間的業(yè)務(wù)流量需要先匯聚到網(wǎng)關(guān)，經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備查找路由進(jìn)行轉(zhuǎn)接，實(shí)現(xiàn)流量互通。這種融合方案，需要在網(wǎng)關(guān)設(shè)備上建虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(Virtual Private Network，VPN)，實(shí)現(xiàn)4G/5G基站路由在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)平面間的互通，同時(shí)部署路由策略，避免正常下行流量從網(wǎng)關(guān)設(shè)備繞行。該方案中，4G承載網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議(Label Distribution Protocol，LDP)生成MPLS隧道，使用自治系統(tǒng)間的路由協(xié)議(Border Gateway Protocol，BGP)L3 VPN部署3層業(yè)務(wù)，接入到4G分組核心網(wǎng)(Evolved Packet Core Network，EPC)CE或5G核心網(wǎng)(5G Core Network，5GC)CE設(shè)備，實(shí)現(xiàn)4G基站到4G EPC的承載[3]；同時(shí)為實(shí)現(xiàn)與5G網(wǎng)絡(luò)互通，需建互通的L3 VPN業(yè)務(wù)到轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)設(shè)備，把4G基站路由注入到網(wǎng)關(guān)設(shè)備[4]。5G承載網(wǎng)絡(luò)則采用SRv6方式建立以太網(wǎng)虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(Ethernet Virtual Private Network，EVPN)業(yè)務(wù)，使用BGP EVPN地址族建立業(yè)務(wù)接入到5GC CE設(shè)備，實(shí)現(xiàn)5G基站到5GC的承載[5]；在網(wǎng)關(guān)上使用SRv6的locator及END.DX4或END.DX6引入4G網(wǎng)絡(luò)路由[6]。在網(wǎng)關(guān)設(shè)備上，互相引入5G和4G網(wǎng)絡(luò)基站時(shí)，需要做路由策略或匯聚，避免每開一個(gè)基站都要在網(wǎng)關(guān)上進(jìn)行配置。

圖1 基于SRv6/MPLS轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)融合組網(wǎng)方案

這個(gè)方案中，5G與4G承載網(wǎng)絡(luò)各自相對(duì)獨(dú)立組網(wǎng)并采用不同的保護(hù)方式，5G承載網(wǎng)絡(luò)為SRv6的拓?fù)錈o(wú)關(guān)的無(wú)環(huán)路備份路徑(Topology Independent Loop Free Alternate，TI-LFA)和VPN快速重路由(Fast Reroute，F(xiàn)RR)保護(hù)，4G承載網(wǎng)絡(luò)中則是LDP 遠(yuǎn)端無(wú)環(huán)路備份路徑(Remote Loop Free Alternate，RLFA)和VPN FRR保護(hù)[7-8]。但5G與4G橫向互通業(yè)務(wù)需要網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行互通，如果網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)故障，則互通業(yè)務(wù)會(huì)中斷，存在單點(diǎn)故障隱患。

2 基于SRv6+MPLS雙轉(zhuǎn)發(fā)平面智能選路實(shí)現(xiàn)新老設(shè)備融合組網(wǎng)方案

圖2所示為基于SRv6+MPLS雙轉(zhuǎn)發(fā)平面融合組網(wǎng)方案，該方案中，承載網(wǎng)新老設(shè)備可采用融合組網(wǎng)方式，全網(wǎng)所有設(shè)備均啟用MPLS，并在支持SRv6的STN設(shè)備上同時(shí)使用SRv6功能，形成SRv6和MPLS雙轉(zhuǎn)發(fā)平面。其中MPLS平面可以采用傳統(tǒng)的LDP控制面，也可以采用SR MPLS控制面，視設(shè)備實(shí)際能力而定。

圖2 基于SRv6+MPLS雙轉(zhuǎn)發(fā)平面融合組網(wǎng)方案

對(duì)于支持SRv6的STN設(shè)備，同時(shí)部署SRv6和MPLS雙平面， L3 VPN路由在現(xiàn)有VPNv4/VPNv6地址族通告的基礎(chǔ)上，新增加EVPN地址族并選擇SRv6封裝，同時(shí)通告SRv6 EVPN路由和原有的VPNv4/VPNv6路由。對(duì)于不支持SRv6的IP RAN設(shè)備，保持現(xiàn)有的MPLS平面，待設(shè)備升級(jí)或替換后使用SRv6平面。待所有設(shè)備都替換或支持SRv6后，可逐步刪除MPLS平面，平滑過(guò)渡到SRv6平面。

在這個(gè)方案中，5G承載網(wǎng)中的5GC-CE、ER和B設(shè)備均支持SRv6與MPLS雙平面。5G業(yè)務(wù)部署時(shí)，每個(gè)業(yè)務(wù)都同時(shí)部署EVPN地址族+SRv6封裝方式和LDP/SRMPLS+VPNv4或VPNv6地址族，BGP同時(shí)發(fā)布EVPN路由以及L3 VPN路由。對(duì)于5G承載網(wǎng)STN設(shè)備，優(yōu)選EVPN+SRv6路由承載業(yè)務(wù)，從4G網(wǎng)絡(luò)收到的MPLS路由也能同時(shí)處理；而不支持SRv6的4G承載網(wǎng)IP RAN設(shè)備也能收到VPNv4或VPNv6，以原來(lái)MPLS方式處理業(yè)務(wù)，不處理EVPN+SRv6的路由[9]。

SRv6和MPLS平面可以采用內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(Interior Gateway Protocol，IGP)隔離或靈活以太網(wǎng)(Flex Ethernet，F(xiàn)lexE)隔離方式，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)平面間的隔離。使用IGP雙環(huán)回口或虛擬局域網(wǎng)(Virtual Local Area Network，VLAN)子接口或FlexE切片，部署不同的IGP進(jìn)程，利用BGP隧道策略為SRv6或MPLS平面選擇不同的IGP切片，可實(shí)現(xiàn)SRv6與MPLS雙平面物理上隔離[10]。當(dāng)然，同樣的方式也能實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)間的隔離。

本方案中5G網(wǎng)絡(luò)的B設(shè)備、ER設(shè)備和CE設(shè)備都同時(shí)發(fā)布處理EVPN SRv6封裝路由與VPNv4/VPNv6的MPLS路由，設(shè)備上的路由簇壓力會(huì)增加一倍，但帶來(lái)的好處顯而易見：4G網(wǎng)絡(luò)的匯聚B設(shè)備或ER設(shè)備可以平滑割接到5G ER上來(lái)，不需要做額外的配置，這樣4G網(wǎng)絡(luò)的核心匯聚逐步與5G平滑融合，后續(xù)升級(jí)擴(kuò)容更自然。

3 SRv6與MPLS互通兩種實(shí)現(xiàn)方案對(duì)比

表1所示為兩種方案在實(shí)際操作層面的對(duì)比。采用SRv6/MPLS轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)方案，需要在核心骨干層增加專用網(wǎng)關(guān)，增加了投資成本，同時(shí)存在單點(diǎn)故障隱患；在新增加業(yè)務(wù)時(shí)，都需要在網(wǎng)關(guān)上增加業(yè)務(wù)部署以及復(fù)雜的路由策略控制，增加了業(yè)務(wù)部署復(fù)雜度。采用SRv6/MPLS雙轉(zhuǎn)發(fā)平面方案，新采集的設(shè)備在支持SRv6的同時(shí)自然支持MPLS，不需要額外投資，雙平面部署不破壞現(xiàn)有業(yè)務(wù)的部署方案，后續(xù)MPLS網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可逐步升級(jí)或替換，實(shí)現(xiàn)SRv6方案平穩(wěn)過(guò)渡，直至全網(wǎng)支持SRv6。

表1 兩種方案在實(shí)際操作層面的對(duì)比

另外，本文還在實(shí)驗(yàn)室對(duì)兩種方案進(jìn)行了傳輸性能對(duì)比測(cè)試，兩方案在傳輸帶寬、吞吐量和抖動(dòng)等方面的指標(biāo)無(wú)明顯差異。但雙轉(zhuǎn)發(fā)平面方案在時(shí)延指標(biāo)上明顯更優(yōu)，在保護(hù)倒換時(shí)間方面也有少許優(yōu)勢(shì)。具體測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 兩種方案的傳輸性能對(duì)比

總體而言，雙轉(zhuǎn)發(fā)平面方案優(yōu)勢(shì)明顯，因此建議優(yōu)先選擇SRv6/MPLS雙轉(zhuǎn)發(fā)平面方案作為4G/5G融合承載網(wǎng)的方案。

4 現(xiàn)網(wǎng)部署實(shí)踐及意義

SRv6和MPLS在移動(dòng)承載網(wǎng)上將長(zhǎng)期共存，新老承載設(shè)備互通及融合組網(wǎng)是所有運(yùn)營(yíng)商發(fā)展5G業(yè)務(wù)所必須解決的關(guān)鍵問題。中國(guó)電信在對(duì)兩種互通方案進(jìn)行充分認(rèn)證的基礎(chǔ)上，選擇了SRv6+MPLS雙轉(zhuǎn)發(fā)平面方案，并積極引導(dǎo)廠家進(jìn)行相關(guān)設(shè)備研發(fā)。中國(guó)電信組織華為、中興、烽火和新華三進(jìn)行相關(guān)5G承載網(wǎng)STN設(shè)備的雙轉(zhuǎn)發(fā)平面融合組網(wǎng)測(cè)試，并在通過(guò)測(cè)試后進(jìn)行規(guī)模部署，于2020年建設(shè)了全球最大規(guī)模的SRv6智能網(wǎng)絡(luò)承載移動(dòng)業(yè)務(wù)，采用SRv6+MPLS雙轉(zhuǎn)發(fā)平面智能選路實(shí)了現(xiàn)承載網(wǎng)新老設(shè)備融合組網(wǎng)。

目前中國(guó)電信已在移動(dòng)承載網(wǎng)上全面啟用了SRv6，在SRv6與MPLS融合組網(wǎng)方面做出了積極探索和實(shí)踐。通過(guò)對(duì)兩種主要組網(wǎng)模式進(jìn)行對(duì)比分析，并經(jīng)過(guò)大規(guī)模實(shí)際部署驗(yàn)證了雙轉(zhuǎn)發(fā)平面方案的技術(shù)先進(jìn)性和現(xiàn)網(wǎng)部署的可操作性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)有著較高的參考意義。

5 結(jié)束語(yǔ)

SRv6是基于Native IPv6和源路由的新一代網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，是云網(wǎng)融合演進(jìn)道路上的關(guān)鍵技術(shù)，成為構(gòu)筑5G和云時(shí)代智慧聯(lián)接的基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)幾大運(yùn)營(yíng)商都在積極探索SRv6與5G網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，一致認(rèn)為SRv6將開啟新IP網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，是新一代IP網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)之一。

任何運(yùn)營(yíng)商在推進(jìn)SRv6的進(jìn)程中，都會(huì)面臨支持SRv6的新設(shè)備/網(wǎng)絡(luò)與不支持SRv6的老設(shè)備/網(wǎng)絡(luò)融合組網(wǎng)的問題。中國(guó)電信4G/5G承載網(wǎng)由IP RAN向STN平滑演進(jìn)的模式具有較高價(jià)值的借鑒意義，該模式下新老設(shè)備混合組網(wǎng)并支持SRv6優(yōu)選，解決了移動(dòng)和政企業(yè)務(wù)跨新老網(wǎng)絡(luò)的融合承載問題，實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)新老設(shè)備融合組網(wǎng)、長(zhǎng)期共存，并可按需自然演進(jìn)，大幅延伸了現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的生命周期，保護(hù)了存量網(wǎng)絡(luò)投資，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)價(jià)值利用最大化。

當(dāng)然，在選擇SRv6+MPLS雙轉(zhuǎn)發(fā)平面模式時(shí)，運(yùn)營(yíng)商尚需制定適合自身網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的雙平面選路協(xié)議機(jī)制及控制策略。同時(shí)，移動(dòng)承載網(wǎng)絡(luò)與云的協(xié)同和融合將成為未來(lái)的發(fā)展方向，部署了SRv6的移動(dòng)承載網(wǎng)應(yīng)進(jìn)一步向靈活接入不同層面的云資源、滿足用戶—云、云—云的靈活承載方向演進(jìn)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)隨云動(dòng)、云網(wǎng)融合，以支撐5G+云網(wǎng)業(yè)務(wù)的商業(yè)成功。