“三重播放”IP网承载架构的演进探讨

2011-09-13刘丽莉

通信技术 2011年1期

刘丽莉

（上海贝尔股份有限公司，重庆 400020）

0 引言

中国的互联网宽带业务飞速发展，截止2009年12月底，中国上网人数已经达到3.84亿，在全球排名第一，网民的普及率达到28.9%。并且，2010年通过互联网和宽带网络提供的交互式网络电视（IPTV）用户数量将增到850万个，预计到2011年中国IPTV用户总数将达到2200万。在如此强烈需求的趋动下，电信IP网络也将面临从原先单一承载普通上网数据业务转向真正的“三重播放”（Triple play）即语音、视频、数据等全业务承载[1]上。IPTV作为目前非常热门的“三重播放”重头业务，对建设电信全业务网络承载架构提出了新的挑战。

三重播放对传统电信网络的冲击并不是简单的光进铜退[2]，引进无源光网络（PON）系统[3]，还涉及到整个IP城域网络架构的优化与转型[4]。电信运营商面临最突出的问题在于接入层视频业务的爆炸式增长引发对现有 IP城域网络优化建设的迫切需求。IP城域网新的建设目标将是“具备业务感知能力的网络”。

1 电信全业务IP承载架构演进

1.1 整体演进目标

“三重播放”对用户体验质量的要求与宽带上网截然不同，必须采用新的网络架构和新的技术[5]。网络演进应提高用户体验质量，并最大程度地保持网络架构的灵活性，支持以下特性：

①可扩展的基于每个用户的带宽控制和流量记账具有很高的性价比；

②通过在整个网络范围内全程开启组播功能，能够在近期优化网络的组播效率，远期来看应确保逐步具有开展100% 的视频点播（VoD）业务的网络扩展能力；

③最大程度地降低部署用户业务的复杂度；

④在同时支持现有模式提供高速 Internet业务的同时，优化视频（Video）和IP语音（VoIP）业务的市场推广和部署能力。

1.2 整体演进思路

为实现以上目标，IP网承载架构主要演进思路如下。（1）引入IPoE认证方式

在业务控制层，由于业务已由单一的普通高速上网演进到差异化的全业务，需要改变业务认证方式。 IPTV适合采用 IPoE认证，支持永远在线，普通上网业务仍然采用在以太网上传输PPP的方法（PPPoE）方式认证。

如果由业务路由器(SR)作为局端（POP）点，采用IPoE方式提供，动态主机分配协议（DHCP）分配IP地址。这样就可以将组播复制点下移至靠近用户的二层设备，从而节省网络带宽，克服组播复制点限制在宽带接入服务器（BRAS）上的性能瓶颈。

（2）采用优化的分布式用户策略

在组播复制点下移至靠近用户的二层设备后，业务控制层设备不再负担为几万甚至几十万用户执行基于每个用户的策略。这一功能被分布在汇聚交换机上执行，并且这些基于每个用户的策略可在面向接入节点如数字用户线接入复用器（DSLAM）或局域网接入交换机（LAN access switch），光纤线路终端（OLT）的接口上实施。

（3）二层网采用VPLS

二层汇聚设备由普通的二层汇聚交换机演进到新型VPLS以太汇聚网，实现在二层汇聚网的业务可控，可感知。

2 引入IPoE认证方式

2.1 IPoE的认证过程

IPoE的认证过程如下：

①客户端发起1个DHCP Discover（DHCP发现请求），要求得IP地址；

②请求到DSLAM/OLT，插入Option82（参数）；

③DSLAM/OLT——宽带网络网关（BNG）；

④BNG——Radius AAA Server（远程认证拨号用户服务的认证、授权、计费服务器），发认证请求，判断是否合法，告诉可以接入，返回BNG授权；

⑤BNG——DHCP Server（DHCP服务器），分配IP地址下发。

Option82选项：实现用户和线路的精确绑定，通常由DSLAM/二层交换机/OLT将用户端口信息和设备信息插入用户的DHCP报文。

2.2 IPoE可将组播复制点下移

组播报文若在IPoE通道上承载，不需要对组播报文进行以太网帧封装（PPP）封装处理，因此组播复制工作不用限定在终结PPPoE的BRAS上进行，可以根据业务灵活部署在接入节点OLT（DSLAM或LAN access switch），就可以克服组播复制点限制在BRAS上的性能瓶颈，组播复制点越靠近用户越节省网络带宽。IPoE认证，可以集中部署DHCP Server，为IP终端分配IP地址，SR启用DHCP中继（DHCP Relay）功能。

而PPPoE是在BNG设备和用户之间建立点对点连接，现网二层设备不支持基于 PPPoE的互联网组管理协议探听（IGMP snooping），导致采用PPPoE封装时在二层设备上无法进行组播复制，只能在BRAS上进行组播复制。

3 优化的分布式用户策略执行

3.1 优化传送效率

针对IP城域网接入层，优化传送效率的主要措施为：将节目内容根据点播的频率，逐级推送到各插入点。点播频率最高的节目推送到最靠近用户的 DSLAM，OLT，以及园区二层交换机上。极大缓解了从接入设备到业务控制层的带宽压力，以及业务控制层核心设备的性能压力。如图1示。

图1 优化IPTV/VoD内容插入点

3.2 业务控制层的优化部署

业务控制层将精品业务与普通业务在物理承载网络上进行区分：

①对精品业务(大客户虚拟个人网络VPN、VoIP、IPTV等)进行更精细化控制，采用IPoE的认证方式，用支持IPoE的SR终结；或者用专门的DHCP Server平台分配IP地址，SR开DHCP Relay；

②对现有的HSI业务用户保持PPPoE模式，并且终结其PPPoE流量。

3.3 二层网络的QoS分布式策略

通过高性能的二层汇聚层网络，将针对每个用户的服务质量（QoS）策略分布到汇聚交换机上执行，充分地简化了对业务控制层至汇聚交换机之间的QoS要求，这样将业务可感知可区分的压力从原先单一的控制层分解转移到二层汇聚层，接入层[2]。事实上业务控制层设备不再负担为几万甚至几十万用户执行基于每个用户的策略。这一功能被分布在汇聚交换机上执行，并且这些基于每个用户的策略可在面向接入节点（DSLAM或LAN access switch）的接口上实施。

从QoS来看，业务控制层根据与内容相关的服务等级承诺执行对业务的转发，而不再针对每个具体的用户。在二层网络的交换机的网络侧接口上采用基于服务等级的排队以确保 Video业务的控制流具有最小的传送时延，并且优先处理的数据/HSI业务，以确保比“尽力而为”服务等级的普通上网数据业务能够获得更好的性能。

4 VPLS技术引入二层汇聚网

如果二层网络需要执行分布式用户策略，那么传统以太网交换机桥接解决方案将显得力不从心。基于多协议标签交换（MPLS）的VPLS[6]构建宽带接入二层汇聚网络可实现分布式管理，减轻SR的压力，业务扩展和部署较容量。具有以下优势：

①基于IP/MPLS技术的架构，提高了网络的可靠性、稳定性和安全性，快速重路由技术保证小于50 ms的故障收敛时间；

②支持MPLS流量工程；

③网络架构具有强大的网络可扩展性(扩展覆盖用户数量的能力)及业务可扩展性(扩展支持其他新的全业务的能力)，具有端到端QoS能力、强大的操作管理与维护（OAM）手段。

VPLS技术将MPLS标签放在2层与2层之间，把用户的 2层信息作为业务传递到对端，不作任何修改。PE将客户的以太网帧封装在MPLS包内，外层封装MPLS标记交换路径（LSP），内层封装不同的虚拟电路（VC）。在目的端由运营商边缘路由器（PE）终结LSP，弹出外层标记，将会根据虚拟电路标签（VC Label）来确定是属于哪个VPLS实例的流量。即VPLS在3层网络上模拟2层隧道，OAM[7]、QoS，组播等都比2层网络健壮，因此它是最适合二层汇聚网的电信级以太网技术之一。