基于城域網(wǎng)的大客戶IP專線網(wǎng)速優(yōu)化研究

楊 燁

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

得益于專線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國(guó)各個(gè)企業(yè)、機(jī)構(gòu)在對(duì)內(nèi)以及對(duì)外通信活動(dòng)中獲得了更優(yōu)質(zhì)的體驗(yàn)，這一轉(zhuǎn)變?cè)诖龠M(jìn)我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的同時(shí)，也為我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)整體發(fā)展做出了斐然的貢獻(xiàn)。然而隨著專線網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、相關(guān)設(shè)施設(shè)備的復(fù)雜變化，都導(dǎo)致了專線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率的下跌。如若不能夠?qū)Υ罂蛻鬒P網(wǎng)絡(luò)專線進(jìn)行優(yōu)化，則有可能對(duì)數(shù)據(jù)專線乃至整體網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率造成消極影響。由此，基于城域網(wǎng)大客戶IP專線的網(wǎng)速優(yōu)化研究，已經(jīng)成為了現(xiàn)階段運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者、技術(shù)人員的工作重點(diǎn)。

1 城域網(wǎng)與IP專線

1.1 城域網(wǎng)的構(gòu)成

城域網(wǎng)（Metropolitan Area Network，MAN）通常是指建立在某一城市、區(qū)域中的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)，其應(yīng)用主要包含分組傳送網(wǎng)（Packet Transport Network，PTN）/光 纖 線 路 終 端（Optical Line Termination，OLT）/光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network，OTN）等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在城市范圍中借助光纖進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶拵Ь钟蚓W(wǎng)已經(jīng)成為現(xiàn)階段MAN最典型、主流的應(yīng)用方案。該方案能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)用戶提供數(shù)據(jù)、音頻、視頻、圖像等多元化的服務(wù)，是多媒體通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。寬帶局域網(wǎng)可以在不同情境、需求之下有效解決不同機(jī)構(gòu)、企業(yè)、用戶的特殊化通信需求，如政府單位、建筑企業(yè)、金融企業(yè)、教育機(jī)構(gòu)等[1]。近些年來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)用戶的規(guī)?；?、復(fù)雜化發(fā)展，其對(duì)專線網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量與效率提出了更高的要求，為滿足用戶的切實(shí)需求，我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)也在不斷完善、優(yōu)化寬帶局域網(wǎng)，為廣大用戶謀求更高質(zhì)量的互聯(lián)網(wǎng)使用。。

MAN的整體結(jié)構(gòu)細(xì)分開來(lái)主要可以分為核心層、匯聚層以及接入層3個(gè)層次。

（1）核心層主要負(fù)責(zé)為相關(guān)業(yè)務(wù)提供高寬帶的承載與傳輸，以達(dá)成與既有網(wǎng)絡(luò)（如異步傳輸模式（Asynohronous Transfer Mode，ATM）、幀中繼（Frame Relay，F(xiàn)R）、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（Digital Data Network，DDN）、IP的互相聯(lián)通。核心層最顯著的特征與優(yōu)勢(shì)便在于其極強(qiáng)的寬帶傳輸性與高速調(diào)度。

（2）匯聚層用于為業(yè)務(wù)接入節(jié)點(diǎn)傳輸用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，同時(shí)提供相關(guān)數(shù)據(jù)的匯總與分類發(fā)放處理，亦可以在有需要的情況下實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)服務(wù)等級(jí)的細(xì)分工作。

（3）接入層會(huì)整合多種接入技術(shù)，對(duì)目標(biāo)用戶提供專業(yè)性、高效性的寬帶與業(yè)務(wù)分配服務(wù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同用戶的穩(wěn)定介入，確保接入節(jié)點(diǎn)能夠高效率、高質(zhì)量地完成多元業(yè)務(wù)的傳輸與復(fù)用[2]。

MAN結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 MAN結(jié)構(gòu)

1.2 MAN的用途

MAN具有投入設(shè)備簡(jiǎn)單、技術(shù)先進(jìn)、應(yīng)用范圍廣泛等有優(yōu)勢(shì)，使其能夠與線上教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程金融等各項(xiàng)工作達(dá)成完美的配合?；诰W(wǎng)絡(luò)信息瀏覽而言，MAN可以充分發(fā)揮寬帶IP網(wǎng)頻寬、信息傳輸速度快等優(yōu)勢(shì)，滿足用戶對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的大部分向往與需求，包括即時(shí)視頻通話、網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物、高速下載、虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）等各項(xiàng)基礎(chǔ)服務(wù)，其網(wǎng)絡(luò)端口速度早已超越1G，并且正向著越來(lái)越快的目標(biāo)發(fā)展；視頻點(diǎn)播亦屬于MAN的主要用途之一，該功能可以滿足用戶在不同時(shí)間、不同空間進(jìn)行視頻瀏覽的需求，其主要運(yùn)用到了Web瀏覽器等技術(shù)載體；線上教學(xué)主要運(yùn)用到了數(shù)字處理與寬帶通信等相關(guān)方面的技術(shù)，其能夠滿足學(xué)生、教師與家長(zhǎng)在相隔數(shù)百千米的情況下進(jìn)行即時(shí)交流、互動(dòng)的需求。遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程金融等相關(guān)遠(yuǎn)程服務(wù)與線上教學(xué)的原理基本相似，都是基于城域網(wǎng)的傳輸優(yōu)勢(shì)去突破空間與時(shí)間的限制，利用寬帶網(wǎng)等產(chǎn)品、技術(shù)等實(shí)現(xiàn)圖像、文字、視頻、音頻等眾多信息的高速傳遞。不同領(lǐng)域的工作人員能夠通過(guò)連接寬帶的方式與其合作伙伴、同事、目標(biāo)客戶等達(dá)成實(shí)時(shí)溝通，同時(shí)也可以利用Internet進(jìn)行工作信息的查詢與傳遞[3]。

1.3 IP專線簡(jiǎn)述

IP專線是指移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商基于我國(guó)骨干網(wǎng)以及寬帶MAN等資源，為相關(guān)企業(yè)、機(jī)構(gòu)、事業(yè)單位等具有較高數(shù)據(jù)接入需求的團(tuán)體所提供的專線接入方式。相較于公共網(wǎng)絡(luò)線路、資源而言，IP專線能夠?yàn)橄嚓P(guān)客戶提供更優(yōu)質(zhì)、專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，全面滿足對(duì)內(nèi)、對(duì)外的通信需求[4]。IP專線是具備最短網(wǎng)絡(luò)路徑互聯(lián)、顆粒度靈活、服務(wù)水平協(xié)議（Service Level Agreement，SLA）可視等多元優(yōu)勢(shì)的一種專線技術(shù)，同時(shí)也是為助力運(yùn)營(yíng)廠打造差異化優(yōu)勢(shì)的一種技術(shù)解決、優(yōu)化方案，其憑借PTN、OLT、OTN等相關(guān)技術(shù)，不僅能夠大幅度降低專線對(duì)中間網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)要求，促進(jìn)供應(yīng)商加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源的掌控，進(jìn)而以最快的速度落實(shí)IP專線的建設(shè)，在提升運(yùn)營(yíng)商市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的同時(shí)促進(jìn)企業(yè)運(yùn)行質(zhì)量的進(jìn)步。面向?qū)LA可靠性要求更高、預(yù)算更高的專線用戶而言，其通常會(huì)選擇PTN/OTN承載方案，同時(shí)會(huì)為光纜接入線路配置2個(gè)以上的路由器，以獲取更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)使用感受。IP互聯(lián)網(wǎng)專線能夠?qū)崿F(xiàn)全網(wǎng)絡(luò)范圍、網(wǎng)絡(luò)資源的可視化目標(biāo)，依照企業(yè)的切實(shí)需求保障其專線SLA，促進(jìn)運(yùn)營(yíng)商在現(xiàn)有質(zhì)量的基礎(chǔ)上，持續(xù)性地為相關(guān)企業(yè)提供更高質(zhì)量的IP專線服務(wù)，IP專線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 IP專線結(jié)構(gòu)

2 基于城域網(wǎng)的大客戶IP專線網(wǎng)速優(yōu)化需求

2.1 設(shè)備類型激增提升網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性，亟需提速

以某地的網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)專線網(wǎng)發(fā)展歷程為例，該專線網(wǎng)在成立之初僅具備DDN這一項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，而承載這一業(yè)務(wù)的也僅有DXC與MUX這2種設(shè)備。但隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與用戶需求的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)專線又陸續(xù)增加了FR、ATM等多項(xiàng)業(yè)務(wù)，仍處于不斷完善、增長(zhǎng)的趨勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的大規(guī)模發(fā)展，進(jìn)一步加劇了承載設(shè)備、傳輸設(shè)備數(shù)量、型號(hào)的復(fù)雜化轉(zhuǎn)變，而愈發(fā)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境則意味著更嚴(yán)峻、困難的運(yùn)維，在網(wǎng)絡(luò)故障頻發(fā)的情況下，維護(hù)與修改技術(shù)卻并未升級(jí)，進(jìn)而在一定程度上導(dǎo)致了大客戶IP專線網(wǎng)速下降的問(wèn)題[5]。

2.2 網(wǎng)絡(luò)維護(hù)難度大，需要優(yōu)化

愈發(fā)復(fù)雜的業(yè)務(wù)種類以及不斷擴(kuò)張的網(wǎng)絡(luò)容量已經(jīng)對(duì)大客戶IP專線的運(yùn)行質(zhì)量造成了一定打擊，業(yè)內(nèi)工作人員需要明確完善網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)制、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)的重要性。但現(xiàn)階段的MAN內(nèi)的DDN維護(hù)系統(tǒng)仍舊缺少足夠?qū)I(yè)、完善的維護(hù)終端，同時(shí)僅有的終端設(shè)備中也或多或少地存在業(yè)務(wù)精準(zhǔn)性不足、全面性不足等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，進(jìn)而對(duì)大客戶IP專線的運(yùn)維工作造成一定的消極影響[6]。

2.3 子網(wǎng)間電路安全性有待提高

我國(guó)疆域遼闊，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商作為服務(wù)于全國(guó)用戶的機(jī)構(gòu)，擁有著大量的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源。為全面掌握、管理好相關(guān)資源，運(yùn)營(yíng)商通常會(huì)采取分層管理的方式，即根據(jù)區(qū)域劃分將網(wǎng)絡(luò)分為國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)與國(guó)際網(wǎng)，再將國(guó)際網(wǎng)細(xì)分為骨干網(wǎng)、省級(jí)網(wǎng)絡(luò)、MAN以及接入網(wǎng)。其中國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)與國(guó)際網(wǎng)絡(luò)相互連接，而骨干網(wǎng)絡(luò)與MAN相互串聯(lián)。以此為基礎(chǔ)，在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障的情況下，如若是發(fā)生在單個(gè)子網(wǎng)內(nèi)部，相關(guān)工作人員還能夠以較快的速度探尋到網(wǎng)絡(luò)故障的誘發(fā)原因以及具體位置。倘若是發(fā)生在2個(gè)子網(wǎng)相互連接的部分抑或是網(wǎng)絡(luò)邊界之上，便較難判斷其故障類型，同時(shí)也無(wú)法以更簡(jiǎn)便的方法分析其位置、誘因與解決方法。這一問(wèn)題不僅會(huì)對(duì)運(yùn)維人員的工作效率、工作質(zhì)量等造成影響，同時(shí)也會(huì)對(duì)整體大客戶IP專線的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、傳輸即時(shí)性等造成負(fù)面影響，甚至在長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法判斷病因并妥善解決的情況下，還會(huì)引發(fā)專線網(wǎng)絡(luò)的崩潰。由此，需有意識(shí)地提升子網(wǎng)間電路的穩(wěn)定性與安全性，以預(yù)防網(wǎng)絡(luò)邊緣與子網(wǎng)連接處出現(xiàn)故障，從而促進(jìn)專線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行[7]。

3 基于城域網(wǎng)大客戶IP專線網(wǎng)速優(yōu)化方法

3.1 順應(yīng)整合趨勢(shì)，逐步替換設(shè)備

基于需求層面出發(fā)，大客戶IP專線在誕生之初便被要求能夠包容其所服務(wù)單位的各項(xiàng)業(yè)務(wù)。不同企業(yè)、機(jī)構(gòu)在自我升級(jí)、發(fā)展的過(guò)程中，其對(duì)專線網(wǎng)的使用需求、應(yīng)用范圍也是會(huì)隨著企業(yè)業(yè)務(wù)的變化而有所轉(zhuǎn)變的。在此情況下，單一的城域網(wǎng)技術(shù)無(wú)法承載企業(yè)業(yè)務(wù)的多元發(fā)展，而更多的技術(shù)與設(shè)備等也會(huì)造成機(jī)房中心、城域網(wǎng)的負(fù)擔(dān)過(guò)重，從而減緩專線網(wǎng)的網(wǎng)速。以DDN、ATM以及FR3種技術(shù)為例，如果這3種技術(shù)分別運(yùn)用于同一專線網(wǎng)絡(luò)的不同業(yè)務(wù)范圍內(nèi)，勢(shì)必會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜化的問(wèn)題，進(jìn)而在一定程度上提升專線網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障的概率。因此需要有效整合不同技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并做到摒棄、消減不同技術(shù)的缺陷，使各種業(yè)務(wù)都能夠在IP專線核心網(wǎng)絡(luò)中得到快速解決。再以上述3種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為例，可將DDN與FR技術(shù)整合至ATM網(wǎng)絡(luò)之中，從而將既往專線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備類型從DXC與ATM交換機(jī)2種調(diào)整為ATM交換機(jī)一種。以此，在減少設(shè)備種類與數(shù)量的同時(shí)，也可有效降低運(yùn)維人員的工作負(fù)擔(dān)，提高維護(hù)效率、網(wǎng)絡(luò)安全性與故障響應(yīng)率[8]。

3.2 優(yōu)化各城域網(wǎng)間的互聯(lián)和接入段雙路由保護(hù)

3.2.1 中繼的傳輸線路保護(hù)

為解決子網(wǎng)間傳輸線路安全性較低的問(wèn)題，最直接、有效的方式便是在城域網(wǎng)的中繼器上建設(shè)傳輸保護(hù)設(shè)施與相關(guān)保護(hù)機(jī)制?，F(xiàn)階段，專線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中涵蓋的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)愈發(fā)豐富，在此基礎(chǔ)上，相關(guān)工作人員也應(yīng)充分結(jié)合其管理網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)方向，為MAN專線網(wǎng)提供更專業(yè)、高效率且?guī)в幸欢ūＷo(hù)機(jī)制的傳輸通道?？梢栽跒閷＞€網(wǎng)接入層中繼優(yōu)化主要傳輸通道的基礎(chǔ)上，為其建設(shè)另一條備用通道，同時(shí)引入一定數(shù)量的具有自動(dòng)保護(hù)倒換功能的設(shè)備，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接入層邊緣設(shè)備的自我保護(hù)機(jī)制。

3.2.2 接入段物理雙路由備份保護(hù)

接入段是指由客戶數(shù)據(jù)中心出發(fā)至其上聯(lián)運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)中心的相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸線路以及相關(guān)設(shè)施、設(shè)備。其相關(guān)線路大多以光纜、銅纜的形式出現(xiàn)，而其所使用的設(shè)備通常包括同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）、準(zhǔn)同步數(shù)字系列（Plesiochronous Digital Hierarchy，PDH）以及含以光纜或銅纜為主要介質(zhì)的Modem等設(shè)備。針對(duì)接入端的設(shè)備、線纜等開展備份保護(hù)的主要目的在于有效保護(hù)客戶層面網(wǎng)線、設(shè)施的運(yùn)行安全性，以提升運(yùn)營(yíng)商的服務(wù)效益。

（1）線路方面的雙路由。線路方面的雙路由主要包含樓內(nèi)線路以及上聯(lián)線路。其中，上聯(lián)線路備份主要是指光纜或是銅纜需要在運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)中心以及客戶數(shù)據(jù)中心內(nèi)實(shí)現(xiàn)雙路由線路保護(hù)，可以采用雙份光纜、雙份銅纜抑或是銅纜+線纜的線路組成方案自由組合建設(shè)，如圖3所示。

圖3 最低要求下接入段線路物理雙路由示意

基于客戶樓內(nèi)線路出發(fā)，日常工作中無(wú)論是跳閘、停電等相關(guān)事故都有可能引發(fā)專線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸工作的中斷，由此可利用輕減客戶接入段用電線路、增設(shè)備用電源等方式保障專線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）設(shè)備端口雙路由。設(shè)備端口的雙路由主要指面向大客戶IP專線網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)中心至目標(biāo)客戶數(shù)據(jù)中心這一線路中所涉及的所有設(shè)備端口，皆采用雙端口的方法進(jìn)行相互備份。設(shè)備端口雙路由的管理、運(yùn)維工作中，需要面向所有備份線路、設(shè)備等進(jìn)行資源備注，同時(shí)基于可能發(fā)生的故障、風(fēng)險(xiǎn)隱患等制備多種設(shè)備、線路間的切換、更改方案，結(jié)合自動(dòng)化切換與人工轉(zhuǎn)化的方式，確保在事故發(fā)生的情況下能夠以最快的速度完成線路更改，保障大客戶業(yè)務(wù)質(zhì)量的穩(wěn)定性。

3.3 PON接入路由保障解決方案

當(dāng)前PON接入存在的路由保障問(wèn)題場(chǎng)景一般為互聯(lián)網(wǎng)專線若采用靜態(tài)分配的固定IP地址，上聯(lián)端口/鏈路發(fā)生故障時(shí)只能手工切換，中斷時(shí)間較長(zhǎng)，而此時(shí)家寬用戶因基于以太網(wǎng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信協(xié)議（Point to Pint Protocol over Ethernet，PPPoE）撥號(hào)連接中斷，可自動(dòng)重新?lián)芴?hào)并恢復(fù)上網(wǎng)。

3.3.1 雙ONU方案

本方案主要通過(guò)配置雙倍接入資源的理念，在打開IP客戶端配置2個(gè)ONU設(shè)備，同時(shí)歸屬到不同的OLT線路之上，以此為專線用戶提供靜態(tài)地址，保障其使用網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性與效率。使用這一方案的基礎(chǔ)條件是需要用戶準(zhǔn)備能夠支持2個(gè)靜態(tài)地址流量以主備方式接入網(wǎng)絡(luò)側(cè)的程序軟件與路由器，用戶端路由器需要基于本方案需求合理配置路由協(xié)議，同時(shí)需要具備雙端口，以便在網(wǎng)絡(luò)介入后能夠自行完成在2臺(tái)ONU提供的專線之間的故障判斷和自動(dòng)切換，如圖4所示。

圖4 故障判斷與線路切換結(jié)構(gòu)

3.3.2 VRRP方案

該方案的實(shí)施方式主要是通過(guò)部署OLT設(shè)備主備雙歸屬，同時(shí)在主備寬帶接入服入器（Broadbauol Remote Access Server，BBAS）接口部分設(shè)置專線業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)，進(jìn)而在接口綁定虛擬路由冗余協(xié)議（Vintual Router Redundancy Protocol，VRRP）協(xié)議。相較而言，該方案能夠有效提升IP專線網(wǎng)絡(luò)的速度與流量穩(wěn)定性，但其處理資源的機(jī)制會(huì)過(guò)多占用設(shè)備CPU，因此對(duì)設(shè)備的性能與質(zhì)量具有一定要求。

圖5 VRRP方案結(jié)構(gòu)

4 結(jié) 論

大客戶IP專線使用者對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量、效率等具有較高的要求，因此需要基于不同客戶的實(shí)際用網(wǎng)需求以及網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中的各種細(xì)節(jié)問(wèn)題對(duì)用戶網(wǎng)絡(luò)線路進(jìn)行全面性、精細(xì)化的優(yōu)化與調(diào)整。以此有效解決網(wǎng)速慢造成對(duì)運(yùn)營(yíng)商服務(wù)效益及對(duì)客戶日常工作的負(fù)面影響，全面提升大客戶的專線網(wǎng)絡(luò)使用滿意程度，促進(jìn)我國(guó)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工程的持續(xù)進(jìn)步。