软交换网和IP承载网之间的流量均衡研究
2009-06-29黄耀军黄伟湘张红军周江卫欧建
黄耀军 黄伟湘 张红军 周江卫 欧 建
【摘要】文章首先介绍了软交换设备接入IP承载网的组网,及其流量均衡问题;接着通过对路由的深入分析,得出影响CE到AR间流量均衡的关键因素,并结合实际案例进行讨论。
【关键词】软交换 IP承载网 流量均衡 路由
目前,全IP化成为通信网络发展的趋势,对于核心网络来讲,以架够分离为标志的软交换成为网络发展的重要阶段。伴随着3G的到来,各电信运营商均着手进行核心网的软交换和IP化建设及改造。在此期间,软交换和IP承载网的关系进一步加强,其中流量均衡问题成为其对接的重要内容。
1软交换接入承载网的流量均衡问题
软交换和承载网之间的流量均衡问题主要指CE(软交换侧)和AR(承载网侧)的流量路由问题。
1.1 软交换接入承载网的组网分析
软交换设备的MSC Server(简称MSS)、MGW的信令流和媒体流均需通过一对CE设备以“口”字型方式接入IP承载网,具体连接参见图1。其中,CE以“口”字型上联到AR,软交换设备以双臂上联到CE1、CE2。
1.2 流量均衡问题
目前CE到AR之间一般是1G、10G的以太网,或等带宽的POS接口等,其传输模式可以是裸纤、波分、MSTP等。正常情况下,软交换的流量(主要是媒体流)应该以负荷分担模式均匀分配到CE1和CE2,确保流量均衡。
链路负荷一般以70%为宜,按照单边1G以太网计算,在负荷均衡情况下,BHCA值(同时承载呼叫数)为(AMR12.2k模式下一个呼叫约占30kb流量):1G*0.7*2(双边)/30k=47万。考虑极端不均衡的单边承载业务情况,则BHCA容量退化为1G*0.7*1(单边)/30k=24万。因此,软交换接入承载网的流量均衡非常重要。
2上行流量路由及均衡分析
上行流量是指CE到AR的数据流量,其均衡主要是指CE1到AR1、CE2到AR2的流量基本相当。此过程主要涉及两个环节,首先是软交换设备选择CE,其次是CE选择AR。
2.1 软交换选择CE
软交换设备选择CE的过程是上行流量均衡的第一步。目前,软交换设备普遍使用静态路由,将CE作为其出口网关,因此软交换的合理、均匀配置是流量均衡的第一步。对于不同的软交换设备,其实现原理也不尽相同。
(1)爱立信软交换
爱立信软交换的媒体网关使用二层方式接入CE,并且其媒体流接口板成对配置,如图2(左)目前为4个单板负荷分担。对于CE来讲,利用VRRP向软交换设备提供2组出口网关,每2个单板使用一组网关。这种组网的流量均衡控制点在于软交换设备和CE设备:软交换设备的出口单板需要成对配置;CE设备需要启用双VRRP组,以保证CE1、CE2接收到的流量比较均衡。
(2)华为软交换
对于华为UMG8900来讲,其接口板(HRD)成对配置,如图2(中)IP1、IP3分别为HRD的网关。其流量均衡主要由软交换侧控制,软交换需要正确配置网关地址,并将HRD均匀分配到不同的CE上。
(3)中兴软交换
中兴设备实现机制和华为类似,其流量均衡的关键点仍为软交换设备。但和华为设备不同的是,中兴设备的接口和处理器地址是分开的,其接口和处理器之间的对接需要配置多条等值的静态路由,并且各路由等值,否则CE1和CE2的流量将不均衡。
2.2 CE选择AR
CE选择AR是上行流量的重要环节,当数据包发到CE后,CE检查其VRF路由表,通过路由匹配进行转发。CE路由分析如图3所示:
正常情况下,AR需要下发0.0.0.0/0和10.0.0.0/8给CE,这两条路由都是OSPF外部路由方式。因此如果这两条路由出现问题,则一般可能是AR发布路由出错。
对于CE的出口路由,除了下一跳指向对应直连AR外(优选路由),也可以选择配对CE为下一跳,此时出口路由为CE1-CE2-AR2(这种情况只能是上行流量不均衡且CE1-AR1出现故障时的一种保护措施)。
3下行流量路由及均衡分析
下行流量是指承载网发至软交换的数据流,主要涉及两个环节,首先是远端承载网(异AR片区)选择本端AR,其次是AR选择CE。
3.1 远端承载网选择AR
承载网一般使用MPBGP协议构成全国性VPN。承载网任一远端AR设备,通过反射器RR获得全网性VPN路由,和本端AR构成逻辑直联。
图4中,AR1、AR2为本端,AR3、AR4为远端,对于本端AR1/AR2下挂软交换的媒体路由,首先由CE1/CE2发布给AR1/AR2,此时发布是通过OSPF的,且带COST值。当AR1/AR2收到此路由后,AR将COST转化为MGBGP的扩展属性,进而发给RR;RR根据AR1、AR2发起的优先级不同,生成不同的路由并向全网扩散。
根据以上分析可以看出,对于软交换的汇聚路由,如果CE1、CE2是等值发布的,则AR1、AR2也会等值收到此路由条目,进而导致RR、远端AR无法区分其优先级。尽管承载网设备支持等值路由,但考虑路由表的容量,目前尚未启用等值路由;而是按照BGP协议原则,根据AR的ROUTER ID进行选择,一般AR1的ROUTER ID较小而成为优选。
3.2 AR选择CE
当AR收到下行数据包后,正常情况下,AR选择直联CE,即AR1选择CE1为下一跳,AR2选择CE2为下一跳。
此时在AR和CE配置时,需要注意,不管AR和CE间是否为10G或1G链路,其OSPF COST值统一取10,不能按照10G/BW的方式计算;否则AR将未必选直连CE,而选择链路带宽大的其它机房的CE为桥接进行转发,从而产生机房间横向流量。
4流量不均衡的案例分析
在实际CE对接AR测试中,发现现网存在流量不均衡的案例,分析如下:
4.1 上行流量不均衡案例
在某地建设的验收过程中发现CE上对10.0.0.0/8的软交换汇聚路由出现问题。
如图5所示,CE的路由10.0.0.0/8指向配对的CE,而非直联AR,这样一来造成所有上行流量均通过配对CE-AR出口,造成严重不均衡。
由于此路由是O_ASE类型,根据分析,应该是AR下发错误导致。在AR检查配置发现图6所示情况:
不难发现,直联AR(AR3)只是配置为BGP引入OSPF(无指定引入类型,缺省类型为TYPE=2),而配对AR(AR4)则明确指出以TYPE=1的模式引入OSPF。而根据OSPF协议,路由的优先级由低到高依次为:区域内部路由、区域间路由、Type 1外部路由、Type 2外部路由。这样一来,CE接受从配对CE发过来的非最佳路由(TYPE=1),而拒绝其直联的AR发出的路由(TYPE=2),造成路由错误,影响流量均衡。
4.2 下行流量不均衡案例
某地软交换局割接后发现AR到CE的下行流量出现不均衡情况,其流量对比统计见图7:
由图7可以看出,30秒内统计上行(output)流量相当,但下行(input)却相差悬殊。其原因主要是远端均选择AR3作为下一跳。
由图8可以看出,全网AR(包括AR1平面、AR2平面)均收敛到AR3(221.130.209.3),而不是均衡收敛到AR3、AR4。这样一来,AR3直接发给直联CE,从而造成AR3下行为重载,而AR4下行为轻载。又因为AR的路由是CE发布的,所以其主要原因是CE等值发布其下连软交换的地址。
5结语
软交换和承载网之间对接是网络3G演进的重要内容,其流量均衡问题直接影响网络性能和容量。为提高网络IP化的效率,促使网络向3G顺利、平滑过渡,降低运行隐患,需要交换、数据等不同专业发挥各自优势共同完成。
参考文献
[1]W.Richard Stevens. TCP/IP互联技术详解(卷I)[M]. 北京: 机械工业出版社, 1999.
[2]3GPP TS 29.414(Rel 8). Core network Nb data transport and transport signalling[S].
[3]孙立新等. 第三代移动通信技术[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2001.★
【作者简介】
黄耀军:工程师,硕士毕业于华中科技大学,现任职于中国移动广东公司深圳分公司,长期从事GSM、GPRS、3G网络技术研究,发表论文多篇,研究方向:无线通信系统。
黄伟湘:工程师,本科毕业于中山大学,现任职于中国移动广东公司深圳分公司,长期从事网络技术及网络增值业务研究,发表论文多篇,研究方向:计算机网络及应用。
张红军:工程师,硕士毕业于中国科技大学,现任职于中国移动广东公司深圳分公司,长期从事网络技术、数据库技术研究,发表论文多篇,研究方向:计算机网络。
收稿日期:2009年2月12日