（2021年江蘇省通信學會“華蘇杯”論文征集一等獎）轉控分離vBRAS池化關鍵技術和組網方案研究

喬 建 李忠超 高麗華

中國電信股份有限公司江蘇分公司

0 引言

傳統IP 城域網業務控制層采用轉控一體MSE 網元設備，分布式部署且獨立配置和控制，無集中統一的控制平面，資源無法實現統一規劃調度，運維效率低，資源利用率忙閑不均。新業務部署需要對現網大量不同時期部署的MSE 設備進行功能升級，而支持新特性的軟件版本開發周期長，有的甚至需要硬件的更新，部署效率低、成本高，無法支撐云時代云網新業務的快速開通部署。

為解決上述需求和挑戰，電信運營商積極探索研究基于轉控分離架構的vBRAS 云化網元，通過控制面云化、轉發面池化組網，實現寬帶接入用戶面集約化管理，集中部署虛擬化轉發面網元vUP 承載小流量常在線業務，池化部署實體轉發面pUP 承載PPPoE 家寬、視頻等大流量業務，提升網絡的可擴展性、可靠性和資源利用率以及業務開通的靈活性。

1 轉控分離vBRAS 池化部署方案

1.1 轉控分離vBRAS 功能架構

轉控分離vBRAS 系統基本具備MSE 設備全部功能，但對MSE 的控制面和轉發面功能進行了梳理和劃分，實現了控制面和轉發面的分離。轉控分離vBRAS 系統包括vBRAS-CP 和vBRAS-UP 兩個部分，如圖1 所示，vBRAS-CP 接收vBRAS-UP 上送的PPPoE/IPoE 撥號報文，并通過與RADIUS、DHCP Server 等現網業務系統交互，完成用戶的認證上線。同時vBRAS-CP 將用戶表項下發至vBRAS-UP，用戶流量在vBRAS-UP 進行轉發，從而實現用戶信息的集中控制，配置運維簡化，快速支撐云網融合創新業務上線、同時提升轉發面的利用率。

圖1 轉控分離vBRAS 系統功能架構

1.2 轉控分離vBRAS 池化部署原則

vBRAS 系統采用轉控分離的模式部署，系統包括vBRAS-CP、vBRAS-vUP、vBRAS-pUP 三部分網元，如圖2所示，可根據業務需求在不同的DC 內均采用池化、雙節點部署，實現池內的冗余備份和跨節點冗余保護備份，提升業務承載效率和系統的安全性。

圖2 轉控分離vBRAS 部署方案

vBRAS-CP 以城域網為單位，在城域網的兩個核心DC進行1：1 熱備部署，同一個DC 內vBRAS-CP 池內提供CP面網元冗余備份和彈性擴縮容能力，兩個核心DC 的主備vBRAS-CP 實現跨節點熱備。

vBRAS-vUP 與vBRAS-CP 同節點采用NFV 化的方式部署，用于承載小流量、大并發業務，由統一的CT 云提供VM 進行部署，可以基于VM 為單元按需彈性擴縮容。vBRAS-pUP 采用專用硬件設備以池化方式部署在邊緣DC或核心DC，實現PPPoE/Session 級IPoE/固定網關集中接入和業務帶寬控制，滿足大流量業務高效處理和轉發。同一vBRAS-pUP 池內設備N：1 或N+1 冗余備份，實現池內單板卡/單臺設備故障業務平滑遷移，用戶無感知。

1.3 用戶接入vBRAS-vUP、vBRAS-pUP 組網方案

基于城域Spine-Leaf 架構實施vBRAS 池化組網，如何實現接入網（二層網絡）多點靈活接入至部署在城域網骨干網（三層網絡）內的vBRAS 池，提高設備資源利用率、簡化業務部署復雜度、降低運維難度是組網方案設計的關鍵。目前有EVPN VPLS over SRv6 和EVPN VPWS over SRv6 兩種接入方案可選，下文將對兩種接入方案的優劣勢進行詳細對比分析，進而選擇最優的解決方案。

1.3.1 基于EVPN VPLS over SRv6 技術的轉控分離vBRAS 池化組網方案

EVPN VPLS over SRv6 是通過IPv6 SR 隧道承載EVPN VPLS 業務，通過IPv6 網絡透明傳輸用戶數據。在轉控分離vBRAS 池化組網方案中用戶通過接入OLT、DCSW 物理雙歸到城域網的一對A-Leaf 設備，使用QinQ 協議接入A-Leaf，實現二層接入網絡的保護和負載分擔；在城域骨干網A-Leaf和S-Leaf 之間部署EVPN VPLS over SRv6，實現接入用戶與vBRAS 池pUP 的二層互通。如圖3 所示，VRR 與所有A-Leaf、S-Leaf 建立BGP 反射學習用戶MAC 路由，A-Leaf、S-Leaf感知用戶側MAC 路由，特別是S-Leaf 設備學習所有接入pUP 池的用戶MAC 路由信息。A-Leaf、S-leaf 以接入交換機為單位部署不同的EVPN VPLS 實例，對應的2 臺A-leaf 之間、2 臺S-Leaf 之間部署ESI 雙活實現節點故障保護和業務的負載分擔。根據A-Leaf 下用戶歸屬的pUP 池關系，A-Leaf上以EVPN VPLS 實例為單位與對應S-Leaf 建立點到多點的EVPN VPLS over SRv6 隧道，從而實現用戶通過城域網骨干Spine-Leaf 靈活接入城域網內任意vBRAS 池。

圖3 EVPN VPLS over SRv6 接入方案

部署EVPN VPLS over SRv6 的方案，可以將現有OLT—＞MSE 點到點固定物理連接改為點到多點的彈性邏輯連接方式，支持1 個OLT 下用戶同時上連多個vBRAS-UP，從而可支持vBRAS-UP 池N：1 或N+1 溫備技術，在保證故障切換用戶不掉線的同時最大化提升vBRAS-UP 池的資源利用率。比如vBRAS 池化N：1 部署，可實現池內框間保護，某pUP發生故障時，僅需將用戶表項下發至備份pUP，切換時間為秒級，且切換過程中用戶不掉線。同時該接入方案還可實現接入業務在城域網內跨vBRAS 池的調度和保護。

1.3.2 基于EVPN VPWS over SRv6 技術的轉控分離vBRAS池化組網方案

EVPN VPWS over SRv6 是通過IPv6 SR 隧道承載EVPN VPWS 業務，通過IPv6 網絡透明傳輸用戶二層數據，實現網絡穿越IPv6 網絡建立點到點的連接，在城域骨干網A-Leaf 與S-Leaf 之間部署EVPN VPWS over SRv6 實現用戶與vBRAS 池的二層互通的方案。如圖4 所示，VRR 與所有A-Leaf、S-Leaf 建立BGP 僅學習反射EVPN 連接路由，不學習用戶MAC 路由，因此對A-Leaf、S-Leaf 設備的MAC路由壓力較小。用戶通過OLT、DCSW 物理雙歸到城域網的一對A-Leaf 設備，每臺A-Leaf 可以基于接入OLT/DCSW 為單位設置不同的EVPN VPWS 實例，與接入UP 池前的2 臺S-leaf 建立EVPN VPWS over SRv6 點到點隧道。用戶接入到A-Leaf 對之間的業務倒換通過VPWS 實例切換實現，通過在S-Leaf 之間部署ESI 雙活實現單臺A-leaf 至一對S-Leaf的保護倒換。

圖4 EVPN VPWS over SRv6 接入方案

本方案也可以將現有OLT—＞MSE 采用點到點固定物理連接方式改為點到點的彈性邏輯連接方式，因為城域網內的A-Leaf、S-Leaf、VRR 設備不感知用戶MAC，因此不會引起廣播泛洪，不存在廣播流量向全網擴散的風險。

1.3.3 EVPN VPLS over SRv6 和EVPN VPWS over SRV6 對比分析

表1從組網能力、業務規劃部署的靈活性、維護管理的便捷性、網絡的安全性、網絡的可靠性對兩種接入解決方案進行了詳細對比分析。可以看出EVPN VPLS over SRv6 接入方案具有業務規劃簡潔、維護簡單方便的特點，更有利于發揮vBRAS-UP 池化組網架構下業務保護倒換的高效性、可靠性以及負載均衡性。EVPN VPLS over SRv6 方案可以實現點到多點邏輯接入，可以將不同特性的業務按需調度至不同的vBRAS-UP 池節點進行管理，真正做到業網分離。但該方案也存在明顯的短板，比如承載網需要感知用戶MAC，廣播導致環路、廣播風暴等安全問題。

表1 VPN VPLS over SRv6 和EVPN VPWS over SRV6 對比分析

2 EVPN VPLS over SRv6 組網方案優化措施

EVPN VPLS over SRv6 組網方案本質上是大二層廣播域，從而會出現廣播風暴、路由環路、MAC 地址攻擊，以及承載網感知大量MAC 路由刷新等問題，不解決這些問題，就無法實施vBRAS-UP 規模池化部署。本研究通過劃小VLAN、部署MAC 抑制、引入UMR 等技術手段徹底解決了以上難題。

（1）采用MAC 抑制、MAC-FLAPPING、EVPN 水平分割等二層廣播域安全防護機制，解決MAC 跳變、A-Leaf側MAC 欺騙、接入側源MAC 跳變攻擊和接入側MAC 震蕩等潛在的二層廣播域風險，避免因二層廣播域環路、異常MAC 攻擊等風險。

（2） 部 署EVPN VPLS OVER SRV6 With UMR 技 術解決承載網感知MAC 路由過大問題。A_Leaf 只發布默認MAC 路由，不需要基于用戶MAC 發布全量用戶路由，減少了RR 和S-leaf 的MAC 學習規模，將RR 上需要學習、發布的MAC 路由量從百萬級別降低到K 級別。降低需要學習的路由數量，從而大幅降低對RR、S-LEAF 設備的路由規格要求。

（3）通過VLAN 規劃縮小廣播域，避免泛洪廣播報文。以vBRAS-UP 側鏈路組聚合為單位確保沒有VLAN 沖突為原則，通過SVLAN+CVLAN 相結合實現區分用戶和業務，把廣播域范圍控制在合適規模，在確保網絡可靠、穩定、安全的前提下，實現接入網至vBRAS-UP 接入端口收斂匯聚，提升資源利用率。

3 結束語

基于EVPN VPLS over SRv6 接入的轉控分離vBRAS 池化規模部署是助力運營商2B/2C/2H 業務轉型的基石，其與邊緣算力協同布局可以打造大帶寬、低時延、云化、智能化的邊緣業務環境，為用戶高效、靈活地提供低時延、大帶寬、安全的高品質業務，進而推動運營商全業務轉型升級。