PTN網絡中的自愈DCN技術

◆張莉

PTN網絡中的自愈DCN技術

◆張莉

（江西山水光電科技股份有限公司 湖北 430079）

DCN（Data Communication Network）是通信網絡中必備的一項管理技術，用于解決網絡中批量網元的網管問題。本文主要針對PTN網絡，提出了一套帶保護的DCN方案，它融合傳統的DHCP協議，實現遠端設備零配置逐級上線，通道故障快速檢測，線路恢復迅速自愈，有效地避免了以太網環路，且不占獨立帶寬。

DCN；零配置上線；自愈

DCN（Data Communication Network）是通信網絡中必備的一項管理技術，主要用于解決網絡中批量網元的網管問題，通常具有網絡復雜、共用物理端口、獨立邏輯連接的特點。

DCN技術被廣泛應用于移動、電信等運營商或者大型企業的在網設備管理[1]，良好的DCN系統能保證系統穩健維護。但這些DCN網絡通常復雜、區域大，一旦出現故障，很難定位到故障源，維護工作量巨大，若沒有人工干預，往往也難以恢復，網絡的復雜度和故障恢復速度往往成為DCN管理的瓶頸。而且隨著通信領域技術的進步，越來越多的網絡應用場景有了零配置上線的需求，目前通信網絡中真正能夠做到即插即用的DCN系統是較少的，一般需要對新接入的設備進行少量的配置。

本方案針對移動PTN網絡中的DCN組網需求[2]，剛好解決了快速故障檢測恢復以及零配置上線兩個難題。

1 PTN網絡中的DCN組網需求

在移動小型化接入控制網絡（PTN Signal Control Network， SCN）中，提出了這樣的需求：

（1）通過一張路由可達的信息網絡，實現DCN的控制通道，控制通道應通過帶內通道，與業務通道邏輯隔離。

（2）小型化接入設備要求即插即用，重啟之后按先前保存的配置上線。

（3）小型化接入設備能自動檢測到網絡故障，并通過其他路徑重新上線，重新上線的過程不可引起環路。

（4）網管平臺能繪制拓撲圖并及時發現拓撲變化。

如圖1所示，網管機站與要管理的設備通過骨干PTN網絡相連，骨干PTN網絡中已有一條VLAN ID = 4094的專線業務為DCN通道。局端（HUB）PTN設備與遠端（CPE）PTN設備都需要被網管平臺管理，要求局端設備由網管配置開通上線，遠端設備即插即用。

考慮上述需求，骨干PTN網絡提供的專線業務為帶內DCN通道，與普通業務邏輯隔離。遠端PTN設備下掛于局端PTN設備，看起來適用DHCP協議自動分配IP的方法，DHCP協議的客戶端可以零配置上線且能按先前保存的配置重新上電。但是，傳統的DHCP協議[3]不宜穿越PTN網絡，自動檢測網絡故障和重新上線又如何解決呢，網絡防環從來不是個簡單的課題，網管平臺要繪制和更新拓撲，也需要一些特殊手段。

圖1 DCN應用場景

2 DCN具體實現方法

本方案的設想是以DHCP協議為基礎，使用它的協議報文分配IP，利用VLAN的特性打通DCN通道逐級上線和穿越PTN網絡，自定義部分私有協議，實現連通性檢測和重新上線，同時由局端PTN設備通過連通性檢測的結果及時上報拓撲信息。

本場景通過網管平臺對局端設備進行DHCP-DCN的配置，使它作為DHCP服務端，為下行遠端設備分配IP地址，遠端設備自動開啟DHCP客戶端功能，向所有連接的端口發送DHCP請求。網管與局端設備的通信以及局端與遠端交互的DHCP報文都使用VLAN4094的標簽。遠端設備分配到IP之后，自動將上行端口加入VLAN4094，若收到其他遠端設備發送的DHCP請求，將請求轉發給上行端口，同時打通下行端口的VLAN通道，實現設備逐級上線。設備上線之后局端與遠端發送心跳報文互動，若檢測不到心跳則進入自愈流程，斷開VLAN通道，重新發送IP請求（之前分配的IP），直到再次上線為止。

具體執行流程按如下三種情況[4]進行分析：

情景1：C設備與S設備直連的上線流程

（1）C設備啟動后，定時向所有連接的鏈路發送dhcp-discover報文。

（2）S設備收到discover報文，根據設備mac和option判斷該報文是否合法，如果合法，則回復offer報文。

（3）C設備收到offer報文后，根據client-id判斷是否為回復給自己的offer報文，如果是，則繼續發送request報文。

（4）S設備收到request報文后，給對應的C設備回復ack報文，并將C設備的信息貯存起來。同時，S設備向網管系統上報拓撲變化trap，網管系統重新采集拓撲信息，對新上線C設備進行網管。

（5）C設備收到ack報文后，進行IP地址和網關配置，并將上聯口（收到ack報文的端口）加入管理VLAN。

（6）S設備對C設備發起自定義的心跳報文，C設備收到報文后回應，建立連通性檢測，在三倍超時時間內收到報文認為連接正常。

圖2 直連設備上線流程

情景2：C2設備經過中繼C1設備上線

（1）C2設備啟動后，定時向所有連接的鏈路發送dhcp-discover報文。

（2）C1收到該報文后，判斷自己是否已經上線，如果是則在報文中添加option82（包括設備dcn ip和收到該報文的端口信息）信息，然后將報文從上行口轉發出去，否則丟棄該報文。

（3）S設備收到C1轉發過來的discover報文后，根據設備mac和option判斷該報文是否合法，如果合法，則回復offer報文。

（4）C1設備收到offer報文之后，根據報文攜帶的option82中的端口信息，判斷是自己的端口則從該端口轉發，否則丟棄該報文。

（5）C2設備收到offer報文后，根據client-id判斷是否為回復給自己的報文，如果是則回復request報文。

（6）C1設備收到request報文后，從上行口轉發該報文。

（7）S設備收到request報文后，給C2回復ack報文，并將C2的信息和它攜帶的option82中的C1相關信息貯存起來。同時，HUB設備向網管系統上報拓撲變化trap，網管系統重新采集拓撲信息，對新上線的C2進行網管。

（8）C1收到ack報文后，同第4步操作。

（9）C2收到對應ack報文后，進行IP地址和網關配置，并將上行口加入管理VLAN。

（10）C2上線之后，S設備更新DCN拓撲圖，向C2發送私有的管理報文，將C2下聯口加入管理VLAN。

（11）C2收到S設備配置VLAN的報文后，判斷報文內的server-ip是否與自己上線的server-ip相同，如果相同則將下聯口加入管理VLAN內，至此，一條基于VLAN管理通道已打通。

（12）S對C2發起心跳報文，C2收到報文后作出回應，建立連通性檢測，在三倍超時時間內收到報文認為連接正常。

圖3 通過中繼設備上線流程

情景3：自愈流程

如圖4所示組網圖，需要網管的設備S和C（1）C2成環路連接，

（1）假設 C1首先通過S的ge1口上線，C2則通過C1的ge2口上線，此時有C1的ge（1）ge2，C2的ge2屬于VLAN4094。

（2）若C1與C2之間的鏈路斷開，S與C2之間的心跳報文則出現超時，C2發現超時，主動刪除IP，并將自身的ge2口從網管VLAN中退出。

（3）S設備發現超時，刪除離線網元C2的信息，向網管系統上報拓撲變化trap，并且通過自定義的管理協議將C1的ge2口從網管VLAN中退出。

（4）C2重新進入上線流程，此時S與C2之間的鏈路是連接的，C2走直連設備的上線流程，通過S的ge2口上線，依然分配到之前的IP地址，同時，S設備可以感知C2重新上線的路線，告知網管，網管重繪拓撲圖。C2設備從故障到自愈的流程完成。

圖4 自愈流程組網圖

3 實際應用舉例

本案所述方法帶自愈的DCN技術，現已廣泛應用于中國移動小型化接入PTN設備的網管自通場景。一般部署方式有兩種：一種是部署在經城域PTN網落地的網管機房，如圖5中的網管平臺A，另一種是直接部署在PTN網落地的網管機房，如圖5中的網管平臺B。

圖5 具體實施組網圖

實際接入網絡的設備組網是復雜多樣的，不拘泥于章節2中描述的場景，可以有多個地址池，如圖5中的POOL-A和POOL-C。如POOL-C，類似章節2描述的自愈組網，網管平臺直接管理HUB-C，由CPE-E/F/G組成的環路接入HUB-C的下行端口，按響應順序依次上線，自動進行故障檢測。使用更多的是如POOL-A的組網，兩臺HUB設備組成的保護通道，配置相同的地址池，首先由HUB-A完成服務器工作，由CPE-A/B/C/D及更多小型化PTN設備組成的環路按響應順序依次上線，自動進行故障檢測。若故障出現在HUB-A上，則由HUB-B接管服務器工作，下行CPE設備按原有配置重新上線，形成配置加DCN環路的雙重保護。

如圖5實施的DCN網絡布局，同一網管平臺可網管的設備數量可以千計甚至更多，網管的瓶頸或許會體現到網管平臺的性能上，而不再體現在網絡復雜度和故障恢復上。

4 結語

本文針對移動PTN網絡跨域廣、組網復雜、時效性能要求高的特點，提出了PTN網絡中一種即插即用的、主動愈合的DCN方案。它除了具有常規DCN技術能批量網管，不占用獨立線路的特點，還解決了復雜網絡對設備零配置上線的需求，而且能快速地檢測到故障并修復，減少了大量的人工維護工作，不失為一種優異的DCN解決方法。該方法不止能應用于移動PTN網絡，其原理也可在其他DCN場景中得到擴展。

[1]譚群芳，魯曉霞.一種基于SDN的云數據網絡中心解決方案[J].電信工程技術與標準化，2017（1）：25-28.

[2]小型化接入PTN S-SCN網管自通方案[Z].北京：移動研究院，2016：1-11.

[3]RFC2131：Dynmic Host Configuration Protocol[S]. R. Drmos.1997（5）：1-45.

[4]張莉.一種基于vlan管理通道的DCN保護系統[P].江西山水光電科技股份有限公司，2018：1-8.