IPX网络互连方案研究

2015-07-11文旭桦吕振华杜春生

移动通信 2015年5期

文旭桦，吕振华，杜春生

（中国电信股份有限公司广东研究院，广东广州 510630）

1 引言

随着全球各国经济、商业、人员间的交流日益频繁，国际通信业务被普遍认为是一个潜力很大的市场，也被认为是运营商营业利润提升的新增长点，逐渐受到业界的重视。

当前运营商间的国际通信业务主要包括了国际漫游业务和国际语音业务，随着业务由传统电路向IP化迁徙，这块市场将爆发出更大的潜力。截至2014年4月，已有150个国家和地区部署了497张LTE网络，其中104个国家和地区的288家运营商的LTE业务已经商用[1]。为了给客户带来业务的无缝体验，LTE国际漫游需求与日俱增。预计未来5年LTE网络互联数量年度复合增长率超过80%，同期LTE国际漫游业务收入年度复合增长率超过85%。随着基于IP的语音业务在互联成本、服务质量和业务管理等方面的优势日益突出，预计到2016年，VoIP语音批发业务量将占业务总量的16%，收入规模超过32亿美元。

广阔的前景让运营商愈发重视国际通信业务的发展，也使他们对业务质量、覆盖范围、可扩展性、安全性提出了更高的要求。为满足运营商的迫切需求，IPX（IP eXchange）业务应运而生，逐步成为运营商之间互连互通的主要方式。

2 IPX介绍

2.1 IPX

IPX由GRX（GPRS Roaming eXchange）发展而来，GRX最初目的是连接不同GPRS/UMTS运营商的骨干网及其他GRX网络。GRX由第三方独立运营管理，GSM运营商仅需通过与1个或几个GRX服务商互联，即可与其他GSM运营商快速实现互联互通[2]。

GRX有效的推动了国际通信业务的发展，然而GRX在扩展性、传输速率、安全性、QoS及承载新业务能力方面已难以满足国际业务发展的新需求。IPX的出现，弥补了GRX的上述缺陷，成为承载LTE漫游网间互连业务的主要方式。

IPX通过与公共互联网隔离的私有IP网络，为移动运营商、固网运营商及服务提供商提供高质量、低成本、高安全性的互联互通，为已经达成双边或多边互连商务协议的客户提供具备端到端QoS保证的语音、数据漫游、信令交换服务及基于IP的其他服务，如图1所示[3]。IPX在GRX基本架构之上，对GRX的功能进行了拓展与提高，除了提供原本GRX所支持的各项服务，IPX增加了对以下特性的支持[4]。

图1 IPX基本架构

◆ 快速建立多种客户间的网络互连，并提供多种业务的互连互通。IPX仅用一张网络即可承载所有通信业务，包括信令、语音、数据、短信、OTT等，并能够在全球范围内向客户提供互连服务，客户包括了各种制式的移动运营商、固网运营商、互联网服务提供商在内的多种类型的服务提供商；

◆可分级的端到端QoS保证的IP互连。随着国际业务类型的增加，用户对于业务的速度、实时性、服务质量的要求也越来越高。IPX利用MPLS VPN对业务进行承载，MPLS VPN的高质量、高安全性等特点让IPX服务提供商可以向客户提供具备端到端QoS的互连服务，并可根据业务类型提供多种等级的QoS并提供相应的SLA。这是IPX较之GRX的显著优势；

◆一点接入，简化网络拓扑。客户仅与IPX服务商建立连接，即具备了与该服务商的所有客户进行网络和业务互连的能力，同时也具备了与该服务商有合作关系的其他IPX服务商的客户建立网络和业务互连的基础。这样的互连方式，极大降低了客户开展国际网络及业务互连的复杂度及调测难度；

◆信令转换与互通。业务信令的互通是多种客户间业务互通实现的关键。IPX具备业务代理功能，能够根据客户的需要对信令进行代理和转发，确保信令的可达性和可用性；

◆多样的计费方式。作为一种业务可感知的服务，IPX除了具备基于带宽和流量的计费能力外，还具备了基于服务时长或信令转发条数以及按不同QoS等级计费的方式，使计费更加精细化、多样化，有效提升了服务提供商的管道价值。

2.2 IPX业务类型

IPX提供3种业务互连模式：

简单传输（Transport/Transit only）：此模式下，IPX服务商仅为客户提供了一个具备端到端QoS的“管道”。客户需要向IPX服务商缴纳端口及传输费用，客户间签署双边业务结算协议，IPX服务商仅负责承载客户流量，对具体业务不感知。

业务转发（Service Transit）：此模式下，IPX服务商能够感知业务，会根据转发的业务类型和客户计费结算需求来确定对业务的处理方式，并根据业务特性来向客户收取费用，收费方式包括带宽费、业务使用费等。

业务转接（Service Hub）：此模式下，IPX服务商提供了一个具备业务感知能力的枢纽服务。客户与IPX服务商签订单一的合同，便可以与接入IPX的所有用户实现互联。通过这样的模式，IPX服务商作为业务的核心，集中处理业务合约和信令、数据和财务结算、预防欺诈、测试及日常维护。客户一点接入便可以迅速实现业务覆盖。

目前IPX提供商主要向客户提供简单传输及业务转发服务，客户可以通过1个IPX和多个合作伙伴互连，也可通过多个IPX连接多个合作伙伴。

2.3 IPX内部组网及业务代理能力

IPX利用MPLS VPN实现高速、高质、高安全性的网络互联互通。客户通过IP方式接入IPX网络，并通过配置实现与其合作方（如出访漫游地运营商等）的网络和业务互通。IPX内部网络一般分为承载层和业务层。承载层基于通过MPLS VPN进行承载，客户通过专线或IPSec方式接入IPX网络。业务层具备业务感知和转发代理能力，具备以下功能：基于会话的计费，并能产生代理日志和CDR文件；能够灵活的设置黑名单/白名单；具备在不同的IP多媒体网络间传输控制面和用户面的能力；具备安全功能（如访问控制）；IPv4/IPv6互相转换的能力；信令及媒体协议转换能力；目的地址查找能力；数据流透传；支持服务源地址和回溯查询。

3 IPX互连组网方案

一般情况下IPX服务商需要考虑2种场景的互连组网：（1）与客户的互连；（2）与其他IPX服务商的互连。场景（2）中，IPX服务商之间是一种对等互连关系，称为IPX Peering，实现IPX Peering的IPX服务商称为IPX Peer。IPX互连模型如图2所示，IPX服务商X与IPX服务商Y是IPX Peer关系。客户A和客户B与X通过本地接入电路互连，A、B间的IP流量将通过X转发。客户C与B通过本地接入电路互连，其与A或B之间流量可以通过X与Y的Peering接口实现转发，X与Y共同保障客户C与A、B间流量的QoS。可见客户仅需连接到IPX就具备了与其他客户互连的能力，不必与每个客户建立专门的连接。

图2 IPX业务组网模型

3. 1 IPX与客户互连组网方案

客户通过本地接入电路与IPX互连，客户边界路由器BG与IPX边界专用CE通过接入电路对接，并将流量通过业务涉及地PE汇聚后经MPLS VPN网络发至对端。

客户与IPX服务商有3种类型的互连方式：

Layer 1：直连方式，通过专线或光纤；

Layer 2：逻辑连接方式，通过ATM、LAN或帧中继实现互连；

Layer 3：通过建立在公共IP网上的VPN（如IPSec）实现互连。

由于IPX向客户提供了端到端QoS保证，因此IPX服务商应通过分界点来明确端到端QoS保证的范围[5]。分界点一般位于IPX骨干网络外，作为IPX服务商的责任延伸点。分界点之间的QoS由IPX服务商进行保障，分界点外的QoS则由客户负责。

IPX服务商需要与客户协商来确定分界点，分界点的确定与互连的本地接入电路由谁提供有直接关系，一般有以下2种方案，如图3所示：

图3 IPX分界点确定方案

方案1：IPX服务商负责或其委托第三方网络提供商提供和管理本地接入电路。在此方案中，分界点位于客户BG连接本地接入电路的端口处，本地接入电路的网络连接和QoS由IPX服务商保障。

方案2：客户负责或其委托第三方网络提供商提供和管理本地接入电路。在此方案中，分界点位于IPX服务商专用CE连接本地接入电路的端口处，本地接入电路的网络连接和QoS由客户保障。

无论本地接入电路由哪方提供，都必须对该段电路的能力提供保证，若出现该段电路的流量达到能力的80%或QoS不符合要求时，应对网络进行升级，保证业务的正常使用。

客户与IPX间路由配置方式包括BGP-4（动态路由）和静态路由这2种方式。

◆BGP-4互连

对于具备公有A S 号的客户，首选采用BGP-4互连，并要求客户支持4 字节AS。IPX利用BGP的Extended Community属性来区分不同用户地理位置和服务类型，并按照以下规则对每一条收到的路由信息标注对应的Extended Community取值。

Extended Community值定义为aaaaa:nnnnn，其中aaaaa为消息的IPX服务商的自治域AS号，nnnnn的数值由以下规则确定：

Extended Community 1（1nnnn）：地区信息；

Extended Community 2（2nnnn）：客户类型；

Extended Community 3（3nnnn）：保留信息。

Extended Community 1值按地区分配如表1所示：

表1 地区与Extended Community 1值的映射

Extended Community 2值按客户类型分配如表2所示：

表2 客户类型与Extended Community 2值的映射

不同类型的客户可接收的路由信息如表3所示。

各客户类型解释如下：

MNO-G（Mobile Network Operator-GRX）：利用IPX实现原有GRX业务的GPRS/UMTS/LTE运营商。

MNO-I（Mobile Network Operator-IPX）：使用所有IPX业务的GPRS/UMTS/LTE运营商。

NGNO（Next Generation Network Operator）：除GRX外，使用其他IPX业务的服务提供商，如国际固话服务提供商、OTT等。

表3 目的客户及转发类型

◆静态路由

客户与IPX采用静态路由互连，由IPX 专用CE对静态路由重分发到BGP-4，其标注的Extended Community值与BGP-4互连的标准一致。

2种路由配置在同一逻辑电路组中仅允许使用其中一种方式，从路由广播的便利性和灵活性出发，推荐使用BGP-4互连。

3.2 IPX Peering组网方案

IPX服务商之间的对等互连称为IPX Peering，客户可以通过IPX Peering与另一IPX的客户实现互联互通，实现IPX Peering的IPX服务商之间以IPX Peer相称。Peering的双方仍然要相互保证QoS。通过Peering方式，IPX服务商能够有效的扩大业务覆盖范围。

IPX服务商Peering有2种实现方式：

（1）通过专线与其他IPX服务商直连；

（2）通过IPX网络互连数据中心（AMS-IX或Equinix等）与其他IPX服务商互连。

为确保在IPX间不同业务流量隔离，对于不同的业务（如LTE漫游媒体流、LTE信令、IPX语音、IPX语音信令）应使用独立的VLAN及路由表。在IPX Peering的所在地需遵守当地的监管政策。另一方面，IPX Peer间应根据对方的需求，共同保证双方客户流量的QoS，确保所有客户的业务质量在跨越不同的IPX时依然能得到满足，协助客户将业务扩展到更大范围。