面向云時(shí)代的新型城域網(wǎng)組網(wǎng)方案

白月維，何二朝,2，王 葆,2，初彥萍,2

（1.河北電信設(shè)計(jì)咨詢有限公司，河北 石家莊 050021；2.石家莊市寬帶接入與傳送網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 石家莊 050021）

0 引 言

在云時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)獲得了高速發(fā)展，運(yùn)營商業(yè)務(wù)的多樣性越來越凸顯，既有面向個(gè)人消費(fèi)者的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，也有面向垂直行業(yè)的虛擬專網(wǎng)業(yè)務(wù)，還有面向社會(huì)治理的公共業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)在流量、時(shí)延、可靠性以及安全上表現(xiàn)出極大的差異。隨著云業(yè)務(wù)的發(fā)展，接入節(jié)點(diǎn)的數(shù)量將成百上千倍地增長，要求用戶流量就近入云[1]。

城域網(wǎng)（Metropolitan Area Network，MAN）面向接入云、邊緣云、本地云、骨干IP承載網(wǎng)、區(qū)域云等多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)城域網(wǎng)根據(jù)業(yè)務(wù)和客戶要求，主要采用了兩層專線、兩層多點(diǎn)VPN、3層虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network，VPN）等不同技術(shù)完成網(wǎng)絡(luò)對(duì)接。傳統(tǒng)“煙囪式”的建設(shè)模式對(duì)業(yè)務(wù)的開通、維護(hù)、創(chuàng)新帶來巨大挑戰(zhàn)，具體表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、維護(hù)成本高、業(yè)務(wù)時(shí)延長、業(yè)務(wù)對(duì)接難等，同時(shí)也導(dǎo)致骨干網(wǎng)絡(luò)中過多的流量迂回和大量的背靠背端口浪費(fèi)等問題[1]。

在此背景下，運(yùn)營商提出構(gòu)建以DC為核心的綜合承載的新型智能城域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)以高效、動(dòng)態(tài)的方式連接城域內(nèi)大量的接入節(jié)點(diǎn)[2]。新型智能城域網(wǎng)通過簡(jiǎn)化架構(gòu)，引入和推廣簡(jiǎn)化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，既有助于提升流量疏導(dǎo)能力，也有助于實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)快速創(chuàng)新和用戶體驗(yàn)有效提升。

1 智能城域網(wǎng)新技術(shù)

云網(wǎng)一體要求將網(wǎng)絡(luò)與云協(xié)調(diào)起來，為用戶提供端到端、完整、靈活、可擴(kuò)展的技術(shù)方案，網(wǎng)絡(luò)按照云的要求提供資源，要求智能城域網(wǎng)具有敏捷、智能、高效、開放這幾個(gè)特征才能適應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展[3]。智能城域網(wǎng)面向云業(yè)務(wù)，引入新的底層傳送技術(shù)分段路由（Segmented Routing，SR）、統(tǒng)一的業(yè)務(wù)承載技術(shù)EVPN和集中式的軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN ）控制器等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)4/5G、家庭寬帶、政企等多種業(yè)務(wù)的綜合承載。

1.1 SR分段路由

SR是一種新型路由技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)任意兩節(jié)點(diǎn)的路徑劃為一段，由一個(gè)SID（Segment ID）標(biāo)識(shí)。SR是一種源路由機(jī)制，只需在Ingress節(jié)點(diǎn)維持Per-flow的狀態(tài)而無需在中間節(jié)點(diǎn)或尾節(jié)點(diǎn)來維持Per-flow的狀態(tài)。SR還具有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡(jiǎn)化、流量調(diào)度能力強(qiáng)、故障恢復(fù)速度快等優(yōu)點(diǎn)，并得到運(yùn)營商和多數(shù)設(shè)備商的支持[2]。

1.2 EVPN專網(wǎng)

下一代全業(yè)務(wù)承載虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Ethernet Virtual Private Network，EVPN）采用控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離思路，引入了控制面，利用邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Border Gateway Protocol，BGP）擴(kuò)展協(xié)議來傳遞媒體存取控制（Media Access Control，MAC）信息。EVPN基于MP-BGP，定義了一系列新的BGP EVPN路由類型，從而使EVPN網(wǎng)絡(luò)中的不同站點(diǎn)間可以相互學(xué)習(xí)MAC地址信息。EVPN可以實(shí)現(xiàn)兩層專線、兩層多點(diǎn)VPN和3層VPN等多種形態(tài)的統(tǒng)一承載，從而大幅降低網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的復(fù)雜度，這有利于“網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)”的實(shí)現(xiàn)。

1.3 SDN控制器

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Networking ，SDN）是一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，將網(wǎng)絡(luò)的控制平面與數(shù)據(jù)平面分離，構(gòu)建邏輯上集中式的控制平面，這樣使網(wǎng)絡(luò)可編程、易管理，有利于資源的統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)現(xiàn)確定性訪問。

SDN控制器通過北向接口為政企、移動(dòng)等業(yè)務(wù)切片提供能力開放和自動(dòng)化編排，通過南向接口將業(yè)務(wù)需求轉(zhuǎn)化為設(shè)備配置方案下發(fā)到單一或多廠家的物理或虛擬化網(wǎng)元[5]。

2 智能城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

新型城域網(wǎng)基于云網(wǎng)融合和SDN理念，借鑒了數(shù)據(jù)中心的Spine-Leaf架構(gòu)，采用“核心（MCR）+匯聚（MER）+接入（MAR）”3級(jí)簡(jiǎn)化架構(gòu)，如圖1所示，實(shí)現(xiàn)通信云、移動(dòng)業(yè)務(wù)、政企大客戶接入以及家寬等業(yè)務(wù)的綜合承載[6]。

圖1 智能城域網(wǎng)組網(wǎng)目標(biāo)架構(gòu)示意圖

相較于傳統(tǒng)城域網(wǎng)和本地傳送網(wǎng)，新型城域網(wǎng)架構(gòu)具有如下優(yōu)勢(shì)。

（1）簡(jiǎn)化信令和協(xié)議。傳送層面采用端到端SR技術(shù)，業(yè)務(wù)層面采用端到端L3VPN/EVPN技術(shù)，不同業(yè)務(wù)的承載不再像傳統(tǒng)城域網(wǎng)那樣進(jìn)行多段不同技術(shù)的拼接，所有業(yè)務(wù)終結(jié)點(diǎn)之間直接打通，為業(yè)務(wù)開通和維護(hù)帶來更多便利。

（2）統(tǒng)一調(diào)度資源。 新型城域網(wǎng)引入SDN控制器和編排器，實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)資源的統(tǒng)一調(diào)度，解決了跨域和端到端調(diào)度等難題，這將降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，提升用戶體驗(yàn)。

（3）降低建網(wǎng)成本。新型城域網(wǎng)減少了不同子網(wǎng)絡(luò)間的背靠背設(shè)備和骨干鏈路迂回，增加了東西流量，減少了南北流量，這將降低核心側(cè)路由器端口的利用率，從而減少網(wǎng)絡(luò)投資。

3 帶寬需求模型

3.1 智能城域網(wǎng)核心設(shè)備

結(jié)合通信云DC及各類業(yè)務(wù)規(guī)劃情況，確定核心設(shè)備的下行端口需求以及跨網(wǎng)互通端口需求。

（1）下行端口需求：根據(jù)DC的業(yè)務(wù)覆蓋范圍，獲得相應(yīng)范圍內(nèi)的匯聚設(shè)備上行端口需求即核心設(shè)備下行端口需求。

（2）東西端口需求：根據(jù)DC間流量規(guī)劃需求，結(jié)合帶寬利用率計(jì)算東西流量端口需求。

（3）跨網(wǎng)互通端口需求：應(yīng)根據(jù)DC的業(yè)務(wù)覆蓋范圍及相應(yīng)的業(yè)務(wù)流量出網(wǎng)需求結(jié)合帶寬利用率計(jì)算到他網(wǎng)的互通端口需求。

3.2 智能城域網(wǎng)匯聚設(shè)備

結(jié)合覆蓋、匯聚機(jī)房、通信云DC及各類業(yè)務(wù)規(guī)劃布局情況，確定各類匯聚設(shè)備臺(tái)數(shù)和相應(yīng)的業(yè)務(wù)類下行端口需求，再根據(jù)流量流向計(jì)算上行流量結(jié)合利用率指標(biāo)計(jì)算上行端口數(shù)。

（1）5G基站接入上行需求：接入環(huán)路數(shù)量×環(huán)路速率，綜合接入環(huán)根據(jù)流量測(cè)算結(jié)果可選擇10GE/50GE組網(wǎng)。

（2）大客戶業(yè)務(wù)端口需求：來自大客戶業(yè)務(wù)端口規(guī)劃需求。

（3）通信云Leaf下行端口需求：根據(jù)DC服務(wù)器數(shù)量及其端口配置，計(jì)算總端口需求，按照模型獲得Leaf數(shù)量和相應(yīng)的下行端口需求。

（4）上行端口需求：根據(jù)流量流向需求結(jié)合帶寬利用率指標(biāo)計(jì)算上行端口數(shù)。

按照單基站均值流量及分層流量收斂比分別計(jì)算匯聚設(shè)備上聯(lián)以及核心設(shè)備至5GC的預(yù)測(cè)流量。

匯聚區(qū)匯聚設(shè)備上聯(lián)鏈路業(yè)務(wù)流量=本匯聚區(qū)5G基站數(shù)×均值流量×收斂比。

核心設(shè)備至5GC流量=本業(yè)務(wù)區(qū)5G基站總數(shù)×均值流量×收斂比。

4 網(wǎng)絡(luò)配置方案

4.1 自治域劃分

自治系統(tǒng)（Autonomous System，AS）號(hào)與現(xiàn)有IPRAN保持一致。

4.2 IGP/SR部署情況

內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Internal Gateway Protocol，IGP）層次化部署，智能承載網(wǎng)與接入層均部署中間系統(tǒng)到中間系統(tǒng)（Intermediate System to Intermediate System，ISIS）協(xié)議，智能承載網(wǎng)核心設(shè)備、匯聚設(shè)備部署在同一個(gè)ISIS進(jìn)程內(nèi)，采用Level 2。接入環(huán)采用ISIS多進(jìn)程，每個(gè)接入環(huán)（或接入鏈）部署一個(gè)ISIS進(jìn)程，與核心匯聚層實(shí)現(xiàn)路由隔離。

4.2.1 匯聚及接入?yún)f(xié)議配置

智能城域匯聚設(shè)備成對(duì)建設(shè)，每個(gè)接入環(huán)（或接入鏈）一個(gè)ISIS進(jìn)程，開啟ISIS Level-2，進(jìn)程號(hào)從1作為起始值，并在此基礎(chǔ)上逐一遞增。

每個(gè)接入環(huán)對(duì)應(yīng)智能城域網(wǎng)匯聚設(shè)備間一對(duì)子接口，建議子接口編號(hào)和ISIS進(jìn)程號(hào)保持一致。

同一對(duì)匯聚設(shè)備下不同接入環(huán)分屬于不同進(jìn)程，進(jìn)程間的路由應(yīng)相互屏蔽，特殊場(chǎng)景下，接入環(huán)上還有二級(jí)接入環(huán)以及掛環(huán)的支鏈設(shè)備應(yīng)屬于同一進(jìn)程。

智能城域網(wǎng)匯聚設(shè)備把自己的環(huán)回口前綴路由引入接入環(huán)ISIS進(jìn)程。

4.2.2 匯聚及核心協(xié)議配置

智能城域網(wǎng)核心設(shè)備、匯聚設(shè)備等配置在相同的ISIS域，核心-核心、核心-匯聚、匯聚-匯聚等互聯(lián)鏈路統(tǒng)一開啟ISIS Level-2。

匯聚設(shè)備接口開啟N+1個(gè)子接口（N為接入環(huán)數(shù)量），面向接入側(cè)的N個(gè)子接口分別與N個(gè)一級(jí)接入環(huán)屬于同一接入ISIS進(jìn)程，面向核心側(cè)的子接口與智能城域網(wǎng)核心設(shè)備同屬于一個(gè)ISIS進(jìn)程。

4.3 SR/EVPN協(xié)議配置

智能城域網(wǎng)端到端支持并部署SR/EVPN協(xié)議，4/5G回傳等3層業(yè)務(wù)采用SR+L3VPN方案實(shí)現(xiàn)，政企和家寬等兩層業(yè)務(wù)采用SR/SR-TE+EVPN方案實(shí)現(xiàn)，對(duì)于跨域SR對(duì)接，采用Option A技術(shù)方案。

4.4 QoS規(guī)劃

為保證業(yè)務(wù)帶寬及服務(wù)質(zhì)量，不同業(yè)務(wù)打上不同的服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）優(yōu)先級(jí)標(biāo)識(shí)，根據(jù)優(yōu)先級(jí)的標(biāo)識(shí)匹配不同的QoS策略。在智能城域網(wǎng)中，對(duì)于各類業(yè)務(wù)的QoS規(guī)劃如表1所示。

表1 各類業(yè)務(wù)的QoS規(guī)劃

4.5 切片配置

3層多點(diǎn)到多點(diǎn)業(yè)務(wù)使用BGP L3VPN進(jìn)行業(yè)務(wù)隔離，二層多點(diǎn)到多點(diǎn)業(yè)務(wù)使用兩層EVPN進(jìn)行業(yè)務(wù)隔離，二層點(diǎn)到點(diǎn)業(yè)務(wù)使用EVPN VPWS進(jìn)行業(yè)務(wù)隔離。通過SR-TE技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)切片的路徑編排。

5 結(jié) 論

云時(shí)代的到來，加快了網(wǎng)絡(luò)向“云為中心，網(wǎng)隨云動(dòng)，云網(wǎng)融合”轉(zhuǎn)型。新型智能城域網(wǎng)將顛覆傳統(tǒng)技術(shù)體系架構(gòu)和商業(yè)模式，通過綜合承載簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過SDN新技術(shù)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)資源的統(tǒng)一調(diào)度，這些技術(shù)手段適應(yīng)了新業(yè)務(wù)的發(fā)展，為5G時(shí)代城域網(wǎng)架構(gòu)的演進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。