基于NFV技術的虛擬化IP城域網研究

王凌志 周希強 喬楚

(四川通信科研規劃設計有限責任公司,四川成都 610041)

1 引言

互聯網經過多年技術發展,業務從過去的簡單網頁瀏覽,擴展為今日的網頁瀏覽、高速下載、網絡游戲、金融交易、視聽播放等各種不同業務。隨著業務增多,不同的業務對網絡要求不同,如網絡游戲需要低時延、網頁瀏覽需大并發接入、金融交易注重安全性、視聽播放注重網絡速率等。運營商為滿足這些要求對網絡不斷擴容,導致網絡變得越發復雜,網絡擴容也變得越發昂貴。

2 城域網現狀及BRAS問題分析

I P城域網是運營商骨干網在本地范圍內的延伸,為個人或企業客戶提供語音、數據、視頻等全業務接入,并負責向骨干網傳送業務,主要可劃分為城域核心層、業務控制層、接入匯聚層。

(1)城域核心層：主要完成網內東西向流量調配和南北向出入城域網流量的高速轉發,并負責本地網內多個不同業務網絡之間的互聯。

(2)業務控制層：由多業務邊緣路由器作為業務接入控制點組成,主要負責業務接入與控制。

(3)接入匯聚層：由大量匯聚交換機及接入設備,主要負責為客戶提供接入與匯聚小顆流量。

目前網絡架構下,城域網業務控制主要集中在業務控制層,主要設備為B R A S/M S E,其問題大致為如下四點：

2.1 設備數量多,擴容投資巨大

網絡流量的暴發式增長,使得BRAS數量增長迅猛。雖然目前設備轉發能力從20/40G發展到200G平臺,但考慮上配套與傳輸等的造價,每10GE設備端口造價并未出現陡降。運營商在網絡能力擴容中,投資巨大,網絡也變得越發臃腫。

2.2 能力浪費嚴重

城域網內業務控制層B R A S設備還有一個重要能力限制,即Session要求?，F在即使同一用戶也有多個Session需求,因此理論上B R A S最多接入10萬用戶。然而考慮安全、性能等因素,B RA S設備極少滿負荷運轉,轉發能力存在浪費情況。

2.3 業務靈活性差

現有B R A S設備均采用廠家專用設備,新增業務需原有硬件進行支持,如目前在IPv4/IPv6實現隧道和地址翻譯的C G N板卡,均有相對應的專用設備板卡。此類專用硬件開發復雜,研發時間長,異廠商協議互通困難,業務部署慢等,將無法很好的適應未來網絡個性化需求。

2.4 設備分散,管理維護復雜

由于B R A S覆蓋的物理范圍和用戶不同,設備間負載不均衡,需要維護人員不斷反復割接業務,用戶體驗較差。而且每臺設備都是獨立的系統,實際使用中需要對每臺B R A S單獨配置大量而復雜的用戶策略,缺乏統一管理控制平臺,管理運維復雜。

圖1 ESTI的NFV經典參考架構

圖2 vBRAS部署方案

3 虛擬化BRAS(vBRAS)

3.1 網絡功能虛擬化NFV

網絡功能虛擬化NFV(Network Function Virtualization),使用通用性硬件以及虛擬化技術承載軟件功能。

基于以上需求,NFV標準組織ETSI提出經典參考架構如圖1所示,其中包括了完整的基礎架構層NFVI、資源管理與業務流程編排層M A N O,以及O SS層和網絡功能層V N F。

在基礎架構層,N F V考慮通用硬件構建統一資源池,為網絡功能動態分配能力資源,極大解決投資問題。網絡轉控分離,控制面M A N O統一部署,使所有硬件轉發資源動態調控,軟件資源得到統一管理。而接口標準化,開發人員通過編程標準接口去調用基礎能力,減少底層適配的工作量,新業務上線時間將大大縮短。

3.2 vBRAS

針對目前城域網中業務控制層BRAS設備的各種上問題,NFV技術提出的解決方案便是vBRAS(Virtual BRAS)。

業界對于vBRAS研究主要有以下兩類方案：

一類為IT廠商主推方案,原BRAS設備的控制面與轉發面相互分離,提取控制面考慮在數據中心統一部署,對底層轉發設備進行統一控制。此類方案優勢在于N F V完成度高,網絡純凈,擴容成本低,只需要擴容通用服務器與網絡便可。缺點在于,運營商采用該方案,需對現有網絡進行大改造;同時,現有通用服務器轉發能力遠遠達不到BRAS設備的全業務承載需求。

另一類為CT廠商普遍采用方案,即將傳統設備的控制面剝離出來,部署在通用設備上,轉發面則利舊原有BRAS,從控制面接收指令對流量進行轉發。該類方案優勢是充分利舊原有投資,對網絡影響小,部署也相對容易。但缺點也非常明顯,轉發面專用設備與控制面的管理軟件存在強捆綁關系,設備廠商依賴性強。

3.3 采用vBRAS優勢

vBRAS在基礎設施層,采用了通用設備提供硬件資源能力,通過云技術與虛擬化技術(如Hypervisor等),給予VNF提供相應能力(如計算、存儲、網絡)。減少專用設備采購,降低網絡能力擴容投資。而轉發面與控制面分離,BRAS功能以軟件形態提供,未來擴容時,根據需求選擇合適的供應商,擺脫了實體設備擴容所帶來的網絡“煙囪”,同時也能加快新業務部署上線時間。控制面MANO統一部署對全網集約化管理,解決管理問題。

4 vBRAS部署策略

考慮到目前現網狀況及用戶使用情況,網絡結構不宜一次性進行大變動,同時限于現階段通用設備轉發能力的限制,無法滿足現有網絡高速轉發需求。因此,在第一階段,建議選擇CT廠商方案,轉發面利舊專用設備,而控制面采用通用服務器作為承載設備,考慮在數據中心集中部署。通過接入層交換機剝離原BRAS上session資源占用較多但流量較小的部分業務,如ITMS,VoIP業務。通過此項改造,將原BRAS上Session資源解放出來,以承載更多業務流量。

等到N F V技術相對成熟,未來待通用服務器轉發能力增強之后,可以考慮按第一類方案進行建設,即以通用服務承載轉控分離形態vBRAS,部署時伋在數據中心統一部署控制面,而轉發面可根據流量考慮下沉設備至用戶近端對用戶流量進行最大限度的收斂與轉發。結合云計算技術,轉發面也將虛擬為云化資源池,按需配比。而借鑒于S D N技術,所有云化資源池之間也可形成環狀互通,通過類似SDN控制面下發流表至轉發面等技術,使vBRAS轉發面之間形成東西向流量,完成靈活的資源調度與網絡互助。

5 vBRAS部署方案

對應NF V參考架構,vBR AS部署應主要分為基礎資源云化,vBRAS部署,MANO控制部署。整體部署方案如圖2所示。

在各級機房內均組建網絡功能虛擬化基礎資源NF VI,通過堆疊通用服務器,結合虛擬化技術與云計算技術,構成基礎能力資源池,為網絡功能種類軟件提供計算能力、存儲能力、網絡能力。

而軟件形態的vBRAS轉發面vBRAS-U或原BRAS設備考慮靠近用戶部署,匯聚收斂用戶流量,減小上層網絡流量轉發,緩解網絡壓力,同時,上層網絡考慮僅流量高速轉發,也使網絡延遲得到進一步降低,網絡性能得到優化。

而控制面MANO主要考慮在省會級機房內進行部署,對全網網絡業務、虛擬化網絡功能VNF與基礎資源進行集約管理。

6 結語

IP城域網為服務用戶的重要網絡,現在乃至未來,將會有更多個性化業務與更多用戶流量進來,而傳統的網絡架構已不能很好的對這些需求進行承載。NFV/SDN 正好可以幫助運營商解決這一問題。但要迎接未來網絡與用戶需求,光改造業務控制層BR AS是遠遠不夠的,城域網內其他層級網元,也需要完成相應改造革新,才能更好滿足未來用戶需求。

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