vBRAS 在新型城域網(wǎng)中的應(yīng)用討論

［丁友梅］

1 引言

根據(jù)國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃的通知中指出，推動(dòng)我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展中，要優(yōu)化升級(jí)數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，加快建設(shè)信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)高速泛在、天地一體、云網(wǎng)融合、智能敏捷、綠色低碳、安全可控的智能化綜合性數(shù)字信息基礎(chǔ)設(shè)施。

近年來(lái)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)流量呈井噴式增長(zhǎng)，而寬帶用戶發(fā)展空間有限，規(guī)模競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)向品質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)、智家應(yīng)用競(jìng)爭(zhēng)。接應(yīng)“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，根據(jù)2B/2C/2H/各種業(yè)務(wù)的發(fā)展趨勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能提供大容量、高帶寬、低時(shí)延，網(wǎng)絡(luò)彈性擴(kuò)展，由封閉型轉(zhuǎn)向開放型，并能適配云網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)接。

現(xiàn)有的傳統(tǒng)IP三層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)發(fā)展已經(jīng)很成熟，隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，傳統(tǒng)三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)自身存在一些無(wú)法突破的限制與弊端無(wú)法無(wú)限擴(kuò)展，瓶頸不斷涌現(xiàn)。而Spine-Leaf 城域葉脊拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)組成的“胖樹”結(jié)構(gòu)，很好地解決了三層網(wǎng)絡(luò)存在的各種問(wèn)題。

2 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

2.1 城域IP 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

現(xiàn)有城域網(wǎng)IP 網(wǎng)絡(luò)一般由傳輸?shù)娜龑蛹軜?gòu)組成，即核心—匯聚—接入。

核心層一般設(shè)置兩臺(tái)核心路由器，分別設(shè)置在區(qū)域DC 機(jī)房，上連ChinaNet 和CN2，下聯(lián)業(yè)務(wù)接入層，主要為接收全球路由表，承載國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)、政企等流量；匯聚層即業(yè)務(wù)接入層主要由MSE（多服務(wù)邊緣設(shè)備）組成，下聯(lián)接入層設(shè)備OLT，家庭寬帶和政企客戶由此接入城域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

目前IP 城域網(wǎng)主要承載如下業(yè)務(wù)。

①上網(wǎng)業(yè)務(wù)：主要是家庭客戶利用寬帶網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)及享受一切相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

② VoIP 業(yè)務(wù)：利用Internet 或局域網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)新型電話通信的IP 技術(shù)。

圖1 傳統(tǒng)IP 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

③ITV 業(yè)務(wù)：基于電信網(wǎng)并以電視為載體顯示的雙向通信手段。

④ 視頻業(yè)務(wù)：家庭客戶提供的視頻業(yè)務(wù)主要是家庭視頻監(jiān)控。

⑤ IP VPN 業(yè)務(wù)：VPN 常用于大中型企業(yè)跨地域組網(wǎng)、同城互聯(lián)、以及銀行、福利彩票營(yíng)業(yè)網(wǎng)點(diǎn)的組網(wǎng)。

2.2 存在問(wèn)題

采用三層架構(gòu)的傳統(tǒng)城域網(wǎng)對(duì)于南北向流量的業(yè)務(wù)形態(tài)非常有效，但隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展存在越來(lái)越多的問(wèn)題。

（1）現(xiàn)有架構(gòu)難以滿足算力下沉帶來(lái)的邊緣云快速接入

現(xiàn)有IP 城域網(wǎng)難以滿足邊緣云泛在接入的需求，同時(shí)STN 網(wǎng)絡(luò)由于設(shè)備性能不足無(wú)法實(shí)現(xiàn)公眾客戶訪問(wèn)邊緣云需求；云網(wǎng)對(duì)接未標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)接方案復(fù)雜。

（2）難以滿足東西向流量增長(zhǎng)

傳統(tǒng)城域網(wǎng)(包括IP 光寬城域網(wǎng)與STN)以南北向流量為主，而隨著數(shù)據(jù)中心下沉、私有云等業(yè)務(wù)帶來(lái)的東西向流量井噴，樹形網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)難以適應(yīng)，需占用大量核心資源，無(wú)法無(wú)限擴(kuò)展。

（3）帶寬及設(shè)備利用率低

用戶處理與帶寬接口緊耦合，導(dǎo)致并發(fā)用戶數(shù)低，帶寬利用率不均；無(wú)法形成資源池，可靠性得不到提升，設(shè)備分散且數(shù)量多，更大容量設(shè)備引入條件不充分。

（4）多業(yè)務(wù)并發(fā)時(shí)帶來(lái)的承載網(wǎng)設(shè)備session 不足

單用戶多業(yè)務(wù)并發(fā)時(shí)往往由于原有設(shè)備性能無(wú)法升級(jí)，session 數(shù)不足導(dǎo)致用戶業(yè)務(wù)掉線。

3 新型城域網(wǎng)介紹優(yōu)勢(shì)

3.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

新型城域網(wǎng)采用積木式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（如圖2 所示），主要包含城域POD、云網(wǎng)POP、POD 出口功能區(qū)三大組件，可基于業(yè)務(wù)量進(jìn)行靈活擴(kuò)展，滿足邊緣云的快速接入及東西向流量增長(zhǎng)。

（1）城域POD

城域POD 基于城域葉脊網(wǎng)絡(luò)（Spine-Leaf）組建，每個(gè)POD 設(shè)置2 臺(tái)Spine，下掛多對(duì)Leaf 設(shè)備，實(shí)現(xiàn)POD 內(nèi)靈活擴(kuò)展，Spine 和Leaf 設(shè)備對(duì)應(yīng)STN 網(wǎng)絡(luò)的ER 和B 設(shè)備。

Spine 用于實(shí)現(xiàn)高速流量轉(zhuǎn)發(fā)與Leaf 設(shè)備間流量互訪；Leaf 設(shè)備包含幾種不同類型，包括A-Leaf、S-Leaf 與B-Leaf。A-Leaf 作為公眾、政企與移動(dòng)業(yè)務(wù)的接入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)固、移、云等業(yè)務(wù)綜合接入。A-Leaf 可采用多種廠家的設(shè)備，標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)接，滿足異廠家組網(wǎng)需求。S-Leaf 作為核心/邊緣DC 及云資源池的網(wǎng)絡(luò)對(duì)接點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)云資源池的標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)接。B-Leaf 用于實(shí)現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)的對(duì)接。Leaf 原則上不直連城域外的網(wǎng)元，訪問(wèn)外部網(wǎng)元通過(guò)Spine 轉(zhuǎn)發(fā)。

（2）云網(wǎng)POP

云網(wǎng)POP 包括云業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)出口網(wǎng)元和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)元，云業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)出口網(wǎng)元為互聯(lián)網(wǎng)、專線、VPN 等網(wǎng)關(guān)設(shè)備；基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)元包括Leaf、PE、ASBR 等基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)專線終結(jié)設(shè)備。云網(wǎng)POP 中通過(guò)部署Leaf，連接云業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)元，實(shí)現(xiàn)云資源池的標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)接。

（3）POD 出口功能區(qū)

POD 出口功能區(qū)由Spine、Super-Spine（CR）、Leaf（ASBR）組成，與骨干網(wǎng)、業(yè)務(wù)平臺(tái)/核心網(wǎng)等外部網(wǎng)絡(luò)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)差異化業(yè)務(wù)疏導(dǎo)。

Spine 定位實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)流量疏導(dǎo)，不接受全球路由表。當(dāng)一個(gè)區(qū)域設(shè)置多個(gè)POD 時(shí)，可通過(guò)Super-Spine（CR）進(jìn)行匯聚。Super-Spine（CR）實(shí)現(xiàn)POD 間流量互訪、政企互聯(lián)網(wǎng)流量和國(guó)際流量疏導(dǎo)，接收全球路由表，通過(guò)細(xì)路由、策略路由等方式實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、差異化和安全服務(wù)。Leaf（ASBR）定位實(shí)現(xiàn)跨域VPN 業(yè)務(wù)提供。

POD 出口功能區(qū)內(nèi)，不同局址的2 臺(tái)Spine 設(shè)備交叉上連不同局址的2 臺(tái)城域CR，Leaf（ASBR）與CR/Spine設(shè)備可采用口字型互聯(lián)，隨業(yè)務(wù)量增大采用交叉上連。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

①城域Spine-Leaf 架構(gòu)，模塊化靈活擴(kuò)展

源于CLOS 網(wǎng)絡(luò)的Spine-Leaf 架構(gòu)，借鑒數(shù)據(jù)中心流量匯聚與橫向彈性擴(kuò)展優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)內(nèi)部冗余實(shí)現(xiàn)任意兩節(jié)點(diǎn)間無(wú)阻塞轉(zhuǎn)發(fā)。

② 轉(zhuǎn)控分離vBRAS，提升網(wǎng)絡(luò)處理性能

寬帶業(yè)務(wù)集約化處理，控制面負(fù)責(zé)用戶的控制與管理，轉(zhuǎn)發(fā)面實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)，提升網(wǎng)絡(luò)可靠性；提升新業(yè)務(wù)上線效率，能力進(jìn)一步開放。

③SRv6/EVPN 協(xié)議統(tǒng)一，以極簡(jiǎn)協(xié)議構(gòu)筑業(yè)網(wǎng)分離網(wǎng)絡(luò)，SRv6 被譽(yù)為下一代轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，基于源路由轉(zhuǎn)發(fā)模型，能夠?qū)崿F(xiàn)控制/轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)快速收斂與負(fù)載分擔(dān)。

EVPN 實(shí)現(xiàn)二/三層業(yè)務(wù)承載的融合，從協(xié)議實(shí)現(xiàn)層面推進(jìn)轉(zhuǎn)控分離。

基于SRV6/EVPN 技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)融合承載，使能自動(dòng)化連接能力，實(shí)現(xiàn)跨域自動(dòng)化開通、一跳入云。

④ 網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)智能管控

城域新一代運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)城域編排、調(diào)度及控制。

4 新型城域網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景

以“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃為指導(dǎo)原則，采用基于Spine-Leaf 架構(gòu)對(duì)傳統(tǒng)IP 城域網(wǎng)進(jìn)行改造，以解決運(yùn)營(yíng)商在天地一體、云網(wǎng)融合中建網(wǎng)的實(shí)際問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)固移、云網(wǎng)業(yè)務(wù)融合承載和靈活組網(wǎng)。

Spine-Leaf 架構(gòu)應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心時(shí)，一般可采用新建模式。而對(duì)于現(xiàn)有的城域網(wǎng)絡(luò)，則需考慮進(jìn)行升級(jí)改造，充分利用現(xiàn)有資源。

4.1 網(wǎng)元及鏈路建設(shè)原則

①POD 區(qū)設(shè)置原則

設(shè)置POD 區(qū)時(shí)，應(yīng)根據(jù)地理、行政區(qū)域、用戶數(shù)及光纜網(wǎng)現(xiàn)狀對(duì)POD 區(qū)進(jìn)行規(guī)劃。單POD 用戶數(shù)不低于80萬(wàn)為基準(zhǔn)。

業(yè)務(wù)量不大的地區(qū)，設(shè)置單POD，可考慮Spine 和CR 合設(shè)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)出口。

在業(yè)務(wù)量大的地區(qū)，可設(shè)置多個(gè) POD，CR 作為Super Spine 實(shí)現(xiàn)POD 間流量疏導(dǎo)。

② Spine-Leaf 設(shè)置原則

Spine-Leaf采用2級(jí)架構(gòu)。1個(gè)POD區(qū)配置一對(duì)Spine設(shè)備，Leaf 設(shè)備原則上利舊升級(jí)STN-B 設(shè)備并進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)點(diǎn)。

③vBRAS 設(shè)置原則

vBRAS-CP 應(yīng)部署在2 個(gè)核心DC，實(shí)現(xiàn)異地災(zāi)備,滿足對(duì)全區(qū)光寬業(yè)務(wù)集中管理和控制。

按POD 集中部署轉(zhuǎn)控分離vBRAS-pUP，旁掛Spine設(shè)備，實(shí)現(xiàn)寬帶公眾用戶集中處理。vBRAS-pUP 設(shè)備部署時(shí)可采用1:1、1+1、N+1 等模式，池內(nèi)所有vBRAS-U設(shè)備工作在負(fù)載分擔(dān)模式下，所有設(shè)備均承載業(yè)務(wù)。

④ 鏈路設(shè)置原則

各網(wǎng)元成對(duì)配置時(shí)，可采用口字型組網(wǎng)方式，實(shí)現(xiàn)鏈路負(fù)荷分擔(dān)。

為了保證業(yè)務(wù)測(cè)試及部分業(yè)務(wù)割接，初期可考慮開通少量鏈路；當(dāng)達(dá)到鏈路擴(kuò)容門限時(shí)按需擴(kuò)容。

4.2 網(wǎng)絡(luò)部署方案

以XX 市XX 運(yùn)營(yíng)商IP 城域網(wǎng)為例，將XX 市城域網(wǎng)升級(jí)改造為基于Spine-Leaf 架構(gòu)的新型城域網(wǎng)。

XX 市XX 運(yùn)營(yíng)商承載約200 萬(wàn)帶寬用戶，根據(jù)如上建設(shè)原則，可將現(xiàn)有城域網(wǎng)規(guī)劃為3 個(gè)POD 區(qū)。

各網(wǎng)元部署建議如下。

4.2.1 Super Spine

設(shè)置多個(gè)POD 的區(qū)域，可利舊原有城域網(wǎng)核心層設(shè)備CR 兼作Super Spine，疏導(dǎo)POD 間固網(wǎng)寬帶流量，并作為統(tǒng)一出口上聯(lián)至163；可利舊現(xiàn)網(wǎng)STN 核心層設(shè)備，匯聚4G/5G 等流量。后期結(jié)合帶寬流量，Spine 可按需直連163 和省級(jí)ER。

4.2.2 Bleaf

現(xiàn)網(wǎng)的ASBR 可利舊作為Bleaf，口字形對(duì)接STN 核心層，并利舊原有與城域網(wǎng)核心層、CN2 網(wǎng)絡(luò)的鏈路，承載 L2/L3 VPN 業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)POD 間組網(wǎng)和跨域組網(wǎng)接入。

4.2.3 Spine

每個(gè)城域POD 均設(shè)置一對(duì)Spine 設(shè)備，上聯(lián)至Super Spine 與城域ER，用于實(shí)現(xiàn)高速流量轉(zhuǎn)發(fā)與Leaf 設(shè)備間流量互訪、匯聚移動(dòng)網(wǎng)流量；每個(gè)POD 區(qū)內(nèi)的STN B 設(shè)備上聯(lián)割接至Spine 設(shè)備，各POD 間互通流量通過(guò)Super Spine 進(jìn)行疏導(dǎo)。

同一個(gè)POD 的兩臺(tái)Spine 設(shè)備安裝在不同的DC 機(jī)房?jī)?nèi)，具備異地容災(zāi)及負(fù)荷分擔(dān)。

4.2.4 Aleaf

利舊現(xiàn)網(wǎng)STN B 設(shè)備（需具備SRV6 功能），實(shí)現(xiàn)寬帶接入網(wǎng)設(shè)備和基站設(shè)備等接入，實(shí)現(xiàn)固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)合并為一張新型城域網(wǎng)。

4.2.5 vBRAS-CP

在兩個(gè)核心DC 節(jié)點(diǎn)分別部署一套轉(zhuǎn)控分離池化vBRAS，每個(gè)POD 區(qū)的Spine 設(shè)備以10G 鏈路上聯(lián)CP面的2 對(duì)Sleaf，實(shí)現(xiàn)1:1 熱備和虛實(shí)共管，實(shí)現(xiàn)光寬等業(yè)務(wù)集中管理和控制，具備異地容災(zāi)、彈性擴(kuò)容能力。

4.2.6 vBRAS-pUP

在每個(gè)POD 節(jié)點(diǎn)部署一套vBRAS-pUP 池，旁掛Spine設(shè)備；vBRAS-pUP 設(shè)備數(shù)量根據(jù)POD 內(nèi)流量或Session 需求制定，需考慮流量轉(zhuǎn)發(fā)需求、CGN 板卡、特通板卡等，可利舊現(xiàn)網(wǎng)較空閑的MSE 設(shè)備升級(jí)為vBRAS-pUP。

每個(gè)POD 節(jié)點(diǎn)的vBRAS-pUP 池可與Spine 設(shè)備同節(jié)點(diǎn)部署，減輕網(wǎng)元互聯(lián)的傳輸壓力。

4.2.7 OLT 上連

城域POD 內(nèi)，OLT 雙歸至一對(duì)ALeaf；若傳輸資源不足時(shí)也可采用單歸至一臺(tái)ALeaf 進(jìn)行跨板聚合。

4.3 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案

仍以XX 市XX 運(yùn)營(yíng)商為例，現(xiàn)有用戶結(jié)構(gòu)如表1 所示。

表1 用戶結(jié)構(gòu)

鏈路帶寬測(cè)算公式如下。

重要鏈路應(yīng)配置如表2 所示。

表2 重要鏈路測(cè)算表

根據(jù)建設(shè)原則及鏈路測(cè)算，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量應(yīng)配置如表3 所示。

表3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置數(shù)量

根據(jù)表3 配置，XX 市改造后的新型城域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 XX 市新型城域網(wǎng)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

5 結(jié)束語(yǔ)

采用“積木式”架構(gòu)、模塊化組件，可實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)融合承載、多廠商異構(gòu)組網(wǎng)。以現(xiàn)有STN 網(wǎng)為基礎(chǔ)，建設(shè)新型城域網(wǎng)，構(gòu)建架構(gòu)彈性擴(kuò)展、云網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)接，業(yè)務(wù)快速提供的新型城域網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一承載固網(wǎng)寬帶、無(wú)線寬帶、政企專線、入云等云網(wǎng)融合業(yè)務(wù)，保障用戶固定和無(wú)線接入體驗(yàn)一致性，降低建網(wǎng)成本，提升運(yùn)營(yíng)效率。