同煤通信IP核心承载网优化技术研究应用

闫勇

【摘要】随着网络的快速普及和应用的日益深入，各种增值业务在网络上得到了广泛部署，网络带宽也以指数级增长，网络短时间的中断就可能影响大量业务，造成重大损失。作为业务承载主体的基础网络也因此日益成为关注的焦点。在同煤通信各级领导的带领下，积极探索通信网络基础工程建设，实现了产业升级的企业发展目标。本文就同煤通信IP核心承载网优化技术研究应用进行阐述，以期为实践带来有益的借鉴。

【关键字】宽带 网络 优化

一、前言

近些年，同煤集团的发展逐渐加快，特别是地域上已经突破了原有的同煤地区，随着网络规模的不断扩大、业务量的快速增长，上网用户的持续上升，公司的网络的带宽和设备处理能力已经更不上用户的发展速度，用户上网质量逐渐降低。由其是沉陷区和棚户区用户的大量入住，宽带用户快速发展。随着近几年网络用户不断发展，同煤网络近期处于高负荷网络运营，使同煤承载网网络的负载过高、冗余度降低、扩展性和灵活性降低，主要体现在以下方面。

链路负载过高：两区RPR环网链路忙时利用率超过70%，路由出口链路忙时利用率超过80%，已达到链路的使用极限。过高负载导致冗余度降低，扩展性和灵活性降低，不能满足同煤宽带网络的日常运营要求和业务增长的需求。

环网压力过高：宽带用户的大量增加，由其是两区的用户的快速增长，导致核心交换机处理压力过高，从而导致核心交换机的MAC地址表项在高峰时溢出，导致两区用户不同程度的出现了用户访问外网延时大、丢包率高、速度慢等问题。

硬件槽位不够：核心出口设备容量不足，导致拥塞和压力过大的链路难以扩容和调整，使处于出口的互联层没有了扩展能力。

在业务高峰和异常流量情况下，导致出口链路和承载网、RPR环网等压力过大，形成重大网络隐患，在业务高峰和异常流量情况下将严重影响同煤宽带网络质量，使得同煤宽带用户访问互联网网络的质量下降。

二、技术的应用和创新

本次确定的同煤核心承载网优化实施目标为：保证同煤网络稳定运行，达到提升网速目的，提升了用户宽带上网体验和宽带使用的性价比。提升了网络的稳定性，解决了两区宽带用户发展瓶颈，为同煤宽带用户提供了可靠保证。

因此在项目实施过程中采取了以下技术：

2.1 BGP技术

BGP是一种既可以用于不同AS之间，又可以用于同一AS内部的动态路由协议。BGP是一种与OSPF、RIP等ICP不同，其着眼点不在于发现和计算路由，而在于控制路由的传播和选择最佳路由。BGP使用TCP作为其传输层协议，提高了协议的可靠性。BGP是一种路径矢量路由协议，它采用到达目的地址所经过的AS列表来衡量到达目的地址的距离。路由更新时，BGP只发送更新的路由，大大减少了BGP传播路由所占用的带宽，适用于在Internet上传播大量的路由信息。BGP路由通过携带AS路径信息彻底解决路由环路问题。BGP提供了丰富的路由策略，能够对路由实现灵活的过滤和选择。BGP易于扩展，能够适应网络新的发展。

通过大量的测试分析和流量监控、忙时数据对比测试。最终使用两台华为NE40E-X16电信级别高端路由器作为出口路由器和联通IP城域网口泉、振华两个节点互联。在提高路由处理能力的同时对至联通出口由2*8条GE千兆链路捆绑改成2*10GE万兆链路，增加出口带宽；在核心承载网中为消除链路上的瓶颈，核心路由器和核心交换机以及核心BAS之间全部更换成使用10GE万兆链路互联；这样在同煤IP核心承载网中就没有了链路上的瓶颈，从而保证了用户宽带上网体验和宽带使用的性价比。

公司两台华为NE40E-X16和联通IP城域网口泉、振华两个节点设备分别建立EBGP邻居，通过BGP学习到联通的公网路由；NE40E-X16将BGP学习到的路由发布给核心汇聚交换机。核心承载网内部网络通过OSPF协议互联，NE40E-X16 0SPF下发缺省路由，并转发学习到的路由表。用户流量通过ospf下发的缺省路由到达NE40E，NE40E通过缺省路由或者BGP路由访问公网。公网到同煤核心承载网的回流量，通过联通配置的静态路由，与NE40E-X16 BGP发布的公网路由引导；NE40E-X16通过ospf把业务送到核心汇聚交换机。

2.2 NAT技术

NAT（Network Address Translation，网络地址转换）是将IP数据包头中的IP地址转换为另一个IP地址的过程。在实际应用中，NAT主要用于实现私有网络访问公共网络的功能。这种通过使用少量的公有IP地址代表较多的私有IP地址的方式，将有助于减缓可用IP地址空间的枯竭。

为保障所属地区的相关信息业务，我们通过大量的设备测试分析、数据对比测试。把T1200旁挂至NE40E-X16解决NAT转换用户，节约资金。T1200旁挂NF40E做NAT，与NE40E通过两条物理线路互联。T1200配置缺省路由引导上行流量，下一跳指向NE40E-X16；T1200配置私网地址用户静态路由，下一跳指向NE40E-X16，引导回程路由。NE40F配置去地址池的公网路由，下一跳指向T1200。用户流量从S8512上通过ospf下发的缺省路由到NE40E上，NE40E做策略路由把用户流量重定向至T1200上，T1200做NAT处理后，通过配置的缺省路由把专线用户流量送至NE40E.NE40E通过缺省路由和BGP路由把访问公网。

2.3 MAC地址表项的问题

为了快速转发报文，路由器或以太网交换机需要维护MAC地址表。MAC地址表的表项包含了与该路由器或以太网交换机相连的设备的MAC地址、与此设备相连的路由器或以太网交换机的端口号以及所属的VLAN ID。MAC地址表中的表项包括静态表项和动态地址表项，其中静态表项是由用户配置的；动态表项包括用户配置的，以及路由器或以太网交换机学习得来的。静态表项不会被老化掉，而动态表项会被老化掉。对于目的MAC地址能够在MAC地址表中找到的报文，路由器或以太网交换机会直接使用硬件进行转发；对于目的MAC地址不能在地址表中查到的报文，路由器或以太网交换机对报文采用广播方式进行转发。如果广播后，报文到达了目的MAC地址对应的网络没备，日的网络设备将应答此广播报文，应答报文中包含了此设备的MAC地址，路由器或以太网交换机通过地址学习将新的MAC地址加入到MAC地址转发表中。去往同一目的MAC地址的后续报文，就可以利用到该新增的MAC地址表项直接进行转发了。如果将报文广播后仍然无法找到对应的MAC地址，交换机则将该报文丢弃。

在实施过程中发现随着宽带用户的大量增加，由其是两区的用户的快速增长，导致核心交换机处理压力过高，RPR环网链路忙时利用率超过70%，从而导致核心交换机的MAC地址表项在高峰时溢出，导致两区用户不同程度的出现了用户访问外网延时大、丢包率高、速度慢等问题。

随后为减轻RPR小环的流量压力和提高两区宽带用户上网的质量，通过前期晚忙时数据对比测试分析后，可将沉陷区S8505所带部分两区宽带用户通过光缆直链到BRAS上，从而降低RPR小环流量压力。在针对两区宽带业务的优化中，发现沉陷区S8505业务板已不满足现网需求。本着节约成本及业务优化的原则，将使用现网中沉陷区S8505的两端口万兆业务板和四老沟矿的四端口万兆业务板对换，这样及保证了四老沟矿S8505业务的需求，同时解决了沉陷区58505业务的需求。

经过前期周密的测试和分析以及各项准备后将沉陷区S8505的宽带业务迁移至BRAS设备上承载，采用沉陷区S8505直链BASR设备组网的组网方式。两区宽带用户在网络优化后，解决了核心交换机的MAC地址表项在高峰时溢出，导致两区用户不同程度的出现了用户访问外网延时大、丢包率高、速度慢等问题。同时RPR小环的环比流量下降了20%左右。所以大大的提升了用户上网的质量。

2.4 网络优化的特点

1、基于现有网络应用

本次同煤IP核心承载网的网络优化考虑了当前常用的网络应用结构，不会为了适应高可用性网络部署而影响当前的网络应用。

2、关注技术应用细节

同煤IP核心承载网的网络优化关注各种高可用性技术应用细节和实际部署建议，包括存在多种选择时的最佳实践推荐。

3、考虑整网的可用性

同煤IP核心承载网的网络优化不仅仅是单个产品、单个应用的可靠性，也不是各种可靠性技术的堆砌，更多的是考虑各种可靠性技术综合应用在整网的可用性性能。，

三、总体性能指标的比较

同煤IP核心承载网网络优化，组网架构合理，网络拓扑合理，接口协议符合国际标准。我们从网络优化方案的制定，搭建测试平台，再到项目的验收，始终坚持独立自主创新的思路，充分掌握系统的核心技术。

IP核心承载网优化简化了网络架构，减少了重复建网投资，降低了综合建网成本。提高了网络运行效率，提升了企业通信和信息化水平。IP核心承载网优化使得网络运行维护更为方便，避免了人员重叠配置，降低了运维成本。符合网络发展趋势，避免设备投资沉淀，节约了投资总额和维护成本，提高了企业的赢利能力。其中BCP技术、承载网技术、OSPF技术、NAT技术，MAC地址表项优化技术等均属国内领先技术。

四、存在的问题及推广应用前景

同煤IP核心承载网网络优化后部署更加灵活简便、管理和维护成本低。充分利用互联网路由器的快速转发能力和巨大的传输带宽，满足用户较高带宽的应用要求。实现了同一网络平台上基于IP的数据、语音和视频等不同业务区分和隔离。将通信将变的更为方便、安全、快捷。实现了企业的网络接入统一，分离的语音和数据网络的统一，企业的应用统一，管理界面的统一。随着真正建立在统- IP网络的通信、信息服务将不断发生翻天覆地的变化，家庭网络、企业网络的普及又将世界网络连为一体，那时同煤集团员工的生活将因IP而改变。