寬帶遠程接入服務器的備份機制

唐　陽，錢學榮

(南京郵電大學 通信與信息工程學院，江蘇 南京 210003)

?

寬帶遠程接入服務器的備份機制

唐陽，錢學榮

(南京郵電大學 通信與信息工程學院，江蘇 南京 210003)

摘要：針對寬帶遠程接入服務器的備份機制，主要研究了雙機備份機制和智能彈性架構技術，分析和比較了兩者的優缺點，并提出了一種接口聯動機制。

關鍵詞：寬帶遠程接入服務器；可靠性；雙機備份；智能彈性架構；接口聯動

引用格式：唐陽，錢學榮. 寬帶遠程接入服務器的備份機制[J].微型機與應用，2016,35(13)：64-66.

0引言

隨著運營商寬帶用戶和業務的增多以及電信網的IP化，簡單的路由器技術已經不能滿足運營商對業務進行控制和管理的需求[1],為此，業務路由器(Service Router，SR)技術和寬帶遠程接入服務器 (Broadband Remote Access Server，BRAS)應運而生。在它們面世初期，SR被用來連接用戶與網絡邊緣，實現較小容量的包轉發；BRAS則是面向寬帶網絡應用的接入網關，用來完成用戶的認證與管理。目前，SR技術與BRAS已經大量應用在電信運營商的骨干網、城域網的邊緣處，兩者相互配合，承擔多業務承載的角色。然而，隨著運營商對視頻等業務需求的提升，SR技術和BRAS的缺陷也開始顯現出來。由于BRAS支持的點對點的以太傳輸協議(Point-to-Point Protocol over Ethernet， PPPoE)接入方式存在業務支持能力方面的內在局限，不能承載大規模的IPTV等精品業務;而SR則恰恰相反，其對PPPoE不支持，對于目前仍然以寬帶接入業務為主要收入來源的運營商來說，SR技術仍然不能獨擋一面。

IP網絡正處于向智能化的電信級IP承載網轉型的過程中，核心網邊緣設備的智能化是實現網絡轉型的關鍵[2]。運營商通過將傳統的面向服務大客戶專線的SR與服務居民寬帶上網的BRAS融合為多業務網關(Multi-Service Edge，MSE)[3]，加速新業務部署，改進用戶體驗，減少網元數量，提高網絡資源利用率和維護效率。

目前的BRAS組網應用中，用戶對網絡可靠性的要求越來越高，如何保證用戶業務數據的不間斷傳輸，成為急需解決的問題[4]。在傳統的單機BRAS組網環境下，一旦出現鏈路、節點故障，所有用戶的業務都會中斷，業務恢復的時間也無法確定，對于網絡可靠性的影響比較大。

針對業務的可靠性需求，本文提出了雙機備份機制[5]和智能彈性架構(Intelligent Resilient Framework，IRF)技術。主要闡述了雙機備份機制和IRF的可靠性，在對比了兩者的技術特點之后，提出了接口聯動機制。

1雙機備份機制和IRF技術

1.1雙機備份機制

采用雙機備份的部署方法，通過提高網絡的可靠性來提高用戶業務的穩定性。對網絡匯聚層中的BRAS設備進行雙機備份，主用設備和備用設備實時交互用戶的BRAS認證信息、計費信息和客戶管理信息[6]，從而保證了BRAS系統不間斷運行，提高了可靠性。

雙機備份的BRAS組網如圖1所示。雙機備份組中有兩臺設備，一臺叫做主用設備(Master)，另一臺叫做備用設備(Backup)。主用設備為業務提供支持，轉發業務流量，并可在達到某一時間或一定的流量閾值后向備用設備發送業務備份信息；備用設備除接收主用設備的業務備份信息外，在主用設備發生故障后，備用設備會轉換成主用設備，繼續轉發業務流量，使業務不會中斷。

圖1　雙機備份組網圖

屬于同一個雙機備份組的兩臺設備上需要創建同一個虛擬路由冗余協議(Virtual Router Redundancy Protocol，VRRP)備份組。雙機備份實例中的主用設備與VRRP備份組中的Master路由器對應，執行業務數據轉發的工作，備用設備與VRRP備份組中的備用路由器對應，監聽主用設備的狀態，同步主用設備上的業務數據，在主用設備發生故障時，備用設備切換成主用設備，保證當前運行的業務不被中斷。對網絡匯聚層中的BRAS設備進行雙機備份，主用設備和備用設備實時交互用戶的BRAS認證信息、計費信息和客戶管理信息，從而保證了BRAS系統不間斷運行，提高了可靠性。

1.2IRF技術

IRF是H3C公司自主研發的軟件虛擬化技術。它的核心思想是將多臺設備連接在一起，進行必要的配置后，虛擬化成一臺設備。使用這種虛擬化技術可以集合多臺設備的硬件資源和軟件處理能力，實現多臺設備的協同工作、統一管理和不間斷維護。

在原本單機BRAS的組網環境基礎上，利用IRF技術將兩臺物理BRAS設備虛擬化成一臺邏輯BRAS設備，實現BRAS設備的高可靠性，同時也便于設備的管理。

1.3雙機備份與IRF對比

雙機備份機制和IRF技術都能為BRAS設備提供可靠性保證。如表1所示，從兩者的功能實現、需要的協議和配置的復雜程度進行比較，可以看出IRF技術具有以下優勢：

(1)兩種機制都是設備可靠性的保障，使用戶感知不到網絡故障，提升用戶的網絡體驗。

(2)配置上的簡化：IRF機制不需要規劃VRRP主備組，也不需要啟動雙向轉發檢測[7](Bidirectional Forwarding Detection，BFD)，減少了一半網關IP地址，也簡化了配置。

(3)故障切換效率：IRF組網下二層聚合組的端口切換時間是毫秒級，用戶感知不到。

(4)用戶分配：IRF組網下匯聚交換機根據用戶物理地址(Media Access Control，MAC)在聚合端口Hash來分配上線用戶，基本可以達到各聚合端口中的成員端口的上線用戶數為1 ∶1，達到負載均衡的效果。

表1　雙機方式備份和IRF方式備份對比

2接口聯動機制

2.1實現背景

雙機備份機制依賴于VRRP協議，VRRP[8]是由 RFC2338定義的一種容錯協議，而VRRP協議需要依賴于多個模塊的配合，實際上VRRP也是個單向的檢測過程[9]，即通過上行接口的Up/Down狀態變化觸發下行接口的Up/Down，無法讓下行接口的Up/Down來觸發上行接口的Up/Down。這樣就無法實現多個接口的狀態聯動，從而增加了配置的復雜性。

2.2改進機制

針對雙機備份機制已有的缺陷，本文提出了一種接口聯動方案，通過判斷設備多個接口Up/Down狀態來觸發其他接口Up/Down狀態的變化，從而觸發設備相關的協議進行鏈路切換。實現多接口狀態聯動，避免了多種聯動機制同時部署帶來的繁瑣配置，也避免了軟件開發實現模塊間關聯的復雜性。

如圖2所示，將X1、X2、X3接口設定在同一個Link-Group(LG)組內，LG的狀態有Initiated狀態、LG-Up狀態，LG-Down狀態。可以直接通過X1、X2、X3接口的狀態組合來決定接口組LG的狀態，達到統一管理的目的。

圖2　接口聯動示意圖

LG組狀態切換策略：

(1)當LG組中所有的成員接口是Up狀態，LG組的狀態是LG-Up；

(2)當LG組中任一成員接口狀態是Down狀態，LG組的狀態是LG-Down；

(3)當LG組中沒有成員接口，LG組的狀態是Initiated。

根據以上LG組狀態切換策略可以制定X1、X2、X3接口狀態事件，并可能導致狀態機狀態的切換，從而實現LG組的狀態切換。表2例舉了所有接口可能出現的事件，表3則是對應事件作用下LG組的狀態變化，圖3是對應事件導致的狀態機的狀態切換。

表2　事件列表

表3　狀態切換事件列表

圖3　狀態機狀態切換

通過實現多接口聯動，可以達到聯動業務的整體切換功能。以雙機備份組網為例，各模塊只需要關聯這個接口組狀態，而不再需要分別關注單個物理接口的狀態：VRRP直接監測接口組狀態，X1/X2/X3鏈路斷開后，接口組狀態置為LG-Down，所有VRRP組整體降低優先級，不需要再分別監測上下行鏈路。這也便于后續類似需求的拓展。

3結論

本文所述的BRAS設備業務備份技術是一項實現BRAS跨設備備份的重要技術，它主要是通過主備設備之間的控制信息同步、故障探測及協議聯動、主備切換等技術，實現在BRAS及其相連的鏈路處于故障情況下的平滑切換，實現了將網絡備份從傳統的IP網絡的核心層網絡擴展到二三層網絡邊緣，滿足電信級業務的可靠性要求。

參考文獻

[1] 陳淑英.以太網技術走向電信化[J].世界通信B，2007(37):22.

[2] 陳曉春.寬帶遠程接入服務器高可靠冗余備份關鍵技術的研究[D].南京:南京郵電大學,2011.

[3] 李明.業務網關加速融合：打造智慧網盈利中心[EB/OL].(2013-01-10)[2016-03-12].http://www.cww.net.cn/opera/html/2013/1/10/2013110748578959.htm.

[4] 高鷹. IP 城域網業務控制層組網可靠性探討[J]. 電信工程技術與標準化,2009，22(10)：53-57.

[5] 李健，靳冰祎.淺談BRAS(ME60)雙機熱備份實現方案[J].科技創新與應用，2013(30):75-76.

[6] 郭良軍.基于BRAS設備構建可運營的新一代城域網[D].北京:北京郵電大學，2007.

[7] 高鑫.雙向轉發檢測協議研究[D].北京：北京郵電大學，2007.

[8] 張戈.使用VRRP技術實現網絡冗余保護[D].鞍山:遼寧科技大學,2008.

[9] 韓倩，程友清.單向鏈路故障檢測的研究[J].計算機科學,2011,38(S1):392-393.

中圖分類號：TN919

文獻標識碼：A

DOI：10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.13.021

(收稿日期：2016-03-12)

作者簡介：

唐陽(1991-)，男，碩士研究生，主要研究方向：寬帶無線通信。

錢學榮(1956-)，男，碩士生導師，教授，主要研究方向：通信與信號處理，信源與信道編碼，寬帶移動通信與移動計算網絡技術。

Backup mechanism of broadband remote access server

Tang Yang,Qian Xuerong

(College of Communication and Information Engineering, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003， China)

Abstract:This paper studied the backup mechanism of broadband remote access server ,mainly studied the dual-machine backup mechanism and the Intelligent Resilient Framework(IRF) technology,analyzed and compared the advantages and disadvantages of both,proposed an interface interaction mechanism .

Key words:broadband remote access server;reliability;dual-machine backup;intelligent resilient framework;interface interaction