城域數據網vBRAS建設方案研究

張忠杰，韓 偉，喬海明

（吉林吉大通信設計院股份有限公司，吉林 長春 130012）

0 引 言

隨著4G與固定網絡技術的飛速擴展，互聯網流量呈幾何式增長，從骨干網絡到城域數據網都在以堆疊方式拓展網絡能力，疲于應對流量風暴帶來的承載壓力。因此，相關人員開始注重對網絡架構升級的思索，推進網絡扁平化和優化網絡效率成為主要的研究方向。流量的激增代表著用戶行為正在從最初以靜態為主的互聯網訪問模式，向伴隨著超媒體、大視頻、4K高清影像以及AR虛擬現實等以動態為主的消費模式轉變，業務類型層出不窮，但都具有大流量與高帶寬需求的相同特征，傳統網絡架構無法應對，可實現智能化、動態、虛擬化、差異化以及能力共享的新型管道服務迫在眉睫。

在上述背景下，一種維護方便、能力開放且可快速規模化部署業務的網絡架構應運而生。vBRAS轉控分離技術已使網絡智能化與精細化管理成為可能。同時，面對運營商投入成本的壓力不斷增加和盈利能力不斷下降的趨勢，系統迫切需要向vBRAS轉控分離技術的網絡架構演進。

1 vBRAS建設方案

1.1 vBRAS技術方案

vBRAS即虛擬化寬帶城域接入網關，可通過SDN&NFV技術實現控制轉發分離，軟硬件解耦，實現控制面云化、新業務快速靈活部署與配置運維集中控制，有利于運營商向智能化、云化轉型[1]。每個模塊動態地申請虛擬機資源，為X86虛擬化服務器提供動力。vBRAS主要有三種技術方案。

（1）為緊耦合vBRAS設置虛擬化服務器，BRAS部署的全部業務功能均運行于該設備之上，完全實現網元級虛擬化。基于NFV架構的一體化vBRAS網元可實現對BRAS的控制與轉發，但業務轉發面和流程控制面未實現真正意義上的分離。該方案具有動態調整能力，NFV部署程度高，業務加載靈活性更強。但轉發面和控制面仍緊耦合，vBRAS設備轉發性能受影響較大，尤其在多類型業務同時負荷下性能急劇下降，無法并行配置控制和轉發資源。該方案基本實現NFV功能，基本能夠實現根據需求動態調整、靈活配置、業務的快速加載和業務模式的創新，但因轉發面和控制面緊耦合，設備性能無法得到最大化發揮。

（2）vBRAS控制面和轉發面解耦合方案。將BRAS控制面與轉發面分離，使vBRAS-CP和vBRASUP分別基于NFV架構網元在不同虛擬化服務器上運行。傳統BRAS的控制功能與轉發功能都是先利用NFV架構實現網元虛擬化，進而解耦合傳統BRAS的控制和轉發功能。此外，應以軟件功能對業務實施分類，保證每一個功能部署在一套相對獨立的虛擬機，功能對應業務，實現類級虛擬化。該方案優勢在于實現了控制面和轉發面分別和全部虛擬化，可按需動態部署轉發面和控制面，應用更加靈活，然而設備較傳統BRAS在多業務疊加負荷下轉發性能相對較差，性能下降明顯，且未實現業務組件級虛擬化和定制。值得注意的是，該方案基本上實現NFV的業務創新和靈活擴展，為業務組件級虛擬化演進方向奠定了技術基礎，適用于開通和創新新業務的應用場景。

（3）vBRAS控制和BRAS轉發方案。基于轉發面和控制面分離，傳統BRAS設備被解耦合為轉發面與控制面，轉發平面采用傳統BRAS設備，控制平面采用基于NFV架構的X86服務器實現vBRAS。轉發面應用傳統BRAS設備完成轉發，可采用支持BRAS功能的軟件定義網絡（SDN）轉發設備，控制面則主要基于NFV的虛擬化架構，將vBRAS控制面應用程序（APP）安裝至X86服務器。該方案優勢在于轉發面采用轉發性能強的傳統物理BRAS設備，可充分利用BRAS設備資源。然而，其轉發平面BRAS設備多為各廠商專用的轉發設備，系統不開放，且轉發面未采用虛擬化架構，云平臺管控的統一納入與在NFV架構下虛擬化的實現受限。此外，該方案NFV技術應用不充分，只有傳統BRAS的控制平面被分離出來，且傳統BRAS會話Session（64K）數與帶寬不成比例，無法解決帶寬與會話數沖突問題。

當前，各運營商試點多采用方案3，可最大限度保證網絡在現網基礎上平滑演進，實現投資利用最大化。

1.2 vBRAS建設方案

1.2.1 系統網絡結構

vBRAS建設方案網絡結構如圖1所示。

網絡結構具體組成如下：

（1）接入網保持現有網絡結構，OLT接入家寬用戶，上聯接入vBRAS-UP。

（2）實體BRAS設備通過軟件版本升級或替換將控制功能剝離，轉變為vBRAS-UP網元，即轉發面設備，網絡結構則不做調整。

（3）集中或分布式部署x86化服務器虛擬化池，構成vBRAS-CP，即控制面設備，通過匯聚網絡設備接至互聯網網元實現控制信息在網絡內路由可達。vBRAS-CP設備也應通過路由可達方式與寬帶認證網元和DHCP網元實現對接。

圖1 vBRAS建設方案網絡結構圖

1.2.2 系統業務配置

系統接口模型如圖2所示。

圖2 vBRAS系統接口模型

系統具體業務配置如下：

（1）vBRAS-UP將撥號報文上報至vBRAS-CP設備，在vBRAS-CP設備處理用戶上線后，向vBRASUP下發用戶轉發表項，由vBRAS-UP獨立運行路由器協議，生成網絡轉發表項。

（2）在vBRAS-CP上統一配置原有BRAS業務，保證Radius Server和DHCP Server等原有BRAS業務資源管理系統只能看到一個BRAS業務節點且原有SR業務在vBRAS-UP上實現獨立配置。

（3）分別在vBRAS-CP和vBRAS-UP上實現原有BRAS和SR業務的維護與告警。

2 vBRAS架構網絡性能測試方案

2.1 測試方案

vBRAS網絡搭建完成后，需要對網絡進行相關測試，以判斷能否滿足正常業務承載需要，并根據測試結果優化網絡部署。測試主要內容如下：

（1）CU分離框架測試，包括BRAS-CP自動部署、CP管理UP、彈性擴縮容、UP托管、CP引用UP創建資源以及CP和UP可離線配置6項內容；

（2）接入基本功能測試，包括PPPOE接入用戶功能、CGN相關功能、CP地址池共享以及域策略對所有UP生效4項內容；

（3）QOS測試，包括現網ACL基本功能、流分類功能與用戶限速3項內容；

（4）可靠性測試，包括BRAS-CP服務器故障、BRAS-CP VM故障、UP重啟、UP主備板倒換、延遲接入、openflow通道故障、VxLan通道故障、NetConf通道故障以及CP和UP通道保護9項內容。

2.2 測試結果

（1）通過查看云平臺管理界面，獲取控制面虛機自動增加或減少、網絡建立成功、虛擬機建立和刪除成功以及用戶上線正常等信息；

（2）分別檢查UP和CP上所有的OpenFlow channel和Vxlan隧道狀態，訪問網頁，觀察視頻業務瀏覽是否正常；

（3）在CP上查看該UP子接口上報，雙向用戶訪問網絡正常；

（4）PPPOE上線和下線正常，可訪問FTP服務器，做正常ALG穿越；

（5）用戶1和用戶2上線成功，查看地址池分配是否正常，在同個地址池中依據規則獲取不同地址池段，若主機路由發布正常，用戶可以正常下線，地址池釋放，且在CP上可看到釋放地址池；

（6）用戶可以登錄UP設備，對設備進行管理操作，UP完成重啟后無需重新配置UP；

（7）用戶流量進入默認或設置隊列，流量統計準確，查看流量統計丟包正確；

（8）用戶上線成功，查看用戶詳細信息可見用戶上行及下行帶寬50 M，下行流量限速可以達50 M；

（9）PC模擬用戶保持在線，用戶訪問網絡正常，記錄CP探測到故障的時間。

3 結 論

當前，主要有vBRAS 控制和實體BRAS 轉發、一體化vBRAS以及vBRAS的控制面和轉發面分離3種vBRAS技術方案，通過搭建網絡環境對vBRAS轉控分離架構進行用戶承載實測，從架構、性能以及可靠性等幾方面對測試結果進行分析，得出vBRAS建設方案的可行性，為后續建設奠定基礎。