APP下载

IP城域网业务控制层虚拟化方案探讨

2017-02-06张云帆

移动通信 2017年23期
关键词:现网城域网虚拟化

张云帆

(江苏省邮电规划设计院有限责任公司,江苏 南京 210019)

1 引言

近年来随着互联网的高速发展,运营商的IP城域网承载的业务种类也越来越多,在传统的高速上网、企业专线、视频业务的基础上,又增加了4K视频、VoIP(Voice over IP,承载在IP网络上的语音)、云计算、大数据、物联网等。新兴业务不仅产生了新的流量,并且对网络的承载能力及服务质量也提出了更高的要求。在新业务、新流量的冲击下,传统的城域网架构弊端开始暴露,主要体现在控制和转发能力不匹配、扩展性较差、管理运维难度大、资源利用率不均衡、建设维护成本高等方面,难以满足快速、灵活、弹性的互联网业务发展需求。幸运的是,SDN(Software Defined Network,软件定义网络)、NFV(Network Function Virtualization,网络功能虚拟化)和云计算技术的发展使得解决这一难题成为可能。通过NFV技术对城域网关键设备进行虚拟化改造,以打破现网设备软硬件一体的封闭架构;并结合SDN的核心理念进行转发与控制面的分离,使得网络的控制更加灵活智能;最后借助云计算资源动态伸缩的特性应对业务量的实时变化,下文将结合现网情况,对具体改造方案进行深入分析和探讨。

2 业务控制层存在的问题

IP城域网业务控制层主要承担各类业务的控制功能,所有的用户属性、业务逻辑、地址转换、策略控制均是在这一层进行处理,也是解决城域网面临问题的关键所在。

业务控制层存在的问题如下:

(1)转发控制能力不匹配

现网设备的转发和控制能力紧密集成,400 G、1 T大容量交换平台的出现使得设备的转发能力普遍较强,但终端管理、VoIP、物联网等业务会产生海量的并发连接,使得设备的控制能力成为了瓶颈,常常在转发能力还非常富余的情况下,就不得不对设备整体进行扩容。

(2)设备利用率不均衡

现网设备都是按照区域进行部署的,每台设备只能处理固定区域的业务,由于各区域业务量、业务种类并不均衡,设备忙闲不均的情况非常突出。

(3)业务响应速度慢

现网设备软件与硬件紧耦合,为适应新业务的需要,对全网的设备逐台进行升级,实施难度大、工程周期长,难以满足新业务快速上线的需求。

(4)建设维护成本高

现网设备采用软硬件一体化的封闭式架构,扩展性差,容易被厂家绑定,后续扩容时议价能力较低,且不同厂家设备管理、维护界面差异化很大,对维护工作造成了困难。

图1 三种虚拟化实现方案示意图

3 业务控制层虚拟化方案

3.1 NFV三层解耦

早期的NFV方案多为不解耦或软硬件部分解耦的方案,这样并不能完全打破现网设备一体化的封闭架构,摆脱厂家的绑定。对于电信运营商而言,希望实现三层充分解耦,即网元功能软件+通用虚拟化平台+通用硬件的完全解耦。这样有助于构建一个完全开放的生态,三个层面均可灵活选择相关产品单独进行采购和建设,通过标准接口在上层编排器的统一调度下有序地运作。

3.2 业务控制层虚拟化方案

除了上节提到的三层解耦外,在现阶段,还面临着以下一些难题:

(1)通用X86服务器的转发性能问题。虽然业界已针对提高X86服务器的转发性能提出了DPDK(Data Plane Development Kit,数据平面开发套件)、SRIOV(Single-Root I/O Virtualisation,单根I/O虚拟化)、巨页内存等一系列优化方案,但到目前为止,X86服务器的转发性能与传统专用硬件仍存在显著的差距。在4K高清视频等一些对转发性能要求较高的场景下,专用转发硬件仍有用武之地。

(2)控制与转发仍未分离。在标准的三层解耦中,并没有对控制与转发的分离进行严格限定,这样仍然存在控制与转发能力不匹配以及各控制能力之间的需求不均衡等现象。

(3)现有设备的演进。对于新建设备,当然可以直接采用虚拟化、全解耦的设备形态,但现网存在的大量软、硬件一体化的设备,必须充分考虑如何让这些现网设备也能继续发挥作用。

综合上述考虑,提出了三种虚拟化方案,如图1所示。

(1)一体化模式

只进行软、硬件分离,控制与转发仍集中在同一台设备上。这种方案会导致控制面分散,不利于集中管理,且仍然存在控制与转发能力不匹配的问题,一般不推荐采用。但由于其实现及部署简单,也可用于实验阶段或承载一些业务量较小的独立业务。

(2)X86设备转控分离模式

转发面与控制面进行分离,均采用虚拟化的X86服务器进行承载,控制面与转发面可根据实际业务需求选择部署在相同/不同的云资源池上。由于控制面实现了集中,不仅解决了控制与转发能力不匹配的问题,还可以将控制面的用户认证、地址转换、防火墙、VPN等多个功能进一步拆分成微服务,利用业务链灵活地控制业务流经过哪些控制节点,从而现实业务的灵活编排。

(3)专用设备转控分离模式

上文中提到X86服务器的转发能力与专用硬件还有一定的差距,因此,在一些对于转发性能要求较高的业务场景,可以采用X86服务器承载控制面,而转发面仍采用专用转发设备的模式,充分发挥X86服务器的计算性能优势以及专用转发设备的转发性能优势。

对于现网的设备,可以通过厂家的软件升级,使得转发面可以分离出来,现有设备只承担专用转发面的功能,充分保护现网的投资。

4 业务场景及部署模式探讨

4.1 网络从CO向DC化演进

在各大运营商的网络重构战略中,网络从依托于传统行政区域划分的分层架构演进为DC(Datacenter,数据中心)为中心的组网新格局已经成为共识,简称CO(Central Office,中心机房)DC化。DC化之后的机房除承载IT系统及业务平台外,还将承载各种NFV化之后的网元,当然也包括虚拟化后的业务控制层设备。

一般分为三级DC,如图2所示。

(1)区域DC。以省或大区为单位,承载一些省/全国层面的骨干网元。

(2)核心DC。指城域网核心,考虑安全性一般成对设置,承载一些地市层面的核心网元。

(3)边缘DC。每个城域网内多个,承载一些需要靠近用户分布式部署的网元。

图2 DC分层组网示意图

4.2 各业务场景典型部署模式

对于现网的一些典型业务,分别建议的模式如下:

(1)大会话低流量业务

现网的VoIP、VPDN(Virtual Private Dial-up Networks,虚拟专用拨号网络)、物联网、终端管理等都属于典型的大会话低流量业务,即并发连接数很多,但每个用户的流量都较小。对于此类业务,建议采用基于X86设备的转控分离模式进行承载,充分发挥X86服务器计算性能的优势。一般部署在核心DC,在初期试点业务量很小时也可集中部署在区域DC。

(2)大流量业务

典型的有高速上网、4K视频等,这类业务流量较大,对设备转发性能也有较高要求,优先推荐专用设备的转控分离模式(出于成本考虑,也可采用基于X86的转控分离模式)。控制面采用X86服务器承载,建议部署在核心DC;转发面采用专用设备(可利旧现有设备),建议部署在边缘DC。

这样,一方面解决了转发与控制能力不匹配的问题,另一方面,也改变了以往地域化的部署模式,形成相对集中的转发硬件池,有效解决设备利用率不均衡的问题。而且基于云计算统一基础资源承载,也能够很方便地利用虚拟机或容器技术根据业务需求实现网络能力的实时动态调整,相比以往漫长的硬件采购、部署周期,极大缩短了业务上线时间。控制层分离以及微服务化后,对某个控制功能的调整可以在不影响其它业务的情况下迅速完成,对新业务的支撑更加灵活。

4.3 业务分流方案

虚拟化后,业务控制层设备从原先的串接在网络中,变成集中部署在核心DC或边缘DC中,这样就带来了流量的重新引导问题。分流点建议设置在城域网汇聚交换机上,采用支持VxLAN(Virtual Extensible LAN,虚拟可扩展局域网)的汇聚交换机(或者在原有汇聚交换机上旁挂一台支持VxLAN的设备也可实现),通过VxLAN技术,可以在三层城域网上建立二层隧道,分别将控制流及业务流通过VxLAN隧道引导至不同的DC。还可以根据业务类型,将不同的业务流分别引导至不同的转发面设备,如图3所示:

图3 业务分流方案示意图

5 结束语

本文结合运营商CO到DC的网络重构工作,综合利用SDN、NFV、云计算技术将现有IP城域网的业务控制层进行虚拟化改造,可以有效提升设备资源利用率,进一步提高业务的可靠性,极大缩短新业务上线时间,同时能够降低建设与运维成本,解决困扰网络发展的诸多难题。当然目前这个技术还处于起步阶段,还存在一些问题,需要在各方的努力下逐步解决,如三层解耦需要对多个厂商、多种系统之间的接口进行标准化问题;通用X86服务器的转发性能与稳定性仍有待提高;标准化的通用转发硬件目前还未成熟商用的产品;现网设备的转控分离改造也还需要时间等。不过瑕不掩瑜,目前各大运营商正在联合产业各方积极开展相关的实验和验证工作,预计在2018、2019年就将出现一些规模化的商用案例。

[1] 冯小芳. vBRAS在IP城域网中的应用探讨[J]. 电信工程技术与标准化, 2017(8): 71-74.

[2] 杨锋,谢冲锋,史凡. 城域网虚拟化方案及思路探讨[J].中兴通讯技术, 2016,22(6): 36-39.

[3] 乔建,苗杰. 运营商城域网虚拟化vBRAS应用[J]. 江苏通信, 2017,33(3): 74-77.

[4] 史凡,赵慧玲. 中国电信网络重构及关键技术分析[J]. 中兴通讯技术, 2017,23(2): 2-5.

[5] 孙同磊,周余芯. 基于vBRAS资源池构建新型城域数据网[J]. 电信科学, 2016(S1): 107-112.

[6] 邵广禄. SDN/NFV重构未来网络[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2016.

[7] 徐雷. 网络功能虚拟化技术与应用[M]. 北京:人民邮电出版社, 2016.

[8] 李素游,寿国础. 网络功能虚拟化(NFV架构开发测试及应用)[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2017.

[9] 王怀滨. 中兴通讯BRAS NFV&SDN实施方案[EB/OL]. (2015-07-08)[2017-10-18]. http://www.c114.net/topic/4701/a907199.html.

[10] 王熙. 中国电信:vBRAS是网络重构的重要组成[EB/OL]. (2017-07-24)[2017-10-18].http://www.cww.net.cn/article?id=411377. ★

猜你喜欢

现网城域网虚拟化
IP城域网/智能城域网BGP收敛震荡的分析方法
基于Relay架构的移动核心网方案研究
基于OpenStack虚拟化网络管理平台的设计与实现
对基于Docker的虚拟化技术的几点探讨
虚拟化技术在计算机技术创造中的应用
IP城域网建设中技术及应用情况分析
城域网CGN部署方式探讨
存储虚拟化还有优势吗?
城域网NAT444技术的应用研究
LTE覆盖的评估、定位和优化