BFD協議在移動通信核心網可靠性提升的應用

【摘要】全IP化已經成為今后電信網發展的必然趨勢，研究如何簡單便捷的縮短IP網絡故障檢測及自愈時間，提高IP網絡可靠性已經成為一個刻不容緩的重要課題。本文提出了一個新老技術結合的解決方案，對電信運營商及同類型企業進行網絡可靠性優化具有借鑒和參考意義。

【關鍵詞】可靠性BFDIP

電信網絡全IP化是一個大趨勢，從軟交換網絡和IP承載開始，直到在LTE階段建立一個全IP化、接入網與固網融合的純IP核心網，完成標準上的端到端IP化。

一、背景分析

移動通信核心網（以下簡稱核心網）IP化是電信網絡IP化的一個分支。從功能域上分為CS域和PS域兩個主要部分，均基于IP技術進行組網，各業務網元通過IP骨干網實現互連，網絡中信令、業務、網管、計費等流量都由IP骨干網承載，整個網絡結構趨于扁平化，便于網絡冗余和拓展。網絡路由都采用動態IGP路由協議進行選路，業務保護通常都通過多級設備或鏈路冗余實現。

目前對IP化電信網絡可靠性影響較大的是鏈路中斷、節點失效時，主備用端口、設備、路由倒換的時間過長。以傳統路由協議來說，故障檢測是通過路由器之間發送“Hello”分組完成的，在沒有特定硬件的幫助下，這種方式的檢測周期較長，發生故障時OSPF的最短檢測時間約為2s，IS-IS約為1s。HSRP/VRRP協議的情況基本相同。這對語音、視頻應用來說時間明顯過長。同時，在現有的IP網絡中并不具備秒以下的間歇性故障修復功能，而傳統路由架構在對實時應用（如語音）進行準確故障檢測方面能力有限，從發現故障到路由重新收斂，整個過程可能長達十幾秒，期間會造成故障路由上的大量的數據丟失，當數據速率到吉比特時，故障感應時間長代表著大量數據的丟失，并且對于不允許路由協議的節點沒有辦法檢測鏈路的狀態。伴隨著以實時數據通信為代表的3G業務的激增，實現快速網絡故障檢測和修復是當前網絡維護管理中最重要的問題。

二、BFD應用設計方案

BFD （雙向轉發檢測）能夠盡快檢測到與相鄰設備間的通信故障，以便能夠及時采取措施，要求網絡設備能夠快速檢測出故障并將流量切換至備份鏈路以加快網絡收斂速度，從而保證業務繼續進行，減小設備故障或鏈路故障對業務的影響，從而提高網絡的可用性。

通過使用BFD與主備保護協議、路由協議、VPN協議等傳統網絡控制協議互相配合，將BFD的毫秒級鏈路故障檢測能力與網絡控制協議的自動恢復能力結合，就能簡單便捷使傳統IP網絡具備毫秒級故障恢復能力，并且BFD并不直接作用于網絡控制協議的連接，而只是為網絡控制協議提供一種快速故障檢測能力。

BFD的服務接口非常簡單，利用網絡控制協議提供會話參數（相鄰系統地址、時間參數、協議選項等），BFD快速返回通路狀態檢測結果，從中可以迅速得到通路狀態的變化。BFD類似于光纖通信中的光信號丟失（LOS）指示，而網絡控制協議根據BFD返回的結果使用自身的機制實施控制功能。

2.1網絡邊緣的部署

網絡中上層業務的平臺或網管通常由多種設備組成。為了節省網絡設備端口，增加平臺訪問的可控性，這些設備通常組成一個局域網，通過出口交換機或者路由器接入網絡。為提高網絡可靠性，通常在接入交換機或路由器上部署熱備份路由協議/虛擬路由冗余協議。在傳統的HSRP/VRRP技術中，當一臺路由器的鏈路出現故障時，備份路由器通常需要3s才能夠進行切換，而HSRP/VRRP協議根據BFD的檢測結果迅速進行主、備切換，可以使主備路由倒換時間縮短到1s以內。

2.2網絡內部的部署

在核心網內部，通常采用MPLS-VPN技術進行不同業務的統計復用。同樣，VPN的主用路徑發生故障時，切換時間也是影響業務的重要因素。快速重路由（FRR，Fast Re-Route）技術通過在網絡中指定備份路由，當網絡發生故障時，在路由收斂之前實現路由快速切換。

三、總結與展望

本文主要設計了一個提高IP網絡可靠性的解決方案，方案通過將BFD協議的毫秒級故障檢測能力與傳統IP技術的自愈特性相結合，使IP網絡具備滿足移動核心網業務需求的高可靠性。后續如何在現實網絡環境中平穩的實施BFD部署與應用，還有很多重要的環節需要關注，例如：