基于NFV技术的虚拟化IP城域网研究

王凌志 周希强 乔楚

(四川通信科研规划设计有限责任公司,四川成都 610041)

1 引言

互联网经过多年技术发展,业务从过去的简单网页浏览,扩展为今日的网页浏览、高速下载、网络游戏、金融交易、视听播放等各种不同业务。随着业务增多,不同的业务对网络要求不同,如网络游戏需要低时延、网页浏览需大并发接入、金融交易注重安全性、视听播放注重网络速率等。运营商为满足这些要求对网络不断扩容,导致网络变得越发复杂,网络扩容也变得越发昂贵。

2 城域网现状及BRAS问题分析

I P城域网是运营商骨干网在本地范围内的延伸,为个人或企业客户提供语音、数据、视频等全业务接入,并负责向骨干网传送业务,主要可划分为城域核心层、业务控制层、接入汇聚层。

(1)城域核心层：主要完成网内东西向流量调配和南北向出入城域网流量的高速转发,并负责本地网内多个不同业务网络之间的互联。

(2)业务控制层：由多业务边缘路由器作为业务接入控制点组成,主要负责业务接入与控制。

(3)接入汇聚层：由大量汇聚交换机及接入设备,主要负责为客户提供接入与汇聚小颗流量。

目前网络架构下,城域网业务控制主要集中在业务控制层,主要设备为B R A S/M S E,其问题大致为如下四点：

2.1 设备数量多,扩容投资巨大

网络流量的暴发式增长,使得BRAS数量增长迅猛。虽然目前设备转发能力从20/40G发展到200G平台,但考虑上配套与传输等的造价,每10GE设备端口造价并未出现陡降。运营商在网络能力扩容中,投资巨大,网络也变得越发臃肿。

2.2 能力浪费严重

城域网内业务控制层B R A S设备还有一个重要能力限制,即Session要求。现在即使同一用户也有多个Session需求,因此理论上B R A S最多接入10万用户。然而考虑安全、性能等因素,B RA S设备极少满负荷运转,转发能力存在浪费情况。

2.3 业务灵活性差

现有B R A S设备均采用厂家专用设备,新增业务需原有硬件进行支持,如目前在IPv4/IPv6实现隧道和地址翻译的C G N板卡,均有相对应的专用设备板卡。此类专用硬件开发复杂,研发时间长,异厂商协议互通困难,业务部署慢等,将无法很好的适应未来网络个性化需求。

2.4 设备分散,管理维护复杂

由于B R A S覆盖的物理范围和用户不同,设备间负载不均衡,需要维护人员不断反复割接业务,用户体验较差。而且每台设备都是独立的系统,实际使用中需要对每台B R A S单独配置大量而复杂的用户策略,缺乏统一管理控制平台,管理运维复杂。

图1 ESTI的NFV经典参考架构

图2 vBRAS部署方案

3 虚拟化BRAS(vBRAS)

3.1 网络功能虚拟化NFV

网络功能虚拟化NFV(Network Function Virtualization),使用通用性硬件以及虚拟化技术承载软件功能。

基于以上需求,NFV标准组织ETSI提出经典参考架构如图1所示,其中包括了完整的基础架构层NFVI、资源管理与业务流程编排层M A N O,以及O SS层和网络功能层V N F。

在基础架构层,N F V考虑通用硬件构建统一资源池,为网络功能动态分配能力资源,极大解决投资问题。网络转控分离,控制面M A N O统一部署,使所有硬件转发资源动态调控,软件资源得到统一管理。而接口标准化,开发人员通过编程标准接口去调用基础能力,减少底层适配的工作量,新业务上线时间将大大缩短。

3.2 vBRAS

针对目前城域网中业务控制层BRAS设备的各种上问题,NFV技术提出的解决方案便是vBRAS(Virtual BRAS)。

业界对于vBRAS研究主要有以下两类方案：

一类为IT厂商主推方案,原BRAS设备的控制面与转发面相互分离,提取控制面考虑在数据中心统一部署,对底层转发设备进行统一控制。此类方案优势在于N F V完成度高,网络纯净,扩容成本低,只需要扩容通用服务器与网络便可。缺点在于,运营商采用该方案,需对现有网络进行大改造;同时,现有通用服务器转发能力远远达不到BRAS设备的全业务承载需求。

另一类为CT厂商普遍采用方案,即将传统设备的控制面剥离出来,部署在通用设备上,转发面则利旧原有BRAS,从控制面接收指令对流量进行转发。该类方案优势是充分利旧原有投资,对网络影响小,部署也相对容易。但缺点也非常明显,转发面专用设备与控制面的管理软件存在强捆绑关系,设备厂商依赖性强。

3.3 采用vBRAS优势

vBRAS在基础设施层,采用了通用设备提供硬件资源能力,通过云技术与虚拟化技术(如Hypervisor等),给予VNF提供相应能力(如计算、存储、网络)。减少专用设备采购,降低网络能力扩容投资。而转发面与控制面分离,BRAS功能以软件形态提供,未来扩容时,根据需求选择合适的供应商,摆脱了实体设备扩容所带来的网络“烟囱”,同时也能加快新业务部署上线时间。控制面MANO统一部署对全网集约化管理,解决管理问题。

4 vBRAS部署策略

考虑到目前现网状况及用户使用情况,网络结构不宜一次性进行大变动,同时限于现阶段通用设备转发能力的限制,无法满足现有网络高速转发需求。因此,在第一阶段,建议选择CT厂商方案,转发面利旧专用设备,而控制面采用通用服务器作为承载设备,考虑在数据中心集中部署。通过接入层交换机剥离原BRAS上session资源占用较多但流量较小的部分业务,如ITMS,VoIP业务。通过此项改造,将原BRAS上Session资源解放出来,以承载更多业务流量。

等到N F V技术相对成熟,未来待通用服务器转发能力增强之后,可以考虑按第一类方案进行建设,即以通用服务承载转控分离形态vBRAS,部署时伋在数据中心统一部署控制面,而转发面可根据流量考虑下沉设备至用户近端对用户流量进行最大限度的收敛与转发。结合云计算技术,转发面也将虚拟为云化资源池,按需配比。而借鉴于S D N技术,所有云化资源池之间也可形成环状互通,通过类似SDN控制面下发流表至转发面等技术,使vBRAS转发面之间形成东西向流量,完成灵活的资源调度与网络互助。

5 vBRAS部署方案

对应NF V参考架构,vBR AS部署应主要分为基础资源云化,vBRAS部署,MANO控制部署。整体部署方案如图2所示。

在各级机房内均组建网络功能虚拟化基础资源NF VI,通过堆叠通用服务器,结合虚拟化技术与云计算技术,构成基础能力资源池,为网络功能种类软件提供计算能力、存储能力、网络能力。

而软件形态的vBRAS转发面vBRAS-U或原BRAS设备考虑靠近用户部署,汇聚收敛用户流量,减小上层网络流量转发,缓解网络压力,同时,上层网络考虑仅流量高速转发,也使网络延迟得到进一步降低,网络性能得到优化。

而控制面MANO主要考虑在省会级机房内进行部署,对全网网络业务、虚拟化网络功能VNF与基础资源进行集约管理。

6 结语

IP城域网为服务用户的重要网络,现在乃至未来,将会有更多个性化业务与更多用户流量进来,而传统的网络架构已不能很好的对这些需求进行承载。NFV/SDN 正好可以帮助运营商解决这一问题。但要迎接未来网络与用户需求,光改造业务控制层BR AS是远远不够的,城域网内其他层级网元,也需要完成相应改造革新,才能更好满足未来用户需求。

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