城域網(wǎng)業(yè)務(wù)及組網(wǎng)研究的壓力源與管理措施

【摘要】在全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)的背景下，城域網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)商戰(zhàn)略的重要承載通道，重要性愈加凸顯。本文分析了城域網(wǎng)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)及現(xiàn)網(wǎng)存在問題，并通過實(shí)例剖析，給出了相應(yīng)的解決辦法，并進(jìn)一步探討了未來(lái)的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

【關(guān)鍵詞】城域網(wǎng)冗余組網(wǎng)優(yōu)化

一、前言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的急速興起及發(fā)展，全球范圍內(nèi)的信息比特流總量呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)的爆炸增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的電信業(yè)面臨深刻的變革，通信業(yè)務(wù)從語(yǔ)音、短信等低比特密度的應(yīng)用向視頻、多媒體、游戲娛樂等高比特密度的寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的容量及質(zhì)量提出了前所未有的要求。運(yùn)營(yíng)商重組后，城域網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展對(duì)于各大運(yùn)營(yíng)商尤其是原以移動(dòng)業(yè)務(wù)為主營(yíng)業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)商有著特別重要的戰(zhàn)略意義，是未來(lái)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻、企業(yè)互聯(lián)等綜合業(yè)務(wù)的戰(zhàn)略網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。城域網(wǎng)的組網(wǎng)方式靈活多變，技術(shù)選擇多樣，受客觀投資、人員、設(shè)備、廠家支持、業(yè)務(wù)發(fā)展等因素制約。城域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)必須綜合考慮寬帶用戶接入、各類多媒體業(yè)務(wù)承載對(duì)網(wǎng)絡(luò)的嚴(yán)格要求，綜合使用QinQ、QoS、MPLS、MP-BGP等技術(shù)保障多業(yè)務(wù)的可靠承載，城域網(wǎng)的組網(wǎng)及優(yōu)化必然是一個(gè)長(zhǎng)期發(fā)展、持續(xù)改進(jìn)的過程。因此，緊跟業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，不斷的探討城域網(wǎng)的優(yōu)化改進(jìn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、城域網(wǎng)現(xiàn)有的業(yè)務(wù)種類及網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)

2.1城域網(wǎng)現(xiàn)網(wǎng)組網(wǎng)

核心層設(shè)備包括兩臺(tái)高端CR設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)與骨干網(wǎng)的連接，高速轉(zhuǎn)發(fā)內(nèi)部數(shù)據(jù)并充當(dāng)公網(wǎng)出口設(shè)備；業(yè)務(wù)接入控制層包括多臺(tái)SR及BRAS，負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)控制、用戶管理等；接入?yún)R聚層包括多臺(tái)匯聚交換機(jī)，負(fù)責(zé)將以太網(wǎng)、OLT匯聚到業(yè)務(wù)路由器或者BRAS；接入層指匯聚層以下設(shè)備，包括OLT、分光器、ONU等設(shè)備，負(fù)責(zé)用戶接入。

2.2業(yè)務(wù)類型及實(shí)現(xiàn)

按照網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃布局，未來(lái)將通過城域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)區(qū)域的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)接入，通過城域網(wǎng)骨干層將業(yè)務(wù)最終流轉(zhuǎn)至骨干網(wǎng)承載。按網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)類型，城域網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)可分為集團(tuán)數(shù)據(jù)專線、二層VPLS、三層VPN、PPPoE等。

集團(tuán)數(shù)據(jù)專線業(yè)務(wù)是城域網(wǎng)中最普遍承載的業(yè)務(wù)。集團(tuán)數(shù)據(jù)專線業(yè)務(wù)通常為客戶分配固定的IP地址，通過運(yùn)營(yíng)商骨干數(shù)據(jù)網(wǎng)，為客戶提供QoS保證的接入互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，使用互聯(lián)網(wǎng)的各項(xiàng)服務(wù)，如網(wǎng)頁(yè)瀏覽、電子郵件、遠(yuǎn)程訪問、電子商務(wù)、視頻娛樂等應(yīng)用。

虛擬專用局域網(wǎng)業(yè)務(wù)（VPLS）作為一種二層虛擬專用網(wǎng)（VPN）技術(shù)，由于技術(shù)簡(jiǎn)單可靠、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)而廣受關(guān)注。VPLS有效結(jié)合了互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議/多協(xié)議標(biāo)簽交換（IP/MPLS）、VPN和以太網(wǎng)交換等多種技術(shù)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)廣域范圍的多點(diǎn)到多點(diǎn)局域網(wǎng)（LAN）互連，其核心技術(shù)包括控制平面的基于標(biāo)記分發(fā)協(xié)議（LDP）或邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（BGP）的偽線建立與維護(hù)、數(shù)據(jù)平面的媒體訪問控制（MAC）地址學(xué)習(xí)、傳送平面的偽線封裝等。通過分層結(jié)構(gòu)，VPLS可以跨域提供虛擬局域網(wǎng)業(yè)務(wù)。基于其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，VPLS可以提供大客戶二層VPN、城域基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、個(gè)人分布式業(yè)務(wù)等多個(gè)層次的應(yīng)用。

三層VPN接入，VPN業(yè)務(wù)在運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)上為用戶提供虛擬的專用網(wǎng)絡(luò)，利用運(yùn)營(yíng)商廣泛而強(qiáng)大的傳輸能力，降低企業(yè)建設(shè)網(wǎng)絡(luò)的成本，同時(shí)滿足用戶對(duì)信息傳輸安全性、實(shí)時(shí)性、方便性需求。

PPPoE業(yè)務(wù)主要為家庭及個(gè)人客戶提供高速上網(wǎng)通道，其與集團(tuán)專線的主要區(qū)別在于IP地址按需動(dòng)態(tài)分配，沒有固定的IP，QoS級(jí)別比集團(tuán)專線低。

三、現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)問題分析及優(yōu)化舉例

3.1問題現(xiàn)象

OLT宕機(jī)，按照城域網(wǎng)的架構(gòu)，OLT級(jí)別是沒有設(shè)備相互保護(hù)的，也就是說(shuō)OLT本身即為單點(diǎn)故障，因此這種情況業(yè)務(wù)無(wú)法切換是可以接受的，屬于正常現(xiàn)象。

OLT至匯聚交換機(jī)的鏈路故障。無(wú)論是主用還是備用鏈路，只要OLT至SW這一段鏈路故障，都會(huì)導(dǎo)致用戶業(yè)務(wù)故障。在正常情況下，采用VRRP保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)，備邊鏈路故障不應(yīng)影響主邊鏈路；主邊鏈路故障則業(yè)務(wù)應(yīng)切換到備邊。因此如果備邊OLT至SW段的鏈路中斷也會(huì)影響業(yè)務(wù)，顯然是無(wú)法讓人接受的，但從實(shí)際測(cè)試來(lái)看又是實(shí)實(shí)在在存在的事實(shí)。

3.2優(yōu)化措施

現(xiàn)網(wǎng)VRRP出現(xiàn)雙主的問題根源是心跳信號(hào)阻斷后，VRRP配對(duì)路由器無(wú)法確定是否己方鏈路障礙所致，簡(jiǎn)單的解決辦法是為每個(gè)路由增加ARP地址探測(cè)。路由器定期探測(cè)與目標(biāo)地址間的通信以確定是否己方障礙，如是，則即使直連鏈路（SR-SW）鏈路正常，路由器也認(rèn)為是己方鏈路故障，將自己的狀態(tài)置為備用狀態(tài)，不發(fā)布路由。但以上解決方案也帶來(lái)了一個(gè)新的次生問題，在增加ARP探測(cè)機(jī)制后進(jìn)行多種場(chǎng)景的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)當(dāng)主用路徑中斷的時(shí)候，業(yè)務(wù)能正常切換到備用邊，但當(dāng)主用邊恢復(fù)后，業(yè)務(wù)中斷，30分鐘后自行恢復(fù)。

由于VRRP工作原理，主用鏈路切換到備用后，備用路由器會(huì)主動(dòng)發(fā)送ARP報(bào)文要求OLT更新ARP表，從而完成重路由的過程，但主用路由器的ARP報(bào)文是被動(dòng)觸發(fā)的，若OLT不發(fā)起請(qǐng)求不會(huì)向下發(fā)送，因此故障的時(shí)長(zhǎng)由OLT的ARP老化時(shí)間決定。

解決的措施有兩個(gè)方式：（1）設(shè)置OLT的ARP老化時(shí)間，縮短中斷時(shí)間。（2）通過人工關(guān)閉備用鏈路，強(qiáng)制切換備用路由，致使OLT備用鏈路不可用向主用鏈路發(fā)起ARP更新請(qǐng)求，完成ARP表的更新，從而使鏈路恢復(fù)。

四、未來(lái)目標(biāo)組網(wǎng)優(yōu)化探討

4.1理清網(wǎng)絡(luò)層次，進(jìn)一步扁平化網(wǎng)絡(luò)，提高資源利用效率

當(dāng)前城域網(wǎng)的架構(gòu)是遵循層次化與扁平化原則建立起來(lái)的，城域網(wǎng)可以分成四層：核心層、控制層、匯聚層與接入層。以上劃分，粗看上去是比較合理的，也符合網(wǎng)絡(luò)扁平化的原則。應(yīng)該說(shuō)，根據(jù)以上的分層方法，城域網(wǎng)的業(yè)務(wù)途徑相當(dāng)較短，邏輯關(guān)系清晰。但仔細(xì)推敲，上述分層方法尚有一定的優(yōu)化余地。

主要的問題出現(xiàn)在匯聚層與寬帶接入層的劃分上。按原規(guī)劃，匯聚層負(fù)責(zé)將以太網(wǎng)、OLT匯聚到BRAS，或?qū)TM/FR/DDN等專線業(yè)務(wù)匯聚到業(yè)務(wù)路由器，但實(shí)際組網(wǎng)中是使用GPON作為業(yè)務(wù)承載的主要手段，幾乎絕大部分業(yè)務(wù)承載都是通過OLT匯聚上來(lái)，個(gè)別業(yè)務(wù)由于特殊需要或者特殊位置直連匯聚交換機(jī)。因此，匯聚交換機(jī)實(shí)際上成了業(yè)務(wù)流經(jīng)路徑中一個(gè)起純粹轉(zhuǎn)發(fā)作用的節(jié)點(diǎn)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的接入沒有任何實(shí)質(zhì)性的控制力量。

4.2提升設(shè)備功能，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備種類，提高維護(hù)效率

城域網(wǎng)建成后，使用城域網(wǎng)及GPON作為WLAN無(wú)線熱點(diǎn)的接入通道就成為一個(gè)顯而易見的選項(xiàng)。AC通過匯聚交換機(jī)旁掛連接到BRAS，AP的模板下發(fā)，認(rèn)證轉(zhuǎn)發(fā)包括IP地址分配等工作仍是由AC完成。由于AC實(shí)際上是旁掛在BRAS上的，因此這種業(yè)務(wù)流不僅使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，增加AC的維護(hù)，而且增加了業(yè)務(wù)流經(jīng)的環(huán)節(jié)，客觀上削弱了WLAN業(yè)務(wù)的可靠性。如果采用集中轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)流方式，更可能導(dǎo)致業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流迂回AC，增加業(yè)務(wù)時(shí)延及數(shù)據(jù)鏈路的壓力。

4.3規(guī)范設(shè)備類型，注重集成概念

與傳統(tǒng)網(wǎng)元的高度集成不同，城域網(wǎng)涉及多個(gè)層次、多個(gè)廠家的設(shè)備，這在很大程度上增加了維護(hù)與優(yōu)化的難度。仍以某地城域網(wǎng)為例，核心層使用思科CRS路由器，業(yè)務(wù)控制層使用上海貝爾7750SR12路由器，匯聚交換層使用華為S9312交換機(jī)，寬帶接入層同時(shí)使用上海貝爾的OLT與華為OLT，單一個(gè)地市就已經(jīng)涉及3個(gè)廠家5類設(shè)備，當(dāng)出現(xiàn)疑難問題時(shí)，協(xié)調(diào)各廠家技術(shù)人員進(jìn)行故障定位、分析解決是一件非常困難的事情。

當(dāng)前城域網(wǎng)中存在冗余設(shè)備無(wú)法真正起到業(yè)務(wù)保護(hù)作用的情況，在出現(xiàn)故障時(shí)無(wú)法無(wú)縫切換，仍需人工介入的情況。因此，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的一個(gè)重點(diǎn)是要使物理上冗余的設(shè)備與鏈路真正的發(fā)揮作用。為此，有必要聯(lián)合廠家與設(shè)計(jì)院一起研究各類設(shè)備在不同的業(yè)務(wù)中備份冗余機(jī)制，使高層規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)備份結(jié)構(gòu)落地，轉(zhuǎn)化為業(yè)務(wù)生產(chǎn)力。

五、結(jié)束語(yǔ)

目前全球電信網(wǎng)的業(yè)務(wù)流量正在發(fā)生深刻的變革，數(shù)據(jù)通信正在逐步取代話音成為主流。電信網(wǎng)的整體架構(gòu)也正在進(jìn)行一場(chǎng)偉大的變革，即從為話音業(yè)務(wù)而優(yōu)化的體系轉(zhuǎn)向?yàn)閿?shù)據(jù)業(yè)務(wù)尤其是以IP而優(yōu)化的體系演進(jìn)。但是在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高速增長(zhǎng)的同時(shí)，并未實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)的同步增長(zhǎng)，IP網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量還難以達(dá)到傳統(tǒng)電信網(wǎng)的水平，因此電信運(yùn)營(yíng)商提供電信級(jí)、高質(zhì)量的商用化服務(wù)的空間相對(duì)有限。在新的發(fā)展時(shí)期，運(yùn)營(yíng)商把工作重心從網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)展轉(zhuǎn)移到規(guī)模擴(kuò)展和質(zhì)量提升并重的道路上來(lái)，提高數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的含金量，使其真正成為電信業(yè)的業(yè)務(wù)支柱和利潤(rùn)支柱。