城域数据网路由策略优化调整

廖尚金，黄伟程，赵锋利

（华信咨询设计研究院有限公司，浙江 杭州 310006）

1 项目背景

物联网、云计算、高清视频以及4G/5G等业务的快速发展极大地推动了用户带宽需求的增长，目前运营商正在大力发展家庭宽带、交互式网络电视（Interactive Personality TV，IPTV）等业务。根据国内某省运营商网管数据统计，用户流量呈现快速发展的趋势，城域数据网的路由策略至关重要，选择适合当前城域数据网的路由策略可以更好地支撑家庭宽带、集客专线业务发展，方便城域网的运行维护[1-3]。

2 城域数据网路由现状

城域数据网主要承载家庭宽带互联网访问、IPTV、WLAN以及集客专线等业务，这些业务对安全性、时延及服务质量（Quality of Service，QoS）的要求普遍不高，网络具有较高的开放性。当前，城域数据网网络架构如图1所示。

图1 城域数据网网络架构

省级城域数据网的层级清晰，主要包括骨干网、省网以及城域网。核心层作为全国骨干网，在本省的落地点负责疏通本省流量至全国其他节点。省网层由省网核心节点和城域网2层组成，其中省网核心节点PB负责本省业务数据的汇总转发，实现与互联网数据中心（Internet Data Center，IDC）等内容中心互通；城域网核心路由器（Core Router，CR）承载各业务接入控制层之间的互访，实现与本地区IPTV节点互通[4]。业务控制层主要由宽带接入服务器（Broadband Remote Access Server，BRAS）组成，承载拨号、静态专线、3层专线等宽带互联网公众业务接入控制。汇聚交换机作为集客专线接入和光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）业务的汇聚节点，与业务控制层互通。

某省数据网络作为一个独立的自治域，采用外部边界网关协议（External Border Gateway Protocol，EBGP）与骨干网对接，省网核心节点PB兼作路由反射器（Route Reflector，RR）与各地市出口路由器建立内部边界网关协议（Internal Border Gateway Protocol，IBGP）邻居关系[5]。CR与BRAS间运行开放式最短路径优先（Open Shortest Path First，OSPF）协议承载业务路由与管理路由，CR和BRAS的端口均运行在area0区域内并建立邻居关系，城域数据网路由现状如图2所示。

图2 城域数据网路由现状

3 优化调整方案

3.1 路由协议对比与选择

目前，运营商城域数据网内常用的内部网关协议（Interior Gateway Protocol，IGP）主要包括OSPF、中间系统到中间系统（Intermediate System to Intermediate System，ISIS）。IGP与边界网关协议（Border Gateway Protocol，BGP）分别属于域内协议和域间协议，能够实现路由信息的交换、学习，最终将用户数据送达目的地[6]。

BGP一般用于运营商、教育网等大型网络，可以容纳的路由信息更多。BGP实现路由转发需要以IGP作为其底层的通信依据，在可靠的传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）基础上建立。IGP协议存储的路由条目量有限，如OSPF协议最多只能容纳10 000条路由。IGP重点是对路由的学习与交换，如发现路由路径等。而BGP协议主要是控制路由的传播并进行路径选择，因此BGP拥有更加丰富的选路策略，便于维护人员控制流量流向。

IGP协议中，OSPF与ISIS协议均属于链路状态路由协议，2种协议在路由发现、泛洪及路由算法上有很多相似之处[7]。ISIS协议域内容纳的路由器数量更多，在区域扩展性、性能消耗、收敛速度以及可承载路由条目数等方面均优于OSPF。ISIS协议更适合运营商级网络，OSPF更适合企业级网络。云业务的网络初期使用OSPF协议较多，随着网络流量和网元逐渐增加，后期由OSPF协议向ISIS协议演进，成为更多自治域内路由协议的演进方向。

目前，通信运营商的数据承载网普遍在核心层域内采用ISIS协议，在域间采用BGP协议的路由策略，其中ISIS协议作为设备的管理路由承载管理流量，BGP协议作为业务路由承载业务流量。

3.2 ISIS协议规划

现网PB、CR及BRAS设备全部启用ISIS协议，设备全部运行在Level-2区域内，IPTV出口路由器、IDC出口路由器等设备采用静态路由协议与CR对接。将城域网ISIS实例名称全部定义为1，将路由器间的互联端口类型配置为广播类型，采用30位掩码，配置ISIS网络为点对点（Point to Point，P2P）模式，不发送广播包，从而减少分层服务提供者（Layered Service Provider，LSP）的泛洪[8]。

本次ISIS协议的metric值不使用默认计算值，规划设置同一网络层级设备互联的metric值应小于不同网络层级的值。除特殊情况外，2台CR设备的互联流量禁止由BRAS互联间链路承载。

3.3 BGP协议规划

沿用现有的自治系统（Autonomous System，AS）号，城域网CR作为省核心节点PB的路由反射器客户端，建立IBGP对等体关系。城域网内业务控制作为城域网核心路由器的路由反射器客户端，建立IBGP对等体关系[9]。为了简化现有路由器的BGP配置，当同样的路由策略应用于多个BGP对端时，将对端指定为一个对等组。本次规划的PG组如表1所示。

表1 PG组规划

CR在路由传递时进行一次路由整理，并复制分发至路由反射器组成员。BRAS设备分别与两个出口CR通过Loopback0建立IBGP会话，实现IBGP会话冗余。为了避免对现有城域网业务造成影响，省网PB、CR及城域网BRAS设备关闭BGP同步和自动汇总功能。CR对BRAS只下发缺省路由，其余路由不发布，而BRAS对CR下发的路由不进行过滤[10]。

BGP路由宣告原则如下：当能够汇总用户路由时，使用静态路由指向的方式发布；当无法汇总用户路由时，使用重分发直连、静态路由的方式将用户路由重新发布并适当过滤。

方案实施后，业务流量流向变化如下。

（1）城域网入方向。方案实施前，BRAS至CR的回程流量均通过发布粗细路由的方式实现返回城域网的流量均衡。方案实施后，CR学习到的用户路由的下一跳通常为设备Loopback0主机地址，当省网核心节点PB的流量到达城域网核心节点CR时，CR通过递归查找ISIS路由找到下一跳的地址，基本不会影响城域网入方向的流量。

（2）城域网出方向。方案实施前，BRAS通过OSPF默认路由疏通城域网流量至CR。方案实施后，BRAS通过ISIS默认路由疏通城域网流量至CR，下发默认路由的路由协议进行了更改，城域网出方向的流量基本不会发生变化。

4 实施方案

4.1 预配置

4.1.1 管理路由

CR与BRAS全部采用ISIS作为管理路由，设备全部设置在Level-2层。由于现网CR与BRAS间以OSPF作为管理路由，在启用ISIS路由时，需要将ISIS协议的Metric值调整为大于现有OSPF协议的Metric值，以降低对现网的影响。

4.1.2 业务路由

全省各地市CR及BRAS均运行IBGP协议，CR兼作本地城域网路由反射器，BRAS作为客户端。目前，CR与BRAS间运行OSPF协议作为业务路由，需要将IBGP的Metric值调整为大于现有OSPF协议的Metric值，以降低对现网的影响。

4.2 将用户路由导入至IBGP协议

将BRAS设备上生成的的聚合网段导入IBGP表，IBGP的Metric值大于现有OSPF协议的Metric值，因此CR的IBGP表中的用户路由不会被优先选中。

4.3 将BRAS设备中的用户路由调整为IBGP协议

该部分是路由优化的关键步骤，切换现有路由架构至新架构共有2种方案。方案一是修改OSPF的管理距离超过ISIS+BGP的管理距离，整体路由承载方式由OSPF切换为ISIS+BGP；方案二是中断原有CR至BRAS之间的OSPF连接，强行进行网络3层路由收敛，收敛后可正常切换至ISIS+BGP。路由切换方案对比如表2所示。

表2 路由切换方案对比

本次采用方案二进行用户业务路由切换。首先，关闭2台CR之间的OSPF邻居关系，关闭CR至其中一台BRAS的OSPF邻居关系，由此引起城域网内OSPF协议重新收敛，导致CR到BRAS的下行流量中断。其次，由于CR与BRAS在前期均配置了ISIS协议，OSPF邻居关系被中断的业务流量由OSPF协议切换至ISIS协议，CR至BRAS间中断的下行流量被重新恢复，上行流量也依据ISIS学习的缺省路由正常转发。根据路由协议，业务中断时间将低于30 s。再次，BRAS上的用户路由和管理路由分别由BGP和ISIS协议承载，删除各设备的OSPF进程。最后，BRAS与CR设备删除OSPF协议。

5 结 论

通过分析路由协议和运营商应用情况，结合实际案例给出了城域数据网由OSPF协议向IBGP+ISIS协议转变的改造方案，对于其他省级运营商在路由协议更改方面提供参考。由于现有城域数据网已经承载了大量的家庭宽带、专线接入等业务，既有单挂城域网，又有双挂城域网的情况，实施过程中需要充分调研现有业务情况，通过城域数据网维护部门、各业务使用部门、集成商以及设备厂商协同配合，保障路由协议顺利完成切换。