基于SRv6+MPLS的双转发平面智能选路实现

马培勇，杨广铭，毛东峰，李玉娟

(1.中国电信股份有限公司研究院，广州 510630； 2.中国电信股份有限公司，北京 100021)

0 引 言

随着国内第五代移动通信技术(The 5th Generation Mobile Communication Technology，5G)大规模部署和建设，国内通信业已经逐步进入到了5G+云的新时代。然而，5G存在基站覆盖范围小和建设成本高的问题；同时，第四代移动通信技术(The 4th Generation Mobile Communication Technology，4G)在消费互联网领域已经有非常多的应用，4G网络条件下可以便捷地使用即时通信(Instant Message，IM)和移动支付(Mobile Payment，MP)等应用，可以流畅地观看手机视频和图像等。而5G的价值更多体现在工业互联网、制造领域和智能驾驶等比较特定的应用场景。因此，5G并不会取代4G，5G和4G将形成长期共存、协同发展的关系。

4G/5G的长期共存及4G/5G业务的互操作，也必然要求4G/5G承载网都长期存在且融合互通。4G承载网主要采用基于网际互连协议(Internet Protocol，IP)的无线接入网(IP Radio Access Network，IP RAN)或分组传送网(Packet Transport Network，PTN)技术，由于建设时间、标准、技术和设备等方面的因素，4G承载网均采用多协议标签交换(Multi Protocol Label Switching，MPLS)协议簇。随着基于互联网协议第6版(IP version 6, IPv6)转发平面的段路由(IPv6 Segment Routing，SRv6)协议标准基本成熟[1-2]，中国电信已经在5G承载网全面部署SRv6，预计国内其他运营商很快也将在5G承载网部署SRv6。因此，在4G/5G承载网上需要解决SRv6与MPLS互通融合的问题。

从组网角度来看，有两种方案可以实现SRv6与MPLS的互通：一是在用户边缘(Customer Edge，CE)路由器侧设置专用网关进行SRv6与MPLS的转换；二是采用SRv6+MPLS的双转发平面。

中国电信4G采用IP RAN设备承载，采用MPLS协议簇；5G采用智能传送网(Smart Trans-port Network，STN)设备承载，在MPLS协议簇的基础上全面部署了SRv6。下面以中国电信为例分别对这两种互通方案进行分析对比。

1 基于SRv6/MPLS转换网关实现新老设备融合组网方案

图1所示为基于SRv6/MPLS转换网关融合组网方案，该方案中，承载网设备按照是否支持SRv6分别独立进行组网，采用SRv6/MPLS转换专用网关方式实现4G/5G承载网络融合。5G承载网络STN采用SRv6建立业务，4G承载网络IP RAN采用原有MPLS方式建立业务，4G和5G网络间的业务流量需要先汇聚到网关，经过网关设备查找路由进行转接，实现流量互通。这种融合方案，需要在网关设备上建虚拟专用网络(Virtual Private Network，VPN)，实现4G/5G基站路由在两个网络平面间的互通，同时部署路由策略，避免正常下行流量从网关设备绕行。该方案中，4G承载网络采用标签分发协议(Label Distribution Protocol，LDP)生成MPLS隧道，使用自治系统间的路由协议(Border Gateway Protocol，BGP)L3 VPN部署3层业务，接入到4G分组核心网(Evolved Packet Core Network，EPC)CE或5G核心网(5G Core Network，5GC)CE设备，实现4G基站到4G EPC的承载[3]；同时为实现与5G网络互通，需建互通的L3 VPN业务到转换网关设备，把4G基站路由注入到网关设备[4]。5G承载网络则采用SRv6方式建立以太网虚拟专用网络(Ethernet Virtual Private Network，EVPN)业务，使用BGP EVPN地址族建立业务接入到5GC CE设备，实现5G基站到5GC的承载[5]；在网关上使用SRv6的locator及END.DX4或END.DX6引入4G网络路由[6]。在网关设备上，互相引入5G和4G网络基站时，需要做路由策略或汇聚，避免每开一个基站都要在网关上进行配置。

图1 基于SRv6/MPLS转换网关融合组网方案

这个方案中，5G与4G承载网络各自相对独立组网并采用不同的保护方式，5G承载网络为SRv6的拓扑无关的无环路备份路径(Topology Independent Loop Free Alternate，TI-LFA)和VPN快速重路由(Fast Reroute，FRR)保护，4G承载网络中则是LDP 远端无环路备份路径(Remote Loop Free Alternate，RLFA)和VPN FRR保护[7-8]。但5G与4G横向互通业务需要网关节点进行互通，如果网关节点故障，则互通业务会中断，存在单点故障隐患。

2 基于SRv6+MPLS双转发平面智能选路实现新老设备融合组网方案

图2所示为基于SRv6+MPLS双转发平面融合组网方案，该方案中，承载网新老设备可采用融合组网方式，全网所有设备均启用MPLS，并在支持SRv6的STN设备上同时使用SRv6功能，形成SRv6和MPLS双转发平面。其中MPLS平面可以采用传统的LDP控制面，也可以采用SR MPLS控制面，视设备实际能力而定。

图2 基于SRv6+MPLS双转发平面融合组网方案

对于支持SRv6的STN设备，同时部署SRv6和MPLS双平面， L3 VPN路由在现有VPNv4/VPNv6地址族通告的基础上，新增加EVPN地址族并选择SRv6封装，同时通告SRv6 EVPN路由和原有的VPNv4/VPNv6路由。对于不支持SRv6的IP RAN设备，保持现有的MPLS平面，待设备升级或替换后使用SRv6平面。待所有设备都替换或支持SRv6后，可逐步删除MPLS平面，平滑过渡到SRv6平面。

在这个方案中，5G承载网中的5GC-CE、ER和B设备均支持SRv6与MPLS双平面。5G业务部署时，每个业务都同时部署EVPN地址族+SRv6封装方式和LDP/SRMPLS+VPNv4或VPNv6地址族，BGP同时发布EVPN路由以及L3 VPN路由。对于5G承载网STN设备，优选EVPN+SRv6路由承载业务，从4G网络收到的MPLS路由也能同时处理；而不支持SRv6的4G承载网IP RAN设备也能收到VPNv4或VPNv6，以原来MPLS方式处理业务，不处理EVPN+SRv6的路由[9]。

SRv6和MPLS平面可以采用内部网关协议(Interior Gateway Protocol，IGP)隔离或灵活以太网(Flex Ethernet，FlexE)隔离方式，实现两个平面间的隔离。使用IGP双环回口或虚拟局域网(Virtual Local Area Network，VLAN)子接口或FlexE切片，部署不同的IGP进程，利用BGP隧道策略为SRv6或MPLS平面选择不同的IGP切片，可实现SRv6与MPLS双平面物理上隔离[10]。当然，同样的方式也能实现不同业务间的隔离。

本方案中5G网络的B设备、ER设备和CE设备都同时发布处理EVPN SRv6封装路由与VPNv4/VPNv6的MPLS路由，设备上的路由簇压力会增加一倍，但带来的好处显而易见：4G网络的汇聚B设备或ER设备可以平滑割接到5G ER上来，不需要做额外的配置，这样4G网络的核心汇聚逐步与5G平滑融合，后续升级扩容更自然。

3 SRv6与MPLS互通两种实现方案对比

表1所示为两种方案在实际操作层面的对比。采用SRv6/MPLS转换网关方案，需要在核心骨干层增加专用网关，增加了投资成本，同时存在单点故障隐患；在新增加业务时，都需要在网关上增加业务部署以及复杂的路由策略控制，增加了业务部署复杂度。采用SRv6/MPLS双转发平面方案，新采集的设备在支持SRv6的同时自然支持MPLS，不需要额外投资，双平面部署不破坏现有业务的部署方案，后续MPLS网络设备可逐步升级或替换，实现SRv6方案平稳过渡，直至全网支持SRv6。

表1 两种方案在实际操作层面的对比

另外，本文还在实验室对两种方案进行了传输性能对比测试，两方案在传输带宽、吞吐量和抖动等方面的指标无明显差异。但双转发平面方案在时延指标上明显更优，在保护倒换时间方面也有少许优势。具体测试数据如表2所示。

表2 两种方案的传输性能对比

总体而言，双转发平面方案优势明显，因此建议优先选择SRv6/MPLS双转发平面方案作为4G/5G融合承载网的方案。

4 现网部署实践及意义

SRv6和MPLS在移动承载网上将长期共存，新老承载设备互通及融合组网是所有运营商发展5G业务所必须解决的关键问题。中国电信在对两种互通方案进行充分认证的基础上，选择了SRv6+MPLS双转发平面方案，并积极引导厂家进行相关设备研发。中国电信组织华为、中兴、烽火和新华三进行相关5G承载网STN设备的双转发平面融合组网测试，并在通过测试后进行规模部署，于2020年建设了全球最大规模的SRv6智能网络承载移动业务，采用SRv6+MPLS双转发平面智能选路实了现承载网新老设备融合组网。

目前中国电信已在移动承载网上全面启用了SRv6，在SRv6与MPLS融合组网方面做出了积极探索和实践。通过对两种主要组网模式进行对比分析，并经过大规模实际部署验证了双转发平面方案的技术先进性和现网部署的可操作性，对网络建设有着较高的参考意义。

5 结束语

SRv6是基于Native IPv6和源路由的新一代网络协议，是云网融合演进道路上的关键技术，成为构筑5G和云时代智慧联接的基础。国内几大运营商都在积极探索SRv6与5G网络的结合，一致认为SRv6将开启新IP网络时代，是新一代IP网络的核心技术之一。

任何运营商在推进SRv6的进程中，都会面临支持SRv6的新设备/网络与不支持SRv6的老设备/网络融合组网的问题。中国电信4G/5G承载网由IP RAN向STN平滑演进的模式具有较高价值的借鉴意义，该模式下新老设备混合组网并支持SRv6优选，解决了移动和政企业务跨新老网络的融合承载问题，实现了全网新老设备融合组网、长期共存，并可按需自然演进，大幅延伸了现网设备的生命周期，保护了存量网络投资，实现了网络价值利用最大化。

当然，在选择SRv6+MPLS双转发平面模式时，运营商尚需制定适合自身网络和业务的双平面选路协议机制及控制策略。同时，移动承载网络与云的协同和融合将成为未来的发展方向，部署了SRv6的移动承载网应进一步向灵活接入不同层面的云资源、满足用户—云、云—云的灵活承载方向演进，实现网随云动、云网融合，以支撑5G+云网业务的商业成功。