基于EVPN技術(shù)的專(zhuān)線組網(wǎng)應(yīng)用實(shí)踐研究

吳亞彬，張桂玉，易昕昕，劉 暢（中訊郵電咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)院有限公司，北京 100048）

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的日益發(fā)展，運(yùn)營(yíng)商為越來(lái)越多的企業(yè)大客戶(hù)提供VPN 服務(wù)，使得VPN 技術(shù)的應(yīng)用得到了極大的推動(dòng)。通過(guò)使用基于MPLS 的2 層VPN 技術(shù)，運(yùn)營(yíng)商可以更加充分地利用骨干網(wǎng)絡(luò)的資源。相較于3 層VPN，2 層VPN 的復(fù)雜性大幅下降，能夠縮短開(kāi)通周期，快速提供服務(wù)。伴隨EVPN 技術(shù)在2 層VPN 中的應(yīng)用，也將進(jìn)一步簡(jiǎn)化配置，提升效率，滿足運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)服務(wù)在便捷性、靈活性以及可靠性等方面的演進(jìn)需求。

1 2層專(zhuān)線組網(wǎng)技術(shù)

現(xiàn)有基于MPLS 2 層VPN 解決方案提供了運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)和客戶(hù)的VPN 網(wǎng)絡(luò)之間的完全獨(dú)立，通過(guò)統(tǒng)一的MPLS 網(wǎng)絡(luò)提供基于不同數(shù)據(jù)鏈路層的2層VPN，實(shí)現(xiàn)在不同站點(diǎn)之間建立2 層連接。與3 層VPN 相比，MPLS L2VPN 的可擴(kuò)展性更強(qiáng)，能夠支持更多的VPN和用戶(hù)接入，保障私網(wǎng)路由的安全性和可靠性，同時(shí)也支持IPv4、IPv6等多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

目前L2VPN 可以提供點(diǎn)到點(diǎn)（VLL）和點(diǎn)到多點(diǎn)（VPLS）2種方式的組網(wǎng)服務(wù)?；贚DP的擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)了VLL 點(diǎn)到點(diǎn)的解決方案，通過(guò)引入虛電路（VC-virtual circuit）的概念來(lái)承載2層數(shù)據(jù)的傳輸，使用MPLS標(biāo)簽的方式在骨干網(wǎng)創(chuàng)建LSP 隧道。隧道LSP 提供PE 質(zhì)檢的隧道連接，VC 承載特定用戶(hù)（VPN）的數(shù)據(jù)幀。VLL 可以提供點(diǎn)到點(diǎn)的L2VPN 服務(wù)，但是不能實(shí)現(xiàn)多站點(diǎn)間的互聯(lián)。

VPLS 技術(shù)是一種在公用網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到多點(diǎn)的MPLS 2層VPN解決方案，提供跨越廣域網(wǎng)的模擬LAN服務(wù)的2 層VPN 服務(wù)。VPLS 實(shí)際上是在PE 之間建立了1個(gè)全網(wǎng)狀仿真點(diǎn)到多點(diǎn)的VC 連接，使得用戶(hù)可以對(duì)于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大，分支機(jī)構(gòu)遍布不同地域的客戶(hù)，VPLS是一種更加完善的解決方案。VPLS在用戶(hù)側(cè)使用以太網(wǎng)接口，可以支持快速靈活的服務(wù)部署，運(yùn)營(yíng)商對(duì)IP 路由不需要感知管理，也簡(jiǎn)化了運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的管理運(yùn)營(yíng)，保證了用戶(hù)私網(wǎng)路由的安全可靠。VPLS可以支持大量站點(diǎn)接入，但是，無(wú)法避免廣播、多播流量等在網(wǎng)絡(luò)中的復(fù)制，導(dǎo)致帶寬利用率較低。

綜上所述，目前傳統(tǒng)MPLS L2VPN 已有應(yīng)用，但是仍然存在路由無(wú)法快速收斂、廣播泛洪等問(wèn)題，難以滿足網(wǎng)絡(luò)訴求。

2 EVPN原理

2.1 EVPN控制面實(shí)現(xiàn)原理

EVPN 很好地改善了傳統(tǒng)L2VPN 技術(shù)下的一系列缺陷和問(wèn)題，EVPN 重新定義了一種新的BGP NLRI（Network Layer Reachable Information）來(lái)承載所有的EVPN 路由，以此實(shí)現(xiàn)控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面的分離，引入BGP協(xié)議承載MAC可達(dá)信息，從控制平面學(xué)習(xí)遠(yuǎn)端MAC 地址，將IP VPN 的技術(shù)優(yōu)勢(shì)引入到以太網(wǎng)絡(luò)中。EVPN定義了5種路由類(lèi)型，包括以太網(wǎng)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)路由（Ethernet AD Route）、MAC/IP 發(fā)布路由（MAC Adver?tisement Route）、包含性組播以太網(wǎng)標(biāo)簽路由（Inclu?sive Multicast Route）、以太網(wǎng)段路由（Ethernet Segment Route）以及IP 前綴路由（IP Prefix Route）。通過(guò)這5種可達(dá)路由信息的發(fā)布、撤銷(xiāo)和接受處理來(lái)實(shí)現(xiàn)控制平面。

a）以太網(wǎng)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)路由：可以用來(lái)通告ES 信息，在多歸組網(wǎng)場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)水平分割、負(fù)載分擔(dān)等特性。

b）MAC/IP 發(fā)布路由：用來(lái)通告MAC 地址和主機(jī)IP地址信息。

c）包含性組播以太網(wǎng)標(biāo)簽路由：在EVPN VXLAN組網(wǎng)中用來(lái)通告VTEP 及其所屬VXLAN 信息，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)VTEP、自動(dòng)建立VXLAN 隧道、自動(dòng)關(guān)聯(lián)VX?LAN隧道。

d）以太網(wǎng)段路由：用來(lái)通告ES 及其連接的VTEP或PE信息，以實(shí)現(xiàn)DF選舉等功能。

e）IP前綴路由：用來(lái)以IP前綴的形式通告引入的外部路由。

EVPN 在克服傳統(tǒng)L2VPN 缺陷的同時(shí)，也帶來(lái)了以下益處。

a）EVPN 同時(shí)支持L2 和L3 業(yè)務(wù)，集成了L3VPN的管理、擴(kuò)展能力。

b）歸屬多宿主，實(shí)現(xiàn)PE 間的負(fù)載分擔(dān)，支持L3快速倒換收斂，對(duì)廣播、未知單播和組播流量實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，提高網(wǎng)絡(luò)效率。

c）具有靈活的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)平面采用MPLS 和IP 協(xié)議，同時(shí)基于BGP 實(shí)現(xiàn)控制平面，對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模沒(méi)有限制，集成IP VPN的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)，簡(jiǎn)化部署和管理。

d）轉(zhuǎn)控分離，控制平面可以單獨(dú)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)發(fā)信息，避免L2泛洪。

2.2 EVPN減少?gòu)V播泛洪

EVPN 通過(guò)ARP 應(yīng)答減少報(bào)文泛洪問(wèn)題。為避免廣播發(fā)送的ARP請(qǐng)求報(bào)文占用核心網(wǎng)絡(luò)帶寬，PE會(huì)根據(jù)接收到的ARP 請(qǐng)求和ARP 應(yīng)答報(bào)文、BGP EVPN 路由在本地建立ARP 泛洪抑制表項(xiàng)。當(dāng)PE 再收到本地站點(diǎn)內(nèi)虛擬機(jī)請(qǐng)求其他虛擬機(jī)MAC 地址的ARP 請(qǐng)求時(shí)，優(yōu)先根據(jù)ARP 泛洪抑制表項(xiàng)進(jìn)行代答。如果沒(méi)有對(duì)應(yīng)表項(xiàng)，則通過(guò)LSP 將ARP 請(qǐng)求泛洪到其他站點(diǎn)。ARP泛洪抑制功能可以大大減少ARP泛洪次數(shù)。

第1步：PEI 收到CE1 發(fā)送的ARP 請(qǐng)求報(bào)文后，會(huì)構(gòu)造一個(gè)MAC/IP 路由（Type2），發(fā)送給所有的PE，包含IP和MAC信息。

第2步：PE4緩存ARP中的MAC和IP信息。

第3步：CE4 發(fā)送1.1.1.1 的ARP 請(qǐng)求，PE4 查詢(xún)緩存，直接回復(fù)。

3 EVPN組網(wǎng)場(chǎng)景

3.1 EVPN VPWS

EVPN VPWS 即點(diǎn)到點(diǎn)專(zhuān)線業(yè)務(wù)場(chǎng)景，又稱(chēng)為Eline，如圖1所示。首先需要服務(wù)提供方按照要求進(jìn)行配置信息、接口文檔等準(zhǔn)備工作，并與平臺(tái)管理員進(jìn)行接入咨詢(xún)溝通，然后由平臺(tái)管理員完成能力入駐工作。

圖1 EVPN VPWS組網(wǎng)場(chǎng)景

PE1 和PE2 分別配置EVPL 實(shí)例和EVPN-VPWS實(shí)例，其中EVPL 實(shí)例需要分別與AC 口及EVPN-VP?WS 實(shí)例綁定，并且每個(gè)EVPL 實(shí)例需要配置本端Ser?vice ID 和遠(yuǎn)端Service ID。配置完成后，本地PE 將生成AC口和EVPL實(shí)例的轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)聯(lián)表項(xiàng)。

PE1和PE2分別向?qū)Χ税l(fā)送EVI AD 路由，EVI AD路由攜帶有RD、RT（Route Target）、下一跳、本地ser?vice ID、EVPL標(biāo)簽或SRv6 SID等信息。

PE1 和PE2 分別從對(duì)端收到EVI AD 路由，匹配RT 交叉到對(duì)應(yīng)EVPN-VPWS 實(shí)例，并根據(jù)下一跳信息迭代MPLS或SRv4隧道，或者根據(jù)SRv6 SID迭代SRv6隧道。如果檢查發(fā)現(xiàn)收到的路由上Service ID 和本地EVPL實(shí)例上配置的遠(yuǎn)端Service ID 相同，則生成MPLS或SRv4/v6隧道和本地EVPL實(shí)例的轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)聯(lián)表項(xiàng)。

相比于傳統(tǒng)VPWS 點(diǎn)到點(diǎn)的組網(wǎng)，EVPN 具有以下優(yōu)勢(shì)。

a）可以提供和傳統(tǒng)VPWS一樣的點(diǎn)到點(diǎn)（P2P）業(yè)務(wù)，無(wú)需MAC學(xué)習(xí)。

b）通過(guò)EVPN-BGP 的鏈路發(fā)現(xiàn)和信令機(jī)制，不再需要PW全連接。

c）引入控制平面，可以實(shí)現(xiàn)雙活以及PE發(fā)現(xiàn)。

3.2 EVPN VPLS

EVPN VPLS 表示多點(diǎn)到多點(diǎn)業(yè)務(wù)，是控制層采用MP BGP 通告EVPN 路由信息，數(shù)據(jù)層采用MPLS 封裝的2 層VPN 技術(shù)。PE 通過(guò)查找MAC 地址表轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)文，為用戶(hù)提供多點(diǎn)到多點(diǎn)的2 層服務(wù)，如圖2 所示。

圖2 EVPN VPLS 組網(wǎng)場(chǎng)景

3.2.1 MAC地址學(xué)習(xí)

a）CE1發(fā)起ARP,請(qǐng)求CE3的MAC地址。

b）PE1 收到CE1 發(fā)來(lái)的ARP 請(qǐng)求，從數(shù)據(jù)平面學(xué)習(xí)AC 側(cè)的MAC 地址MAC1，同時(shí)會(huì)泛洪ARP 請(qǐng)求給PE2和PE3，將MAC1寫(xiě)入BGP MAC AD 路由中通告給PE2和PE3。

c）PE2 和PE3 收到PE1 廣播的ARP 請(qǐng)求，泛洪給CE2和CE3。

d）PE2 和PE3 從PE1 的BGP 控制平面學(xué)習(xí)MAC1，將MAC1寫(xiě)入MAC表中。

e）PE3 收到CE3 的ARP 回復(fù)，從AC 側(cè)學(xué)習(xí)MAC3，將MAC3通告給其他的PE，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包給PE1。

3.2.2 流量轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程

a）CE1單播流量給CE2和CE3。

b）PE1 在MAC 表中查找目的MAC，封裝MPLS 標(biāo)簽和EVPN標(biāo)簽，轉(zhuǎn)發(fā)流量給遠(yuǎn)端的PE。

c）出口PE2或PE3彈出MPLS標(biāo)簽和EVPN標(biāo)簽，獲取對(duì)應(yīng)EVPN 實(shí)例，并在MAC 表中查找目的MAC，轉(zhuǎn)發(fā)流量給CE。

3.3 E-TREE

隨著EVPN 網(wǎng)絡(luò)上承載業(yè)務(wù)量的不斷增加，EVPN所管理的用戶(hù)MAC 地址也會(huì)不斷增加，這些用戶(hù)MAC 地址會(huì)隨EVPN 路由在網(wǎng)絡(luò)中擴(kuò)散，最終同一廣播域中所有接口都可以2層互通。但對(duì)于沒(méi)有互訪需求的用戶(hù)既無(wú)法隔離BUM（Broadcast Unknown-uniast Multicast）流量，也無(wú)法隔離單播流量。因此如果用戶(hù)希望同一廣播域中無(wú)互訪需求的用戶(hù)接口之間可以相互隔離，則可以在網(wǎng)絡(luò)中部署EVPN E-Tree功能。

EVPN E-Tree 功能通過(guò)對(duì)接入側(cè)的接口設(shè)定Root或Leaf 屬性來(lái)實(shí)現(xiàn)MEF（Metro Ethernet Forum）定義的E-Tree模型，如圖3所示。

圖3 E-Tree組網(wǎng)場(chǎng)景

a）Leaf 屬性的接口只能和Root 屬性的接口相互發(fā)送流量，Leaf 屬性的接口之間是相互隔離的。

b）Root 屬性的接口既可以和其他Root 屬性的接口相互通信，也可以和Leaf屬性的接口相互通信。

如CE2 與PE1 的互連接口MAC 地址為MAC1，此接口是Leaf 屬性，所以攜帶MAC1 地址的MAC 路由會(huì)攜帶EVPN E-Tree的擴(kuò)展團(tuán)體屬性。該屬性的Leaf標(biāo)簽字段所有位將全部被設(shè)置為0，F(xiàn)lags 的L 位被設(shè)置為1。

PE2 在收到PE1 的MAC 路由后，會(huì)檢查Flags 的L位。由于該位被設(shè)置為1，所以PE2 會(huì)將本地MAC 路由表中MAC1對(duì)應(yīng)的表項(xiàng)打上標(biāo)記。

當(dāng)PE2從自己的Leaf屬性接口收到發(fā)往CE2的流量時(shí)，PE2 會(huì)根據(jù)本地MAC 路由表中標(biāo)記確認(rèn)該流量需要被發(fā)送到遠(yuǎn)端Leaf屬性接口，然后將該流量丟棄，從而實(shí)現(xiàn)Leaf 屬性的接口之間對(duì)已知單播流量的隔離。

EVPN組網(wǎng)相較于傳統(tǒng)VPLS具有如下改進(jìn)點(diǎn)。

a）EVPN網(wǎng)絡(luò)側(cè)通過(guò)控制面學(xué)習(xí)MAC，傳統(tǒng)VPLS通過(guò)數(shù)據(jù)面泛洪學(xué)習(xí)。

b）EVPN 可以實(shí)現(xiàn)雙活，傳統(tǒng)VPLS 只能主備。EVPN網(wǎng)絡(luò)側(cè)有多條路徑，傳統(tǒng)VPLS路徑單一。

c）EVPN收斂速度比傳統(tǒng)VPLS更快。

d）EVPN 通過(guò)擴(kuò)展的BGP 發(fā)現(xiàn)鄰居，PE 只需要和RR 建立鄰居；傳統(tǒng)VPLS 需要所有PE 之間Full Mesh配置。

4 企業(yè)專(zhuān)線組網(wǎng)應(yīng)用分析

經(jīng)過(guò)上述EVPN 的組網(wǎng)模式和技術(shù)原理分析，在企業(yè)專(zhuān)線組網(wǎng)中，EVPN 技術(shù)的應(yīng)用是必不可少的，特別是在數(shù)據(jù)中心以及政企類(lèi)業(yè)務(wù)組網(wǎng)中，能夠滿足2、3 層互通的需求。依托EVPN 能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)平面和控制平面分離，具備負(fù)載分擔(dān)、快速收斂的能力，提供更加可靠、智能的網(wǎng)絡(luò)。

在當(dāng)前數(shù)字經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，國(guó)家推進(jìn)“新基建”的建設(shè)要求的大背景下，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等成為各個(gè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要支柱。企業(yè)發(fā)展趨向大規(guī)模、分布式建設(shè)、數(shù)字化等方向，也產(chǎn)生了企業(yè)在一點(diǎn)入云、多點(diǎn)組網(wǎng)等場(chǎng)景下的需求。

4.1 企業(yè)一點(diǎn)入云專(zhuān)線場(chǎng)景

隨著云計(jì)算市場(chǎng)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的企業(yè)將數(shù)據(jù)放在公有云池中。例如某客戶(hù)數(shù)據(jù)在公有云，辦公樓宇在地（市），需要通過(guò)專(zhuān)線進(jìn)行公有云服務(wù)訪問(wèn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)互通，并且保證業(yè)務(wù)的安全性和可靠性。

客戶(hù)CE 就近連接運(yùn)營(yíng)商PE 設(shè)備，一跳進(jìn)入骨干網(wǎng)，最大程度地保障便捷性和安全性，運(yùn)營(yíng)商骨干網(wǎng)通過(guò)EVPN VPWS 建立專(zhuān)線，提供高可靠性服務(wù)，同時(shí)其出口PE 直連公有云資源池，保證時(shí)延最低。EVPN的配置簡(jiǎn)單，協(xié)議簡(jiǎn)化，能夠解決傳統(tǒng)電路施工周期長(zhǎng)的問(wèn)題，快速開(kāi)通提供服務(wù)，滿足企業(yè)客戶(hù)一點(diǎn)入云需求，如圖4所示。

圖4 企業(yè)一點(diǎn)入云專(zhuān)線場(chǎng)景

4.2 企業(yè)多點(diǎn)組網(wǎng)場(chǎng)景

一些大型銀行、金融、證券類(lèi)企業(yè)，對(duì)業(yè)務(wù)的可靠性和安全性有著較高要求，同時(shí)有多個(gè)分支機(jī)構(gòu)分布在各個(gè)地（市），需要保證總部與各分支機(jī)構(gòu)都能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互通。

不同地（市）的分支機(jī)構(gòu)就近接入運(yùn)營(yíng)商PE設(shè)備，總部機(jī)構(gòu)通過(guò)雙歸接入運(yùn)營(yíng)商骨干網(wǎng)，建立EVPN VPLS 專(zhuān)線，總部節(jié)點(diǎn)采用雙活模式保證流量負(fù)載分擔(dān)。通過(guò)使用EVPN，為客戶(hù)提供大型企業(yè)扁平化組網(wǎng)，保證業(yè)務(wù)的便捷性和實(shí)時(shí)性，通過(guò)雙歸接入，提供高可靠性的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)流量負(fù)載分擔(dān)，滿足企業(yè)多點(diǎn)組網(wǎng)需求，如圖5所示。

圖5 企業(yè)多點(diǎn)組網(wǎng)場(chǎng)景

4.3 組網(wǎng)案例模擬驗(yàn)證

某企業(yè)客戶(hù)需要2 層專(zhuān)線組網(wǎng)，同時(shí)要保障業(yè)務(wù)的高可靠性，采用EVPN 雙歸雙活模式進(jìn)行組網(wǎng)。模擬網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D6 所示，用戶(hù)有2 個(gè)站點(diǎn)：客戶(hù)CE1 和CE2，其中CE1 和PE1，CE1 與PE2，CE2 與PE3 均采用單鏈路接入，CE1根據(jù)業(yè)務(wù)需求采用雙歸雙活模式，實(shí)現(xiàn)負(fù)載分擔(dān)，保障業(yè)務(wù)高可靠性。

圖6 組網(wǎng)拓?fù)?/p>

4.3.1 配置步驟

a）IGP和MPLS基礎(chǔ)配置。

b）配置BGP。

c）全局配置VPN源地址。

d）創(chuàng)建EVPL，綁定對(duì)應(yīng)的EVPN 實(shí)例，配置EVPN VPWS業(yè)務(wù)。

4.3.2 結(jié)果驗(yàn)證

結(jié)果顯示，在CE1 上可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載分擔(dān)，流量無(wú)丟包情況發(fā)生，如圖7所示。

圖7 雙向流量無(wú)丟包

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，EVPN的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)2層網(wǎng)絡(luò)中的很多問(wèn)題，在企業(yè)專(zhuān)線組網(wǎng)中能發(fā)揮很大作用。EVPN 接入側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)能夠按需實(shí)現(xiàn)單活和雙活，保障鏈路負(fù)載分擔(dān)，提升網(wǎng)絡(luò)利用率，同時(shí)基于控制平面快速收斂能夠?qū)崿F(xiàn)故障路徑快速切換。隨著云計(jì)算的快速發(fā)展，復(fù)雜的企業(yè)組網(wǎng)和大規(guī)模數(shù)據(jù)中心對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求越來(lái)越高，對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，運(yùn)營(yíng)商只是提供網(wǎng)絡(luò)管道，感知不到變化；對(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，EVPN 是更優(yōu)的選擇。