面向云时代的新型城域网组网方案

2022-07-08白月维何二朝初彦萍

通信电源技术 2022年4期

白月维，何二朝,2，王葆,2，初彦萍,2

（1.河北电信设计咨询有限公司，河北石家庄 050021；2.石家庄市宽带接入与传送网络优化技术创新中心，河北石家庄 050021）

0 引言

在云时代，互联网和物联网获得了高速发展，运营商业务的多样性越来越凸显，既有面向个人消费者的互联网业务，也有面向垂直行业的虚拟专网业务，还有面向社会治理的公共业务，这些业务在流量、时延、可靠性以及安全上表现出极大的差异。随着云业务的发展，接入节点的数量将成百上千倍地增长，要求用户流量就近入云[1]。

城域网（Metropolitan Area Network，MAN）面向接入云、边缘云、本地云、骨干IP承载网、区域云等多个子网络，传统城域网根据业务和客户要求，主要采用了两层专线、两层多点VPN、3层虚拟专用网络（Virtual Private Network，VPN）等不同技术完成网络对接。传统“烟囱式”的建设模式对业务的开通、维护、创新带来巨大挑战，具体表现为网络复杂、维护成本高、业务时延长、业务对接难等，同时也导致骨干网络中过多的流量迂回和大量的背靠背端口浪费等问题[1]。

在此背景下，运营商提出构建以DC为核心的综合承载的新型智能城域网，实现以高效、动态的方式连接城域内大量的接入节点[2]。新型智能城域网通过简化架构，引入和推广简化的网络设备，既有助于提升流量疏导能力，也有助于实现业务快速创新和用户体验有效提升。

1 智能城域网新技术

云网一体要求将网络与云协调起来，为用户提供端到端、完整、灵活、可扩展的技术方案，网络按照云的要求提供资源，要求智能城域网具有敏捷、智能、高效、开放这几个特征才能适应业务发展[3]。智能城域网面向云业务，引入新的底层传送技术分段路由（Segmented Routing，SR）、统一的业务承载技术EVPN和集中式的软件定义网络（Software Defined Network，SDN ）控制器等，实现了对4/5G、家庭宽带、政企等多种业务的综合承载。

1.1 SR分段路由

SR是一种新型路由技术，将网络任意两节点的路径划为一段，由一个SID（Segment ID）标识。SR是一种源路由机制，只需在Ingress节点维持Per-flow的状态而无需在中间节点或尾节点来维持Per-flow的状态。SR还具有网络协议简化、流量调度能力强、故障恢复速度快等优点，并得到运营商和多数设备商的支持[2]。

1.2 EVPN专网

下一代全业务承载虚拟专用网络（Ethernet Virtual Private Network，EVPN）采用控制与转发分离思路，引入了控制面，利用边界网关协议（Border Gateway Protocol，BGP）扩展协议来传递媒体存取控制（Media Access Control，MAC）信息。EVPN基于MP-BGP，定义了一系列新的BGP EVPN路由类型，从而使EVPN网络中的不同站点间可以相互学习MAC地址信息。EVPN可以实现两层专线、两层多点VPN和3层VPN等多种形态的统一承载，从而大幅降低网络协议的复杂度，这有利于“网络即服务”的实现。

1.3 SDN控制器

软件定义网络（Software Defined Networking ，SDN）是一种新型的网络架构，将网络的控制平面与数据平面分离，构建逻辑上集中式的控制平面，这样使网络可编程、易管理，有利于资源的统一调度，实现确定性访问。

SDN控制器通过北向接口为政企、移动等业务切片提供能力开放和自动化编排，通过南向接口将业务需求转化为设备配置方案下发到单一或多厂家的物理或虚拟化网元[5]。

2 智能城域网网络架构

新型城域网基于云网融合和SDN理念，借鉴了数据中心的Spine-Leaf架构，采用“核心（MCR）+汇聚（MER）+接入（MAR）”3级简化架构，如图1所示，实现通信云、移动业务、政企大客户接入以及家宽等业务的综合承载[6]。

图1 智能城域网组网目标架构示意图

相较于传统城域网和本地传送网，新型城域网架构具有如下优势。

（1）简化信令和协议。传送层面采用端到端SR技术，业务层面采用端到端L3VPN/EVPN技术，不同业务的承载不再像传统城域网那样进行多段不同技术的拼接，所有业务终结点之间直接打通，为业务开通和维护带来更多便利。

（2）统一调度资源。新型城域网引入SDN控制器和编排器，实现了全网资源的统一调度，解决了跨域和端到端调度等难题，这将降低网络时延，提升用户体验。

（3）降低建网成本。新型城域网减少了不同子网络间的背靠背设备和骨干链路迂回，增加了东西流量，减少了南北流量，这将降低核心侧路由器端口的利用率，从而减少网络投资。

3 带宽需求模型

3.1 智能城域网核心设备

结合通信云DC及各类业务规划情况，确定核心设备的下行端口需求以及跨网互通端口需求。

（1）下行端口需求：根据DC的业务覆盖范围，获得相应范围内的汇聚设备上行端口需求即核心设备下行端口需求。

（2）东西端口需求：根据DC间流量规划需求，结合带宽利用率计算东西流量端口需求。

（3）跨网互通端口需求：应根据DC的业务覆盖范围及相应的业务流量出网需求结合带宽利用率计算到他网的互通端口需求。

3.2 智能城域网汇聚设备

结合覆盖、汇聚机房、通信云DC及各类业务规划布局情况，确定各类汇聚设备台数和相应的业务类下行端口需求，再根据流量流向计算上行流量结合利用率指标计算上行端口数。

（1）5G基站接入上行需求：接入环路数量×环路速率，综合接入环根据流量测算结果可选择10GE/50GE组网。

（2）大客户业务端口需求：来自大客户业务端口规划需求。

（3）通信云Leaf下行端口需求：根据DC服务器数量及其端口配置，计算总端口需求，按照模型获得Leaf数量和相应的下行端口需求。

（4）上行端口需求：根据流量流向需求结合带宽利用率指标计算上行端口数。

按照单基站均值流量及分层流量收敛比分别计算汇聚设备上联以及核心设备至5GC的预测流量。

汇聚区汇聚设备上联链路业务流量=本汇聚区5G基站数×均值流量×收敛比。

核心设备至5GC流量=本业务区5G基站总数×均值流量×收敛比。

4 网络配置方案

4.1 自治域划分

自治系统（Autonomous System，AS）号与现有IPRAN保持一致。

4.2 IGP/SR部署情况

内部网关协议（Internal Gateway Protocol，IGP）层次化部署，智能承载网与接入层均部署中间系统到中间系统（Intermediate System to Intermediate System，ISIS）协议，智能承载网核心设备、汇聚设备部署在同一个ISIS进程内，采用Level 2。接入环采用ISIS多进程，每个接入环（或接入链）部署一个ISIS进程，与核心汇聚层实现路由隔离。

4.2.1 汇聚及接入协议配置

智能城域汇聚设备成对建设，每个接入环（或接入链）一个ISIS进程，开启ISIS Level-2，进程号从1作为起始值，并在此基础上逐一递增。

每个接入环对应智能城域网汇聚设备间一对子接口，建议子接口编号和ISIS进程号保持一致。

同一对汇聚设备下不同接入环分属于不同进程，进程间的路由应相互屏蔽，特殊场景下，接入环上还有二级接入环以及挂环的支链设备应属于同一进程。

智能城域网汇聚设备把自己的环回口前缀路由引入接入环ISIS进程。

4.2.2 汇聚及核心协议配置

智能城域网核心设备、汇聚设备等配置在相同的ISIS域，核心-核心、核心-汇聚、汇聚-汇聚等互联链路统一开启ISIS Level-2。

汇聚设备接口开启N+1个子接口（N为接入环数量），面向接入侧的N个子接口分别与N个一级接入环属于同一接入ISIS进程，面向核心侧的子接口与智能城域网核心设备同属于一个ISIS进程。