面向业务集中化发展的专用IP承载网网络架构演进分析

杨旭，刘佳，刘玮

(1 中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080；2 中国移动通信集团北京有限公司，北京 100007)

1 引言

不同于开放的公众互联网，国内电信运营商通常使用一张专用的IP网络（以下称为专用IP承载网）承载高价值、对网络质量要求较高或具有封闭性要求的业务。除使用VPN（Virtual Private Network，虚拟专用网络）技术对不同业务进行隔离外，专用IP承载网的设计还通常采用较低带宽利用率、故障倒换、FRR（Fast Reroute，快速重路由）、传输保护等多种方式保证网络的轻载和可靠性，以高成本换取高服务质量。

随着云资源池的大规模建设，集中化已成为业务部署的发展趋势。业务跨省流量大幅增加，对数据承载网骨干网带来挑战。专用IP承载网承载的部分低价值业务出现流量激增时可能会导致部分局向链路拥塞，对高价值业务产生影响。同时由于对网络质量要求（时延、抖动、分组丢失率等）相对较低，若该类业务流量大幅增加，按照现有的轻载和高质量标准进行大规模网络建设，将造成大量资源浪费。

基于以上背景，专用IP承载网需要根据业务需求变化情况进行网络演进，从而有效地避免业务间的相互影响，实现为业务提供差异化服务的能力，最大限度地降低网络建设成本、减少资源浪费。

2 专用IP承载网的基本架构

2.1 基于MPLS VPN的网络架构

MPLS（Multi-Protocol Label Switching，多协议标签交换） VPN技术的基本组件包括P（Provider，运营商设备）、PE（Provider Edge，运营商边界设备）和CE（Customer Edge，用户边界设备）。VPN用户通过CE与PE的互联接入运营商网络，PE作为VPN的主要实现者负责业务接入和不同用户的VPN隔离，P不与CE设备直连，在网络中仅负责数据转发。

国内电信运营商部署的数据承载网通常包含骨干网、省网和城域网。依赖于MPLS VPN技术的专用IP承载网，其骨干网负责数据转发，网络设备承担MPLS VPN体系中P设备的功能。骨干网通常由核心层和汇聚层两层架构组成，核心层实现省际业务的转接功能，节点通常设置在业务量较大且具备完善省际传输汇接条件的城市；汇聚层实现各省业务向核心层的汇聚及部分省间业务疏导，节点通常设置在省会城市和个别业务量较大的地市。根据网络覆盖范围不同，省网和城域网也可仅由接入设备组成，构成网络的接入层。接入设备承担MPLS VPN体系中PE设备的功能，负责CE接入和VPN用户的隔离。

电信运营商可根据需求采用同一自治域或不同自治域对网络进行路由组织。本文针对单一自治域扁平化组网方式的基本架构进行讨论（即骨干网由核心层和汇聚层组成，省网和城域网部分仅由接入设备组成的架构），分析流量需求变化带来的影响和网络的演进策略。

2.2 专用IP承载网的QoS策略

为保证业务的承载质量，网络可设置多重保护。例如中继链路设置考虑路由器和中继链路单点故障情况下的流量倒换需求，在核心层同时考虑FRR备份LSP（Label Switching Path，标签交换路径）的流量倒换需求，以实现IP层面的链路保护。同时，中继链路可能采用传输1+1保护方式进行部署，以实现传输层面的链路保护。

2.3 业务特性分析

同样承载在专用IP承载网中的不同业务，其业务特性和需求也有所不同。例如语音等业务具备高价值特性，且对网络封闭性、安全性和网络质量（时延、抖动、分组丢失率等）要求较高（该类业务以下简称高价值业务）；部分业务仅要求网络封闭，本身价值较低并且对网络质量要求较低（该类业务以下简称低价值业务）。

3 网络架构调整

3.1 业务需求变化

随着云资源池大规模建设，业务集中化部署势必会引起专用IP承载网骨干网流量需求大幅增加。集中化部署的业务通常具有流量需求大、地点设置较集中的特点。

大数据、云平台业务飞速发展，业务系统在云资源池集中化管理，各省流量均流向云资源池，同时云资源池之间可能需要进行数据备份，从而导致云资源池之间以及云资源池与各省之间的流量迅速增加。

在业务平稳发展或高价值业务占主导地位的情况下，原有网络架构并不会暴露出明显的问题。若网络中承载的低价值业务大规模集中化部署，那么业务特性的变化带来的影响将不容小觑。由于封闭性的要求，低价值业务无法在具有更大带宽的互联网承载。同时由于低价值业务流量需求大、网络质量要求较低等特点，在现有网络基础上大规模扩容将造成资源浪费、高价值业务面临拥塞的风险等问题。

3.2 架构调整思路

基于低价值业务集中化部署的前提，为实现满足业务需求的同时降低网络整体造价的目标，网络架构调整势在必行。调整思路可简单地归结为根据不同业务特点定制相应的解决方案。将集中化部署的低价值业务剥离出来，通过新增一个专用IP承载网骨干网新平面的方式为该类业务提供服务，原有专用IP承载网骨干网（以下简称旧平面）的架构保持不变，继续承载高价值业务。

由于低价值业务对网络质量要求较低，新平面可适当调整网络设计指标和保护策略，以节省网络建设成本。同时可根据业务部署地点选择骨干网设置节点，例如仅在云资源池所在城市和业务量较大的省会城市设置少量骨干网节点，以更扁平的网络结构换取更高的传输速度。

3.3 构建专用IP承载网新平面

3.3.1 网络拓扑结构

结合业务流量流向特点，新平面可考虑仅在部分省份设置骨干节点。

图1 设置核心/汇聚节点和设置独立汇聚节点省份网络拓扑示意图

兼顾考虑地理位置因素，选择能最快疏导业务流量、业务量较为集中且具备完善省际传输汇接条件的城市设置核心节点，核心节点可同时兼做汇聚节点。除核心节点所在省份外，选取业务量较大的省份设置独立汇聚节点。

剩余业务量较小且涉及接入节点较少的省份，可不设置骨干节点。

(1) 基本网络结构

对于设置有骨干节点的省份，省内涉及大流量低价值业务需求的各地市接入设备双跨接入本省新旧平面的骨干节点，新旧平面分别疏导大流量低价值业务和高价值业务。设置有核心兼做汇聚（核心/汇聚）节点和独立汇聚节点省份的网络拓扑示意图如图1所示。

其他未设置骨干节点的业务小省，涉及大流量低价值业务需求的接入设备双跨接入旧平面本省骨干节点和新平面其他省份骨干节点。新旧平面分别疏导大流量低价值业务和高价值业务，网络拓扑示意图如图2所示。随着业务发展，本省涉及多个地市接入设备接入时，可以考虑增加汇聚节点进行汇聚。

(2) 适应业务接入的网络结构变化

图2 未设置骨干节点省份网络拓扑示意图

根据实际业务接入需求，可对网络结构做适当调整。业务大省独立汇聚节点可兼具接入节点的PE功能，直接接入省会城市或云资源池大流量低价值业务，从而减轻原有接入设备压力，减少转发跳数。大流量低价值业务可通过新增独立CE设备接入，也可通过涉及大流量低价值业务的原有CE设备接入。汇聚兼做接入（汇聚/接入）节点业务接入拓扑示意图如图3所示。

3.3.2 路由策略

图3 汇聚兼做接入（汇聚/接入）节点业务接入拓扑示意图

考虑旧平面为单一自治域的情况，域内使用IGP（Interior Gateway Protocol，内部网关协议）1作为路由协议，通过MP-iBGP（MultiProtocol-Interior Border Gateway Protocol，多协议内部边界网关协议）传播MPLS VPN路由信息，并设置有RR（Route Reflector，路由反射器）设备。新平面与旧平面同属一个自治域，启用一个新的IGP 2，通过MP-iBGP传播MPLS VPN路由信息，同样设置RR设备。新平面骨干设备和RR的本地环回接口地址（Loopback）和内部互连地址由IGP 2承载，RR间建立全网状的MP-iBGP邻居关系。

（1）接入节点双跨接入新旧平面

接入节点双跨接入新旧平面时需同时启用IGP 1和IGP 2两个IGP进程，接入节点上联新旧平面的接口分属IGP 2和IGP 1。接入节点上新建Loopback1，由IGP 2承载，接入节点使用Loopback1与新平面RR建立MP-iBGP邻居。

在接入节点上可使用大流量低价值业务的RT（Route Target，路由目标）值对路由进行过滤，新旧平面RR可接收接入节点通告的所有路由，分属由新旧平面疏导的流量在接入节点上实现分离。路由组织示意图如图4所示。

（2）不同CE 的接入方式

图4 接入节点双跨接入新旧平面的路由组织

对于新平面独立CE接入新平面汇聚/接入节点的情况，汇聚/接入节点启用IGP 2，上联核心节点的接口及Loopback地址由IGP 2承载，汇聚/接入节点与新平面RR建立MP-iBGP邻居关系。汇聚/接入节点向新平面RR通告该节点业务路由，不需要添加任何策略对路由进行控制。新平面RR接收汇聚/接入节点通告的所有路由。路由组织示意图如图5所示。

对于新旧平面共用CE的情况，汇聚/接入节点启用IGP 2，上联核心节点的接口及Loopback地址由IGP 2承载，汇聚/接入节点与新平面RR建立MP-iBGP邻居关系。新旧平面业务分属不同VPN，CE分别向新旧平面VPN通告业务路由，汇聚/接入节点进方向无需策略控制。汇聚/接入节点向新平面RR通告该节点业务路由，不需要添加任何策略对路由进行控制。新平面RR接收汇聚/接入节点通告的所有路由。分属由新旧平面疏导的流量在共用CE上分离。路由组织示意图如图6所示。

图5 新平面独立CE的路由组织

4 优势分析

新平面的建设将更有针对性地为业务提供差异化服务，并最大限度地降低网络建设成本。

4.1 更好地保障高价值业务的承载

将大流量低价值业务和高价值业务分开承载，可以避免大流量低价值业务激增造成的链路拥塞对高价值业务产生影响，为高价值业务提供更好的承载服务。

4.2 最大限度地节省网络建设成本

接入设备覆盖范围广，接入设备的建设相较于骨干网规模更大，总成本更高。新平面采用复用原有接入设备的方式实现而非完全新建一张网络，避免了接入设备的重复建设。

根据业务需求提供更有针对性的保护策略，在满足业务需求的基础上可以有效地降低成本，避免资源浪费。例如在新平面取消传输的1+1链路保护，可在传输层面减少50%的建设成本；又如取消网络层面的故障倒换保护，可在网络层面减少50%的建设成本；再如提高链路带宽利用率的设计值，可减少相应比例的建设成本。

4.3 扁平化网络带来更低的传输时延

新平面根据业务系统集中设置的特点，仅需设置少量骨干节点。更扁平的网络结构带来更少的数据转发次数，提供更低时延的传输。

5 结束语

图6 新旧平面共用CE的路由组织

随着云计算、大数据、5G等业务的飞速发展，专用IP承载网未来承载的业务必然会要求更大的带宽、更低的时延、更高的网络质量。结合业务发展趋势和业务特点，在现有网络基础上构建一个新的网络平面，使基于不同设计标准建设的新旧平面完成不同类型的业务承载，实现了用最低的成本打造最优质的差异化服务网络，为业务发展提供了有力保障。

2018人工智能发展高峰论坛在河南郑州举办

2018年11月1日，2018人工智能发展高峰论坛在郑州市紫荆山宾馆召开。河南省副省长刘伟、工业和信息化部科技司副司长王卫明参加论坛并致辞。中国工程院院士朵英贤、王家耀、汤广福，德国汉堡科学院院士张建伟等嘉宾以及企业精英围绕人工智能技术发展和应用、人工智能与实体经济深度融合等进行了发言和交流。

王卫明指出，人工智能是引领未来的前沿性、战略性技术，正在对经济发展、社会进步、国际政治经济格局等方面产生重大而深远的影响。工业和信息化部深入贯彻落实党中央、国务院关于推动人工智能与实体经济深度融合的战略部署，以信息技术与制造技术深度融合为主线，在新一代人工智能产业发展、融合应用等方面开展了大量工作。下一步，将深入践行创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念，从培育智能产品、夯实核心基础、深化智能制造、构建支撑体系等四方面推进工作，努力推动人工智能产业发展迈上新台阶。

(来源：中华人民共和国工业和信息化部)