基于SRv6+MPLS的雙轉發平面智能選路實現

馬培勇，楊廣銘，毛東峰，李玉娟

(1.中國電信股份有限公司研究院，廣州 510630； 2.中國電信股份有限公司，北京 100021)

0 引 言

隨著國內第五代移動通信技術(The 5th Generation Mobile Communication Technology，5G)大規模部署和建設，國內通信業已經逐步進入到了5G+云的新時代。然而，5G存在基站覆蓋范圍小和建設成本高的問題；同時，第四代移動通信技術(The 4th Generation Mobile Communication Technology，4G)在消費互聯網領域已經有非常多的應用，4G網絡條件下可以便捷地使用即時通信(Instant Message，IM)和移動支付(Mobile Payment，MP)等應用，可以流暢地觀看手機視頻和圖像等。而5G的價值更多體現在工業互聯網、制造領域和智能駕駛等比較特定的應用場景。因此，5G并不會取代4G，5G和4G將形成長期共存、協同發展的關系。

4G/5G的長期共存及4G/5G業務的互操作，也必然要求4G/5G承載網都長期存在且融合互通。4G承載網主要采用基于網際互連協議(Internet Protocol，IP)的無線接入網(IP Radio Access Network，IP RAN)或分組傳送網(Packet Transport Network，PTN)技術，由于建設時間、標準、技術和設備等方面的因素，4G承載網均采用多協議標簽交換(Multi Protocol Label Switching，MPLS)協議簇。隨著基于互聯網協議第6版(IP version 6, IPv6)轉發平面的段路由(IPv6 Segment Routing，SRv6)協議標準基本成熟[1-2]，中國電信已經在5G承載網全面部署SRv6，預計國內其他運營商很快也將在5G承載網部署SRv6。因此，在4G/5G承載網上需要解決SRv6與MPLS互通融合的問題。

從組網角度來看，有兩種方案可以實現SRv6與MPLS的互通：一是在用戶邊緣(Customer Edge，CE)路由器側設置專用網關進行SRv6與MPLS的轉換；二是采用SRv6+MPLS的雙轉發平面。

中國電信4G采用IP RAN設備承載，采用MPLS協議簇；5G采用智能傳送網(Smart Trans-port Network，STN)設備承載，在MPLS協議簇的基礎上全面部署了SRv6。下面以中國電信為例分別對這兩種互通方案進行分析對比。

1 基于SRv6/MPLS轉換網關實現新老設備融合組網方案

圖1所示為基于SRv6/MPLS轉換網關融合組網方案，該方案中，承載網設備按照是否支持SRv6分別獨立進行組網，采用SRv6/MPLS轉換專用網關方式實現4G/5G承載網絡融合。5G承載網絡STN采用SRv6建立業務，4G承載網絡IP RAN采用原有MPLS方式建立業務，4G和5G網絡間的業務流量需要先匯聚到網關，經過網關設備查找路由進行轉接，實現流量互通。這種融合方案，需要在網關設備上建虛擬專用網絡(Virtual Private Network，VPN)，實現4G/5G基站路由在兩個網絡平面間的互通，同時部署路由策略，避免正常下行流量從網關設備繞行。該方案中，4G承載網絡采用標簽分發協議(Label Distribution Protocol，LDP)生成MPLS隧道，使用自治系統間的路由協議(Border Gateway Protocol，BGP)L3 VPN部署3層業務，接入到4G分組核心網(Evolved Packet Core Network，EPC)CE或5G核心網(5G Core Network，5GC)CE設備，實現4G基站到4G EPC的承載[3]；同時為實現與5G網絡互通，需建互通的L3 VPN業務到轉換網關設備，把4G基站路由注入到網關設備[4]。5G承載網絡則采用SRv6方式建立以太網虛擬專用網絡(Ethernet Virtual Private Network，EVPN)業務，使用BGP EVPN地址族建立業務接入到5GC CE設備，實現5G基站到5GC的承載[5]；在網關上使用SRv6的locator及END.DX4或END.DX6引入4G網絡路由[6]。在網關設備上，互相引入5G和4G網絡基站時，需要做路由策略或匯聚，避免每開一個基站都要在網關上進行配置。

圖1 基于SRv6/MPLS轉換網關融合組網方案

這個方案中，5G與4G承載網絡各自相對獨立組網并采用不同的保護方式，5G承載網絡為SRv6的拓撲無關的無環路備份路徑(Topology Independent Loop Free Alternate，TI-LFA)和VPN快速重路由(Fast Reroute，FRR)保護，4G承載網絡中則是LDP 遠端無環路備份路徑(Remote Loop Free Alternate，RLFA)和VPN FRR保護[7-8]。但5G與4G橫向互通業務需要網關節點進行互通，如果網關節點故障，則互通業務會中斷，存在單點故障隱患。

2 基于SRv6+MPLS雙轉發平面智能選路實現新老設備融合組網方案

圖2所示為基于SRv6+MPLS雙轉發平面融合組網方案，該方案中，承載網新老設備可采用融合組網方式，全網所有設備均啟用MPLS，并在支持SRv6的STN設備上同時使用SRv6功能，形成SRv6和MPLS雙轉發平面。其中MPLS平面可以采用傳統的LDP控制面，也可以采用SR MPLS控制面，視設備實際能力而定。

圖2 基于SRv6+MPLS雙轉發平面融合組網方案

對于支持SRv6的STN設備，同時部署SRv6和MPLS雙平面， L3 VPN路由在現有VPNv4/VPNv6地址族通告的基礎上，新增加EVPN地址族并選擇SRv6封裝，同時通告SRv6 EVPN路由和原有的VPNv4/VPNv6路由。對于不支持SRv6的IP RAN設備，保持現有的MPLS平面，待設備升級或替換后使用SRv6平面。待所有設備都替換或支持SRv6后，可逐步刪除MPLS平面，平滑過渡到SRv6平面。

在這個方案中，5G承載網中的5GC-CE、ER和B設備均支持SRv6與MPLS雙平面。5G業務部署時，每個業務都同時部署EVPN地址族+SRv6封裝方式和LDP/SRMPLS+VPNv4或VPNv6地址族，BGP同時發布EVPN路由以及L3 VPN路由。對于5G承載網STN設備，優選EVPN+SRv6路由承載業務，從4G網絡收到的MPLS路由也能同時處理；而不支持SRv6的4G承載網IP RAN設備也能收到VPNv4或VPNv6，以原來MPLS方式處理業務，不處理EVPN+SRv6的路由[9]。

SRv6和MPLS平面可以采用內部網關協議(Interior Gateway Protocol，IGP)隔離或靈活以太網(Flex Ethernet，FlexE)隔離方式，實現兩個平面間的隔離。使用IGP雙環回口或虛擬局域網(Virtual Local Area Network，VLAN)子接口或FlexE切片，部署不同的IGP進程，利用BGP隧道策略為SRv6或MPLS平面選擇不同的IGP切片，可實現SRv6與MPLS雙平面物理上隔離[10]。當然，同樣的方式也能實現不同業務間的隔離。

本方案中5G網絡的B設備、ER設備和CE設備都同時發布處理EVPN SRv6封裝路由與VPNv4/VPNv6的MPLS路由，設備上的路由簇壓力會增加一倍，但帶來的好處顯而易見：4G網絡的匯聚B設備或ER設備可以平滑割接到5G ER上來，不需要做額外的配置，這樣4G網絡的核心匯聚逐步與5G平滑融合，后續升級擴容更自然。

3 SRv6與MPLS互通兩種實現方案對比

表1所示為兩種方案在實際操作層面的對比。采用SRv6/MPLS轉換網關方案，需要在核心骨干層增加專用網關，增加了投資成本，同時存在單點故障隱患；在新增加業務時，都需要在網關上增加業務部署以及復雜的路由策略控制，增加了業務部署復雜度。采用SRv6/MPLS雙轉發平面方案，新采集的設備在支持SRv6的同時自然支持MPLS，不需要額外投資，雙平面部署不破壞現有業務的部署方案，后續MPLS網絡設備可逐步升級或替換，實現SRv6方案平穩過渡，直至全網支持SRv6。

表1 兩種方案在實際操作層面的對比

另外，本文還在實驗室對兩種方案進行了傳輸性能對比測試，兩方案在傳輸帶寬、吞吐量和抖動等方面的指標無明顯差異。但雙轉發平面方案在時延指標上明顯更優，在保護倒換時間方面也有少許優勢。具體測試數據如表2所示。

表2 兩種方案的傳輸性能對比

總體而言，雙轉發平面方案優勢明顯，因此建議優先選擇SRv6/MPLS雙轉發平面方案作為4G/5G融合承載網的方案。

4 現網部署實踐及意義

SRv6和MPLS在移動承載網上將長期共存，新老承載設備互通及融合組網是所有運營商發展5G業務所必須解決的關鍵問題。中國電信在對兩種互通方案進行充分認證的基礎上，選擇了SRv6+MPLS雙轉發平面方案，并積極引導廠家進行相關設備研發。中國電信組織華為、中興、烽火和新華三進行相關5G承載網STN設備的雙轉發平面融合組網測試，并在通過測試后進行規模部署，于2020年建設了全球最大規模的SRv6智能網絡承載移動業務，采用SRv6+MPLS雙轉發平面智能選路實了現承載網新老設備融合組網。

目前中國電信已在移動承載網上全面啟用了SRv6，在SRv6與MPLS融合組網方面做出了積極探索和實踐。通過對兩種主要組網模式進行對比分析，并經過大規模實際部署驗證了雙轉發平面方案的技術先進性和現網部署的可操作性，對網絡建設有著較高的參考意義。

5 結束語

SRv6是基于Native IPv6和源路由的新一代網絡協議，是云網融合演進道路上的關鍵技術，成為構筑5G和云時代智慧聯接的基礎。國內幾大運營商都在積極探索SRv6與5G網絡的結合，一致認為SRv6將開啟新IP網絡時代，是新一代IP網絡的核心技術之一。

任何運營商在推進SRv6的進程中，都會面臨支持SRv6的新設備/網絡與不支持SRv6的老設備/網絡融合組網的問題。中國電信4G/5G承載網由IP RAN向STN平滑演進的模式具有較高價值的借鑒意義，該模式下新老設備混合組網并支持SRv6優選，解決了移動和政企業務跨新老網絡的融合承載問題，實現了全網新老設備融合組網、長期共存，并可按需自然演進，大幅延伸了現網設備的生命周期，保護了存量網絡投資，實現了網絡價值利用最大化。

當然，在選擇SRv6+MPLS雙轉發平面模式時，運營商尚需制定適合自身網絡和業務的雙平面選路協議機制及控制策略。同時，移動承載網絡與云的協同和融合將成為未來的發展方向，部署了SRv6的移動承載網應進一步向靈活接入不同層面的云資源、滿足用戶—云、云—云的靈活承載方向演進，實現網隨云動、云網融合，以支撐5G+云網業務的商業成功。